Sli T fí Soluciones en Termografía y Medición de Temperatura Medición de Temperatura

oluciones FLUKE en Term rmoo g rafía y

Ing Miguel Mendoza Soporte y Preventa Fluke Tel. (656) 627 0099 E-mail: [email protected]

Agenda • • Teoría Básica de Infrarrojos – – Conducción, Convección y Radiación – Espectro electromagnético – Sistema infrarrojo – Energía emitida, transmitida y reflejada ( ε y RTC) – • Cámara termográfica Ti25 – – Especificaciones – Operación 2

Agenda • Software SmartView • Aplicaciones – Eléctricas – Motores – Procesos – Construcciones

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¿Quu é es TTerm ¿Q ermoo g r afía? afía? ¿Qué es Emisividad? ¿Qué es Reflexión? ¿Qué es traslucido? ¿Qué es opaco? ¿Qué es Conductividad? 4

¿Qué es Calor? ¿Qué es Temperatura? ¿Qué es Termocapacidad? ¿Qué es longitud de onda? ¿Cuánto mide una micra? ¿Qué es resolución óptica? 5

PRINCIPIOS BÁSICOS

Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza

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¿Que es termografía?


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¿Que es termografía? • Utiliza “cámaras” electrónicas para detectar producida por una imagen visual llamada termo rama (o fotografía térmica) • Algunas cámaras deducen la temperatura basadas en la cantidad de radiación detectada • Termografía es una poderosa herramienta para resolver problemas de mantenimiento en maquinaria y en la construcción Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza

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Cámara termográfica Que es una cámara termográfica? Las cámaras termográficas son instrumentos que crean imágenes de calor en vez de luz. Estas miden energía infrarroja (IR) y convierten los datos en imágenes .


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Beneficios de la termografía El uso de dispositivos infrarrojos proveen mediciones r pidas, seguras y con exactitud de los objetos en:

– – Difíciles de alcanzar – – Peligrosos al contacto – dañar, contaminar o cambiar su tem eratura También nos ayuda a localizar muchos problemas en sus primeras etapas por lo regular antes que sean vistos o encontrados por cualquier otro método. Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza

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Calor Vs. Temperatura • El CALOR es solo una forma particular de energía. Cuando un objeto cambia su temperatura energía calorífica es trasferida • La TEMPERATURA es una medición del calentamiento relativo de un material comparado con alguna referencia conocida

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Temperatura • Es la medición que nos permite saber que tan caliente o frío se encuentra un cuerpo con respecto a una referencia conocida • Las escalas Celsius y Kelvin utilizan la misma división, mientras que Fahrenheit y Rankine utilizan una más pequeña

ºC = (ºF – 32) / 1.8 =

.

+ Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza

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Calor • Es una forma en que la energía es presentada • Cuando un ob eto cambia su tem eratura es or ue ener ía calorífica es transferida • Es importante pensar en calor como una cantidad de energía, dada en Calorías o BTUs • Una caloría es la cantidad de energía requerida para elevar la temperatura de un gramo


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Transferencia de calor • En un sistema cerrado la energía total es constante. Ley de la conservación de la energía. • El calor siempre es transferido de caliente a frío hasta que un equilibrio sea alcanzado • En termografía usualmente se encuentran dos estados – Estado Estable – Estado Cambiante


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Métodos de transferencia de calor • Existen tres métodos para la transferencia de energía calorífica: on ucc n

onvecc n

a ac n

Ts Temperature of heated surface E C A F R U S

*Solidos*

*Solidos y Gases* *Ondas Electromagnéticas* Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza

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Transferencia por conducción • Es la transferencia de calor de una molécula a otra en un sólido y algunas veces a un líquido. Depende de: – La conductividad de material – erenc a e empera ura – Área sobre la cual la energía es transferida ∆ Q = Calor transferido k = Conductividad térmica L = Espesor del material A = Área T = Diferencia de temp.


