Cómo funciona la calefacción infrarroja

01 / 09 · EL ESPECTRO

Dónde se sitúa la radiación infrarroja en el espectro electromagnético

El infrarrojo pertenece a la zona de baja energía del espectro, la misma familia que el calor de una hoguera. Su forma de interactuar con la materia depende por completo de la longitud de onda, no de la potencia.

• El infrarrojo cubre un rango extenso con comportamientos distintos
• Determina cómo la radiación interactúa con la materia
• El descubrimiento sobre el que se apoya toda la calefacción radiante

El espectro electromagnético es una escala continua de radiación que va desde las ondas de radio más largas, de varios kilómetros, hasta los rayos gamma más cortos, de menos de una milmillonésima parte de un milímetro. Todas estas formas de radiación responden al mismo fenómeno de fondo, ondas electromagnéticas, pero cada longitud de onda da lugar a propiedades muy distintas. Las ondas de radio atraviesan las paredes sin efecto alguno, la luz visible se refleja en las superficies coloreadas y los rayos X, altamente energéticos, penetran en los tejidos blandos. Es la longitud de onda la que determina cómo la radiación interactúa con la materia y si tiene o no algún efecto biológico.

La radiación infrarroja se sitúa justo más allá de la luz roja visible, y de ahí su nombre. El prefijo infra procede del latín y significa por debajo, de modo que infrarrojo designa la radiación cuya longitud de onda queda inmediatamente por encima de la del rojo, aunque muy por debajo de la de las microondas. La luz visible se extiende aproximadamente desde 0,4 micrómetros para el violeta hasta 0,7 micrómetros para el rojo profundo. Donde termina el rojo empieza el infrarrojo, que se prolonga hasta cerca de 1.000 micrómetros. Conviene precisar una cosa desde el principio: la radiación infrarroja pertenece a la zona de baja energía del espectro, una familia de radiación no ionizante, la misma a la que pertenecen el calor de una hoguera o la luz del sol en un día de primavera. Es fundamentalmente distinta de la radiación de alta energía como la ultravioleta, los rayos X o gamma, capaces de romper enlaces químicos en el ADN. La energía por fotón de la radiación infrarroja es demasiado baja para producir ese tipo de daño. Lo único que hace es poner las moléculas en un estado de vibración, y es precisamente esa vibración la que percibimos como calor.

Cuando se dice que un calefactor emite radiación infrarroja, en realidad se está diciendo muy poco sobre cómo se comporta. Es algo parecido a decir que una emisora transmite en frecuencia de radio, sin especificar si se trata de FM o de onda larga. La banda infrarroja es tan amplia que la radiación procedente de sus distintas zonas se comporta de forma muy diferente al alcanzar a una persona.

Históricamente, la radiación infrarroja fue descubierta por el astrónomo de origen alemán William Herschel en 1800. Estaba experimentando con la descomposición de la luz solar mediante un prisma y midiendo la temperatura en los distintos colores. Para su sorpresa, comprobó que el termómetro registraba la temperatura más alta justo más allá del rojo visible, en una zona donde no había luz alguna que se pudiera ver. Fue la primera prueba de que la radiación solar se prolonga más allá de lo que el ojo es capaz de percibir y de que esos rayos invisibles transportan calor. Más de 220 años después, todo el sector de la calefacción radiante sigue apoyándose en aquel descubrimiento.

Todo cuerpo con una temperatura por encima del cero absoluto, es decir, por encima de menos 273,15 grados Celsius, emite alguna forma de radiación electromagnética. Un objeto muy frío emite una radiación muy débil, pero la emite. El cuerpo humano, a 37 grados, irradia energía infrarroja hacia su entorno, y las cámaras termográficas aprovechan precisamente este hecho para detectar pérdidas de calor en edificios o estados febriles en pacientes. Cuando se percibe el calor de un horno a distancia, sin necesidad de tocarlo, lo que se está experimentando es radiación infrarroja. Es la forma estándar de intercambio térmico entre cuerpos.

Consulte nuestra página de introducción sobre qué es la calefacción infrarroja y el principio solar en el que se basa esta tecnología.

02 / 09 · LA FÍSICA

La temperatura de la fuente determina la longitud de onda.

La ley de desplazamiento de Wien vincula la temperatura con la longitud de onda. Cuanto más caliente está la fuente, más corto es el espectro. A 1.300 K, el pico se sitúa en 2,2 µm.

