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Emisividad: Definición e influencia en la medida sin contacto de la temperatura

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En la medida sin contacto de la temperatura, un pirómetro detecta la energía termal o la radiación infrarroja emitida por un objeto. De esta radiación detectada, el pirómetro calcula la temperatura según la ley de la radiación de Planck.

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En la medida sin contacto de la temperatura, un pirómetro detecta la energía termal o la radiación infrarroja emitida por un objeto. De esta radiación detectada, el pirómetro calcula la temperatura según la ley de la radiación de Planck. La cantidad de energía emitida por el objeto depende en gran parte de la emisividad del material.

¿Pero qué exactamente significamos cuando referimos a emisividad, y cómo influenciará la medida de la temperatura? ¿Cómo podemos determinar la cantidad de emisividad, y qué depende encendido? ¿Qué clase de errores de lectura de la temperatura pudieron ocurrir debido a un ajuste incorrecto de la emisividad y cómo puede uno prevenir errores de medición? Este artículo discute éstos y otras preguntas sobre emisividad.

Definición de la emisividad

La cantidad de energía infrarroja/termal que un objeto irradiará es no sólo una función de la temperatura, pero depende del material sí mismo. La emisividad describe la capacidad de un material de emitir o de lanzar la energía termal que ha absorbido. Un radiador perfecto – conocido como ‘cuerpo negro’ – emitirá la cantidad entera de energía absorbente. Un cuerpo real emitirá siempre menos energía que un cuerpo negro en la misma temperatura. El ε de la emisividad es el ratio de radiación infrarroja emitido de un determinado objeto (cuerpo real) Φr y de un cuerpo negro Φb en la misma temperatura.

ε = Φr/Φb

Así, la emisividad es una cantidad o un factor no dimensional entre 0 y 1, o entre 0 y 100%.

La radiación atmosférica que alcanza un objeto de la medida se refleja más o menos fuerte, dependiendo de la reflectividad del material. Las mismas leyes de la radiación que gobiernan la luz visible también se aplican a la energía termal. En el caso de objetos transparentes tales como vidrio u hoja plástica, la energía termal adicional de debajo la superficie del objeto o del fondo pudo contribuir a la radiación detectada. La transmisividad describe el porcentaje de la radiación que se puede transmitir a través de un objeto. La cantidad total de radiación detectada por el sensor ΦΣ de un pirómetro es la suma de varios componentes, tal y como se muestra en de la ecuación siguiente.

ΦΣ = ε * Φobj + ρ * Φamb + τ * Φback

ε = factor de la emisividad

ρ = factor de la reflectividad

τ = factor de la transmisividad

Φobj = radiación del objeto de la blanco

Φamb = radiación ambiente (primero plano)

Φback = radiación del fondo

Los coeficientes de la radiación se ligan juntos en la ecuación:

1 = ε + ρ + τ

No habrá transmisión de la radiación a través de objetos opacos; el factor de la transmisividad no será así aplicable.

1 = ε + ρ

Factores que influencian emisividad

La emisividad de un objeto depende sobre todo del tipo de material y de sus propiedades superficiales. Los objetos nos-metálico y no transparantes son radiadores generalmente buenos con una emisividad el > 80%. La emisividad de metales puede variar entre el 5% y el 90%. Las superficies de metal brillantes, altamente reflexivas tendrán emisividades más bajas.

Además, la emisividad puede cambiar dependiendo de la longitud de onda. Esto es especialmente verdad para los metales. La capacidad de un metal de emitir aumentos de la radiación termal en longitudes de onda más cortas. Por lo tanto, para los usos del metal, es el mejor seleccionar un pirómetro que las medidas en las longitudes de onda cortas.

Los objetos transparentes tales como vidrio, películas plásticas, o gases tienen gamas de longitud de onda distintas en las cuales las características de la radiación sean buenas. Para medir exactamente la temperatura de estos objetos, es necesario seleccionar los pirómetros con los sensores y los filtros especiales que son sensibles a la longitud de onda particular.

La emisividad de metales y del vidrio también cambia en función de temperatura. Con la oxidación superficial de metal líquido y durante el líquido a la transición sólida la emisividad puede cambiar considerablemente.

Como la temperatura de los aumentos de un metal, así que la emisividad. En el caso del vidrio, una temperatura más alta permite que el pirómetro considere en una mayor distancia en el vidrio. Esto significa que el pirómetro medirá en una profundidad debajo de la superficie de cristal, detectando energía termal dentro del objeto.

Cómo la atmósfera influencia emisividad

La radiación extraña puede presentarse en los ambientes en los cuales las medidas ocurren. Un ejemplo clásico es la medida de la chapa fría dentro de un horno de calefacción caliente. El pirómetro detecta la energía termal que irradia directamente de la chapa así como de la radiación termal de la pared de horno que refleja de la chapa. Cuanto más pequeña es la diferencia de la temperatura entre las dos fuentes de radiación (objeto y horno) es, mayor es la exactitud de la medida es.

