TERMOGRAFIA Nivel II Ing. Alberto F. Reyna O. ASNT NDT Level III N. 121763 SCWI – AWS N. 13050018 API 653 Authorized Inspector N. 33609 API 570 Authorized Inspector N. 36430 API 510 Authorized Inspector N. 41734 API 580 Authorized Inspector N. 50534
CAPITULO I Práctica Recomendada SNT-TC-1A / ASNT ANSI / ASNT CP-189
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La ASNT ASNT (American Society for Non Destructive Testing). Dos grandes áreas : Los END / NDT (Ensayos No Destructivos) y el MPd / PdM (Mantenimiento Predictivo). END / PdM : Ensayos de materiales, componentes, ensambles y/o maquinas para detectar la presencia discontinuidades o limitaciones, sin necesidad de destruir o afectar el servicio de las mismas.
Práctica Recomendada SNT-TC-1A
Práctica recomendada : Documento que proporciona los lineamientos para establecer un programa de calificación y certificación, que servirán de base al empleador para el desarrollo de su Práctica escrita.
Práctica Escrita : Un procedimiento escrito desarrollado por el empleador que detalla los requisitos específicos para la calificación y certificación de sus empleados.
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Ensayos No Destructivos (NDT)
Cubren los siguientes métodos : - Emisión Acústica (AET). - Electromagnetismo (ET). - Métodos Láser. - Métodos de Fuga (LT). - Tintes Penetrantes (PT). - Partículas Magnéticas (MT). - Radiografía (RT)
Ensayos No Destructivos (NDT) -
Radiografía Neutrónica (NRT). Ultrasonido (UT). Prueba Visual (VT). Prueba de Flujo Magnético (MFL). Análisis de Vibraciones (VA). Prueba Térmica / Infrarroja (IR).
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Mantenimiento Predictivo (PdM)
Análisis de Vibraciones (VA).
Prueba Térmica / Infrarroja (IR).
ENTRENAMIENTO
Un programa organizado y desarrollado para impartir los conocimientos y habilidades necesarias para la calificación. CALIFICACIÓN Y CERTIFICACIÓN
ACERCAMIENTO A LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS (NDT)
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Propósito de este Entrenamiento
Explicar las diferentes calificaciones y certificaciones que se requieren
Diseminar conocimientos técnicos sobre los NDT / PdM que tienen que ver con las inspecciones IR.
Discutir por qué existe la necesidad del entrenamiento
Conocer qué compañías / entidades que solicitan el entrenamiento certificado. Conocer las más recientes especificaciones sobre NDT usadas actualmente
Conocer los fundamentos básicos de la Inspección Térmica / Termográfico Infrarroja (IR).
CAPACITACIÓN, CALIFICACIÓN Y CERTIFICACIÓN DEL PERSONAL Cada método de inspección requiere de calificación y certificación de los inspectores que los aplican; existen tres niveles básicos de capacitación, según SNT-TC- 1A. Nivel I Nivel II Nivel III
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Ensayo No Destructivo EL ENSAYO NO DESTRUCTIVO ES HOY UNA DE LAS TECNOLOGÍAS DE MÁS RÁPIDO DESARROLLO. El ensayo no destructivo puede adoptar otras denominaciones tales como:
NDI / INSPECCIÓN NDT / PRUEBA NDE / EVALUACIÓN
END / MPd
El END / MPd hoy afecta nuestras vidas. Esta desarrollado para proveer un alto nivel de seguridad del producto mas que otra tecnología. Se puede asumir entonces que el NDT ha minimizado la cantidad de lesiones y pérdidas de vidas como resultado de una implementación adecuada.
ENTRENAMIENTO APROPIADO/ TECNICAS DE INSPECCIÓN APROPIADAS
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¿Por qué es necesario este capítulo? Crea conciencia de la importancia y el impacto de la inspección por END / MPd en la industria en general. Puntualiza la necesidad de realizar la inspección por END / MPd con personal calificado y certificado.
¿Qué entidades piden entrenamiento? ASME SECCIÓN I ASME SECCIÓN III Div. I ASME SECCIÓN V ASME VIII Div. I ASME SECCIÓN IX ANSI/AWS D1.1 API 1104
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Construcción y supervisión segura de las calderas En 1905 una fábrica de zapatos en Brockton Massachussets sufrió un grave accidente donde perdieron la vida 58 empleados y 117 resultaron heridos. No sólo se daño el edificio sino también el vecindario de alrededor al explotar la caldera.
SOCIEDAD AMERICANA DE INGENIEROS MECÁNICOS (ASME) Daños en el edificio por explosión de la caldera
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La caldera accidentada dentro del edificio
Calificación y certificación Calificación: Habilidades y conocimientos demostrados, entrenamiento y experiencia requerida y documentada, para que el personal realice adecuadamente las obligaciones de un trabajo específico. ENTRENAMIENTO DOCUMENTADO CERTIFICACION :TESTIMONIO ESCRITO DE LA CALIFICACION
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SNT-TC-1A El sistema de certificación en uso hoy en Estados Unidos conocido como “SNT-TC-1A”, es un ejercicio recomendado que provee una guía diseñada para asistir al empleador en el desarrollo de su propio procedimiento o “práctica escrita”. La práctica escrita se convierte entonces en un sistema para entrenar, calificar y certificar al personal de NDT de cada empleador individualmente.
