Por Eduardo Ramos, Alan Sustaita y Marcelo Lozano
Artículo de divulgación científica

Con el comienzo de la denominada “nueva normalidad”, provocada por la pandemia del COVID-19, es necesario seguir tomando medidas de prevención para controlar la propagación del virus. Una de ellas, y que ha causado mucha controversia, es el uso de termómetros infrarrojos para medir la temperatura corporal antes de ingresar a lugares públicos como supermercados, plazas comerciales, entre otros espacios cerrados de gran concurrencia. Como consecuencia del uso de estos dispositivos, se ha generado entre la población cierto temor derivado de la difusión de noticias falsas que aseguran que estos termómetros pueden ocasionar daños a la salud si la medición se realiza directamente en la frente o en la sien porque, supuestamente, emiten radiación que destruye las neuronas. Esta creencia es completamente falsa, porque los termómetros infrarrojos no emiten nada, pero entonces ¿Qué es esa luz que se ve en mi piel? Aquí se aborda el tema de manera simple y sencilla.

Cómo funcionan los termómetros

Un termómetro infrarrojo, también conocido como pirómetro, es un instrumento que es capaz de medir la temperatura de un objeto sin tocarlo, a partir de la medición del calor en forma de radiación que emite el objeto. Todo objeto emite calor en forma de radiación llamada infrarroja, de hecho, es una energía que no se puede ver, pero sí se puede sentir, coloca tu mano junto a una olla caliente y sentirás la radiación infrarroja. La configuración del termómetro convierte esa radiación en una señal eléctrica que se ajusta a ciertos valores de calibración interna del mismo termómetro, para finalmente desplegar un valor de temperatura en la pantalla digital.

Existe una gran variedad de termómetros infrarrojos en el mercado, con los cuales, se apunta el termómetro hacia alguna pequeña zona de tu cuerpo, y el calor que emite esa zona de tu cuerpo entra al termómetro por un lente e inmediatamente te dice tu temperatura. Algunos termómetros, para facilitar la medición, tienen una luz o lámpara que ilumina la zona a donde vas a medir, del mismo modo que la mira telescópica de un rifle tiene un láser para saber a dónde estás apuntando, pero no te afecta en nada. Por eso algunos termómetros infrarrojos tienen una luz.

Todo cuerpo con masa emite energía en forma de radiación infrarroja, es decir, calor, la cual se genera por el movimiento de las partículas en su interior. El cuerpo humano emite radiación infrarroja debido a la actividad interna de los órganos provocando así una temperatura corporal promedio entre 36 y 37.5°C que se considera un rango normal. La radiación infrarroja que genera nuestro cuerpo contribuye a la sensación térmica que tenemos porque de cierta forma, la ropa que usamos atrapa y refleja de vuelta hacia el cuerpo todo este calor generado. ¿Te imaginas que pasaría si nuestra ropa dejará pasar este calor que emite nuestro cuerpo? Si esto ocurriera tendríamos una sensación de mayor frescura porque, en esencia, este calor sería liberado hacia el exterior. Imagínate, podríamos usar chamarra en la playa y no sentir calor.

Actualmente, en el Grupo de Investigación en Nanotecnología y Diseño de Dispositivos del Tec de Monterrey, estamos desarrollando un proyecto en conjunto con el MIT donde buscamos desarrollar fibras poliméricas sintéticas con esta propiedad de transparencia a la radiación infrarroja emitida por el cuerpo, para crear textiles avanzados. En la Figura 1 se puede apreciar el desempeño de este material. En ésta se ve que una película de dicho material cubre una parte de la mano que se expone a la visión de una cámara infrarroja. En la fotografía, y ante nuestros ojos, no se alcanza a apreciar el anillo que está situado justo debajo de la película. Sin embargo, la cámara infrarroja sí alcanza a ver lo que el lente de la cámara fotográfica y nuestros ojos no pueden ver, es decir, el anillo debajo de la película. Es como si la película de polímero que se observa de un color gris oscuro, no existiera para la cámara infrarroja. En otras palabras, la película es transparente a la radiación infrarroja.

Figura 1. Desempeño de una película polimérica que es transparente a la radiación infrarroja. Izq.) Imagen térmica en infrarrojo de una mano sin tela polimérica (se ve en la imagen la silueta del anillo). Der.) Imagen térmica en infrarrojo de una mano con una cinta de tela polimérica que es transparente a la radiación infrarroja (al calor, en la imagen no se ve la silueta de la cinta, pero sí la del anillo).

