Introduccion a la Termografia IR Alcances y Beneficios
Por: Minera Yanacocha Yanacocha Enero 2005
Introducción a la Termografía
Objetivos del Curso: * Como se define la Termografia Infrarroja * Comprender la importancia de la temperatura como parametro de control * Comprender porque la termografia es tan util * Ser Capaz de recordar algunos ejemplos de aplicacion de la Termografia T ermografia Infrarroja. * Comprender la Transmison de calor * El Espectro Electromagentico * Que es Onda Corta(SW) y Onda Larga (LW) (LW) * ¿Que es Emisividad? * Ley de Kirchhoff Kirchhoff : Emitancia, Reflectancia , Transmisividad * Cuerpo Negro y Cuerpo Real * Tecnicas para analizar una imagen Termica * Conceptos de Termografia * Casos Practicos Reales
Introducción a la Termografía
Objetivos del Curso: * Como se define la Termografia Infrarroja * Comprender la importancia de la temperatura como parametro de control * Comprender porque la termografia es tan util * Ser Capaz de recordar algunos ejemplos de aplicacion de la Termografia T ermografia Infrarroja. * Comprender la Transmison de calor * El Espectro Electromagentico * Que es Onda Corta(SW) y Onda Larga (LW) (LW) * ¿Que es Emisividad? * Ley de Kirchhoff Kirchhoff : Emitancia, Reflectancia , Transmisividad * Cuerpo Negro y Cuerpo Real * Tecnicas para analizar una imagen Termica * Conceptos de Termografia * Casos Practicos Reales
Definicion de Termografia Infrarroja
La Termografia Infrarroja es la ciencia de adquisiscion y analisis de la información térmica obtenida mediante dispositivos de adquisicion de imagenes térmicas a distancia.
Termografia significa escritura con calor”, igual que fotografia significa escritura con luz. La Imagen generada se denomina termograma ó imagen térmica.
La Termografia es tambien una tecnología increiblemente diversificada que requiere conocimiento y habilidad en una gran variedad de aréas.saber solo como se toman una imagen termica no lo va llevar muy lejos. Debe ser capaz de analizar la imagen y comprender las consecuencias de lo que ve.
¿Por que es tan importante la temperatura?
La Temperatura es una variable fundamental virtualmente para cualquier situación y en todos los procesos.Esto puede sonar muy exagerado, pero es verdad. Algunos ejemplos: Si mostramos la más ligera variacion de la temperatura corporal ¡nos sentimos enfermos!
La Temperatura es simplemente fundamental, y tener control sobre ella implica mayor calidad,seguridad y ahorro de dinero para las industrias.
Ejemplos.
¿Que hace a la Termografia Tan Util?
Existen tres razones que hacen de la termografia infrarroja una herramienta fundamental. La Primera Razón : Es sin contacto , la medida se realiza de forma rapida y segura, ya que al inspector lo mantiene fuera de peligro. Ejemplo: En Sub Estaciones y/o patio de llaves en donde existe radiación. La Distancia y accesibilidad es otro problema sin solución ya sea en equipos en movimiento o rotación. La Termografia es una tecnica que de ninguna manera afecta el cuerpo humano. La Segunda Razón: Es Bidimensional, Es posible la comparación entre areas del mismo cuerpo , podemos comparar la imagen en diferentes puntos ya sea hasta en 100 puntos.
La Tercera Razon: Se Realiza en tiempo real: La Toma de imagenes en tiempo real permite realizar una visualizacion muy rapida de procesos estacionarios y moviles. Ya que permite congelar la imagen termica y/o visual y despues grabar Las Caracteristicas de tiempo real de la termografia infrarroja nos permite capturar rapidas variaciones del campo térmico sin modificar la forma en que dicho campo térmico varia. La Termografia abarca muchas aplicaciones( Ver)
Imagen Infrarroja
Explicación para ayudar a comprender y analizar una Imagen Térmica:
Las áreas más oscuras son aquellas que irradian menos radiación térmica, y ello significa que son las áreas mas frías. Las zonas más brillantes significan lo contrario –más radiación , y areas mas calientes. Por Ejemplo ¿Qué nos dice esta imagen? Bueno, podemos descubrir muchas cosas que una imagen visual normal no nos proporciona. Parece que los faros están en funcionamiento, o se han apagado recientemente. El automóvil acaba de ser utilizado, por que las ruedas están mas calientes que el resto del automóvil. El aspecto del parabrisas nos muestra que el calefactor está en marcha, y además qué zonas del cristal calienta. El motor esta en funcionamiento por que se tona radiación por la zona de la rejilla en el lado del radiador. Poner foto de auto-IR
Imagen Térmica Infrarroja
Beneficios Condición Detectada
Aplicación
Transformadores
Temperatura de operación
Juntas sueltas o corroídas
Falsos contactos
Cargas desbalanceadas
Sobrecalentamiento
Nivel de fluído
Intercambiador de taps
Intercambiadores obstruídos
Impacto potencial •
Arcos
•
Fuego
•
Corto circuitos
•
Rebobinado
•
Reemplazo total
Beneficios Aplicación
Motores/Generadores
Condición Detectada
Rodamientos
Carga desbalanceada
Devanados danados
Calentamiento de escobillas
Contactores
Pasajes de ventilación obstruídos
Impacto potencial •
Rodamientos dañados causan problemas al hierro y/o devanados
•
Rebobinado del motor
•
Reemplazo total
Beneficios Aplicación
Motores de combustión interna
Condición Detectada Inyectores o válvulas
Impacto potencial •
Prematuro deterioro
Beneficios Condición Detectada
Aplicación
Bandas transportadoras y fajas
Bombas, compresores, abanícos, ventiladores
Rodamientos dañados, desalineamiento o tension inadecuada
Rodamientos cargados o con problemas de lubricación, altas temperaturas en la descarga, problemas de lubricación, válvulas defectuosas, anillos desgastados, acoples desalineados.