• La temperatura fija la longitud de onda dominante
• El elemento de carbono de Opranic emite su pico en pleno IR-B
• Más potencia desplaza todo el espectro

Aquí aparece uno de los aspectos peor comprendidos de la física de la radiación. Mucha gente cree que se puede construir una fuente de onda corta «más débil» o una de onda larga que funcione a alta potencia. No funciona así. La longitud de onda de la radiación está físicamente ligada a la temperatura de la fuente mediante una ley que el físico alemán Wilhelm Wien formuló ya en 1893.

La ley de desplazamiento de Wien establece que la longitud de onda en la que un cuerpo caliente emite su radiación máxima es inversamente proporcional a su temperatura absoluta. Dicho de forma sencilla, cuanto más caliente está el cuerpo, más corta es la longitud de onda dominante. Por eso una fuente de calor que brilla en rojo tiene una longitud de onda dominante mayor que otra que brilla en amarillo o en blanco. Cuando el herrero calienta el hierro, este pasa de un brillo rojo hacia los 800 grados, a rojo anaranjado a 1.000 grados, a amarillo a 1.300 grados y, por último, a blanco por encima de 1.500 grados. Es el mismo hierro, pero el espectro se desplaza hacia longitudes de onda más cortas a medida que sube la temperatura.

Para un calefactor radiante, esto significa que el diseño del elemento, el material y la temperatura de trabajo fijan de forma conjunta el perfil espectral del producto. Un emisor halógeno con un filamento de tungsteno que arde a unos 2.200 grados Celsius sitúa su pico de emisión entre 1,2 y 1,4 micrómetros. No es algo que se pueda modificar. Un elemento emisor basado en carbono del tipo que emplea Opranic trabaja a una temperatura superficial de entre 950 y 1.050 grados Celsius a máxima potencia, lo que lleva su pico de emisión a la zona óptima en torno a 2,2 micrómetros. La tecnología y la temperatura definen juntas el espectro.

Matemáticamente, la ley de desplazamiento de Wien indica que la longitud de onda del pico, medida en micrómetros, equivale aproximadamente a 2.898 dividido entre la temperatura en kelvin. Algunos ejemplos concretos: el Sol tiene una temperatura superficial cercana a los 5.800 kelvin, lo que sitúa su pico en torno a 0,5 micrómetros, en plena franja verde-amarilla del espectro visible. No es casualidad que el ojo humano sea más sensible precisamente al verde, porque hemos evolucionado bajo el espectro solar. Un filamento de halógeno a 2.500 kelvin tiene su pico cerca de 1,16 micrómetros. Un emisor IR-B de carbono o NiCr a unos 1.320 kelvin sitúa su pico en 2,2 micrómetros. Un panel cerámico de onda larga a 600 kelvin emite su pico a 4,8 micrómetros. Y una pared en una habitación caldeada a 300 kelvin tiene su pico cerca de 10 micrómetros.

El mismo principio explica por qué una fuente infrarroja no se vuelve más eficiente simplemente subiendo la potencia. Si a una fuente de onda larga se le aporta más corriente para obtener más calor, sube su temperatura superficial y el espectro se desplaza hacia longitudes de onda más cortas. El producto cambia de naturaleza. De la misma manera, si se reduce la corriente de un emisor de onda corta para bajar la intensidad, su temperatura superficial desciende y el espectro se desplaza hacia longitudes de onda más largas, aunque no lo suficiente para convertirse en una verdadera onda media. Los elementos emisores están diseñados en torno a un margen estrecho de temperatura de trabajo, y salirse de él conlleva compromisos tanto en la vida útil como en la calidad espectral.

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03 / 09 · TRES BANDAS

Dónde se absorbe la radiación en la piel.

El IR‑A penetra entre 3 y 5 mm y puede resultar punzante. El IR‑B (Opranic) se absorbe justo donde se encuentran los termorreceptores. El IR‑C se queda en la ropa.

• El IR-A penetra en profundidad, el IR-C se queda en la superficie
• El IR-B se absorbe donde están los termorreceptores
• La onda media coincide con la piel y la percepción de calor

La zona infrarroja se divide convencionalmente en tres bandas principales. Esta clasificación se basa en cómo la radiación interactúa con la materia, y de forma especial con el tejido humano.

