Pirómetros y medición de temperatura sin contacto: termometría óptica industrial

Todo cuerpo con temperatura superior al cero absoluto emite radiación infrarroja proporcional a su temperatura. El pirómetro capta esta radiación con una óptica, la enfoca sobre un detector y, conociendo la emisividad del material, calcula la temperatura. No requiere contacto, por lo que es ideal para superficies muy calientes, móviles o corrosivas.

1. Emisividad: clave de la exactitud

La emisividad (ε) es la relación entre la radiación emitida por el material y la de un cuerpo negro ideal (ε=1) a la misma temperatura. Cada material tiene su propia emisividad según composición, rugosidad, temperatura y ángulo de visión.

• Cuanto más baja la emisividad, más difícil es medir: superficies metálicas pulidas (ej. aluminio, acero brillante) reflejan el entorno y tienen baja emisividad, lo que produce errores.
• La mayoría de los pirómetros permiten ajustar la emisividad. Es recomendable calibrarla con una medición de contacto o material de referencia, o usar un pirómetro de doble color cuando la emisividad es incierta.

2. Tipos de pirómetros

• Pirómetro de un solo color (brightness): Mide la radiación en una banda espectral. Sencillo y económico, pero la exactitud depende del ajuste correcto de emisividad.
• Pirómetro de dos colores / relación (ratio): Mide la radiación en dos bandas y calcula la relación. Es menos sensible a la emisividad, al tamaño parcial del objetivo y a la atenuación por humo o polvo. Ideal para metalurgia y ambientes con vapor.
• Termografía infrarroja (cámaras): Proporcionan mapas térmicos completos, útiles para diagnóstico, aunque con menor exactitud puntual.

3. Relación de distancia a objetivo (D:S)

La relación D:S indica la distancia máxima a la que el pirómetro puede medir un objetivo de un tamaño dado. Por ejemplo, una relación 100:1 permite medir a 10 m un objetivo de 10 cm. Es fundamental para asegurar que el campo de visión esté totalmente cubierto por el objetivo; si el objetivo es más pequeño que el campo de visión, se miden también superficies del entorno.

4. Criterios de selección

• Rango de temperatura: Debe cubrir el proceso (desde -50 °C hasta más de 3000 °C según el modelo).
• Longitud de onda de operación: Para altas temperaturas se usan bandas cortas; para vidrio y plástico, bandas específicas que evitan la transparencia del material; para metalurgia, bandas cercanas al infrarrojo.
• Relación D:S y campo de visión: Definen la distancia y el tamaño mínimo del objetivo.
• Tiempo de respuesta: Para procesos rápidos o piezas en movimiento se requiere respuesta rápida (milisegundos).
• Salida y comunicación: 4-20 mA, termopar o Ethernet/Modbus para integrar al control.
• Protección ambiental: Carcasas con refrigeración por aire o agua, purga de aire y ventanas de protección para hornos.

5. Instalación y mantenimiento

El objetivo debe estar en el campo de visión y sin obstáculos. En hornos, se suele instalar un tubo de visualización con purga de aire limpio que protege la óptica de polvo y vapores. La ventana o lente debe mantenerse limpia y, si hay atenuación por suciedad, los pirómetros de relación de dos colores toleran mejor la pérdida parcial de señal.

Conclusión

La medición de temperatura sin contacto con pirómetros es la solución ideal para procesos de alta temperatura y objetivos inaccesibles o en movimiento. La clave de una medición exacta está en la correcta gestión de la emisividad, la relación D:S y la longitud de onda, junto con una instalación y mantenimiento adecuados.

MARPATECH SAC representa en Perú, Argentina y Colombia los sistemas de termometría sin contacto de Ametek Land, incluyendo pirómetros y cámaras para hornos, calderas, metalurgia y monitoreo de procesos de alta temperatura.