Impacto potencial •
Prematuro deterioro
•
Paro de maquinaria, desgaste prematuro, motores cargados.
Beneficios Aplicación
Refractarios, aislamientos
Industria del papel, rodillos de secado
Condición Detectada
Caída de refractario, fuga de calor
Humedad, problemas de producción, rodillos de presión mal ajustados
Impacto potencial •
Prematuro deterioro, ahorro energético
•
Mejor producción
Limitaciones ???
IR no puede penetrar a través de paneles
Varios paneles tienen seguros contra apertura
*>40.0°C 40.0 39.0 38.0 37.0 36.0
Distancía
35.0 34.0 33.0 32.0 31.0 30.0
*<29.2°C
Soluciones posibles a las limitaciones
Paneles cerrados
Tengalos abiertos antes!
Instalar ventanas IR
Distancia
Lentes adicionales
Transmisión de Calor
Objetivos del Tema:
Comprender la Transmisión de Calor
Conducción
Convección
Radiación
Modos de Transmisión de Calor :
El Calor puede transmitirse de diferentes formas:
Por Conducción
Por Covección
Por Radiación.
Por Conducción: La Conducción de calor es la transmisión directa de energía térmica, entre moléculas cuando estas chocan entre si. Diferentes materiales conducen calor de diferente forma, También la cantidad de calor transferido se incrementa cuando el espesor o grosor disminuye
Ejemplo: Cuando calentamos una barra de metal por uno de sus extremos, el calor se transferirá molécula por molécula hasta llegar al extremo mas frió.
Por Convección: La Convección es el modo de transmisión de calor por el movimiento de un fluido o gas.
Hay dos tipos de Conveccion Forzada y natural
Ejemplo: Vientos ,abanicos, o corrientes naturales de aire
A mayor velocidad del viento , mayor es la relación de perdida de calor debido al efecto convecciòn
Por Radiación
La Transmisión de calor por radiación se lleva a cabo por emisión y absorción de radiación térmica.
La Radiación térmica es una forma de radiación electromagnética. En el siguiente capitulo hablaremos acerca de los diferentes tipos de radiación electromagnetica.
Todos los cuerpos emiten y absorben radiación térmica al mismo tiempo.El calor neto transmitido es la diferencia entre lo que se ha absorbido y lo que se ha emitido.
El Espectro Electromagnético
Objetivo del Tema:
Conocer como se clasifican losa diferentes tipos de radiación
Conocer como se relacionan la luz visible y el infrarrojo
Comprender que significa la onda corta y onda larga Comprender la razón por la cual se usan cámaras de longitudes de onda corta y onda larga.
El Espectro Electromagnético
La Radiación electromagnética tiene varios espectros de diferentes tipos de radiación que utilizamos para una amplia variedad de aplicaciones.
En este capitulo solo daremos una perspectiva sobre el espectro infrarrojo que utilizamos en la Termografía.
Las Bandas de Longitudes de onda no se definen de forma brusca, cambian gradualmente y se superponen unas con otras.
Ondas
Ondas Electromagnéticas:
Hay muchas forma de describir la ondas pero en este campo de la Termografía nosotros utilizamos este tipo de onda basado en la velocidad y la longitud de onda.
La longitud de onda se representa con el signo lambda , que es la distancia de todo un pico hasta el pico siguiente, o lo que es lo mismo de un paso de cero al próximo.
La unidad mas común para la longitud de onda es el micrómetro y/o micra = um
Otra unidad cuando la longitud de onda es muy pequeña es el ángstrom
Luz Visible
La Luz visible es similar a la Infrarroja en diferentes aspectos.
La Radiación infrarroja viaja a la velocidad de la luz.
