Utilizar termómetros infrarrojos (laser) para medir temperatura COVID-19

Estimados clientes, proveedores y amigos:

Conforme el mundo experimenta más casos de COVID-19, cada día recibimos llamadas y correos de nuestros clientes preguntándonos si las pistolas o termómetros infrarrojos funcionan para detectar personas con alta temperatura. Por esta razón, el equipo de ARREGA INDUSTRIAL se ha dado a la tarea de preparar este documento explicando el funcionamiento técnico de la tecnología infrarroja para la medición de temperatura. Con el fin de que nuestros clientes y proveedores emitan un juicio más informado sobre utilizar o no esta tecnología.
Las preguntas recibidas más frecuentes son:

• ¿Qué debo esperar de utilizar un termómetro infrarrojo en un humano?
• ¿Puedo detectar personas con fiebre con un termómetro infrarrojo?
• ¿Son efectivas las cámaras termográficas para identificar personas con alta temperatura o fiebre?
• ¿Puedo utilizar cámaras termográficas para detectar personas con COVID-19?

Cabe mencionar que el alcance de este documento se limita a contestar estas preguntas desde el punto de vista de la metrología. Con el objetivo que cada persona emita un juicio propio e informado al utilizar termómetros sin contacto de tecnología infrarroja. Para ello primero debemos conocer su funcionamiento.

¿Cómo es posible medir la temperatura utilizando tecnología infrarroja?
Un termómetro infrarrojo, también conocido como pirómetro, es un instrumento de medición capaz de detectar la radiación infrarroja emitida por un objeto y calcular su temperatura aproximada. Se basa en el principio natural que todos los objetos arriba del cero absoluto (-273 °C o 0 Kelvin) emiten radiación infrarroja. Es un tipo de radiación electromagnética de mayor longitud de onda que la luz visible. Razón por la cual los humanos no la pueden ver, pero los detectores infrarrojos (IR) sí.

La RADIACIÓN es la transferencia de energía entre objetos por ondas electromagnéticas y es uno de los tres modos clásicos de transferencia de calor (conducción, convección y radiación). La transferencia de calor por radiación también es conocida como radiación infrarroja. Este tipo de radiación no es dañina, no puede ser vista por el ojo humano, es emitida por todos los objetos (incluso un cubo de hielo) y viaja a la velocidad de la luz (3 x 108 m/s).

La ciencia detrás de la radiación infrarroja se basa en la Ley de Wien. La cual establece la relación entre la longitud de estas ondas electromagnéticas y su temperatura. El principio es simple, entre menor sea la longitud de onda, mayor será la temperatura. Y viceversa, entre mayor sea la longitud de onda, menor su temperatura. Ver imágenes siguientes:

 

 

 

 

 

 

 

De esta forma un termómetro infrarrojo o pirómetro es capaz de, en una primera etapa, medir la longitud de onda y, en una segunda, calcular la temperatura equivalente. Es decir, el valor que el termómetro arroja depende de múltiples ensayos de laboratorio, previamente realizados, donde correlacionaron las longitudes de onda con un valor específico de temperatura.

Cuando se realizan mediciones con un termómetro infrarrojo o pirómetro, se debe considerar lo siguiente:

1. Que este no es un método directo de medición de temperatura y por ende siempre tendrá un error considerable;
2. La radiación infrarroja, que un termómetro capta, siempre será la superficial, es decir, la medición estará limitada a lo que el objeto de estudio logre radiar en su superficie (ver ilustración 4);
3. La superficie de medición siempre será circular y dependerá de la distancia entre el instrumento y el área de medición; en otras palabras, entre más nos alejemos del objeto, mayor será la superficie de medición (ver ilustración 5).
4. Entre más grande sea la superficie de medición, más inexacto será el valor medido; ya que el instrumento captara el calor radiado en la superficie de medición y calculara la temperatura promedio.