El infrarrojo de onda corta, IR-A, abarca de 0,78 a 1,4 micrómetros y requiere fuentes muy calientes, con temperaturas superficiales superiores a 1.700 grados Celsius. El Sol es el ejemplo natural; las lámparas halógenas y los emisores de onda corta son los artificiales. El infrarrojo de onda media, IR-B, se sitúa entre 1,4 y 3 micrómetros y se genera mediante fuentes que operan entre 600 y 1.700 grados aproximadamente. El IR-X Carbon Black de Opranic trabaja en este rango, con un pico de emisión en 2,2 micrómetros a máxima potencia. El infrarrojo de onda larga, IR-C, se extiende desde 3 micrómetros hasta los 1.000 micrómetros y procede de fuentes más frías: paneles cerámicos, superficies calentadas, el propio cuerpo humano. Los límites en 1,4 y 3 micrómetros siguen la norma ISO 20473 y son convenciones, no fronteras físicas estrictas, aunque reflejan una diferencia real de comportamiento.

Cuando un haz infrarrojo llega a la piel ocurren tres cosas simultáneamente: una parte se refleja de vuelta al entorno, otra se transmite a mayor profundidad en el tejido, y una tercera se absorbe y se convierte en calor. El reparto entre estos tres procesos depende por completo de la longitud de onda. Es aquí donde la elección de la tecnología cobra su sentido práctico para quien quiere estar a gusto en una terraza una noche de otoño.

La capa más externa de la piel, el estrato córneo, tiene un grosor de unos 10 a 20 micrómetros y está formada por células de queratina muertas y lípidos. Por debajo se encuentra la epidermis, de unos 100 micrómetros, y a continuación la dermis, con vasos sanguíneos, terminaciones nerviosas y los receptores sensibles al calor. Para que la radiación produzca una sensación térmica agradable debe absorberse a la profundidad adecuada. Lo bastante profunda como para alcanzar la dermis donde se sitúan los receptores, pero no tan profunda que la atraviese sin calentar nada relevante.

El IR-A de onda corta, entre 0,8 y 1,4 micrómetros, presenta una alta transmisión a través de la piel. Una parte significativa de la radiación atraviesa la epidermis y puede llegar varios milímetros hacia la dermis y el tejido subcutáneo. Al mismo tiempo, la piel refleja hasta la mitad de la radiación de onda corta de vuelta al aire. El resultado neto es que la transferencia energética por vatio incidente resulta menos eficiente para la calefacción de confort, aunque la radiación penetre físicamente a gran profundidad. Es precisamente esa penetración profunda la que puede percibirse como punzante con dosis elevadas procedentes de fuentes artificiales situadas a poca distancia. La radiación alcanza capas situadas bajo la piel, donde genera calor sin activar directamente los termorreceptores superficiales.

El IR-B de onda media, en torno a 2 o 3 micrómetros, se comporta de manera distinta. La reflexión cutánea es mucho menor en este intervalo, y la absorción resulta elevada en las capas más superficiales, justo donde los termorreceptores se concentran con mayor densidad. La radiación no sobrevive a más de un milímetro aproximadamente dentro de la piel, pero ese es precisamente el lugar donde debe absorberse para producir una sensación de calor agradable sin quemar la superficie. La circulación sanguínea distribuye después el calor por el resto del cuerpo de forma natural.

El IR-C de onda larga, por encima de 3 micrómetros, se absorbe casi por completo en las capas más externas de la piel, a menudo en menos de 0,1 milímetros. Esto produce una sensación de calor superficial muy agradable en interiores, pero en exteriores la intensidad de las fuentes de onda larga suele ser demasiado baja para ofrecer un efecto real de confort frente al viento y el frío.

El perfil de absorción de la onda media coincide con la anatomía de la piel de un modo que no es casual. Los termorreceptores de la epidermis y la dermis se sitúan a una profundidad en la que la radiación IR-B se absorbe con eficacia, mientras que el IR-A los traspasa y el IR-C se detiene en las células muertas superficiales antes de que ninguna señal alcance el sistema nervioso. Para un emisor destinado a calentar personas en entornos exteriores, la banda IR-B constituye por tanto el punto óptimo funcional donde se encuentran radiación, piel y percepción térmica.

El IR-B también está consolidado en fisioterapia y se utiliza en fuentes de calor médicamente aprobadas para recién nacidos en unidades de neonatología. La radiación infrarroja no es una tecnología exótica, sino una fuente de calor bien caracterizada y de perfil conocido.

04 / 09 · AGUA

El cuerpo es, sobre todo, agua.

Las moléculas de agua alcanzan picos de absorción en 1,9 y 3,0 µm. Entre ambos se encuentra un punto óptimo en 2,2 µm: alta absorción sin molestias.

