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Apuntes de pirometro óptico, Apuntes de Medición Electrónica e Instrumentación

Instrumentación Apuntes de Pirometro Optico

Tipo: Apuntes

2023/2024

Subido el 23/10/2024

niikky
niikky 🇲🇽

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Pirómetro óptico
El pirómetro óptico es un instrumento utilizado para medir la temperatura de un objeto a
distancia, sin necesidad de contacto físico. Se basa en la radiación térmica emitida por los
cuerpos calientes. Esta radiación es una forma de energía que todos los cuerpos emiten, y
su cantidad y longitud de onda dependen de la temperatura del cuerpo.
Principio de funcionamiento
El pirómetro óptico mide la radiación emitida por un objeto caliente y la compara con la luz
de referencia producida por una lámpara interna. Ajustando la intensidad de la lámpara, el
operador puede igualar la luminosidad de la luz que emite el objeto con la de la lámpara. El
nivel de coincidencia de luminosidad indica la temperatura del objeto.
Características
- Rango de temperatura: Generalmente se usa para medir temperaturas muy altas (de 700
°C en adelante) que no pueden medirse fácilmente con termómetros de contacto.
- Medición sin contacto: Este es su mayor beneficio, ya que permite medir temperaturas de
objetos que están muy calientes, en movimiento o inaccesibles.
- Exactitud: La exactitud del pirómetro depende de la calibración del instrumento y la
correcta observación del color emitido por el cuerpo.
- Tipos: Existen varios tipos de pirómetros, entre ellos los de radiación total y los de
infrarrojo, pero el óptico es uno de los más comunes en aplicaciones industriales.
Aplicaciones
- En procesos industriales donde las temperaturas son muy altas, como hornos o
fundiciones.
- En la fabricación de acero y vidrio.
- En situaciones donde no es práctico o seguro tocar el objeto cuya temperatura se quiere
medir.
Principio físico detallado
El funcionamiento de un pirómetro óptico se basa en la ley de radiación de Planck y la ley
de Stefan-Boltzmann, que describen cómo los cuerpos emiten radiación térmica. A medida
que aumenta la temperatura de un cuerpo, la cantidad de radiación emitida también
aumenta, y el pico de emisión se desplaza hacia longitudes de onda más cortas.
Ley de Planck: La radiación emitida por un cuerpo negro a una temperatura TTT se
puede calcular mediante la siguiente ecuación:
Donde:
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Pirómetro óptico

El pirómetro óptico es un instrumento utilizado para medir la temperatura de un objeto a distancia, sin necesidad de contacto físico. Se basa en la radiación térmica emitida por los cuerpos calientes. Esta radiación es una forma de energía que todos los cuerpos emiten, y su cantidad y longitud de onda dependen de la temperatura del cuerpo.

Principio de funcionamiento

El pirómetro óptico mide la radiación emitida por un objeto caliente y la compara con la luz de referencia producida por una lámpara interna. Ajustando la intensidad de la lámpara, el operador puede igualar la luminosidad de la luz que emite el objeto con la de la lámpara. El nivel de coincidencia de luminosidad indica la temperatura del objeto.

Características

  • Rango de temperatura: Generalmente se usa para medir temperaturas muy altas (de 700 °C en adelante) que no pueden medirse fácilmente con termómetros de contacto.
  • Medición sin contacto: Este es su mayor beneficio, ya que permite medir temperaturas de objetos que están muy calientes, en movimiento o inaccesibles.
  • Exactitud: La exactitud del pirómetro depende de la calibración del instrumento y la correcta observación del color emitido por el cuerpo.
  • Tipos: Existen varios tipos de pirómetros, entre ellos los de radiación total y los de infrarrojo, pero el óptico es uno de los más comunes en aplicaciones industriales.

Aplicaciones

  • En procesos industriales donde las temperaturas son muy altas, como hornos o fundiciones.
  • En la fabricación de acero y vidrio.
  • En situaciones donde no es práctico o seguro tocar el objeto cuya temperatura se quiere medir.

Principio físico detallado

El funcionamiento de un pirómetro óptico se basa en la ley de radiación de Planck y la ley de Stefan-Boltzmann, que describen cómo los cuerpos emiten radiación térmica. A medida que aumenta la temperatura de un cuerpo, la cantidad de radiación emitida también aumenta, y el pico de emisión se desplaza hacia longitudes de onda más cortas. ● Ley de Planck : La radiación emitida por un cuerpo negro a una temperatura TTT se puede calcular mediante la siguiente ecuación: Donde:

I (λ,T) es la intensidad de radiación en función de la longitud de onda λ\lambdaλ y la temperatura TTT, ● h es la constante de Planck, ● c es la velocidad de la luz en el vacío, ● k es la constante de Boltzmann. El pirómetro óptico mide la radiación dentro de un rango de longitudes de onda visibles (generalmente entre 0.4 y 0.7 micrómetros) y la relaciona con la temperatura del objeto. ● Ley de Stefan-Boltzmann : La potencia radiada por unidad de área de un cuerpo negro es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta, dada por: Donde: ● P es la potencia radiada por unidad de área, ● σ es la constante de Stefan-Boltzmann, ● T es la temperatura absoluta del cuerpo.

2. Componentes del pirómetro óptico

Sistema óptico : El pirómetro utiliza un sistema de lentes para enfocar la radiación emitida por el objeto sobre un detector. La radiación se filtra para aislar la longitud de onda deseada. ● Lámpara de referencia : Una lámpara de filamento se utiliza para generar una luz de referencia. El operador ajusta la intensidad de esta lámpara hasta que su brillo coincida con el del objeto medido. ● Escala de temperatura : El nivel de intensidad de la lámpara está calibrado en función de la temperatura, por lo que cuando se iguala la luminosidad de ambos objetos, la escala del pirómetro indica la temperatura del cuerpo caliente.

3. Exactitud y limitaciones

Exactitud : Depende de la calibración del pirómetro y de la capacidad del observador para igualar correctamente las intensidades de luz. En general, los pirómetros ópticos tienen una precisión en el rango del 0.5% al 1% de la lectura. ● Emisividad : La emisividad del objeto es una consideración clave. Un cuerpo negro ideal tiene una emisividad de 1, pero la mayoría de los materiales reales tienen emisividades más bajas, lo que afecta la medición. Para compensar, los pirómetros permiten ajustar el valor de la emisividad. ● Limitaciones : El pirómetro óptico no puede medir temperaturas por debajo de los 700 °C debido a que la radiación visible no es lo suficientemente intensa para ser detectada. Además, en ambientes con gases o polvos, la radiación puede ser absorbida o dispersada, lo que introduce errores.