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Introduccion-a-termoanalisis

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KOSTAL MEXICANA S.A. DE C.V.
Primer Reporte de Avance
Análisis Preliminar del funcionamiento de una cámara
térmica
Sinhué Siordia Millán
En este reporte se describe el funcionamiento, métodos de medición y análisis, así como las ventajas y configuraciones
en el uso de una cámara térmica para inspecciones de análisis de mantenimiento predictivo
1
Contenido
INTRODUCCION............................................................................................................................. 3
Principios de la cámara termográfica................................................................................................... 3
Funcionamiento de la cámara termográfica........................................................................................... 3
VENTAJAS DE LA TERMOGRAFÍA.................................................................................................... 4
Ventajas del uso de la cámara termográfica en el mantenimiento predictivo...................................................4
USOS DE LA CAMARA TERMOGRÁFICA........................................................................................... 5
Sistemas eléctricos......................................................................................................................... 5
Instalaciones mecánicas................................................................................................................... 6
FÍSICA TÉRMICA PARA EL MANTENIMIENTO PREDICTIVO................................................................7
Conductividad térmica..................................................................................................................... 7
Emisividad................................................................................................................................... 7
Reflexión..................................................................................................................................... 8
Métodos para corregir emisividad y reflexión........................................................................................ 8
Condiciones meteorológicas.............................................................................................................. 9
Sistemas de calefacción y ventilación.................................................................................................. 9
REQUESITOS ESENCIALES PARA LA SELECCIÓN DE LA CAMARA......................................................9
PASOS PARA LA REALIZACION DE INSPECCIONES TÉRMICAS.........................................................12
OBJETIVOS DEL REPORTE 3.......................................................................................................... 14
REFERENCIAS............................................................................................................................. 14
2
INTRODUCCION
Principios de la cámara termográfica
Una cámara térmica registra la intensidad de radiación en la zona infrarroja del espectro
electromagnético y la convierte en una imagen visible.
La radiación infrarroja fue descubierta por el astrónomo Sir Frederick William Herschel en 1800.
Movido por su curiosidad por la diferencia térmica entre los distintos colores de la luz reflejadas por la luz solar
a través de un prisma de cristal. Midió las temperaturas de los diferentes colores y descubrió que dichas
temperaturas crecían en progresión desde la parte del violeta hacia el rojo.
Tras detectar el patrón, Herschel midió la temperatura del punto inmediatamente mas allá de la porción
roja del espectro, en una región sin luz solar visible para el ojo humano. Hallando así una temperatura más alta
que las reflejadas por la luz visible. Descubriendo así la región infrarroja del espectro electromagnético.
Los rayos infrarrojos están a medio camino entre el espectro visible y las microondas del espectro
electromagnético. La fuente principal de radiación infrarroja es el calor o radiación térmica. Cualquier objeto
con una temperatura superior al cero absoluto (-273°C o 0 Kelvin) emite radiación en la región infrarroja.
Línea del “Espectro Electromagnético”
Funcionamiento de la cámara termográfica
La energía de infrarrojos (A) que irradia un objeto se enfoca con el sistema óptico (B) sobre un detector
de finrarrojos (C). El detector envía los datos al sensor electrónico (D) para procesar la imagen. Y el sensor
traduce los datos en una imagen (E) Compatible con el visor y un monitor de video estándar o LCD.
3
Cámara termográfica
En resumen la termográfica de infrarrojos es el arte de transformar una imagen de infrarrojos en una
imagen radiométrica que permita leer los valores de temperatura. Por tanto, Cada Pixel de la imagen
radiométrica es, de hecho una medición de temperatura. Para ello, se incorporan complejos algoritmos a la
cámara de infrarrojos. Esto hace de la cámara termográfica una herramienta perfecta para el mantenimiento
predictivo.
VENTAJAS DE LA TERMOGRAFÍA




Mayor rapidez y máxima eficacia para resaltar fallas
Costo reducido en la detección de fallas
Mayor precisión en predecir fallas futuras
Detección de riesgos de falla por recalentamiento
Las cámaras termográfica pueden proporcionar soluciones más avanzadas enfocadas a los programas de
supervisión constantes.
Componentes recalentados en subestación eléctrica.
Ventajas del uso de la cámara termográfica en el mantenimiento predictivo