• El agua del cuerpo determina la absorción
• 2,2 µm equilibra absorción y densidad de potencia
• A menor potencia se desplaza hacia 2,7 µm

Cuando hablamos de cómo la radiación infrarroja calienta a una persona, en realidad estamos hablando de cómo esa radiación calienta el agua. Un cuerpo humano adulto está compuesto, aproximadamente, en un 60 a 70 por ciento por agua. Cada célula de la piel, cada vaso sanguíneo y cada músculo contienen agua, y es esa agua la que domina la forma en que el cuerpo interactúa con la radiación electromagnética en la zona infrarroja.

La molécula de agua tiene una curva de absorción bien caracterizada. No es uniforme, sino que presenta picos y valles definidos. El agua absorbe poco la luz visible y la IR-A de onda corta alrededor de 1 micrómetro; por eso el mar es transparente a la luz visible y la radiación de onda corta atraviesa con facilidad la piel. A partir de aproximadamente 1,45 micrómetros, la absorción comienza a aumentar con fuerza. Entre 1,9 y 3,0 micrómetros se sitúa una banda de absorción tan intensa que una película de agua de apenas unas décimas de milímetro absorbe casi toda la radiación incidente. El valor máximo de absorción se encuentra en torno a 2,9 o 3,0 micrómetros.

Una matización sutil pero importante: si el pico de absorción está en 3,0, ¿por qué un elemento emisor optimizado emite en 2,2 y no en 3,0? La respuesta está en el equilibrio entre dos exigencias contrapuestas.

Por un lado, conviene que la radiación sea absorbida por el agua de la piel, lo que invita a elegir una longitud de onda más larga. Por otro, la fuente debe poder generar una densidad de potencia suficiente para transmitir una sensación de calor firme en condiciones de viento y frío, lo que exige una longitud de onda más corta, donde la temperatura superficial es mayor según la ley de desplazamiento de Wien. En 2,2 micrómetros, a potencia máxima, ambas exigencias se equilibran de forma óptima. La absorción del agua sigue siendo alta y, al mismo tiempo, la densidad de potencia resulta suficiente para uso comercial en exterior.

A niveles de potencia más bajos, el pico se desplaza hacia longitudes de onda más largas y se acerca aún más al máximo de absorción del agua, lo que produce una sensación de calor más suave. El gráfico interactivo superior muestra cómo la longitud de onda se desplaza entre 2,2 y 2,7 micrómetros en función del nivel de potencia seleccionado. Toda esta franja se sitúa en una ventana en la que la reflexión de la piel es baja, como se vio en la sección anterior. El resultado es una doble optimización: tanto frente a la capa superficial de la piel como frente a las moléculas de agua del tejido.

A longitudes de onda superiores a 3 micrómetros, la temperatura superficial de la fuente se vuelve tan baja que la densidad de potencia cae de forma drástica. La densidad de potencia es la cantidad de vatios por metro cuadrado de superficie emisora, y es consecuencia directa de la ley de Stefan-Boltzmann: la potencia radiada por unidad de superficie crece con la temperatura elevada a la cuarta. Un emisor a 400 grados Celsius irradia menos de una sexta parte de la potencia por unidad de superficie que uno a 900 grados.

Por eso la IR-C de onda larga funciona excelentemente en interiores, donde basta con una densidad de potencia moderada y no hay viento que perturbe el confort, pero resulta insuficiente en terrazas abiertas, donde el enfriamiento por convección es elevado.

En entornos muy expuestos al viento y con temperaturas muy bajas, un emisor de onda corta con alta densidad de potencia puede percibirse como más cálido que un emisor de onda media a la misma distancia. Esto no se debe a que la onda corta sea mejor para la piel, sino a que su temperatura superficial es tan alta que el puro número de vatios por metro cuadrado se impone sobre la optimización de la absorción. El precio que se paga es una peor adaptación cutánea, una mayor proporción de energía reflejada y una radiación que, a largo plazo, suele percibirse como dura y punzante.

En terrazas exteriores bien diseñadas y con un grado moderado de protección frente al viento, un emisor de onda media IR-B con pico en torno a 2,2 micrómetros es, casi siempre, la opción más equilibrada, tanto por confort como por salud cutánea a largo plazo. La onda corta es una alternativa legítima en entornos industriales muy expuestos al viento y con tiempos de exposición breves, pero conviene tener presente que se trata de un compromiso que sacrifica confort cutáneo en favor de densidad de potencia pura.

05 / 09 · NIVEL MOLECULAR

Las vibraciones se convierten en calor.

La radiación excita los modos vibracionales de las moléculas. La energía se convierte directamente en movimiento térmico, sin calentar la masa de aire intermedia.