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Cambios de conductividad

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Capacitancia térmica • Es la habilidad de un material para almacenar energía • La capacitancia térmica puede tanto confundir como ayudar en inspecciones debido a que afecta la velocidad en que cambia la temperatura térmica – La temperatura en las paredes de un tanque pueden diferir si están en contacto con un material de alta capacitancia vs un material de baja capacitancia aire Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza

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Capacitancia térmica Es la habilidad de un material para almacenar calor y describe la capacidad de los materiales para cambiar de temperatura. de su calor específico – Algunos materiales como el a ua se calientan o se enfrían lentamente, mientras que otros como el aire cambian su temperatura rápidamente Termografía Ti30/Ti20

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Diferencia de temperatura T • Cuando ∆T se incrementa también la transferencia se incrementa • Cuando ∆T se decrementa también la transferencia se decrementa • Cuando no existe ∆T no existe transferencia


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Diferencia de Temperaturas


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Transferencia por convección • Se presenta principalmente en fluidos y durante este proceso el calor es transferido por conducción de una molécula a otra después de haberse mezclado.

Q = Calor transferido h = Coeficiente de convectividad A = Área ∆T = Diferencia de temp.


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Coeficiente de convección “ h” • El coeficiente de convección depende de: – – – – –

Velocidad del flujo Orientación de flujo Condición de la superficie Geometría

•


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Tipos de convección • Convección natural. Ocurre debido a los cambios en la densidad del fluido • Convección forzada. Es provocada por una fuerza externa como el viento, una bomba ó un ventilador • La regla de oro de la convección es: – Viento a 10 mph puede reducir la ∆T a la mitad – la ∆T en 2/3


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La Conveccion es poderosa


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Transferencia por radiación • La radiación infrarroja es radiación electromagnética con longitudes de onda mas largas que la luz visible pero más cortas que las microondas – Viaja a la velocidad de la (3 x 10 8 m/s) – Viaja en línea recta en – Todos los objetos arriba del cero absoluto (0ºK) ra an n rarro os


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Propiedades de la IR • Todos los objetos emiten radiación infrarroja • No es dañina • No puede ser vista por el ojo humano pero si puede sentirse en la piel • Cualquier objeto con temperatura arriba del cero absoluto (273ºK) emite radiación infrarroja • Los objetos emiten radiación infrarroja en distintas longitudes de onda • Entre mayor es la temperatura mas corta es la longitud de onda y mayor es la radiación emitida Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza

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Calor y luz visible • Cuando un objeto alcanza aproximadamente 644ºC luz visible es emitida • La luz visible tiene mas corta longitud de onda que la radiación infrarroja


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Espectro electromagnético Onda en mm

TV

VISIBLE amma X-rays Rays 0.1A 1A

UV 100A

Radio EHF SHF UHF VHF HF MF LF VLF

Infrared 100µ 1mm 1cm

1µ

1m

1km

100km

Lon itud de onda

1000 C

VISIBLE

0.4

0.6 0.8 1

1.5

2

3

4

6

8

10

15

20

30

Longitud de onda en µm

eg on e me c n n rarro a


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Radiación térmica infrarroja •La energía infrarroja es emitida desde un objeto como una onda electromagnética. • os componen es e es a on a son: – Amplitud (A) – λ

A


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Radiación de un emisor perfecto 1 10

1 10

R E W O P D E T A I A R E V I T A L E R Y D O B K C A L B

1 10

1 10

1 10

1 10

1 10

max

8

T = 2898 m-K

7

6

5

4

1000C

3

500C

100

200C

10

25C

1 . WAVELENGTH (um)


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Longitudes de onda comunes • Aplicaciones generales 8 a 14 µm • Respuesta de longitudes de onda para aplicaciones únicas – – – –

Plastico delgado 3 µm Plastico grueso 7 µm Vidrio 5 um Alta temperatura 1µm


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Comportamiento IR Emisividad, reflectividad, transmisividad

R = Energía Reflejada = nerg a ransm a E = Energía Emitida

Energía reflejada Energía Transmitida Energía Emitida


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Ecuación Stefan-Boltzmann • La intensidad de la radiación emitida desde un objeto es determinada por la ecuación de Stefan-Boltzmann. • La radiación es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta de la fuente y a su emisividad.

є

W=

* S * T4

= Emisividad

S = Constante Stefan-Boltzmann T = Temperatura absoluta


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¿Que es la emisividad?


