medición correcta de la dosis UV y la irradiancia
La irradiancia y la dosis UV describen propiedades distintas de un proceso UV. La irradiancia es la potencia radiante instantánea por superficie; la dosis –en la terminología de las normas, la exposición radiante– es su integral a lo largo del tiempo. Para obtener resultados fiables es necesario que el rango espectral, el rango de medición, la fuente de calibración, la distancia de medición y la geometría de medición se ajusten a la aplicación. En procesos en movimiento se añade el perfil temporal de la irradiación.
Esta página aclara las magnitudes, indica los factores que influyen en el resultado de la medición y muestra qué clase de instrumento resuelve cada tarea. La selección de instrumentos concretos se trata en la categoría medidores UV y radiómetros.
Irradiancia, exposición radiante y dosis
La irradiancia E es la potencia radiante que incide sobre una superficie, expresada en W/m² o – habitualmente en la ingeniería UV – en mW/cm². La exposición radiante H es su integral en el tiempo, expresada en J/m² o mJ/cm². Cuando la irradiancia es constante en el tiempo, H = E · t; cuando varía, hay que integrar el perfil real.
En la práctica, a la exposición radiante se la suele llamar «dosis». El término está establecido pero es impreciso: en la desinfección de agua, la fluencia describe la radiación que incide sobre un elemento de volumen desde todas las direcciones, mientras que en fotobiología la dosis se pondera además con un espectro de acción. Por ello, quien compare valores entre instalaciones, proveedores o informes de ensayo debe indicar siempre a qué magnitud, qué rango espectral y qué geometría de medición se refiere.
Magnitudes, unidades y significado
| Magnitud | Unidad | Significado |
|---|---|---|
| Irradiancia E | W/m², mW/cm² | potencia radiante instantánea por unidad de área en el punto de medición |
| Exposición radiante H ("dosis") | J/m², mJ/cm² | integral de la irradiancia a lo largo del tiempo |
| Irradiancia espectral E(λ) | W/(m²·nm) | distribución de la irradiancia en función de la longitud de onda |
| Fluencia | J/m² | radiación que llega a un elemento de volumen desde todas las direcciones |
| Irradiancia efectiva | W/m² | ponderada espectralmente con un espectro de acción, por ejemplo eritémicamente efectiva |
| Densidad de flujo fotónico (PPFD) | µmol/(m²·s) | número de fotones por área y tiempo, habitual en fotobiología |
Qué determina el resultado de la medición
Una lectura solo es tan fiable como las condiciones bajo las que se tomó. Cinco factores deciden:
- Respuesta espectral. Un radiómetro de banda ancha evalúa la fuente con la curva de respuesta de su sensor. Si el espectro de la fuente difiere del de la fuente de calibración, se produce un desajuste espectral, sistemáticamente el mayor error al cambiar de fuente.
- Geometría de medición. La irradiancia de una fuente extensa o de superficie requiere óptica de entrada con corrección coseno. Sin corrección coseno, la radiación incidente oblicua se subestima.
- Distancia y plano de medición. Mida donde tiene lugar el proceso, en el plano del componente o de la muestra, no en el haz libre. En fuentes puntuales y de foco, la irradiancia cambia fuertemente con la distancia.
- Calibración. La calibración debe coincidir con el rango espectral, el rango de medición y, en la medida de lo posible, el tipo de fuente utilizada, y debe estar documentada de forma trazable.
- Rango de medición, linealidad y temperatura. Una irradiancia muy alta, las fuentes pulsadas y las temperaturas elevadas en el punto de medición limitan los sensores que se pueden utilizar.
Las calibraciones de radiómetros y sensores UV las realiza el laboratorio de calibración acreditado; el procedimiento se describe en calibración UV.
medición estática o en el proceso
Con una fuente estacionaria y una pieza estacionaria, basta con una medición estática de la irradiancia en el plano del componente; la dosis se obtiene a partir de la irradiancia y el tiempo de exposición. En cuanto la pieza o la fuente se mueven, la irradiancia en la pieza pasa a depender del tiempo. Entonces hay que registrar la irradiancia de pico, el perfil temporal y la dosis integrada a partir de este – una sola lectura estática bajo la lámpara no describe el proceso.