• El calor solo aparece cuando la radiación es absorbida
• Las moléculas de agua vibran y se calientan
• Calienta cuerpos y superficies, no el aire intermedio

Existe un malentendido habitual: pensar que la radiación infrarroja es en sí misma calor que viaja por el espacio. En realidad, la radiación es energía electromagnética que se propaga en forma de ondas, y el calor solo aparece cuando esa energía es absorbida por la materia y se transforma en movimiento molecular. Esta distinción es la base de toda la tecnología radiante y explica por qué su comportamiento difiere tanto del de la calefacción por convección.

Todas las moléculas están formadas por átomos unidos mediante enlaces químicos. Estos enlaces pueden describirse como pequeños resortes, y los átomos pueden vibrar alrededor de sus posiciones de equilibrio. Cada molécula posee frecuencias de vibración específicas, características de su estructura. Cuando una onda electromagnética con una frecuencia que coincide con la frecuencia natural de vibración de una molécula incide sobre ella, la energía se transfiere de forma resonante y la molécula empieza a vibrar con mayor intensidad. Este proceso se denomina resonancia vibracional y es lo que transforma la radiación infrarroja en calor.

La molécula de agua, H₂O, presenta tres modos vibracionales principales: estiramiento simétrico, estiramiento asimétrico y flexión del ángulo de enlace entre hidrógeno y oxígeno. Estos modos tienen frecuencias de resonancia que corresponden a longitudes de onda en torno a 2,7, 2,9 y 6,3 micrómetros. Por eso el agua absorbe con tanta intensidad en la banda de 2 a 3 micrómetros. Las ondas infrarrojas coinciden con las vibraciones propias de las moléculas y la energía se transfiere de forma eficiente. Cuando la molécula de agua vibra con más fuerza, eso es precisamente lo que define una temperatura más alta. La energía ha pasado de un estado electromagnético a energía térmica dentro del tejido.

Esto explica también por qué la radiación infrarroja puede calentar una superficie sin calentar el aire intermedio. Los componentes principales del aire, nitrógeno y oxígeno, son moléculas llamadas homonucleares y disponen de muy pocos modos vibracionales que coincidan con el espectro infrarrojo. El nitrógeno apenas absorbe nada en la banda en la que trabajan los calefactores de confort. La radiación atraviesa por tanto el aire sin pérdidas apreciables, hasta que alcanza una superficie con contenido de agua, una persona, una planta, un suelo de madera, donde es absorbida y se convierte en calor.

Una consecuencia elegante es que el aire entre el calefactor y el usuario se mantiene relativamente frío incluso cuando el calor dentro del campo de radiación resulta confortable. Aquí conviene, no obstante, introducir un matiz práctico importante. La propia radiación infrarroja no se desvía con el viento, ya que se propaga en línea recta con independencia del movimiento del aire. Sin embargo, la piel pierde calor hacia el entorno por convección, y esa pérdida convectiva aumenta de forma notable con la velocidad del viento. Es el mismo principio por el que un día ventoso se percibe mucho más frío que un día en calma a la misma temperatura ambiente. En un día con viento es necesario compensar con una mayor intensidad de radiación o reduciendo la distancia, no porque la radiación se deteriore, sino porque el cuerpo cede más calor al aire en movimiento. Es una diferencia considerable frente a los calefactores por convección, que resultan prácticamente inservibles con viento. Un emisor IR-B bien colocado aporta calor incluso cuando sopla viento; solo necesita suministrar algo más de energía para equilibrar el enfriamiento adicional de la piel.

El dióxido de carbono y el vapor de agua presentes en el aire introducen una pequeña diferencia. Estas moléculas poseen modos vibracionales en el rango infrarrojo y absorben ciertas partes del espectro. Esa es la razón por la que la atmósfera presenta efecto invernadero. Pero para las distancias que se manejan en una terraza, unos pocos metros, esa absorción resulta completamente despreciable. La radiación llega al usuario, en la práctica, sin alteración.

06 / 09 · INDUSTRIA

La misma física que la industria utiliza desde hace décadas.

El IR‑B se emplea en el secado de PET, en el conformado de plásticos, en la esterilización de envases alimentarios y en las máquinas papeleras. Opranic traslada ese conocimiento industrial a la calefacción de confort.

• La misma física que seca pintura y conforma PET
• La longitud de onda se elige según el material
• Décadas de tecnología industrial aplicadas al confort

Podría parecer que la discusión sobre longitud de onda y absorción es puramente académica. No lo es. La misma elección de longitud de onda que convierte a 2,2 micrómetros en el valor óptimo para la calefacción de confort en personas explica por qué otras longitudes de onda son óptimas para aplicaciones industriales completamente distintas. La tecnología infrarroja se utiliza a gran escala para secar pintura, conformar botellas de plástico, esterilizar envases, curar adhesivos y muchos otros procesos. En cada caso, la longitud de onda se selecciona en función del material específico que se desea calentar.