SNT-TC-1A
SNT-TC-1A / edición 2001 / 2006 / 2011
SOCIEDAD AMERICANA PARA ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS (ASNT)
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SNT-TC-1A Este documento provee una guía para establecer un programa de calificación y certificación. El empleador debe confeccionar “la práctica escrita” para el control y administración del entrenamiento, examen y certificación del personal de NDT. (Es fundamental que el empleador lo elabore).
SHALL Los documentos americanos son muy estrictos en su redacción. SHALL es el imperativo en español que indica que: “debe hacerse”, “tiene que hacerse” La información o condición se debe aplicar rigurosamente no se puede aplicar “ criterios personales”.
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SHOULD
Es el condicional en español, que indica que: ◦ “Podría hacerse” ◦ “Puede hacerse”
Indica que se recomienda seguir la condición establecida en el párrafo
SNT-TC-1A TRES NIVELES: NIVEL I, II Y III Aprendiz / Trainee (No es nivel, es candidato). Nivel I Nivel II Nivel III
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APRENDIZ (no es un Nivel) Mientras un individuo esta en proceso para ser entrenado, calificado y certificado, debe ser considerado como un aprendiz; este debe trabajar con un individuo certificado. El no debe ejecutar, interpretar, evaluar o reportar los resultados de ningún método de END en forma independiente
NIVEL I EN END Es un individuo que esta calificado para: Conocer los principios básicos del método. Realizar una inspección siguiendo un procedimiento calificado. Realizar inspecciones específicas. Aplicar criterios de aceptación establecidos en un procedimiento Tiene que trabajar supervisado por un Nivel II o III.
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NIVEL II EN END Es un individuo que está calificado para: Ajustar y calibrar equipos. Interpretar y evaluar los resultados con respecto a los códigos, normas y especificaciones aplicables.
NIVEL II EN END Ejercer la responsabilidad asignada para el entrenamiento en el trabajo y guía de los aprendices y de los niveles I. Ser capaz de organizar y reportar los resultados. Estar fuertemente familiarizado con el alcance y limitaciones del método
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NIVEL III EN END Es un individuo que esta calificado para: Establecer técnicas y procedimientos. Interpretar códigos, normas especificaciones y procedimientos. Designar el método particular, técnicas y procedimientos a ser usados
NIVEL III EN END Preparar, revisar y/o aprobar los procedimientos de inspección. Entrenar, examinar y certificar a personal Nivel I, Nivel II u otro Nivel III. Estar familiarizado con los otros métodos comunes de END.
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SECUENCIA PARA LA CALIFICACIÓN Y CERTIFICACIÓN
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Horas de entrenamiento NDT COURSE
Level I/II Total hours
OJT Training Hours Level I
Level II
CEU credits
Visual Testing
24 (12)
70
140
2.4 (24 hrs)
Magnetic Particle
20 (12)
70
210
2.4 (24 hrs)
Liquid Penetrant
12 (8)
70
140
1.6 (16 hrs)
Thermal / Infrared
66 (64)
210
1260
6.4 (64 hrs)
Vibration Analysis
96 (72)
420
1680
7.2 (72 hrs)
SNT-TC-1A Examen y puntuación Promedie los resultados de las evaluaciones: general, específicas y práctica. La mínima puntuación en cada examen es de 70/100, pero el promedio de los tres no menor a 80/100. Examen visual (visión de cerca) / diferenciar contraste de color
SECCIÓN
PREGUNTAS
General
(40)
Específico
(20)
Práctico
(10)
N. Preguntas min. IR Nivel I-II
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VIGENCIA DE LA CERTIFICACIÓN El periodo de validez del certificado es: ◦ 3 (2001)…..5 (2006) años para el NIVEL I. ◦ 3 (2001)…..5 (2006) años para el NIVEL II. ◦ 5 años para el NIVEL III.
Durante la vigencia, el empleador puede a discreción examinar al personal técnico según SNT-TC-1A, edición 2001 / 2006
RECERTIFICACIÓN Todos los niveles deben recertificarse periódicamente con un de los siguientes criterios: Evidencia de continuidad satisfactoria. Reexaminación donde lo considere necesario el NIVEL III del empleador.
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SUSPENSIÓN O CANCELACIÓN DE LA CERTIFICACIÓN Esta puede suceder cuando: Se falle en la reexaminación hecha a discreción del empleador. Se rebase el período permitido de servicio interrumpido. Se viole el código de ética.
ISO 9712 Establece que cada país debe tener una agencia central calificadora. La certificación es requerida para un sector industrial especifico:
◦ ◦ ◦ ◦
Química y petroquímica. Aeroespacial. Metal-mecánica. Naval.
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ANSI / ASNT CP - 189
Las principales diferencias con la SNT- TC – 1A:
El nivel III ya no es un nivel interno (SNT – TC – 1A), es un ASNT Nivel III. La exigencia de la agudeza visual no es un Jaeger # 2 (SNT-TC-1A), es un Jaeger # 1.