El Ojo humano mide 0.4 um (violeta) a 0.7 um (rojo). Entre ambos se encuentran el resto de colores del espectro visible, como vemos en el arco iris.
Longitudes de Onda
Gamma
Rayos x
Ultravioleta
Visible
Infrarrojo
Microondas
Ondas de radio En esta lista, los rayos gamma tienen la longitud más corta, que se va incrementando hacia abajo en la lista. Las Bandas de longitudes de onda son aproximadas, y la terminología utilizada es diferente según la disciplina estudiada (astronomía, termografía, militar)
Onda Corta y Onda Larga
Onda corta: se refiere a las cámaras que ven la energía infrarroja en el rango de 3 a 5 micrómetros (muy sensibles!!) la desventaja que tienen estas cámaras es que en su eficiencia llevan su pecado pues al hacer inspecciones al aire libre y con la luz del sol veras una cantidad enorme de reflexiones del sol. un termógrafo con experiencia pudiera manejar esta situación y aun así resultara difícil. Onda larga: detecta la energía infrarroja en el rango de 7 a 12 micrómetros. es menos sensible y es mas difícil ver reflexiones de sol con este aparato. dado que la mayoría de los termógrafos queremos trabajar en el horario con luz solar (muy pocos de noche) es que las cámaras de onda larga son mas populares.
Emisividad
Emisividad: Es la capacidad de un cuerpo para absorber radiación y emitir su propia en forma de radiación.
La ciencia de la radiación nos dice que si un cuerpo es bueno para absorber energía, también es bueno para emitir su propia energía, como radiación.
Y También se da lo opuesto un cuerpo que recibe poco ,también emite poco.
Un mal absorbedor opaco es de hecho un buen reflector, por tanto un buen reflector será un mal emisor.
Materiales con alta Emisividad
Plantas Animales y seres humanos
Tape Eléctrico negro
Asfalto
Agua
Suelo
Pinturas no metálicas
Hule
Materiales Reflectivos
Vidrio
Cerámica vidriosa
Metales pulidos y limpios
Plásticos con superficie lisa
Propiedades de la radiación
Un cuerpo tiene cierta capacidad para:
Emitir: Llamada Emitancía
Reflectividad: Llamada Reflectividad
Transmisividad: Llamada Transmisividad
La Radiación nos dice que la suma de la Emitancia+ Transmisividad+ Reflectancia= 1 La Ley de Kirchhoff : Nos dice que en general para un cuerpo, las capacidades para absorver y emitir radiación son iguales Emitancia= Absorción
Cuerpo Negro
Un cuerpo negro: Es un radiador ideal.
absorberá y/o emitirá al 100% la radiación , lo que significa que ni refleja ni transmite ninguna radiación. Esto significa que ningún otro objeto será capaz de emitir más energía Para un cuerpo Negro E=1 y la Transmitan cía y Relectancia = 0 Un cuerpo Real: En las medidas reales en campo, casi nunca encontraremos cuerpos negros, nuestro objetivo ala hora de medir son “cuerpos reales”
Cuerpo Real Un cuerpo Real: En las medidas reales en campo, casi nunca encontraremos cuerpos negros, nuestro objetivo a la hora de medir son “cuerpos reales” Los cuerpos reales pueden tener todas las características, ya sea emitir, reflejar y transmitir radiación infrarroja. La mayoría de los objetos no son transparentes, sino opacos , entonces la transmitancia= 0 Esto quiere decir que todo objeto opaco tiene una radiación saliente que se compone de dos parte, la emitida por el objetivo y la reflejada de los alrededores
Técnicas de Análisis de la Imagen Térmica Para analizar una imagen térmica requiere conocimientos teóricos básicos, y experiencia practica. Este ultimo se adquiere con el tiempo. Dos Principios de análisis distintos: Cualitativo y Cuantitativo:
Cualitativo: La Termografía Cualitativa se basa en el análisis de la imagen térmica para revelar y localizar la existencia de anomalías y evaluarlas. Si algo parece normal ,miramos otra cosa . Si hay algo sospechoso, lo analizamos en mayor profundidad.
Técnicas de Análisis de la Imagen Térmica
Cuantitativo:
La Termografía cuantitativa utiliza la medida de temperatura como criterio para determinar la gravedad de un problema, y así establecer la prioridad de su reparación. La Termografía Cuantitativa nos proporciona varios criterios de severidad para determinar la gravedad de un problema. Otros criterios incluyen carga, equipo, importancia en el proceso de producción, seguridad y factores ambientales como la velocidad del viento.
Comparación de técnicas cualitativas y cuantitativas Cualitativo:
Analiza patrones térmicos en la imagen
Determina si hay alguna anomalía
Determina donde esta
Solo Temperatura aparente
Normalmente se lleva a cabo primero Cuantitativo:
Utilizado para clasificar la seriedad de una anomalía
Implica medida de temperatura
No siempre es relevante
Criterios de Clasificación de falla
Hay muchos criterios de clasificación publicados, por diferentes organizaciones y normas. Los criterios varían de una industria a otra, según el tipo de componente , eléctrico o mecánico.