Los plásticos, por ejemplo, absorben la radiación infrarroja principalmente por encima de 2 micrómetros. Una película plástica fina para envasado alimentario absorbe muy mal la radiación de onda corta procedente de lámparas halógenas, mientras que absorbe con eficacia la onda media. Por ese motivo, las modernas máquinas de soplado de PET emplean infrarrojo de onda media para calentar las preformas antes del soplado. Los textiles, el papel y la madera, todos ellos materiales orgánicos con presencia de agua o enlaces OH, presentan su mejor absorción en la misma banda que la piel humana. La razón es que contienen estructuras moleculares similares a las del agua o enlaces sensibles a la vibración.

La radiación de onda corta se utiliza en la industria sobre todo cuando se trata de calentar materiales gruesos y pigmentados que absorben en muchas longitudes de onda, como chapa metálica, caucho oscuro o piezas de carrocería. En esos casos, la onda corta ofrece alta intensidad y penetra en profundidad. En una terraza donde las personas se sientan a tomar un café, el requisito es justo el contrario: se busca que la energía permanezca en la superficie de la piel, sin penetrar en profundidad. Desde una perspectiva de ingeniería, utilizar un emisor de onda corta para confort sería como elegir una lámpara industrial de curado de plásticos cuando lo único que se quiere es leer un libro.

Heraeus, uno de los principales fabricantes mundiales de sistemas IR industriales, publica datos técnicos que reflejan exactamente la misma física que Opranic aplica al ámbito del consumidor. Cuando un pequeño hostelero compra un calefactor Opranic para su terraza, son los mismos principios ópticos los que calientan las botellas de PET en una fábrica alemana o secan la tinta de impresión en una rotativa belga, aplicados ahora a una terraza exterior y al cuerpo humano.

07 / 09 · SEGURIDAD

Evaluado por la experiencia internacional.

La ICNIRP ha fijado los límites de exposición al infrarrojo. Los niveles de confort se sitúan con un amplio margen por debajo de ellos. El infrarrojo de onda media resulta más seguro que el de onda corta.

• Carece de energía para dañar el ADN
• Valores internacionales con amplio margen
• La onda media preserva los tejidos más profundos

La Comisión Internacional para la Protección frente a la Radiación No Ionizante, ICNIRP, es el organismo de referencia mundial para las directrices de seguridad sobre radiación electromagnética por debajo de los niveles ionizantes. Publica los valores límite que las autoridades nacionales de todo el mundo emplean como referencia, y sus directrices sobre exposición al infrarrojo están sólidamente establecidas.

La radiación infrarroja pertenece a la parte no ionizante del espectro, lo que significa que sus fotones no tienen energía suficiente para romper los enlaces químicos del ADN. Esta es una diferencia esencial respecto a la radiación ultravioleta, que sí es ionizante y puede provocar cáncer cutáneo en caso de sobreexposición. La radiación infrarroja a niveles de confort no presenta ese mecanismo de riesgo. Los únicos parámetros de seguridad en los que se centra la ICNIRP son los efectos térmicos: evitar que la piel o el ojo se vean expuestos a una intensidad de radiación tan elevada que el tejido pueda sobrecalentarse.

En una instalación típica de terraza, la intensidad de radiación de un emisor infrarrojo correctamente montado, por ejemplo un PRO V70 instalado a 2,5 metros de altura, se sitúa muy por debajo de los valores límite que la ICNIRP establece para varias horas de exposición diaria. El diseño del producto, la distancia y la distribución de la potencia son los que garantizan este margen. La seguridad ocular también está bien evaluada. Mientras que mirar directamente a un emisor halógeno o de onda corta muy caliente puede resultar molesto, la radiación difusa de un emisor de onda media correctamente instalado a niveles de confort se considera segura para un uso normal.

Una ventaja sutil de los emisores de onda media a 2,2 micrómetros es que la absorción de la radiación en las estructuras anteriores del ojo, la córnea y el humor acuoso, es muy alta precisamente en esas longitudes de onda. Esto significa que la radiación no penetra tanto en el ojo como puede hacerlo la onda corta. El infrarrojo IR-A de onda corta, entre 0,8 y 1,4 micrómetros, atraviesa la córnea y puede alcanzar la retina con una intensidad considerablemente mayor, lo que explica que la ICNIRP aplique valores límite más estrictos para la exposición a la onda corta. En la práctica, todos estos niveles quedan muy lejos de la exposición cotidiana ante un calefactor de confort bien diseñado, pero como principio de ingeniería resulta sensato optar por una tecnología que se sitúa, de forma natural, en el lado más seguro.