Facilidad de uso (comparable con una videocámara o cámara digital)
Proporcionan una imagen completa de la situación
Permiten llevar a cabo inspecciones mientras los sistemas están cargados
Identifican y encuentran con mayor rapidez el problema
Miden temperaturas en múltiples puntos a tiempo real
Almacenan la información para su documentación
Permiten ahorrar tiempo y dinero.
USOS DE LA CAMARA TERMOGRÁFICA
4
Algunas de las formas en las que se pueden usar las cámaras termográfica en el contexto de
mantenimiento predictivo se explican a continuación.
Sistemas eléctricos
Las cámaras termográficas se suelen utilizar para inspecciones de componentes de y sistemas eléctricos
de todos los tamaños y formas, debido a que la conducción de corriente eléctrica que pasa a través de un
elemento resistivo, genera calor. A una mayor resistencia, mayor aumento del calor.
Con el tiempo, la resistencia de las conexiones eléctricas aumenta, debido, por ejemplo, a la holgura y la
corrosión. El correspondiente incremento de la temperatura puede hacer que los componentes fallen, a lo que
puede provocar cortes de tensión inesperados e incluso lesiones, así como un mayor desperdicio de energía.
En el rango de los sistemas eléctricos se puede dividir en dos categorías: Instalaciones de alta y baja
tensión. A continuación se presentan los fallos más comunes para ambas categorías.
1. Instalaciones de alta tensión:




Oxidación de interruptores de alta tensión
Conexiones recalentadas
Conexiones mal aseguradas
Defectos de aislamiento
Medición de una mala conexión a una distancia segura.
2. Instalaciones de baja tensión:
 Conexiones de alta resistencia
 Conexiones corroídas
 Daños internos en los fusibles
 Fallos internos en los disyuntores
 Malas conexiones y daños internos
5
Contacto sobrecalentado que indica un corto circuito
Instalaciones mecánicas
Los sistemas mecánicos se recalientan si hay errores de alineamiento en ciertos puntos del sistema.
Cuando los componentes mecánicos se desgastan y pierden eficiencia suelen disipar más calor, Como resultado,
los equipos o sistemas defectuosos aumentan rápidamente su temperatura antes de averiarse.
Al comparar periódicamente lecturas de una cámara termográfica con el perfil de temperatura de una
maquina en condiciones de funcionamiento normales, es posible detectar una gran cantidad de fallos distintos.
También es muy frecuente el análisis de motores por medio de una cámara termográfica. Los fallos en el
motor, como los signos de desgaste en el contacto de las escobillas y los cortos circuitos en los armazones,
suelen producir un calor excesivo antes del fallo per son imposibles de detectar mediante un análisis de
vibraciones puesto que con frecuencia generan poca o ninguna vibración. La termográfia ofrece una visión
completa y permita comparar las temperaturas de distintos motores.
Otros sistemas mecánicos que se supervisan son las conexiones, transmisiones, cojinetes, bombas,
compresores, correas, turbinas y cintas transportadoras.
Ejemplos de fallos más comunes en averías mecánicas:




Problemas de lubricación
Errores de alineación
Motores recalentados
Rodillos sospechosos
 Bombas sobrecargadas
 Ejes de motor recalentados
 Rodamientos calientes

6

 Motor: Problema en el rodamiento

 Motor: Problema de bobinado interno.
 FÍSICA TÉRMICA PARA EL MANTENIMIENTO PREDICTIVO


Para interpretar las termográfias correctamente, es necesario conocer los distintos
materiales y circunstancias que influyen en las lecturas de temperatura de la cámara
termográfica.
 Conductividad térmica


Los distintos materiales tienen propiedades térmicas diferentes (un aislante caliento en
mayor tiempo que un metal). Esto se debe a la diferencia en la conductividad térmica de dos materiales
que pueden provocar importantes diferencias de temperatura en ciertas soluciones.
 Emisividad


La emisividad es la capacidad que tiene un cuerpo para emitir infrarrojos, dependiendo en
gran medida de las propiedades de los materiales del cuerpo.

Es muy importante establecer la Emisividad correcta en la cámara o, de lo contrario, las
mediciones de temperatura no serán correctas. Las cámaras termográficas por lo regular cuentan con una
tabla de materiales con diferente Emisividad pre-programadas.
7

Nota: La Emisividad de la piel humana es de 0.97 (arrojando una lectura de 36.7°C ±.5)

 Se aprecia como la cámara interpreta la zona dorada de la superficie como
zona más fría. Cuando en realidad toda la superficie esta a la misma
temperatura.