Otro criterio seria uno mismo determinar las alarmas por tendencias, historial y condición de cada equipo: Tener en cuenta los factores de carga , horas de funcionamiento , velocidad de viento y si es equipo nuevo.
Criterios de Clasificación de falla
Delta ▲T:Es una medida de diferencia de Temperatura entre la temperatura actual y otro componente de la mismas condiciones de carga ,velocidad del viento y calentamiento solar.
En Termografía eléctrica podemos comparar unas fases con otras.
En Termografía de Motores eléctricos comparamos el tipo de aislamiento y vamos a la norma.
Criterios de Clasificación de falla
Las anomalías térmicas no siempre son obvias como uno pudiese esperar. Frecuentemente pequeñas diferencias térmicas pueden ser indicativos de grandes problemas. Debido a que la termografía es una técnica de inspección visual, su efectividad se soporta sobre los niveles para observar del termógrafo. Como cualquier otra técnica de inspección visual el termógrafo debe de concentrarse en la imagen mostrada por su equipo termografico. Contrario a lo que la gente piensa, los humanos no somos buenos observadores. Debido a que tendemos a ser casuales en nuestras observaciones frecuentemente omitimos detalles. Con la termografía, el ojo del termógrafo deberá de recorrer la imagen térmica de izquierda a derecha y de arriba a abajo mientras se hacen las siguientes 3 preguntas: 1. Que estoy viendo? 2. Porque estoy viendo esto? 3. Es esto normal/reportable?
Conceptos de Termografía
1. El Calor fluye de un objeto caliente a uno frió A) Cierto B) Falso 2. La emisividad influye sobre la imagen térmica observada como también en los valores de temperatura medidos A) Cierto B) Falso 3. Los objetos metálicos brillosos tienen baja emisividad A) Cierto B) Falso 4. Las cámaras modernas de termografía ya no requieren que se quiten las tapas de los paneles electrices A) Cierto B) Falso
Conceptos de Termografía
5. Midiendo el valor de temperatura de una anomalía eléctrica o punto caliente durante una inspección eléctrica con infrarrojo predice con exactitud cuando el equipo fallara. A) Cierto B) Falso 6. Las inspecciones infrarrojas al sistema eléctrico deberán realizarse al menos una vez cada año. A) Cierto B) Falso 7. Al planear inspecciones infrarrojas a los sistemas eléctricos y mecánicos es requisito tener una lista de los equipos. A) Cierto B) Falso
Conceptos de Termografía
8. Las inspecciones infrarrojas solo están limitadas a aplicaciones de mantenimientos predictivos. A) Cierto B) Falso
9. Son necesarios análisis de temperatura extensos extensos para la mayoría de los objetos analizados durante la inspección infrarroja A) Cierto B) Falso
Respuestas a los Conceptos de Termografía
1-A: La energía siempre se desplaza de un objeto caliente a uno frió.
2-A: Aunque la emisividad es una función de que tan bien el cuerpo emite energía infrarroja los cambios en la emisividad afectan la intensidad térmica además de los valores de temperatura.
3. A: los objetos brillosos irradian muy poca energía infrarroja y por eso resultan el dolor de cabeza de los termógrafos. Además son muy reflejantes lo que produce que se obtengan en ocasiones lecturas de temperaturas de objetos que están alrededor del objeto.
4. B: Las cámaras infrarrojas requieren una visión directa al objeto, las cámaras infrarrojas no pueden ver a través de metal, vidrio. v idrio.
Respuestas a los Conceptos de Termografía
5. B: Un valor de temperatura no puede indicar cuando un equipo fallara.
6. A: De acuerdo al National Fire Protection Asociation NFPA 70B Recommended practices for electrical equipment maintenance, se deberá ejecutar rutinas de inspección infrarroja al menos una vez al año.
7. A: Actualmente, los estandares y publicaciones de ASTM y NETA y del instituto de infraspection requiere que se tenga una lista. E sta lista proporciona un registro de todo el equipo inspeccionado y además como una ruta de logística para las futuras inspecciones. 8. B: las inspecciones infrarrojas pueden ser aplicadas a cualquier donde el conocimiento acerca de los patrones termicos atravez de las superficies de los objetos proporcionen datos con sentido acerca de las
Respuestas a los Conceptos de Termografía
9 B: La importancia primaria de una inspección infrarroja es por naturaleza Cualitativa para la mayoría de las inspecciones de mantenimientos predictivos (cualitativo =donde hay calor, cuantitativo = cuanto calor hay).
281.2°C
AR02
250 AR01
200
150
100
50
27.4°C