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¿Que es la emisividad? • La emisividad mide la habilidad de los objetos para absorber y emitir energía radiada • Los valores de emisividad real son típicamente obtenidos en tablas o determinados experimentalmente. • Una superficie teniendo una emisividad de “0.0” se considera como un reflector perfecto • Una superficie teniendo una emisividad de “1.0” se considera como un cuerpo negro • una super c e es e co or negro no s gn ca que sea un cuerpo negro (ε = 1.0) Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza

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Emisividad y cuerpos negros “Cuerpo Real”

Ideal I

T

I

R I

Absorbe y emite perfectamente la energía

Alguna energía es reflejada y transmitida Emisividad ( ) < 1

Emisividad ( ) =1 Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza

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Ejemplos de cuerpos grises • Goma negra – R = 0.05; T = 0.00; E = 0.95

• Plástico delgado – R = 0.05; T = 0.80; E = 0.15

• Aluminio – R = 0.88; T = 0.00; E = 0.12


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Tabla de emisividad (No metálicos)


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Tabla de emisividad (Metálicos)


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Métodos de comparación • Existen dos métodos de comparación para determinara la emisividad: – Determine la temperatura del objeto utilizando un RTD o un termopar, mida la tem eratura del ob eto con el sensor IR a uste la emisividad hasta que alcance el valor correcto de temperatura –

, del objeto. La emisividad de la pintura debe ser aproximadamente 0.98. Mida la temperatura de la parte pintada con emisividad ajustada en 0.98. hasta que la temperatura sea la misma


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¿ Son las mismas temperaturas ?


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¡Alta y baja emisividad! *>48.4°C 48.0 46.0 44.0 . 40.0 38.0 36.0 34.0 32.0 *<31.8°C


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Angulo de Vision • Trabaje tan cerca de la perpendicular como le sea posible. • Este atento a los cambios de tem eratura radiante devido a • Cambios en el angulo de vision •

Variaciones de forma de su objetivo

• Orillas de Objetos curvos a menudo parecen estar a temperaturas diferentes


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Mediciones en vidrio • El vidrio cuenta con una región de transición entre 3 y 5 micrones, haciendo posible medir tanto la superficie como debajo de ella 1.0 0.2 mm (10 Mil)

ara me r empera uras a

.8

través del vidrio utilice

n ó i .6 i m s n.4 a r T

sensores de 1, 2.2, o 3.9

µm

.

Para medir temperaturas en la superficie del vidrio utilice sensores de 5 o 7.9

.2

µm

6 mm (240 Mil)

2

3

4

5

6

8

Longitud de onda (micrones) Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza

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Mediciones en plástico • Para la medición en plásticos es importante seleccionar la banda de medición donde la transmisión se aproxime a cero (3.43 µm para Polyethyleno; 7.9 µm para Polyester) % 100 90

% 100 n 90 o 80 i s 70 s 60 i 50

0.03 mm (1 mil)

0.13 mm (5 mils)

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Wavelength in Microns

40

s 30 n 20 10 a r T 0 2

o80 i s 70 s 60 i 50 m40 s 30 20 a r 100 T 2

Polyethylene 0.03 mm 1 mil

0.13 mm (5 mils) 3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14


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13

14

En caso de lluvia o polvo • La gran mayoría de las cámaras termográficas cuentan con un rango espectral de 7 a 14 µm por lo que puede utilizar un bolsa de plástico muy delgado para hacer mediciones en caso de lluvia


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Resolución


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Resolución • La resolución de la cámara depende de: – Detector (160 x 120) – Lentes – u a p ca

• son los más comunes: – Espacial (IFOV) – Medición (IFOVmeas) Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza

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Campo de visión (FOV e IFOV)

Campo de visión (FOV) Sensor

Lente

Blanco

Distancia al blanco

Campo de visión instantáneo (IFOV)


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Campo de visión • El termino campo de visión (FOV) describe el área total que es vista por la cámara cuando se utiliza un lente especifico • El término campo de visión instantáneo (IFOV) es utilizado para describir la resolución espacial instantánea, ó el objeto más dada. • Medición del campo de visión instantáneo (IFOVmeas) es utilizado para describir la resolución de la medición radiométrica • IFOV e IFOVmeas son generalmente especificados en mRad


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Resolución espacial • Es la habilidad para resolver detalles • Tamaño del detector, los lentes la distancia definen el tamaño mínimo de lo que se puede ver


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Resolución espacial Ti30 = 1.9 mRad (500:1) Ti20 = 2.8 mRad 350:1

Puede ser capaz de ver los objetos, pero...