En la ilustración 4 se muestra un termómetro infrarrojo o pirómetro, el objeto a medir (color rojo), la superficie del objeto (color azul), el puntero laser de referencia, y la superficie medida. Analizando la imagen se puede observar que, aunque el objeto realmente está a una temperatura de 63 °C, la superficie está radiando calor equivalente a 10 grados menos. Esto sucede porque el recubrimiento del objeto (superficie) está en cierta forma actuando como un aislante conteniendo su calor. Esta condición se le llama emisividad y el usuario de un termómetro infrarrojo siempre debe tomarlo en cuenta. Todos los materiales cuentan con un valor de emisividad, y es directamente proporcional a la capacidad de un material u objeto en radiar todo su calor.

Algunos termómetros cuentan con un puntero laser, y esto ocasiona confusión en algunos usuarios. Es importante hacer notar que el puntero laser es únicamente informativo y comúnmente indica el centro del área circular de medición. El puntero laser no mide, y tampoco indica el punto de medición. En la ilustración número cinco se explica mejor.

La ilustración número 5 muestra un pirómetro haciendo mediciones a diferentes distancias con superficies de medición (color rojo) proporcionales. Todos los termómetros infrarrojos cuentan con una relación D:S. Donde la letra D indica la distancia y la letra S el diámetro de la superficie de medición. De manera que una relación de 6:1 indica que, por cada 6 distancias, el diámetro de la superficie de medición crece en uno. En la ilustración, se observa que, a una distancia de 6 pulgadas (150mm) le corresponde una superficie de medición con un diámetro de 1 pulgada (25mm); de igual manera a 12 pulgadas (300mm), un diámetro de superficie de medición de 2 pulgadas (50mm); y finalmente a 24 pulgadas (600mm), un diámetro de 4 pulgadas (100mm). Aquí podemos afirmar que la distancia entre el objeto a medir y el instrumento es importante. Adicionalmente se puede observar que el puntero laser solo indica el centro de la superficie de medición.

¿Qué tan efectivo es un termómetro infrarrojo para medir temperatura?

Existen un sinnúmero de termómetros infrarrojos, fabricados por diferentes marcas. Cada uno con distintas aplicaciones y en diversas presentaciones. Sin embargo, el principio es el mismo. Todos los termómetros infrarrojos se basan en medir la longitud de onda radiada por la superficie del objeto y calcular la temperatura equivalente. Las diferencias se presentan al momento de evaluar la aplicación. Existen marcas que fabrican instrumentos para resolver aplicaciones industriales, medio ambientales, médicas, laboratorios científicos, etc. Y dependerá de la aplicación la exactitud de estos instrumentos.

Por exactitud nos referimos a la capacidad del instrumento de medir el valor mas cercano a la realidad. Por ejemplo, un pirómetro de “uso industrial”, típicamente tiene una exactitud de ± 2% del valor medido o 2°C (lo que sea más grande). Es decir, en una medición de 36 °C, el instrumento podría tener un error de ±2 grados. Esto significa que el usuario debe estar consiente que, aunque el termómetro arroje un valor de 36 grados, el resultado “real” podría estar entre 34 y 38 grados.

Comúnmente este tipo de variaciones no son significantes para aplicaciones industriales. Sin embargo, podrían hacer una gran diferencia, si el objeto de estudio es sensible por unos cuantos grados. La exactitud de cada termómetro debe estar indicada en la hoja de datos técnica del instrumento o en el manual emitido por el fabricante.

¿Cuál es la diferencia entre un pirómetro y una cámara termográfica?

El principio de funcionamiento de una cámara termográfica es similar a la de un pirómetro. Así como las cámaras fotográficas toman imágenes de luz, las termo cámaras toman imágenes térmicas. En una imagen digitalizada cada píxel cuenta con un valor de color; de igual manera en una imagen térmica, cada “píxel” cuenta con un valor de calor radiado. En otras palabras, por cada píxel de una cámara termográfica existe un pirómetro haciendo una medición de radiación infrarroja. Una cámara termográfica con una resolución de 640 x 480 pixeles (307,200 pixeles) equivale a 307,200 pirómetros trabajando al mismo tiempo.