En la imagen de la izquierda, se puede ver el calor que emite la mano en infrarrojo, el anillo que cubre la piel genera una “sombra” del calor corporal en la imagen. En la imagen de la derecha, que está cubierta por una cinta de la tela polimérica transparente al calor que hemos desarrollado, se puede ver el anillo, igual que en la imagen de la izquierda, como si no estuviera la cinta de tela polimérica cubriendo la mano. Nuestros ojos no pueden ver el anillo que está situado justo debajo de la tela polimérica, sin embargo, la cámara infrarroja sí puede ver el anillo debajo de la tela. Es como sí la tela de polímero que se observa de un color gris oscuro, no existiera para la cámara infrarroja. En otras palabras, la cinta es transparente a la radiación infrarroja.

Si tuvieras puesta una camisa, una gorra o un cubre-bocas con esta tela, el termómetro infrarrojo podría medir tu temperatura sin quitártelo, porque podría “ver” a través de la tela, ya que el calor en forma de radiación infrarroja la podría traspasar, y no estarías expuesto a ningún virus.

La radiación infrarroja

Pero ¿qué es la radiación infrarroja? La radiación infrarroja, o IR, es solo un tipo de radiación que existe en el espectro electromagnético (ver Figura 2). Otros tipos de radiación electromagnética incluyen las microondas (sí, las mismas que usa tu horno de microondas para calentar alimentos), los rayos X (exacto, esos que se usan en los equipos médicos para evaluar fracturas de huesos), y la luz visible. Ésta última es la única radiación que nosotros los seres humanos podemos detectar con nuestros ojos, y como se observa en la Figura 2, la luz visible corresponde solo a una porción muy pequeña de todo el espectro electromagnético.

Figura 2. Espectro electromagnético.

Aunque nuestros ojos no pueden detectar la IR, seguramente podemos sentirlo porque como ya se mencionó anteriormente, la radiación IR es, literalmente, calor. Sitúate cerca de una chimenea o alrededor de una fogata, coloca tu mano cerca del carbón usado para preparar una rica carne asada aún y cuando la llama se haya extinguido, o camina en un clima frío bajo la luz del sol para sentir un poco de más calor. En todas estas experiencias, estás interactuando directamente con IR. Es este IR (calor) el que se puede medir.

La radiación IR funciona como la luz visible: puede enfocarse, reflejarse o absorberse. Por lo tanto, es válido hacer la analogía que un termómetro infrarrojo actúa hacia la radiación infrarroja de la misma manera que el ojo humano actúa hacia la luz visible. En este sentido, el ojo humano es un órgano que recibe los rayos luminosos procedentes de objetos y los transforma en impulsos eléctricos que son conducidos al centro nervioso de la visión en la parte posterior del cerebro, en donde son convertidos en imágenes. De manera análoga, el termómetro infrarrojo recibe la radiación infrarroja que emite tu cuerpo, y la convierte en señales eléctricas para después convertirlo en un valor de temperatura. Como podrás ver, un termómetro infrarrojo, al igual que nuestros ojos, no emiten radiación alguna, solamente la reciben y enfocan o concentran la radiación infrarroja y visible, respectivamente, que provienen de otros objetos. Por eso no hay forma en que puedan causarte daño alguno.

Ahora que sabemos que nuestro cuerpo emite radiación infrarroja, es precisamente ésta la que se puede medir para detectar a personas que tengan fiebre, la cual es uno de los principales síntomas de la enfermedad provocada por el virus SARS-CoV-2, o COVID-19. Es por ello, que el mejor termómetro para usar en la “nueva normalidad” es el termómetro infrarrojo, que es una herramienta muy útil, además de ser inofensiva para el ser humano. Este tipo de termómetro ofrece una serie de ventajas que resultan bastante útiles para detectar personas posiblemente infectadas con el virus para este fin. La ventaja principal es que mide la temperatura corporal sin estar en contacto con la piel, reduciendo así los riesgos de transmisión del virus. Además, la temperatura se obtiene en cuestión de segundos. ¡Imagínate lo problemático que sería medir con un termómetro de otro tipo!

Errores al medir la temperatura

Sin embargo, algunos problemas surgen con el uso de estos dispositivos cuando no son empleados correctamente, lo que conlleva a obtener mediciones erróneas. Si te han medido la temperatura con este tipo de termómetros posiblemente te habrás dado cuenta de que se obtienen mediciones en un rango que puede ir desde 31 °C hasta 38 °C. Estos valores, evidentemente difieren mucho del rango de temperatura corporal normal (entre 36 °C y 37.5 °C), pero lo grave es que cuando esto ocurre, en realidad el uso del termómetro no está cumpliendo con su función de brindar seguridad de que una persona no tiene síntomas del COVID-19. Por eso siempre verifica que se te haga una correcta medición, preferiblemente en tu frente a una distancia de entre 3 y 5 centímetros, sin objetos ni maquillajes obstruyendo tu piel y en el interior de la puerta del lugar. Es parte de la “nueva cultura” y eso nos ayuda a todos.