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Resolución de medición Ti30 = 11 mRad (90:1) Ti20 = 20 mRad 75:1 ..pueden estar muy pequeños o con precisión


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Un ejemplo Real

Puedo ver el punto caliente ¡ Pero no puedo medirlo!

Cuando me acerco ¡puedo medirlo!


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Sensibilidad térmica o NETD • Noise Equivalent Temperature Difference (NEDT)

• La variación equivalente a la diferencia de temperatura (NETD) es la sensibilidad térmica, es decir, la diferencia mínima de temperatura que el sistema puede medir. – – – – –

Es especificada a 30ºC El NETD de la Ti10 es 200 mK ea es m El NETD de la Ti40 es 80 mK El NETD de la Ti50 es 50 mK Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza

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¿Por qué radiométrica? • Una cámara radiométrica muestra la temperatura en cada uno de los pixeles de la pantalla

Ejemplo: La Ti25 se pueden tener hasta 19,200 mediciones


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Calibración de termómetros infrarrojos • Los equipos Hart Scientific para calibración de termómetros infrarrojos modelos 9132 y 9133 ofrecen calibración desde los – 30ºC hasta los 500ºC con una emisividad fija de 0.95 en dos equipos completamente portátiles.

Soluciones en Termografía - David R. González

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Tecnología “ IR-Fusion” • Es la fusión de imágenes en espectro visible e infrarrojo en una sola pantalla • Esta tecnología ayuda a identificar y reportar componentes sospechosos • Existen 5 modos de visión: – Infrarrojo completo – s e compe o – Imagen en imagen – – Alarma IR/Visible


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Modos de visión “ IR-Fusion” • La tecnología IR-Fusión captura simultáneamente pixel por pixel las imágenes en luz infrarroja y visible permitiendo la optimización de 5 diferentes modos de visión en la cámara y el software

Infrarrojo completo

Visible completo


Imagen en imagen

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Modos de visión “ IR-Fusion”

Mezclado

Alarma IR/Visible


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Campo de visión FOV IR/Visible

'


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as nuevas c maras

u e Un paquete completo que incluye: • Software de análisis y reporte • • • • • •

gratuitas) Estuche rígido y suave para transporte Correa ajustable para la mano Tarjeta de memoria SD de 2 GB ec or e memor as Batería recargable interna

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Fluke Ti40 y Ti45


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Software - Fluke SmartView


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Aplicaciones Procesos Edificios

Motores Eléctrico Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza

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Aplicaciones eléctricas


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Aplicaciones eléctricas (Cont.)


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Centro de Control de Motores


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Tableros Electricos et rar cu ertas nter ores Verifique las cargas - Desbalances - Falsos contactos electricos - Falsos contactos mecanicos - rmon cos


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Aplicaciones eléctricas (Cont.) ¡ FRIO ! Tambien puede ser malo Componentes frios pueden indicar pro emas: - Ba o nivel de aceite o flu o restrin ido en tubos de enfriamiento - Fusibles quemados -


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Aplicaciones en motores


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Aplicaciones en motores


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Aplicaciones en procesos


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Aplicaciones en procesos (Cont.)


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Aplicaciones en procesos (Cont.)


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Rodamientos pequeños Ningun otro metodo es tan efectivo

Falla en rodamientos puede resultar en fue o esfuerzo mecanico desgaste de bandas y aumento la carga electrica


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Aplicacion Apl icacionees en pro proce cesos sos (Cont ont..)

Soluciones en Termografía - Mi Miguel Mendoza

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Mas Ap Aplilicacio caciones nes

c os - Hum Humedad edad en Techos chos


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Aplicacion Apl icacionees en en edif edifici icios os


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Aplicacion Apl icacionees en en edif edifici icios os Inspeccionamos edificios por muchas razones Detectar fugas de aire Desempeño de edificios Entradas de humedad ¡Solucion de problemas!


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Aplicaciones en edificios (Cont.)

Outside

Inside


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Sli T fí Soluciones en Termografía y Medición de Temperatura Medición de Temperatura

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