Revisión del Capítulo Introductorio 1. La responsabilidad de expedir un certificado a un técnico en NDT es siempre del empleador si el documento de SNT-TC-1A lo indica ?. A. Verdadero B. Falso 2. NAS 410 es más exigente que SNT-TC-1A ?. A. Verdadero B. Falso 3. Si se siguen los lineamientos de ASNT-TC-1A, el nivel III debe tener conocimiento de los otros métodos de NDT así su certificación sea únicamente para el área de líquidos penetrantes. A. Verdadero B. Falso 4. Para cumplir con los lineamientos de ASNT-TC-1A todos los niveles I y II deben tomar un examen general, práctico y específico. A. Verdadero B. Falso 5. Es recomendable que todo empleador use SNT-TC-1A para establecer una práctica escrita. A. Verdadero B. Falso
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CAPITULO II INSTRUMENTACION TERMICA
GENERALIDADES
El equipo para medir la temperatura y termografía incluye dispositivos de contacto como tambien de no contacto.
Los instrumentos y sistemas de detección infrarojo son divididos en sensores de punto (termométros de radiación), línea de scanners e imagenes termales.
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Camara térmica de gran amplitud PCE TC 6
Cámaras térmicas
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Cámaras térmicas
Dispositivos de contacto para medición térmica Los dispositivos mas comunmente usados son:
Termómetro bimetálico. Recubrimientos termocrómicos / cristales líquidos. Termocuplas. Termómetros de resistencia. Termistores e indicadores de flujo de calor.
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Equipos de termografía
Dispositivos de contacto para medición térmica
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Termómetro bimetálico
Son sensores construídos disímiles que han sido unidos.
de
metales
Típicamente, se usan diferentes aleaciones de hierro y níquel.
Su aplicación está basada en el coeficiente de dilatación térmica, de tal forma que los cambios de temperatura resultarán en una previsible flexión del ensamblaje.
Termómetro bimetálico
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Recubrimientos Termocrómicos Cristales Líquidos
Llamados también cristales de colesterol y que cambian de color con la temperatura.
El revestimiento hecho de cristales líquidos son comúnmente usados como indicadores de temperaturas.
El color puede ser reversible o irreversible y el rango de detección para la mayoría de las mezclas se limita a un rango estrecho de temperatura.
Cristales Líquidos
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Cristales Líquidos
Termocuplas / Termopilas
Son sensores de temperatura de contacto, basado en el efecto termoeléctrico, o efecto Seebeck.
El coeficiente termoeléctrico determina relación entre el voltaje generado y temperatura en el extremo de contacto .
Termopilas son bancos de termocuplas conectadas en paralelo o en serie para incrementar el gradiente de salida.
la la
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Termocuplas
Termocuplas
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Termómetros de resistencia
Son sensores de contacto que miden la temperatura por un previsible cambio en su resistencia eléctrica como una función de la temperatura medida.
El Platino es el material mas usado por su excelente estabilidad y su respuesta lineal para el cambio de temperatura.
Termómetros de resistencia
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Termistores
También son sensores que miden la temperatura por un previsible cambio en su resistencia.
Mientras que los termómetros de resistencia son dispositivos de baja impedancia, los termistores son de alta impedancia.
Termistores
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Termistores
Indicadores de flujo de calor
Son medidores de flujo de calor utilizados para medir tasas en conducción, convección, radiación de calor y sistemas de cambio de fase, aplicados a la construcción de paredes, tubos de calderas y ductos de aire acondicionado.
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Pirómetros ópticos
Estos incluyen pirómetros de luminosidad y pirómetros infrarojos.
Los pirómetros de luminosidad son llamados pirómetros comparadores.
Los pirómetros infrarojos son llamados tambien termómetros de radiación infrarojo (radiómetros).
Pirómetros ópticos
Pirómetro óptico Pirómetro infrarojo
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Configuraciones básicas de la detección de radiación infrarroja e instrumentos de imagen
Detector infrarojo
Los detectores infrarojos son divididos en detectores térmicos (termodetectores) y detectores de fotones (Fotondetectores)
Los detectores térmicos, tienen una respuesta espectral ancha y uniforme, con sensibilidad algo mas baja y tiempo de respuesta mas lento (medida en milisegundos), comparado a los detectores de fotones (microsegundos).
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Detector infrarojo
Detectores térmicos (termodetectores)
Detectores de fotones (Fotondetectores)
Detector infrarojo
Detectores de fotones (llamados tambien fotondetectores) tiene una límite de respuesta espectral, picos de sensibilidad mas altos y tiempo de respuesta mas rápida (medida en microsegundos).
Los detectores térmicos usualmente operan en o cerca de la temperatura ambiente (sin enfriamiento), mientras que los detectores de fotones son usualmente enfriados para optimizar el rendimiento.
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Curvas de respuesta de los detectores infrarojos
Fotondetectores
Termodetectores
Opticas infrarojas - Lentes, espejos y filtros
Hay dos tipos de ópticas infrarojas; refractivas (lentes, filtros, ventanas) y reflectivas (espejos).
Las ópticas refractivas transmiten ondas longitudinales infrarojas de interés.
Las ópticas reflectivas son usadas mas a menudo para aplicaciones de baja temperatura.