Los resultados erróneos al medir la temperatura se pueden deber a diversos factores que explicamos a continuación:

La precisión del termómetro IR se determina principalmente por la relación entre la distancia de medición y el tamaño del área del objeto a medir. En otras palabras, el área que se mide se hace más grande a medida que aumenta la distancia. Cuanto más pequeño sea el objetivo, más cerca deberías estar de él para realizar una medición (ver Figura 3). Por lo tanto, si te miden la temperatura con un termómetro IR apuntando a tu frente, pero el termómetro está a una distancia mayor a la que debería estar, podría estar también midiendo la temperatura de tu pelo, por ejemplo, afectando el resultado pues el valor que despliega el termómetro equivale al promedio de temperatura de todo lo que el lente del termómetro alcanza a “ver”. La recomendación de los fabricantes de los termómetros infrarrojos es tomar la temperatura directamente en la frente a una distancia de entre 3 a 5 centímetros, dependiendo del fabricante, por lo que, si se toman mediciones a mayores distancias o en otras partes del cuerpo el error de medición puede ser mayor.

Figura 3. Rango de medición de un termómetro infrarrojo.

Otro factor que afecta la medición se presenta cuando el termómetro no está calibrado para medición de temperatura corporal. La base científica detrás del funcionamiento de un termómetro infrarrojo se conoce como Ley de Stefan-Boltzmann. Aunque la explicación de dicha Ley no la abordaremos en el presente artículo, sí es importante mencionar que esta ley emplea un concepto que toma mucha relevancia y que se conoce como emisividad. La emisividad es la radiación térmica emitida por un objeto debido a su temperatura en comparación con la que es emitida por un radiador perfecto a la misma temperatura. En otras palabras, representa la capacidad que tiene un cuerpo u objeto para irradiar calor. Como la emisividad es un valor que es comparado con la radiación emitida por un radiador perfecto, entonces toma valores entre 0 y 1, donde 1 es precisamente la emisividad de un radiador perfecto, también conocido como cuerpo negro. Así, un objeto con una emisividad de 0.9 emitirá el 90% y reflejará el 10% de la energía incidente. En general, cuanto mayor es la emisividad de un objeto, más fácil es para obtener una medición precisa de la temperatura usando un termómetro infrarrojo. Los objetos con emisividad por debajo de 0.2 pueden ser aplicaciones difíciles. De hecho, algunas superficies pulidas o metales brillantes como el aluminio reflejan tanto la radiación infrarroja que las mediciones de temperatura precisas no siempre son posibles.

Figura 4. Imagen de una mano tomada con una cámara termográfica.

El efecto de la emisividad puede explicarse de manera más clara usando la imagen de la Figura 4. Esta imagen fue obtenida con una cámara infrarroja. Una cámara infrarroja funciona con el mismo principio que un termómetro infrarrojo, con la ventaja que una cámara infrarroja puede desplegar una imagen con una escala de colores para poder distinguir diferentes temperaturas en la misma imagen. En principio, la mano y el anillo deben estar a la misma temperatura debido al equilibrio térmico entre ambos. Sin embargo, de acuerdo con la escala de colores de la cámara termográfica, pareciera que el anillo está a una temperatura mucho menor que la mano. Esto se debe a que el metal refleja más radiación que la piel, es decir, tiene una emisividad mucho menor que la del cuerpo humano. Si la cámara está ajustada con el valor de emisividad del cuerpo humano, entonces generará un valor equivocado de la temperatura del anillo, y sucedería lo mismo si fuera al revés, es decir, si la cámara estuviera ajustada con el valor de emisividad del anillo dando una medición incorrecta de la temperatura de la mano.

siempre verifica que se te haga una correcta medición, preferiblemente en la frente y a una distancia de entre 3 y 5 centímetros

La emisividad del cuerpo humano es de 0.98, lo que representa otro aspecto favorable para el uso de termómetros infrarrojos de uso médico. Estos termómetros de infrarrojo de uso médico exclusivo en principio deben estar calibrados de acuerdo a la emisividad del cuerpo humano (0.98) y para un uso dentro de un rango de temperatura más acorde al del cuerpo humano (aproximadamente 20-60 °C) con un margen de error entre 0.1-0.5 °C. Por lo tanto, las mediciones suelen ser más precisas a que si se usará un termómetro infrarrojo de grado industrial, los cuales son empleados para una gran diversidad de materiales, cada uno con su propio valor de emisividad, y dentro de un rango muy amplio de temperatura que va desde temperaturas por debajo de 0°C hasta más de 1000°C.