 Reflexión


Algunos materiales reflejan la radiación térmica del mismo modo que un espejo refleja la
luz visible. Entre estos están los metales no oxidados, especialmente los pulidos. Las reflexiones pueden
provocar una interpretación incorrecta de la termográfia. Así, por ejemplo, la reflexión de la radiación
térmica del propio operador podría indicar falsos puntos calientes. Por lo que el operador debe de
cambiar de ángulo de enfoque, con el fin de evitar dichas reflexiones.

Un indicador de reflexión es el hecho de que los verdaderos puntos calientes suelen
mostrar un patrón homogéneo, a diferencia de los puntos de reflexión.

 La ventana refleja radiación térmica, de forma que actúa como un espejo

8
 El “punto caliente” de la imagen intermedia desaparece al momento de
cambiar el ángulo de enfoque, demostrando asi la reflexión.


En resumen si el material de la superficie del objeto tiene una baja emisividad y existe
una gran diferencia de temperatura entre el objeto y la temperatura ambiente, la reflexión de la
temperatura ambiente influirá en las lecturas de la temperatura de la cámara termográfica.
 Métodos para corregir emisividad y reflexión


Un método sencillo para corregir la emisividad consiste en usar un trozo de cinta con una
emisividad conocida (cinta aislante térmica color negro = 0.94 emisividad), colocándola sobre el
componente a medir durante unos minutos, los suficientes para que adquiera la temperatura de la
superficie del objeto. Posteriormente, se mide la temperatura de la cinta (cuya emisividad se
conoce). Dado que esta temperatura es la misma que la del material de la superficie a medir, el
operador puede entonces cambiar la configuración de la emisividad (y la reflexión, si es
necesario) de forma que la lectura de la temperatura sea igual a la lectura de temperatura de
obtenida por la cinta.
 Condiciones meteorológicas


La temperatura ambiente puede tener una gran influencia en las lecturas de temperatura.
Una elevada temperatura ambiente puede ocultar puntos calientes al calentar todo el objeto,
mientras que una temperatura ambiente baja podría enfriar los puntos calientes hasta una
temperatura inferior a un umbral determinado previamente.

Otro factor es la luz solar directa y la lluvia, que enfría el material de la superficie, incluso
después terminar de llover, la evaporación del agua enfría el material de la superficie.
 Sistemas de calefacción y ventilación


Los sistemas de calefacción crean diferencias de temperatura que pueden generar
patrones térmicos incorrectos. Los flujos de aire frio de ventiladores o sistemas de aire
acondicionado pueden tener el efecto contrario.
 REQUESITOS ESENCIALES PARA LA SELECCIÓN DE LA CAMARA


Existen básicamente seis requisitos esenciales que se deben evaluar al investigar una
combinación apropiada de la cámara termográfica, el software y la formación:
1. Resolución de la cámara / Calidad de la imagen: Los modelos más básicos cuentan con una
resolución de 60x60 pixeles, mientras que los modelos avanzados tienen una resolución de
640x480 pixeles (307.200 puntos de medición en una imagen). Una alta resolución ayuda a ver,
medir e interpretar con mayor precisión la imagen.
9


Apreciación de la
precisión de medición de la
temperatura a diferentes
resoluciones.

2. Sensibilidad térmica: Define la magnitud de una diferencia de temperatura que la cámara puede
detectar. Mientras mejor sea la sensibilidad térmica, menor será la diferencia de temperatura
mínima que la capara podrá captar y mostrar. La sensibilidad térmica se describe en °C o mK.
Las cámaras más avanzadas cuentan con 0.03°C (30 mK)
3. Precisión: La precisión se expresa en porcentajes y en grados centígrados. Este es el margen de
error en el que operara la cámara. El estándar es de ±2% / 2°C , mientras que las más avanzadas
rondan entre los ±1% / ±1°C
4. Funciones de la cámara:
Emisividad y Reflexión.