En lo que respecta a la salud cutánea, en los últimos años se ha producido un debate científico sobre si el IR-A intenso puede contribuir al estrés oxidativo y afectar al colágeno. La investigación está dividida. La comunidad dermatológica no considera dañino el IR-A natural del sol a dosis normales, y la radiación infrarroja se ha utilizado con fines médicos en cicatrización de heridas y dermatología durante décadas. Sin embargo, algunos estudios apuntan a que fuentes artificiales de onda corta a corta distancia pueden generar radicales libres en las capas más profundas de la piel. Es una razón más para preferir la onda media de 2,2 micrómetros en aplicaciones de calefacción de confort. La radiación se absorbe en los primeros milímetros de la piel y no llega a los fibroblastos de la dermis del mismo modo.

08 / 09 · LULEÅ

Luleå Tekniska Universitet, en condiciones árticas.

Un estudio independiente realizado en LTU confirmó que la radiación infrarroja de onda media proporciona un calor más uniforme y agradable que la de onda corta a igual nivel de potencia.

• Estudio independiente de 2019
• Investigación publicada y de acceso abierto
• Calor uniforme sin puntos calientes

En abril de 2019 se llevó a cabo un estudio experimental independiente en Luleå Tekniska Universitet, en colaboración con el departamento de investigación y desarrollo de Vattenfall. El objetivo era evaluar si la radiación infrarroja podía emplearse para el deshielo de las palas de aerogeneradores en condiciones árticas, un problema que provoca pérdidas significativas de producción al sector eólico escandinavo cada invierno. Opranic suministró los emisores utilizados en el estudio: dos tipos específicos, emisores IR-X con pico de emisión en 2,2 micrómetros y emisores halógenos con pico de emisión en 1,4 micrómetros.

El estudio se publicó en el Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics y está disponible en acceso abierto como investigación revisada por pares. Los ensayos se realizaron en cámaras climáticas en las instalaciones de Arctic Falls, en Piteå, donde se podía controlar la temperatura ambiente entre 0 y menos 30 grados Celsius. Las palas se cubrieron con una capa de escarcha suave mediante máquinas de nieve y, a continuación, se calentaron con distintas combinaciones de emisores infrarrojos a 1,0 y 1,5 metros de distancia.

Los resultados son técnicamente relevantes y confirman varios principios sobre los que Opranic ha basado sus productos durante más de 20 años. En primer lugar, el estudio demostró que la combinación de IR-X y halógeno ofrecía el mejor rendimiento de deshielo a 1,5 metros de distancia, con una velocidad de fusión de 0,20 kilogramos de hielo por minuto. La configuración únicamente con IR-X a la misma distancia fundió 0,13 kilogramos por minuto. En segundo lugar, el estudio mostró que el emisor IR-X genera una distribución de calor más amplia, mientras que el halógeno produce un calor más concentrado, tal como predicen la ley de desplazamiento de Wien y la física de la radiación. En tercer lugar, y este punto resulta decisivo para las aplicaciones de calefacción de confort, los investigadores concluyeron que las longitudes de onda más largas son más eficaces para fijar la energía en la superficie, ya que la absorción es mayor en ese tramo del espectro.

Una observación adicional: cuando la distancia era demasiado corta, 1,0 metro, la temperatura superficial de la pala alcanzaba niveles que implicaban riesgo de sobrecalentamiento. A 1,5 metros se obtuvo una distribución de calor uniforme sin sobrecalentamiento. Es una lección práctica también para el usuario final: la distancia entre un emisor infrarrojo y las personas situadas debajo es determinante, y un equipo bien colocado a la altura adecuada proporciona confort uniforme sin puntos calientes.

El estudio también identificó una diferencia interesante entre ambas longitudes de onda frente a distintos tipos de hielo. El emisor IR-X a 2,2 micrómetros resultó más eficaz frente a la nieve ligera y la escarcha, ya que estos cristales porosos contienen mucho aire y menos agua densamente empaquetada. El emisor halógeno a 1,4 micrómetros se comportó algo mejor frente al hielo transparente y compacto, que presenta una estructura óptica distinta. La combinación de ambos ofreció el mejor rendimiento global, porque las dos longitudes de onda cubrían tipos de cristal diferentes. Se trata de una solución elegante desde el punto de vista de la ingeniería, basada en comprender el papel de la longitud de onda.