Aún y cuando te midan la temperatura con un termómetro infrarrojo de uso médico exclusivo, todavía existe la posibilidad de que se obtengan medidas erróneas. Por ejemplo, si usas algún cosmético en el área del cuerpo donde se realiza la medición, esto podría modificar la reflexión de la piel, y por consiguiente la emisividad ya no sería 0.98, o incluso si estás sudando porque esto representa que hay otro material (en este caso un líquido) sobre la superficie. También, si la medición no se hace de manera perpendicular al área de medición, daría lugar a que solo una porción de la radiación emitida por el cuerpo humano llegue al lente del termómetro. Asimismo, si existe una corriente de aire al momento de la medición, o si ésta se realiza bajo la incidencia de los rayos del sol, o si el termómetro no está en equilibrio térmico con el ambiente donde se realiza la medición, la precisión del resultado también se vería afectada.

Conclusiones y recomendaciones

Ante la denominada “nueva normalidad” que ha surgido a raíz de la pandemia de COVID-19, los termómetros infrarrojos se han convertido en una herramienta tecnológica muy utilizada, y en muchos lugares indispensable, como parte de las acciones para tratar de controlar la expansión de la pandemia. Contrario a lo que se ha difundido por diversos medios, los termómetros infrarrojos representan una herramienta inofensiva para el ser humano ya que son dispositivos que únicamente reciben y enfocan la radiación infrarroja que emite nuestro cuerpo, para luego generar un valor de temperatura usando un sistema de calibración interno. Estos termómetros no emiten ningún tipo de radiación, por eso son seguros de usar con personas. Más aún, estos dispositivos resultan bastante útiles para detectar personas posiblemente infectadas con el virus SARS-CoV-2, considerando los riesgos propios de una pandemia, ya que algunas de sus principales ventajas son la medición de la temperatura corporal sin estar en contacto con la piel, reduciendo así el riesgo de transmisión del virus, y la obtención de resultados en cuestión de segundos, favoreciendo su uso en la entrada de lugares de gran concurrencia pública.

No obstante, existen numerosos factores que pueden afectar la precisión de los resultados generados. Por tal motivo, para obtener mayor precisión en los resultados, se sugiere tomar en cuenta las siguientes consideraciones:

  • Dejar el termómetro infrarrojo en el ambiente de medición por lo menos 10 minutos antes de su uso. Esto para que el termómetro esté en equilibrio térmico con el ambiente.
  • Confirmar que el área de la frente donde se realizará la medición está limpia, libre de cosméticos, y seca.
  • Realizar la medición colocando el termómetro infrarrojo a una distancia dentro del rango recomendado por el fabricante.
  • Realizar la medición colocando el termómetro de manera perpendicular a la superficie a medir, de preferencia en el área de la frente.
  • Realizar la medición en un lugar libre de corrientes de aire, fuera de la luz del sol, es decir, en la sombra, y lejos de fuentes de calor.
  • Asegurarse de que la temperatura de la frente no ha sido afectada por fuentes externas, por ejemplo, los rayos del sol (por eso es recomendable hacerlo en la sombra).

Ahora ya lo sabes: usar un termómetro infrarrojo es totalmente seguro y puedes entrar con toda tranquilidad a cualquier lugar donde los utilicen como medida de seguridad.

Los autores

Jesús Eduardo Ramos Tirado es Ingeniero en Nanotecnología, egresado de la Universidad Politécnica de Sinaloa (2019). Es alumno de la Maestría en Nanotecnología del Tec de Monterrey, campus Monterrey. Trabaja en un proyecto con enfoque en polímeros para su potencial aplicación en textiles avanzados de control térmico personal.

Alan Osiris Sustaita Narváez es doctor en Ciencias, egresado de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí (2007). Es profesor de la Escuela de Ingeniería y Ciencias en el Departamento de Mecánica y Materiales Avanzados del campus Monterrey, e investigador adscrito al Grupo de Investigación en Nanotecnología para el Diseño de Dispositivos. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores (nivel I).

Luis Marcelo Lozano Sánchez es doctor en Ciencias de Ingeniería, egresado del Tecnológico de Monterrey (2017). Es profesor en el Departamento de Ciencias del campus Guadalajara, e investigador adscrito al Grupo de Investigación en Nanotecnología para el Diseño de Dispositivos. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores (nivel I).

¿Quieres saber más?

Un material que se mantiene fresco y cool aún bajo el Sol
https://transferencia.tec.mx/2019/08/12/el-color-negro-nunca-fue-tan-fresco-y-cool/

Optical engineering of polymer materials and composites for simultaneous color and thermal management
https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85065831199&doi=10.1364%2fOME.9.001990&origin=inward&txGid=29baec4dc46520a2a457e77bf90739f5

DEJA UN COMENTARIO

Por favor agrega un comentario!
Favor de ingresar tu nombre