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Procesamiento electrónico Amplifica y condiciona la señal desde el detector infrarojo e introduce correcciones como son, los factores de compensación de temperatura reflejada / ambiente y emisividad efectiva en el punto de medición en la superficie.
Escaneo e imagen
Cuando los problemas en monitoreo y control de temperatura no pueden ser medidos en varios puntos discretos sobre una superficie, se hace necesario un escaneo especial.
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Equipo de Escaneo en Línea
La línea de escaneo infrarojo puede ser usado para registrar información concerniente a la distribución de energía radiante a lo largo de una línea simple y recta.
Escaneos bidimensionales – Imagen termal Las tres configuraciones comunes para producir imágenes en los termogramas infrarojos son : El escaneo optomecánico, el escaneo electrónico y el de arreglo de plano focal de imagen.
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Escaneo Optomecánico
Escaneo electrónico – PiroVidicon
Los sistemas de captura de imágen térmica por escaneo electrónico, están basados en pirovidicons y que comunmente operan en ventanas atmosféricas de 8 a 14 μm. Proveen imágenes térmicas cualitativas y son clasificados como “visores térmicos”.
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Escaneo electrónico – PiroVidicon
Arreglo de Plano Focal de imagen
En el año 1987 se introdujo por primera vez en el mercado comercial. El Arreglo de Plano Focal de imágenes infrarojas con enfriamiento, ha evolucionado en un instrumento compacto, con capacidad de capturar imágenes térmicas cualitativas y cuantitativas sin escaneo óptico.
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Parámetros de rendimiento de sensores infrarojos e Instrumentos de imágen
Los parámetros de rendimiento para instrumentos de detección (termómetros de radiación infraroja) están relacionados a los rangos de temperatura, precisión absoluta, repetibilidad /sensibilidad de temperatura, rápida respuesta a las variaciones de temperatura, relación distancia / tamaño, requerimientos de salida (output), sensor de ambiente y rango espectral.
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Parámetros de rendimiento de sensores infrarojos e instrumentos de imagen
Para escaneadores de imágenes, los parámetros de rendimiento incluyen, rango de temperatura, precisión absoluta, repetibilidad, sensibilidad de temperatura, campo total de visión (TFOV), campo instantáneo de visión (IFOV), medida de resolución espacial (Medidas IFOV), repetibilidad, temperatura mínima resoluble, software de proceso de imagen, sensor de ambiente y rango espectral.
Termografía Cualitativa vs. Cuantitativa
Los parémetros de rendimientos de instrumentos de termografía cualitativa, no incluyen temperatura exacta, repetibilidad de temperatura y medición espacial de temperatura.
Generalmente, los instrumentos que incluye la capacidad de producir termogramas cuantitativos son mas costosos que los instrumentos cualitativos y requieren de una recalibración periódica.
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Características del rendimiento de los instrumentos de detección
La ASTM define a los instrumentos de detección infrarroja como termómetros de radiación infrarroja a pesar de que no siempre se lee en las unidades de temperatura. Algunos se leen directamente en unidades de energía radiante como: W * m-2 ó BTU * ft-2*h-1
Rango de temperatura
El rango de temperatura es un estado de límites altos y bajos sobre el cual la temperatura del punto puede ser medido por el instrumento.
Precisión absoluta • Es definida por el National Institute of Standards and Technology (NIST), como el máximo error sobre el rango total, que la medición tendrá cuando es comparado a una referencia estándar de cuerpo negro.
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Repetibilidad Se
describe como una lectura que es fielmente repetida en el tiempo para el mismo punto.
Sensibilidad de temperatura
Define el más pequeño cambio de temperatura que el instrumento puede detectar.
La sensibilidad de temperatura es llamada tambien resolución térmica.
Recuerde que, para cualquier instrumento dado, la sensibilidad mejorará con puntos más calientes, donde existe más energía disponible para el instrumento.
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Velocidad de respuesta
Es el tiempo que le toma al instrumento en actualizar la medición. Es generalmente limitado por el detector utilizado (en el orden de microsegundos para los fotondetectores y milisegundos para termodetectores).
Debe entenderse que siempre hay una desventaja entre la velocidad de respuesta y la sensibilidad de temperatura (ver la siguiente diapositiva)
Velocidad de respuesta
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Target Spot Size y Distancia de trabajo Target spot size (Relación distancia/ tamaño de objeto), también define la resolución espacial del instrumento. Igualmente se debe tomar la distancia mínima de trabajo a la cual el instrumento debe ser enfocado (Ej :1m ó 39 pulg.)
Donde: D = Spot size (tamaño del objeto aproximado). α = Angulo plano en radianes. d = Distancia al objetivo.
Target Spot Size y Distancia de trabajo
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Requerimientos de salida:
En los termómetros / medidores de radiación, existe una amplia variedad , desde un indicador simple digital y una señal análoga para una amplia selección de funciones de salida, incluyendo salidas digitales (código decimal binario); puntos de ajuste proporcional ; picos de señal o sensores RMS; muestreo y circuitos registradores e incluso los controles de circuito cerrado para aplicaciones específicas.
Sensor de ambiente:
Están referidos a los límites ambientales, donde el instrumento trabajará sin posibilidad de dañarse, tanto en operación, como durante su almacenamiento.
