Pirómetro de Radiación: Un Sensor de Temperatura sin Contacto
Un pirómetro de radiación es un dispositivo que mide la temperatura de un objeto distante detectando la radiación térmica que emite. Este tipo de sensor de temperatura no necesita tocar el objeto ni estar en contacto térmico con él, a diferencia de otros termómetros como termopares y detectores de temperatura por resistencia (RTDs). Los pirómetros de radiación se utilizan principalmente para medir temperaturas altas superiores a 750°C, donde el contacto físico con el objeto caliente no es posible o deseable.
¿Qué es un Pirómetro de Radiación?
Un pirómetro de radiación se define como un sensor de temperatura sin contacto que infiere la temperatura de un objeto detectando su radiación térmica emitida naturalmente. La radiación térmica o irradiación de un objeto depende de su temperatura y emisividad, que es una medida de cómo irradia calor en comparación con un cuerpo negro perfecto. Según la ley de Stefan-Boltzmann, la radiación térmica total emitida por un cuerpo puede calcularse mediante:
Donde,
Q es la radiación térmica en W/m$^2$
ϵ es la emisividad del cuerpo (0 < ϵ < 1)
σ es la constante de Stefan-Boltzmann en W/m$2$K$4$
T es la temperatura absoluta en Kelvin
Un pirómetro de radiación consta de tres componentes principales:
Una lente o un espejo recoge y enfoca la radiación térmica del objeto en un elemento receptor.
Un elemento receptor que convierte la radiación térmica en una señal eléctrica. Esto puede ser un termómetro de resistencia, un termopar o un fotodetector.
Un instrumento de registro que muestra o registra la lectura de temperatura basada en la señal eléctrica. Esto puede ser un milivoltímetro, un galvanómetro o una pantalla digital.
Tipos de Pirómetros de Radiación
Existen principalmente dos tipos de pirómetros de radiación: de enfoque fijo y de enfoque variable.
Pirómetro de Radiación de Enfoque Fijo
Un pirómetro de radiación de enfoque fijo tiene un tubo largo con una abertura estrecha en el extremo frontal y un espejo cóncavo en el extremo posterior.
Se coloca un termopar sensible frente al espejo cóncavo a una distancia adecuada, de manera que la radiación térmica del objeto sea reflejada por el espejo y enfocada en la unión caliente del termopar. El emf generado en el termopar se mide entonces con un milivoltímetro o un galvanómetro, que puede calibrarse directamente con la temperatura. La ventaja de este tipo de pirómetro es que no necesita ajustarse para diferentes distancias entre el objeto y el instrumento, ya que el espejo siempre enfoca la radiación en el termopar. Sin embargo, este tipo de pirómetro tiene un rango de medición limitado y puede verse afectado por polvo o suciedad en el espejo o la lente.
Pirómetro de Radiación de Enfoque Variable
Un pirómetro de radiación de enfoque variable tiene un espejo cóncavo ajustable hecho de acero altamente pulido.
La radiación térmica del objeto es recibida primero por el espejo y luego reflejada en una unión térmica ennegrecida que consiste en un pequeño disco de cobre o plata al que se soldan los cables que forman la unión. La imagen visible del objeto se puede ver en el disco a través de un ocular y un orificio central en el espejo principal. Se ajusta la posición del espejo principal hasta que el enfoque coincide con el disco. El calentamiento de la unión térmica debido a la imagen térmica en el disco produce un emf que se mide con un milivoltímetro o un galvanómetro. La ventaja de este tipo de pirómetro es que puede medir temperaturas en un amplio rango y también puede medir rayos invisibles de radiación. Sin embargo, este tipo de pirómetro requiere un ajuste y alineación cuidadosos para lecturas precisas.
Ventajas y Desventajas de los Pirómetros de Radiación
Los pirómetros de radiación tienen algunas ventajas y desventajas en comparación con otros tipos de sensores de temperatura.
Algunas ventajas son:
Pueden medir temperaturas altas superiores a 600°C, donde otros sensores pueden fundirse o dañarse.
No necesitan contacto físico con el objeto, lo que evita la contaminación, corrosión o interferencia.
Tienen una velocidad de respuesta rápida y una alta salida.
Están menos afectados por atmósferas corrosivas o campos electromagnéticos.
Algunas desventajas son:
Tienen escalas no lineales y posibles errores debido a variaciones de emisividad, gases o vapores intermedios, cambios de temperatura ambiente o suciedad en los componentes ópticos.
Requieren calibración y mantenimiento para lecturas precisas.
Pueden ser caros y complejos de operar.
Aplicaciones de los Pirómetros de Radiación
Los pirómetros de radiación se utilizan ampliamente en aplicaciones industriales donde se involucran temperaturas altas o donde el contacto físico con el objeto no es factible o deseable.
Algunos ejemplos son:
Medir la temperatura de hornos, calderas, hornos, hornillos, etc.
Medir la temperatura de metales fundidos, vidrio, cerámica, etc.
Medir la temperatura de llamas, plasma, láseres, etc.
Medir la temperatura de objetos en movimiento como rodillos, transportadores, hilos, etc.
Medir la temperatura promedio de superficies grandes como paredes, techos, tuberías, etc.
Conclusión
Un pirómetro de radiación es un dispositivo que mide la temperatura de un objeto distante detectando la radiación térmica que emite. Este tipo de sensor de temperatura no necesita tocar el objeto ni estar en contacto térmico con él, a diferencia de otros termómetros como termopares y detectores de temperatura por resistencia (RTDs). Los pirómetros de radiación se utilizan principalmente para medir temperaturas altas superiores a 750°C, donde el contacto físico con el objeto caliente no es posible o deseable.