Intervalo y Corrección de niveles manual






Cámara digital
Fusión Térmica



Iluminación LED
Puntero Laser



Lentes intercambiables

Imagen en Imagen
10
Comentario de voz y texto


Localización GPS


Diseño ergonómico y facilidad de uso






Formato de la imagen
Compatibilidad con sensores externos








Conectividad inalámbrica

Galería de imágenes en miniatura


5.
6. Software: La mayoría del software incluido en cámaras termográfica le permitirá hacer informes y
análisis básicos, incluyendo herramientas para realizar mediciones de la temperatura en un solo punto u
otro tipo de mediciones básicas. Los paquetes de software más avanzados incluyen:
7.
8.
9.
 Diseño flexible para informes personalizados.
 Herramientas potentes de análisis de temperatura.
 Fusión triple imagen en imagen (movimiento, variación de tamaño y escala).
 Funcionalidad de tendencias.
 Creación de formulas mediante valores termográficos.
 Reproducción de secuencias radiométricas en el informe.
 Herramienta de búsqueda avanzada.
 Herramienta de imágenes panorámicas.
Los softwares más usados por las cámaras FLIR son:
 ThermaCam ViewQuick
 FLIR Tools
11
 FLIR Researcher
 FLIR Reporter
10.
11. Demandas de formación: Para una medición certificada se debe de formar al personal en el
Centro de Formación de Infrarrojos (ITC), un centro de formación internacional independiente
que cuenta con la certificación ISO. El ITC ofrece desde breves cursos de introducción hasta
cursos de certificación. (www.infraredtraining.com)
1.
2.
3.
4.
12. PASOS PARA LA REALIZACION DE INSPECCIONES TÉRMICAS
13.
Definir la tarea
14.
Se enumera todo el equipamiento que se desee supervisar para las inspecciones
termográficas. Se le asigna prioridades a los equipos más críticos o con mayor tendencia a fallar
y se programa la distribución de tiempo para sus análisis, teniendo en cuenta dar mayor
frecuencia de atención al equipamiento más esencial.
15.
Realizar una inspección inicial
16.
Se realizan termografías a todo el equipo que se desee inspeccionar, con el fin de contar
con material de referencia. La toma de termografías se debe realizar en el funcionamiento normal
del equipo.
17.
18.
Se requiere tomar en cuenta todos los factores correspondientes para una medición
precisa (emisividad, reflexión, temperatura ambiental, etc…). El informe inicial debe incluir los
métodos utilizados, como la configuración de emisividad y reflexión de cada pieza del
equipamiento, así como una descripción de la ubicación exacta de cada termográfia.
19.
20.
Cuando se tenga la base de imágenes de referencia, se puede determinar que temperaturas
serán aceptables para cada pieza de equipamiento y definir un umbral de alarma de temperatura.
Esto permitirá a la cámara activar una alarma si alguna parte de la termográfia se calienta
demasiado, lo que ayuda a agilizar las inspecciones futuras.
21.
Iniciar la inspección
22.
Cuando se tenga todas las mediciones de temperatura de referencia, se podrá comenzar a
inspeccionar el equipo según sea programado. Con el fin de identificar anomalías que requieran
un análisis o tratamiento correctivo.
23.
24.
Se debe de disponer de una completa lista de las piezas del equipamiento que se desea
comprobar y seguir adecuadamente la programación correspondiente a las inspecciones.
25.
26.
El operador de la cámara necesita comprender en profundidad la física de la tecnología
termográfica (concepto, teoría y bases de funcionamiento) y el funcionamiento del equipo a
inspeccionar. Se recomienda familiarizarse con todos los indicios de calor relacionados con fallos
del equipamiento.
27.
Análisis y creación de informe
28.
Al finalizar cada inspección se deberá realizar el análisis de las imágenes resumiendo las
conclusiones en el informe correspondiente.
29.
12
30.
Nota: El software FLIR Reporter le permite realizar un seguimiento preciso del
rendimiento térmico del equipo en el tiempo con gráficos sencillos. Con la finalidad de facilitar
la predicción de mantenimiento necesario en los equipos.
31.
32.
1.
33.
34.
2. Ejemplo
elaborado
Reporter
de
en
reporte
FLIR
35. Ejemplo de reporte
de
inspección,
elaborado
por
personal
capacitado.
36.
37.
13
38.
39. OBJETIVOS DEL REPORTE 3
40.
-
Tomar fotografías térmicas en nave 1, usando el método de corrección para emisividad
Registrar los datos obtenidos y explicar el material empleado
41.
42.
-
-
REFERENCIAS
“GUÌA DE TERMOGRAFÌA PARA MANTENIMIENTO PREDICTIVO – Guía informativa del uso de
cámaras termogràficas en aplicaciones industriales”; FLIR,;GRUPO ALAVA INGENIEROS.
43.
“IMPLEMENTACIÒN DEL PLAN DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO CON TERMOGRAFÌA
INFRARROJA EN EQUIPOS DE LA PLANTA BAVARIA S.A. CERVECERÌA DE BUCARAMANGA”;
JAIME GIOVANNY SUAREZ CARRILO, Trabajo de Grado par optar el titulo de Ingeniero
Mecánico; UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SATANDER FACULTAD DE INGENIERÌAS
FÌSICOMECÀNICAS ESCUELA DE INGENIERÌA MECÀNICA BUCARAMANGA 2012
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