También existen aplicaciones especiales que ofrecen protección en ambientes tales como, polvo, salpicadura de agua, a prueba de explosión, gases y blindaje (IP).
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Rango espectral:
El rango espectral es determinado por el detector y el instrumento óptico, como vemos en la figura siguiente. Filtro
Detector Lente
Para usos de propósito general y para la medición de puntos mas fríos que 500 oC (932 oF), la mayoría de los fabricantes de termómetros de radiación / cámaras termográficas, ofrecen instrumentos operando en una ventana atmosférica de 8 a 14 μm.
Para aplicaciones de puntos mas calientes, se seleccionan ventanas de ondas cortas, comúnmente menores que 3 μm.
Errores de emisividad en onda corta vs onda larga, resultarán en menores errores de temperatura.
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Características de rendimiento de imágenes y escaneos
Las imágenes térmicas cualitativas (registradas en visores térmicos) difieren de las imágenes térmicas cuantitativas (llamadas también termogramas o imágenes radiométricas), en que los visores térmicos no proveen de medición de energía térmica / temperatura exacta.
Campo total de visión
Donde: d = distancia de trabajo. H = tamaño total de la imagen horizontal. V = tamaño total de la imagen vertical. y = ángulo vertical de escaneo. x = ángulo horizontal de escaneo. OBSERVAR LA SIGUIENTE IMAGEN
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Campo total de visión
Campo instantáneo de visión IFOV Esta relacionado con la resolución proveniente de los pixeles del instrumento. El campo de visión (FOV o TFOV), es dividido por los pixeles horizontales y verticales. Un cuadrículo de estas divisiones corresponde al IFOV.
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Medición de resolución espacial
Es la medición térmica precisa del objeto más pequeño (mínimo) que puede efectuarse a una determinada distancia entre el instrumento y dicho objeto.
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Estructura de la tasa de repetición / Cámaras IR
Este concepto, reemplaza a la velocidad de respuesta de los termómetros IR y es definida como el número de veces que el objeto es escaneado en un segundo.
La estructura de la tasa en este caso deberá ser la mitad de la tasa del campo.
Diferencia de la temperatura mínima resoluble / Cámaras IR
La mínima temperatura resoluble (MRT) o mínima diferencia de temperatura resoluble (MRTD), reemplaza a la sensibilidad de temperatura (termómetros IR) y es definido como la minima variación de temperatura que se puede detectar sobre el nivel de ruido (noise) del instrumento.
La mínima temperatura resoluble puede también depender de la frecuencia espacial impuesta por la prueba de disciplina.
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Pantalla de imagen térmica y visión general del software de diagnóstico Incluyen las mediciones cuantitativas térmicas de objetivos. Procesamiento de detalles y diagnóstico de imagen. Grabación de imagen; almacenaje y recuperación; comparación de imagen (termografía diferencial o multiespectral). Documentación y base de datos.
Descripciones del equipo de detección térmica Sensores de punto (Termómetros de radiación). Pueden ser divididos como : Sondas / sensores de temperatura. Dispositivos portátiles de medición. Dispositivos de control de procesos en línea. Dispositivos especialmente configurados.
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Sondas de temperaturas: Son de bajo precio, tipo de bolsillo, con alimentación de energía o baterías. Disponen de un sensor en forma de lápiz conectado a una pequeña unidad básica de lectura.
Dispositivos portátiles : Son diseñados para mediciones de media distancia y con pocas excepciones, operan entre 8 a 14 μm de región espectral. Asemejan a una pistola para una operación manual y pueden disponer de un rayo láser.
Termómetro de radiación IR portátil con puntero láser
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Monitoreo de procesos en línea y dispositivos de control Son para uso dedicado al control de un producto o proceso. Es permanentemente instalado donde puede medir la temperatura de un objetivo específico. Este tipo de instrumento permanece allí durante toda la vida del instrumento o del proceso.
Monitoreo en Línea
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Las líneas de escaneo: Son divididas dentro de los dispositivos de proceso de control en línea y escáneres de propósito especial.
Dispositivos de proceso de control en línea: Este tipo de instrumento frecuentemente usan arreglos de detectores térmicos sin enfriar. Este escaneador no tiene parte movibles.
Dispositivos de propósito especial : Incluye un tipo de escáner portátil en línea, que pueden mapear un sector específico. Aplicable en movimiento de aeronaves y desarrolla mapeos térmicos.
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Dispositivos especiales
de
configuraciones
Las configuraciones especiales de termómetros de radiación infrarroja incluyen: Los pirómetros de proporción (llamados también pirómetros de dos colores). Microscopios radiometricos infrarrojos. Pirómetros de reflexión láser. Pirómetros acoplados de fibra óptica.
1.
Pirómetros de dos colores, también llamados pirómetros de proporción, particularmente usados en aplicaciones de temperaturas altas por encima de 300 oC (572 oF) y en mediciones de objetivos pequeños de emisividad desconocida, siempre que el entorno este frío, constante e uniforme. Las medidas son basadas en proporción de energía en dos bandas espectrales. Los pirómetros de proporción son usualmente no aplicables a medidas por debajo de 300 oC (572 oF).