De igual forma que en un pirómetro, cuando se utilizan cámaras termográficas se debe considerar: La exactitud de la termo cámara (error de medición); que la medición siempre será sobre la superficie del objeto (valor de emisividad); y la distancia entre el objeto medido y el instrumento (relación D:S).

 

 

 

 

 

 

Es importante destacar que la función principal de una cámara termográfica es de detectar patrones térmicos, no de medir temperatura. Si bien una termo cámara arroja un valor de temperatura, siempre será de referencia. Estos instrumentos fueron diseñados para aplicaciones militares y posteriormente para uso industrial. En el ámbito industrial las cámaras termográficas son muy utilizadas para identificar puntos calientes en tableros eléctricos, motores y maquinaria con el fin de evitar paros no programados por fallas.

¿Es capaz un termómetro infrarrojo o una cámara termográfica de medir la temperatura corporal de un humano?

Un cuerpo humano radia calor todo el tiempo, y bajo ese principio se podría afirmar que un termómetro infrarrojo puede medir la temperatura. Siempre considerando que el termómetro solo medirá la temperatura superficial y con un error conocido, por lo que se debe considerar la posibilidad de que la temperatura al exterior del cuerpo humano sea diferente a la del interior.

En menor escala, una situación similar a la ilustración número cuatro podría presentarse al momento de medir la temperatura de un humano. De manera que existe la posibilidad que la temperatura medida al exterior de la piel humana, no sea la misma que al interior del cuerpo. Si se pretende utilizar un termómetro infrarrojo o una cámara termográfica para medir la temperatura en humanos, se debe considerar que es muy probable que no se esté midiendo la temperatura real.

CONCLUSIONES

Puede resultar muy atractivo el utilizar termómetros sin contacto para detectar personas con alta temperatura, contra medios tradicionales por contacto. Sin embargo, es importante tomar en cuenta que la tecnología infrarroja tiene sus limitantes y consideraciones para medir temperatura.

Si se pretende utilizar un pirómetro o una cámara termográfica para medir la temperatura en humanos, se recomienda lo siguiente:

• Seleccionar un termómetro infrarrojo con un error bajo, de preferencia no mayor a 2°C. Esta información debe estar contenida en la hoja técnica o el manual del fabricante.
• Tomar en cuenta que el puntero laser solo indica el centro de la superficie de medición circular.
• Que entre más se aleje el pirómetro más grande será el área de medición. Las especificaciones técnicas del instrumento deben indicar la relación entre la distancia y la superficie de medición (D:S).
• Considerar que, la temperatura indicada siempre será la superficial y que la piel humana puede actuar como un aislante que no permita radiar todo su calor. Por lo que podría arrojar lecturas más bajas a la realidad.
• La zona de medición es muy importante. Las partes del cuerpo que podrían radiar mejor su calor serán aquellas más blandas o con cavidades internas. Se recomienda ampliamente hacer pruebas tomando mediciones en diferentes partes del cuerpo antes de implementar un protocolo.
• Al utilizar cámaras termográficas: tomar en cuenta que son instrumentos que fueron diseñados para uso industrial y su función principal es la de detectar patrones térmicos, NO medir temperatura. Por ende, se debe actuar con cautela cuando se interpreta una imagen térmica.
• Solo utilizar instrumentos de medición que cuenten con hojas técnicas o manuales de fabricantes donde como mínimo se indique la exactitud, emisividad y relación D:S.

Si se pretende utilizar termómetros infrarrojos o cámaras termográficas para segregar personas sospechosas con síntomas de COVID-19, la recomendación general de ARREGA INDUSTRIAL es que lo hagan considerando estas recomendaciones y se basen en técnicas adicionales para detección de síntomas. Se recomienda ampliamente consultar un medico antes de implementar un protocolo de detección.

Estamos en la mejor disposición de apoyarlos desde el área de la metrología en cualquier duda que la comunidad pueda tener respecto a este tema. Ponemos a su disposición nuestro correo electrónico y líneas telefónicas para asesorar con cualquier duda o pregunta.

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