Cómo se configura una medición de este tipo en líneas de transporte, impresión y paso continuo se explica en la página medición UV para sistemas de transporte.
qué instrumento se adapta a qué tarea
- Fuente estable con un espectro conocido, medición puntual: un radiómetro de banda ancha calibrado como RMD Pro o RM-12 con el sensor adecuado al rango espectral.
- Fuentes cambiantes, longitudes de onda de LED, estudios de envejecimiento: un instrumento de medición espectral como UVpad, UVpad E o SR900 en el laboratorio.
- Dosis en el proceso en marcha: registradores planos como curelog o tinyTracker que recorren la línea junto con la pieza.
- Monitorización permanente de la instalación: sensores UV instalados de forma permanente con la electrónica de evaluación adecuada.
Lo mismo se aplica a cada una de estas cadenas: el sensor, la evaluación y la calibración deben coincidir con el valor de proceso que se desea demostrar. En la categoría medidores UV se ofrece una ayuda de selección según la tarea de medición, y en la página espectrorradiómetro o radiómetro de banda ancha se explica la diferencia entre las clases de instrumentos.
Preguntas frecuentes sobre irradiancia y dosis
¿Qué magnitud se debe monitorizar en un sistema UV?
Principalmente la irradiancia en W/m² en el punto accesible más cercano al proceso, y a partir de ella la dosis como integral temporal en J/m². Para la conversión: 10 W/m² corresponde a 1 mW/cm². Junto a ellas hay que tener en cuenta la temperatura del sensor y de la fuente. Una ventana de proceso debe especificarse en dos dimensiones, con un límite inferior y uno superior para ambas magnitudes. La potencia eléctrica de la lámpara no es una magnitud medida del proceso.
¿En qué punto del proceso se realiza la medición?
A la altura de la pieza o la muestra, donde realmente tiene lugar el proceso, no en el haz libre ni en la carcasa de la lámpara. Las fuentes extensas y superficiales requieren óptica de entrada con corrección coseno, de lo contrario la radiación incidente de forma oblicua queda infravalorada. Con fuentes puntuales y focales, la irradiancia varía fuertemente con la distancia; como regla general, la distancia de medición debe ser al menos 10 veces la mayor dimensión de la superficie emisora.
¿Qué tan alta es la irradiancia de un sistema UV comparada con la del sol?
La referencia es el sol a nivel del suelo: en condiciones óptimas, unos 1000 W/m² de radiación global, de los cuales aproximadamente 62 W/m² corresponden a UVA y 5,6 W/m² a UVB. Una cámara de ensayo UVA con 80 W/m² se sitúa, por tanto, en 1,3 veces ese valor, y una cámara UVB con 50 W/m² en nueve veces. Los sistemas UV-LED alcanzan 8000 W/m² y más, es decir, unas 130 veces la UVA solar. En el UVC no es posible ninguna comparación, ya que la radiación por debajo de 280 nm no llega a la superficie de la Tierra. Cada uno de estos factores va acompañado de dos indicaciones adicionales: el rango espectral al que se refiere y el plano de medición en el que se midió; sin ambos datos, la cifra no puede verificarse.
Autor: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia es el gerente de Opsytec Dr. Gröbel GmbH en Ettlingen y dirige el laboratorio de calibración acreditado. Tras sus investigaciones sobre descargas de excímero de xenón pulsadas en el Institute of Lighting Technology del KIT, hoy su enfoque es la medición de radiación óptica. Es vicepresidente del comité de normalización DIN FNL 7 «Radiación óptica» y miembro del grupo de proyecto de la DVGW sobre desinfección UV.
