Crean un 'termómetro' de fibra óptica casi tan fino como un cabello humano

La fibra óptica se suele utilizar en el ámbito de las telecomunicaciones para transmitir información por medio de la luz, pero un grupo de investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) ha desarrollado una técnica para que pueda utilizarse como  termómetro, en entornos industriales extremos.

El sistema creado es capaz de medir la temperatura de procesos de mecanizado o corte en áreas donde las técnicas convencionales no tienen acceso.

En estos entornos, no se pueden utilizar cámaras de termografía infrarroja (técnica basada en la detección de la temperatura de los cuerpos que se aplica a multitud de áreas como la industria, la construcción o la medicina), ya que no hay una línea de visión clara con el punto de corte de las herramientas ni tampoco se pueden adherir termopares u otros sensores por su deterioro y la dificultad de conseguir una localización accesible.

Dificultad resuelta

Los investigadores de la UC3M han resuelto esta dificultad empleando un pirómetro de fibra óptica (un pirómetro es un instrumento con la capacidad de medir la temperatura sin estar en contacto con el objeto).

La fibra óptica es un medio de transmisión que envía pulsos de luz para representar los datos. Gracias a su reducido tamaño (la medida de la fibra es de 62.5 micras), puede acceder a áreas muy pequeñas. “Para hacernos una idea, el diámetro del cabello de una persona joven es, en promedio, de unas 100 micras”, comentan los investigadores en un comunicado de dicha Universidad.

En este caso, se ha usado una fibra óptica típica de comunicaciones como las que se usan para transmitir señales a gran velocidad en las redes de datos.

Cómo funciona

El pirómetro determina la temperatura de un cuerpo por la cantidad de radiación que emite: al aumentar la radiación, también lo hace la temperatura. Mide la radiación en dos colores distintos y calcula la temperatura a partir del cociente de ambas señales.

El sistema está calibrado para que pueda “empezar a medir a partir de 300 grados y podría llegar hasta mil grados porque la fibra, que es de sílice, soporta temperaturas muy altas”, explica Carmen Vázquez, catedrática del departamento de Tecnología Electrónica de la UC3M y coordinadora del proyecto.

Para qué sirve

Obtener datos sobre el cambio de temperatura durante el corte ayuda a analizar la evolución del desgaste de la herramienta. En consecuencia, “es posible optimizar la vida de la herramienta, mejorando la productividad”, explica Vázquez.

Asimismo, es importante garantizar la integridad superficial del material mecanizado; en la mayoría de los casos la temperatura es un parámetro indicativo del daño generado por el mecanizado.
Este sistema tiene aplicación en aquellos entornos donde se utilice máquina herramienta para la fabricación de piezas. Es relevante, por ejemplo, en el sector aeroespacial.

En el mecanizado de piezas para componentes de motores es muy importante “evitar una temperatura excesiva durante el mecanizado que puede implicar tensiones residuales excesivas o cambios de fase relacionadas con un peor comportamiento en fatiga”, y salvar así algún problema durante el vuelo.

Carmen Vázquez afirma que “el prototipo ya podría implantarse en campo y estar funcionando en diferentes maquinarias del sector”. Este sistema también puede tener aplicaciones en el ámbito biomédico, como han apuntado los investigadores en una investigación publicada recientemente en la revista Sensors.

Referencia bibliográfica:

Tapetado, C. Vázquez, X. Soldani, H. Miguélez, D. S. Montero. Temperature sensor based on fiber optic pyrometer in material removal processes. Proc. SPIE (2015). DOI:10.1117/12.970276.