Introducción a la emisividad
La emisividad es la proporción de radiación térmica emitida por una superficie u objeto debido a su temperatura.
La emisividad de un cuerpo depende, en teoría, del material, del acabado de su superficie, de la temperatura, de la longitud de onda, del ángulo de medición y, bajo determinadas circunstancias, también del dispositivo usado para la medición.
Sin embargo, un gran número de materiales no metálicos presenta, por lo menos en el rango espectral de onda larga, una emisividad alta y relativamente constante, independientemente del acabado de su superficie.
Los metales tienen, por regla general, una emisividad inferior, dependiente fuertemente del acabado de su superficie y decreciente al ir aumentando las longitudes de onda.
Emisividad espectral de algunos materiales: 1 Esmalte · 2 Yeso · 3 Hormigón · 4 Chamota
Emisividad de metales: 1 Plata · 2 Oro · 3 Platino · 4 Rodio · 5 Cromo · 6 Tántalo · 7 Molibdeno
Medición de la temperatura en metales
La dependencia en los metales de la emisividad en función del acabado de su superficie y del aumento de longitud de onda puede llevar a resultados diferentes y no fiables de la medición.
Al seleccionar un dispositivo de medición de temperatura adecuado, debemos asegurar de que la radiación infrarroja se mida a una longitud de onda específica y en un rango de temperatura específico en el que los materiales metálicos muestren una emisividad relativamente alta.
En el gráfico se puede ver que tiene sentido aplicar la longitud de onda más corta disponible para la medición, porque en muchos metales el error de la medición va en aumento con la longitud de onda.
En metales la longitud de onda óptima para temperaturas altas es de aprox. 0,8 a 1,0 µm en el límite de la región visible. También son posibles longitudes de onda de 1,6 µm, 2,3 µm y 3,9 µm.
Error de medición a un 10 por ciento de emisividad mal ajustada en función de la longitud de onda y temperatura del objeto (LT: 8 – 14 µm; G5: 5 µm; MT: 3,9 µm; 3M: 2,3 µm; 2M: 1,6 µm; 1M: 1,0 µm); 05M: 525 nm.
Medición de la temperatura en plásticos
Las velocidades de transmisión de los plásticos varían según la longitud de onda. Reaccionan inversamente proporcional al espesor, de manera que los materiales delgados son más transmisores que los plásticos gruesos.
Las medidas óptimas se pueden realizar con longitudes de onda donde la transmisividad es casi nula independientemente del grosor. El polietileno, polipropileno, nailon y poliestireno no son transmisores a 3,43 µm; poliéster, poliuretano, PTFE, FEP y poliamida no son transmisores a 7,9 µm. Para revestimientos gruesos y pigmentados, se pueden seleccionar longitudes de onda entre 8 y 14 µm.
Transmisividad espectral de láminas de plástico de polietileno
Transmisividad espectral de láminas de plástico de poliéster
El fabricante de termómetros infrarrojos puede determinar el rango espectral óptimo para la medición de temperatura probando el material plástico.
La reflexión está entre el 5 y 10% para casi todos los plásticos.
Medición de la temperatura en vidrio
Si se realizan mediciones de la temperatura en vidrio con termómetros de infrarrojos o con la cámara infrarroja especial PI G7, se deberán tener en cuenta tanto la refexión como también la transmisión.
La elección cuidadosa de la longitud de onda permite medir en la superfcie del vidrio, así como en capas más profundas. Las longitudes de onda de 1,0 µm, 2,2 µm o 3,9 µm son adecuadas para medir capas más profundas, mientras que se recomiendan 5 µm y 7,9 µm para mediciones de superficie.
Transmisividad espectral del vidrio
A bajas temperaturas, deben seleccionarse longitudes de onda entre 8 y 14 µm en combinación con una emisividad de 0,85 para compensar la reflexión. Para ello, un termómetro con rápida respuesta debe utilizarse, ya que el vidrio es un mal conductor de calor y la temperatura de la superficie puede cambiar rápidamente.
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Influencia del entorno
La transmisividad del aire depende en gran medida de la longitud de onda. Las áreas de alta amortiguación se alternan con áreas de alta transmisividad llamadas ventanas atmosféricas. La transmisividad en la ventana atmosférica de onda larga (8 - 14 µm) es constantemente alta, mientras que hay reducciones medibles en el área de onda corta, lo que puede llevar a resultados falsos. Las ventanas de medición típicas son 1,1 … 1,7 µm, 2 … 2,5 µm y 3 … 5 µm.
Las variables de influencia adicionales son las fuentes de calor en el entorno del objeto de medición.
Para evitar resultados de medición erróneos debido al aumento de la temperatura ambiente, el termómetro infrarrojo compensa de antemano la influencia de la temperatura ambiente, como por ejemplo al medir temperaturas de metales en hornos industriales, donde las paredes del horno están más calientes que el objeto de medición.
Un segundo cabezal de medición de temperatura ayuda a generar resultados de medición precisos compensando automáticamente la temperatura ambiente y ajustando correctamente la emisividad.
Grado de transmisión espectral de aire (1 m, 32 ºC, 75% humedad relativa)
El polvo, el humo y la materia en suspensión en la atmósfera pueden contaminar la lente y dar como resultado resultados de medición falsos. El uso de unidades de purga de aire evita que las partículas del aire se acumulen en la lente.
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