La conclusión final de los autores merece destacarse: una combinación de dos tipos de emisores infrarrojos con longitudes de onda diferentes proporciona un espectro más amplio y, por tanto, un deshielo más eficaz, superando a una combinación formada únicamente por el mismo tipo de emisor. Para un calefactor de confort destinado a terraza, la conclusión es que un emisor de onda media bien diseñado, que aporte un espectro moderadamente amplio en torno a 2,2 micrómetros, constituye una elección técnicamente equilibrada: ni tan estrecho que pierda las longitudes de onda contiguas, ni tan amplio que desperdicie energía en franjas en las que la piel y el agua no absorben de forma eficiente.

09 / 09 · ELECCIÓN PRÁCTICA

Cómo leer una ficha técnica.

Verifique el pico de emisión declarado, no solo los vatios. Dónde se entrega la energía importa más que cuánta se consume de la red.

• Busque el pico espectral en micrómetros
• Carbono de onda media para terraza
• El reflector y la carcasa definen el confort

Cuando se plantea la compra de un calefactor infrarrojo de exterior, la longitud de onda rara vez aparece como argumento comercial principal, pero es el dato más importante a buscar. A continuación se ofrece un marco basado en la física que hemos descrito en esta página.

En primer lugar, busque la indicación del pico espectral o de la longitud de onda dominante. Un fabricante que conoce su tecnología y la comunica con transparencia especifica que el emisor tiene su pico de emisión en IR-B, idealmente con una cifra exacta en micrómetros. Si la ficha técnica solo menciona los vatios o recurre a términos vagos como «calor cálido» o «calor profundo», resulta difícil evaluar el producto desde un punto de vista técnico. No tiene por qué ser una señal de alarma, pero no aporta datos sobre los que fundamentar una decisión informada.

En segundo lugar, compruebe la fuente emisora. Los tubos halógenos y de cuarzo de onda corta trabajan en la banda IR-A, con un pico cercano a 1,0 o 1,4 micrómetros. Se utilizan donde se requiere un calentamiento rápido de materiales gruesos, o en entornos extremadamente expuestos al viento en los que la densidad de potencia pura prevalece sobre la calidad de absorción. Los elementos basados en carbono y NiCr operan en la onda media, en torno a 2,0 a 2,5 micrómetros, y están concebidos para el confort, con foco en la absorción cutánea y la agradabilidad sostenida. Los paneles cerámicos y FIR trabajan en la onda larga, por encima de los 3 micrómetros, y resultan adecuados en interior, donde el viento y las pérdidas en grandes volúmenes no son un factor.

En tercer lugar, considere el sistema que rodea al elemento emisor. La geometría, el material y el acabado del reflector determinan cuánta energía se dirige realmente hacia el usuario y cuánta se pierde lateralmente o hacia arriba. Un elemento IR-B perfecto con un reflector deficiente ofrecerá menos confort que un sistema bien diseñado con el mismo elemento. Opranic lleva más de 20 años desarrollando este conjunto como una unidad integrada: elemento emisor, reflector, carcasa y electrónica trabajando en conjunto.

Tenga también en cuenta el entorno de uso. Para terrazas relativamente protegidas, restaurantes y jardines residenciales, un calefactor IR-B de onda media es prácticamente siempre la mejor elección, tanto por confort como por salud cutánea a largo plazo. Para entornos industriales muy expuestos al viento, con tiempos de exposición cortos, como puertos o andenes ferroviarios abiertos, la tecnología de onda corta puede ser ocasionalmente una opción legítima gracias a su densidad de potencia pura, si bien conviene tener presente que esta radiación resulta más exigente para la piel y que no es recomendable permanecer directamente bajo ella durante periodos prolongados.

Por último, no permita que un precio bajo sea el único criterio. Un calefactor que físicamente opera en la banda de longitud de onda equivocada nunca ofrecerá el mismo confort, por económico que sea, del mismo modo que una radio FM nunca recibirá emisiones de onda larga por mucho que se suba el volumen. La física fija los límites, y la física de la radiación infrarroja se conoce desde hace más de cien años. Compensa elegir un producto diseñado a partir de ese conocimiento.

Si desea comprender cómo la longitud de onda influye en la eficiencia en la práctica, consulte los principios fundamentales de la tecnología Opranic, nuestra guía de compra de calefactores infrarrojos de exterior, o cómo IR-X Carbon Black está integrado en el PRO V70.