Pirometros

DEFINICION

El pirómetro es un instrumento para medir temperaturas muy elevadas. Se basa en el calor o la radiación visible emitida por objetos calientes, y mide el calor de la radiación mediante un par térmico o la luminosidad de la radiación visible. El pirómetro es el único termómetro capaz de medir temperaturas superiores a 1477°C.

Cuerpo Negro: Es aquel que absorbe toda la radiación que incide en él y no refleja ninguna; posee una emisividad igual a la unidad y emite la máxima energía radiante. Los cuerpos cuyo coeficiente de emisión es menor que la unidad se conoce como cuerpos opacos.

Emisividad: Es la medida de la característica relativa a la energía radiante emitida por un cuerpo, conocida también como coeficiente de emisión. Es decir, la relación entre la radiancia de la superficie y la radiancia de un cuerpo negro que se encuentran a la misma temperatura.

TIPOS DE PIRÓMETROS

PIRÓMETRO DE RADIACIÓN

Los pirómetros de radiación se basan en la ley de Stefan-Boltzman, que dice que la intensidad de energía radiante emitida por la superficie de un cuerpo aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta (Kelvin) del cuerpo, es decir:

W=σ×T^4

Donde:

w= Intensidad de energía radiante

σ=Constante de Stefan-Boltzman, cuyo valor es 5.67×〖10〗^8 w⁄(m^2 K^4 )

T=Temperatura absoluta del cuerpo

El pirómetro dirigido sobre una superficie incandescente no nos dará su verdadera temperatura sino es perfectamente negra, es decir, que absorba absolutamente todas las radiaciones y no refleja ninguna. En los casos generales es preciso hacer una corrección de la temperatura leída para tener en cuenta el valor de absorción o emisión ε de la superficie.

Si el cuerpo radiante de área A está dentro de un recinto cerrado que está a la temperatura To, su pérdida neta de energía por segundo, por radiación está dada por:

U = σ A (T4 - To4)

El medio de enfocar la radiación que le llega puede ser una lente o un espejo cóncavo.

Los pirómetros de radiación, miden pues la temperatura de un cuerpo a distancia en función de su radiación. Existen varios tipos, uno de ellos el pirómetro óptico que capta la radiación luminosa entre 0.4 a 0.7 micras, el pirómetro de infrarrojos de 0.7 a 20 micras, el detector fotoeléctrico que mide la radiación térmica, el pirómetro de dos colores o de relación entre radiaciones correspondientes a dos bandas estrechas y el pirómetro que mide toda la radiación emitida por el cuerpo.

Desde el punto de vista de la medición de temperaturas industriales, las longitudes de onda térmicas abarcan desde las 0.1 micras para las radiaciones ultravioletas, hasta las 12 micras para las radiaciones infrarrojas. La radiación visible ocupa un intervalo entre la longitud de onda de 0.45 micras para el valor violeta, hasta las 0.70 micras para el rojo.

PIRÓMETRO OPTICO DE DESAPARICION DE FILAMENTO

Los pirómetros ópticos manuales aparecieron en el Mercado en el año de 1900 y se basan en la desaparición del filamento de una lámpara al compararlo visualmente con la imagen del objeto enfocado. El operador varia la corriente de la lámpara hasta que el filamento de la misma deje de verse sobre el fondo del objeto caliente enfocado.

El Sistema óptico del pirómetro restringe el ancho de onda de 0.65 a 0.66 micras (zona roja del espectro) y dispone de filtros para reducir la intensidad de la radiación permitida, permitiendo la medida de un amplio margen de temperaturas, sin embargo solo puede medirse la temperatura de objetos incandescentes o en fusión.

Los ´pirómetros ópticos automáticos son parecidos a los de radiación infrarroja. Comparan la radiación emitida por el cuerpo con la emitida por una fuente de referencia controlada. Consisten esencialmente, en un disco rotativo que expone el detector a la radiación del objeto y la de referencia alternativamente. La exactitud de los pirómetros ópticos es del ±1% al ±2%

Los pirómetros ópticos manuales: Pueden ser de dos tipos:

De corriente variable en la lámpara

De corriente constante en la lámpara con variación del brillo de la imagen de la fuente.

Los pirómetros ópticos automáticos: Consisten en un disco rotativo que modula la radiación del objeto y la de una lámpara de referencia que inciden en un foto sensor, este envía una señal de salida en forma de onda cuadrada de impulsos de corriente continua que convenientemente acondicionada modifica la corriente de alimentación de la lámpara de referencia hasta que coinciden en brillo la radiación del objeto y la de la lámpara. En este momento, la intensidad de corriente que pasa por la lámpara es función de la temperatura.

PIROMETRO DE INFRARROJO

El pirómetro de infrarrojos capta la radiación espectral de infrarrojo, invisible al ojo humano, y puede medir temperaturas menores a 700°C, supliendo al pirómetro óptico que solo puede trabajar eficazmente a temperaturas superiores a 700°C, donde la radiación visible emitida significativa. Las temperaturas medidas abarcan desde valores inferiores de 0°C hasta 400°C.

Su funcionamiento es el siguiente:

La lente filtra la radiación infrarroja emitida por el área del objeto examinado y la concentra en un sensor de temperatura foto resistivo que la convierte en una señal de corriente y, a través de un algoritmo interno del instrumento y de la emisividad del cuerpo enfocado, la pasa a un valor de temperatura. La señal de salida puede ser analógica (4-20mA c.c.) o digital. La relación de la distancia al sensor, y del tamaño de la imagen sobre la lente varía entre 2:1 hasta 300:1.

Análogamente al pirómetro óptico, debe considerarse el coeficiente de emisión del cuerpo. El aparato dispone de un compensador de emisividad que permite corregir la temperatura leída, no solo para la perdida de radiación en cuerpos con emisividad menor que 1, sino también cuando hay vapores, gases, humos o materiales transparentes que se interponen en el camino de la radiación. A señalar que la emisividad del cuerpo es dinámica y puede tener valores diferentes a distintas longitudes de onda. Este inconveniente lo solucionan los termómetros de infrarrojos de banda de onda estrecha, ya que el valor de la emisividad no varía sustancialmente dentro de la banda. Algunas aplicaciones en ambientes, extremadamente calurosos, pueden requerir una camisa enfriada por agua en el detector. Su respuesta es más rápida que la de los termopares, alcanzando el 95% del valor final en 1 milisegundo, por lo que se presentan a la medición de temperaturas de objetos móviles

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