57
Pirómetros de reflexión láser
2.
Los microscopios radiométricos infrarrojos son configurados a igual que un microscopio convencional y registran objetivos pequeños por debajo a 10 μm en diámetro con precisión y resolución de alrededor de 0.5 oC (1oF).
3.
Los pirómetros de reflexión láser usan la energía reflejada de un láser activo para medir la reflectancia del objetivo. Este instrumento, aunque costoso, es usado para mediciones de alta temperatura en superficies especulares en ambientes adversos.
4.
Los pirómetros acoplados de fibra óptica hacen posible la medición remota de objetivos normalmente inaccesibles con la asistencia de una fibra óptica flexible. Esto limita el rendimiento espectral y por tanto el rango de temperatura a valores mas altos.
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Imágenes (Instrumento Termográfico) Estado de aisladores eléctricos
Estado de conexiones y fusibles
Estudios térmicos de transformadores
Imágenes (Instrumento Termográfico)
Imágenes (Instrumentos termográficos) consiste en el registro de ambas imágenes térmicas, cualitativas y cuantitativas.
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Imágenes térmicas cualitativas
Son llamadas también visores térmicos. Ellas incluyen escaneo mecánico, escaneo electrónico (pirovidicon) y arreglo de planos focales de imágenes.
Imágenes térmicas cualitativas
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Visores térmicos con escaneo mecánico (Optomecánico) Son de moderado precio, instrumentos de escaneo con batería incorporada, que producen una imagen cualitativa de la radiosidad proveniente de la superficie de un objetivo. Ellos pueden demostrar las diferencias de temperatura de décimas de grados y puede ser utilizado para objetivos por debajo de 0oC y hasta por encima de 1500 oC.
Visores de escaneo electrónico (Imágenes Pirovidicon) Son cámaras. El tubo de la cámara es sensitivo a la radiación del objetivo en el lugar de los infrarojos que el espectro visible. Aparte de el tubo y la lente de germanio, los cuales son costosos, estos sistemas usan accesorios de grabación de televisión. En comparación con otros sistemas de imagen infrarroja, la calidad de la foto y resolución son buenas, semejante al formato de televisión convencional. La imagen térmica puede ser vista o grabada con la misma comodidad y la refrigeración no es necesaria.
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Cámara termográfica de arreglo de plano focal para termografía cuantitativa
Visores térmicos de arreglo de plano focal (IRFPAS): Son adaptaciones directas de dispositivos desarrollados para aplicaciones militares y aeronaves de visión nocturna y aplicaciones de seguimiento de misiles. Algunos instrumentos en esta categoría tienen el tamaño y peso de una cámara video comercial pequeña.
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Imagen térmica cuantitativa
Las imágenes térmicas cuantitativas incluyen imágenes térmicas escaneadas mecánicamente (radiómetros de imagen / Optomecánico) y radiómetros de arreglo de plano focal (FPA / Focal Plane Array) .
Imágenes térmicas escaneadas mecánicamente
(Optomecánicos / Radiometros de imagen ). Proporcionan un medio para medir la temperatura aparente de la superficie del objetivo con alta calidad y resolución de imagen y algunas veces con el apoyo de software de diagnóstico incorporados. Ellos generalmente ofrecen campos instantáneos de visión en el orden de 1 a 2 mrad con estándares ópticos y diferencia mínima de temperatura resoluble de 0.05 a 0.10oC (0.09 a 0.18oF).
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Radiómetro bicolor infrarrojo
Radiómetros FPA (Arreglo de plano focal) Las cámaras de infrarrojas de plano focal ofrecen una mínima diferencia de temperatura resoluble comparable a imágenes de radiómetros (0.1 a 0.2 ºC; 0.18 a 0.36 ºF) y campos instantáneos de visión, considerablemente mejores que los radiómetros de imágenes. Estas cámaras usan detectores de arreglo de plano focal fabricados de Platino Silicio o Antimonio Iridio.
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Radiómetros FPA (Arreglo de plano focal) Imágenes cuantitativas basadas en radiómetros con detectores térmicos de arreglo de plano focal sin enfriamiento (microbolómetro) también han sido desarrollados (son los mas usados en la actualidad). Estos instrumentos tienen una respuesta rápida, partes no movibles y resolución espacial muy buena. Las cámaras infrarrojas de arreglo de plano focal vienen reemplazando a los radiómetros de imagen (Optomecánicos).
Cámara Termográfica FPA Microbolómetro sin enfriamiento
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Pantalla de imagen térmica y software de diagnóstico
Cuando la computadora personal fue introducida como soporte del sistema de imágenes térmicas, el uso del software de diagnóstico, permitió grabar, organizar y mejorar los reportes, pudiendo modificar ciertos parámetros (Emisividad, Temp. Reflejada, Contraste Térmico, etc), así como el intercambio de paletas de colores, uso de funciones de medición, etc.
Comúnmente los formatos para imágenes electrónicas almacenadas incluyen las de Archivo de imágenes objetivo (TIFF / Tagged Image File Form) y otro formato llamado Bitmapped (Mapeo sectorizado).
Pantalla de imagen térmica y software de diagnóstico
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Fotografía digital - Termograma
Hot Spot
Є
FIGURA 01
Є
Sup.