Para detectar la temperatura real del objeto un tubo de vista refrigerado por agua debe ser empleado. Este accesorio sirve proteger el pirómetro de la radiación de interferencia de la pared de horno. Para bloquear la radiación reflejada de entrar en la trayectoria de la vista, el diámetro del tubo debe medir por lo menos seis veces la distancia entre el tubo y el objeto.

Maneras de determinar emisividad

Los manuales industriales de la literatura o de la instrucción contienen a menudo datos sobre las emisividades de diversos materiales. Esta información se debe utilizar con cautela, sin embargo. Es importante saber para qué temperatura y qué longitud de onda es aplicable el valor de la emisividad.

Además, los valores indicados de la emisividad fueron obtenidos bajo condiciones ideales. En práctica real, la emisividad total del objeto de la blanco variará, dependiendo de la cantidad de radiación extraña transmitida a través del objeto del fondo o reflejó sobre el objeto del primero plano. Si usted ajustara el pirómetro para que haya el valor teórico de la emisividad extraído de la literatura, la lectura exhibida de la temperatura será erróneamente alta.

Para obtener una lectura exacta de la temperatura, el usuario tendrá que ajustar el pirómetro para que haya una emisividad algo más alta que declarada. Podríamos llamar esto un aumento simulado en emisividad. Con una medida de la comparación usando un termómetro del contacto podemos establecer la emisividad real de un objeto y ajustar el pirómetro por consiguiente, a condición de que la medida del termómetro del contacto es muy exacta.

Alternativamente, para las temperaturas hasta el °C aproximadamente 250, una etiqueta engomada con una emisividad definida se puede poner al objeto de la blanco.

Primero, la temperatura verdadera del objeto se determina en el punto de la etiqueta engomada (fig. 2). Entonces una medida de la comparación se realiza en la derecha del objeto al lado de la etiqueta engomada. Posteriormente, se ajusta la emisividad del pirómetro de modo que el instrumento exhiba la lectura anterior de la temperatura.

Porque la influencia de la emisividad tiende a aumentar con temperatura, esta medida de la comparación se debe realizar siempre en temperaturas más altas

Cuando la medición de temperaturas altas o si la blanco es difícil tener acceso, por ejemplo en un horno del vacío, a una medida de la comparación usando un pirómetro para las longitudes de onda cortas es recomendable, porque por razones de la física, la exactitud de la medida será mayor en longitudes de onda más cortas.

Un pirómetro moderno de desaparición de la comparación de la intensidad (la fig. 3) es ideal con este fin. La técnica de este los instrumentos se basa en una comparación visual del color en una longitud de onda de 0,67 μm.

La eficacia de este método no es dependiente en el tamaño del objeto de la blanco. La fig. 4 de la carta demuestra el efecto de un ajuste incorrecto del pirómetro o un cambio en emisividad.

¿Medidas bicolores de los pirómetros – con independencia de la emisividad?

Hace varios años, los pirómetros que tenían la capacidad de detectar simultáneamente la radiación termal en dos diversas longitudes de onda salieron en el mercado. El ratio de estas dos medidas es proporcional a la temperatura. Si la emisividad de los cambios y los efectos de material de blanco un cambio en la cantidad de radiación detectada por cada canal, el ratio o el cociente de estos valores, y así la temperatura, todavía sigue siendo constante. Esto es solamente verdad, sin embargo, cuando el cambio en emisividad es idéntico para ambos canales. La práctica ha mostrado que ésta es raramente la caja para los metales. Para los usos del metal, el uso de pirómetros bicolores puede dar lugar incluso a mayores errores de medición que un pirómetro del uno-canal produciría. Por lo tanto, la precaución se aconseja con esto técnica a menudo citada de la “emisividad-independiente”.

Los pirómetros bicolores ofrecen ventajas claras en las situaciones que producen el mismo grado de atenuación de la señal en ambos canales, por ejemplo cuando el polvo o el humo en la lente o en el campo visual del instrumento obstruye parcialmente la transmisión de la energía irradiada al sensor del pirómetro. La lectura de la temperatura del pirómetro bicolor continuará estando correcta.

En condiciones de medición particularmente desfavorables o complejas, es recomendable considerar ambos los dos valores espectrales de la temperatura así como la lectura de la temperatura basados en el ratio bicolor. Dependiendo del resultado, el usuario puede seleccionar el método que es más adecuado para su uso y ajusta el pirómetro por consiguiente.

Conclusión

Al señalar las cualidades de un pirómetro, los folletos dibujan a menudo la especial atención a la incertidumbre de la medida especificada de un instrumento. Con la detección sin contacto de la temperatura, sin embargo, la probabilidad de la ocurrencia de los errores de medida dependerá en general de características del objeto de la blanco y de condiciones ambiente. Solamente raramente hacer los errores metrológicos provienen realmente un instrumento dañado. Por lo tanto, si selecciona un pirómetro o elige la posición de medición, es el mejor tener presente los principios describieron en este artículo.