Difusa
Dist.
2.8 m
01
112.5
0.97
Tmax
115.6
0.97
Tref. ºC
44.5
02
108.5
0.96
Tmin
73.2
0.97
Hrel%
80
03
107.2
0.97
Tprom
92.5
0.97
Mediciones térmicas cuantitativas.
Algunos sistemas, permiten la asignación de diferentes emisividades a diferentes zonas del objetivo seleccionado por el operador con la consiguiente corrección de la temperatura. Tres características dimensionales proporcionan un mapa de contorno isométrico térmico o un mapa de perfil térmico del objetivo para mayor reconocimiento de las anomalías térmicas.
67
Grabación, almacenamiento y recuperación de imagen
Un programa de software puede permitir al operador visualizar dos imágenes, lado por lado o en secuencia; y sustraer una imagen de otra o un área de otra y mostrar pixel por pixel en diferentes termogramas.
Base de datos y documentación
Muchos fabricantes de equipos de imágenes térmicas han desarrollado software para la elaboración de reportes para facilitar la comprensión de los reportes y efectuarlos en el menor tiempo posible.
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Accesorios de calibración
En adición a las fuentes de referencia de laboratorio, existen modelos portátiles de campo, para la verificación periódica de la calibración del equipo Termográfico.
Accesorios de fotograbación para copias impresas
Las impresoras de video portátiles son usualmente seleccionadas. La impresora de video conecta al sistema de video de salida. Aunque las impresoras son costosas ellas proveen consistente calidad en un tiempo razonable y no requiere el uso de la imagen térmica o la computadora durante el tiempo de producción.
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CAPITULO III FUNDAMENTOS DE LA RADIACION INFRARROJA
Tópicos a discutir Descubrimiento y naturaleza de la radiación infrarroja. Espectro electromagnético y propiedades de la radiación infrarroja. Ley de Stefan-Boltzman. Distribución espectral de la radiación del cuerpo negro (Curvas de Planck). Ley de desplazamiento de Wien. Cuerpo negro, cuerpo gris y cuerpo real. Temperatura aparente.
70
Tópicos a discutir Ventanas atmosféricas y sistema de curvas de respuesta. Filtros. Ley de Kirchoff : E + R + T = 1 Radiosidad (Radiosity / Exitance). Mediciones de la emisividad, reflectividad y transmisibilidad. Emisividad en función del ángulo y la geometría.
Los inicios
Isaac Newton , año 1666, enuncia :
La luz blanca está compuesta por un espectro de colores.
La luz no es perfecta o indivisible.
71
Prisma con difracción de la luz
¿Quién descubrió la radiación infrarroja ? William Herschel en año 1800. Sostuvo que la luz visible al pasar por un prisma producía rayos que podían calentar los cuerpos, pero a diferente intensidad.
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El experimento de Herschel Radiación refractada desde el prisma
Plataforma inclinada
Termómetros de bulbos
El experimento de Herschel
La luz roja refractada registra la máxima temperatura (calor) y se ubica sobre el límite de la refracción visible.
73
El experimento de Herschel
El calor radiante consiste básicamente de luz invisible.
La radiación infrarroja
Es parte de la radiación electromagnética. La radiación infrarroja es similar a la luz. Viaja a la velocidad de la luz. Se diferencia de la luz visible por el valor de su longitud de onda.
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La radiación infrarroja
Existen otras clases de radiación electromagnética, tales como los rayos Gamma, rayos X, rayos cósmicos, ondas de radio, micro-ondas, ultravioleta, etc. Las longitudes de onda de la radiación infrarroja son mayores que la luz visible. Su longitud de onda es medida en micras. Una micra es una millonésima del metro.
EL ESPECTRO ELECTROMAGNETICO
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Propiedades del IR
Todos los objetos con temperaturas sobre el cero absoluto (- 273.16 ºC, - 459.72ºF), emiten energía radiante. Se genera por la aceleración de partículas cargadas eléctricamente. Cuanto mas se calienta un cuerpo, mas actividad / movimiento molecular y por lo tanto mas energía irradia.
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Ley de Stefan-Boltzmann E = εσ T4 E : Energía emitida (W/cm2). T : Temperatura absoluta (ºK). ε : Emisividad (Emittance). σ : Constante de Stefan-Boltzmann (5.67 x 10-12 W/cm2 K4). * La radiación se incrementa con la temperatura a la cuarta potencia y depende de la emisividad.
Energía Radiante vs. Temp. Abs.
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Curvas de Radiación – Cuerpos Negros
Presentadas por Max Planck. Teoría Cuántica – 1900. Energía Radiante de “cuantos discretos”. La energía del cuanto (fotón) es mayor en longitudes de onda mas cortas. E = h .f E = Energía cuántica. h = Constante de Planck 6.625 x 10-27 Erg-seg. f = Frecuencia. λ=v/f v = Velocidad
Curvas de Radiación – Cuerpos Negros Max Planck – Premio Nobel Física 1918. Fundamentos de la física moderna. Su teoría esta de acuerdo con la radiación emitida y observada en los cuerpos. Desarrollo las curvas de distribución espectral de los radiadores perfectos – cuerpos negros.
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Distribución Espectral de Radiación Cuerpos Negros
Distribución Espectral de Radiación Cuerpos Negros
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Bandas espectrales seleccionadas
Temperatura estimada según el color al calentarse el metal Rojo oscuro Rojo vivo Rojo brillante Naranja Amarillo Blanco Blanco encegador
: 500 0 C : 775 0 C : 850 0 C : 950 0 C : 1000 0 C : 1200 0 C : 1500 0 C
80
Radiación Estelar (ºC)
Ley de Desplazamiento de Wien La
longitud de onda a la cual la máxima energía es emitida (pico) se hace mas corta conforme la temperatura se incrementa. El pico de esa radiación se alcanzará con una longitud de onda que responde a la siguiente ecuación : λmax = 2897.8 μmK / T T en 0K
81
Aplicación de la Ley de Wien
¿Cuánto sería la radiación emitida por un ser humano que esta a 33 0C ?
λmax = T (0K)
2897.8 μmK / T T en 0K = 273.15 + 33 = 306.15 0K λmax = 2897.8 μmK / 306.15 λmax = 9.465 μm ¿Qué tipo de cámara debe usar ?........LW
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Cuerpo Negro = Radiador Universal Emisividad = 1.0 Reflectividad = 0.0 Transmisibilidad = 0.0 Su radiación emitida es observada en las curvas de radiación de cuerpo negro. La radiación emitida depende de la temperatura (Ley de Stefan-Boltzmann)
Cuerpo Gris Su emisividad es menor que 1. Su emisividad permanece constante a lo largo del rango espectral. Su radiación emitida tiene la misma forma que las curvas del cuerpo negro, pero de menor amplitud. La radiación es emitida y reflejada pero permanece constante si no varia la λ.
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Cuerpo Real = Radiador selectivo También llamado cuerpo coloreado o espectral. Su emisividad es menor que 1. Su emisividad varia con la λ. Su reflectividad varia con la λ. Puede ser un transmisor.
Distribución Espectral
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Temperatura Aparente
Cuando la emisividad y las reflexiones del entorno no son compensadas, la temperatura registrada del cuerpo con un radiómetro infrarrojo, “no es real” y se le denomina “temperatura aparente”.
Transmisión Atmosférica
85
Transmisión Atmosférica En termografía se utilizan los términos Onda Corta (SW) y Onda Larga (LW) La explicación del uso de estos rangos se puede apreciar en la siguiente figura (1852 m)
FILTROS Existe la posibilidad de instalar filtros a determinados rangos de longitudes de onda para poder efectuar ciertas inspecciones especificas. Dentro de los filtros existentes, podemos mencionar el Filtro Supresor de Llama, aplicable en condiciones de alta temperatura y que permite medir a través de la llama.
86
Filtro supresor de llama
Existen filtros supresores de llama a 3.9 μm para aplicaciones de onda corta y de 10.6 μm para onda larga. Radiación desde las llamas
Radiación desde el objetivo
Filtro de densidad neutral Atenúa a un 5 % en todo el ancho de banda la energía radiante que se dirige al detector de la cámara infrarroja. Se utiliza en aplicaciones de alta temperatura.
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Filtros pasabanda
Como por ejemplo los que se usan para las cámaras SW y LW (3-5 μm y 8-12 μm respectivamente). Tambien se encuentran los tipos Cut Off y Cut On, que restringen la radiación de “no pasa o pasa”.
Otros Filtros Filtros para aplicaciones especiales. Medir a través del vidrio o plástico. Vidrio : 5 μm. Plástico : 3.43 μm.
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Combinación de filtros SW, LW y de densidad neutral
Combinación de filtros SW, LW, densidad neutral y supresor de llama
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Adicionalmente con filtro para vidrio
Adicionalmente al de vidrio el de plástico
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Ley de Kirchoff E + R +T = 1 Transmitida Emitida
Reflejada El total de la radiación que sale de la superficie de un punto es =1 (100%)
Radiosidad (Radiosity)
Es toda la radiación que esta saliendo del objetivo.
Emitida
Transmitida
Reflejada
Incluye lo absorbido y emitido por el medio (atmosfera).
Recuerde que solo la emitida es de interés
91
Transmisibilidad T La radiación infrarroja pasa a través de un transmisor infrarrojo. La transmisibilidad, es el porcentaje de radiación que pasa a través de un cuerpo. Una buena ventana infrarroja que tenga alta transmisibilidad, tendrá baja emisividad y baja reflectividad. Un cuerpo opaco,T = 0
Medida de la Transmitancia
CT C FT F
92
Medida de la Transmitancia
-
Las cámaras que disponen de la función “Level”, seguirán el siguiente procedimiento, de lo contrario usarán los diversos filtros. Fije la emisividad en 1.0 Fije las unidades de temperatura a Level. Registre el Level de la fuente “caliente” (C). Registre el Level de la fuente “fría” (F).
Medida de la Transmitancia Registre el Nivel de la fuente “caliente transmitida” (CT) Registre el Nivel de la fuente “fría transmitida” (FT) Calcule la transmitancia T con la siguiente fórmula : T = (CT – FT) / (C – F)
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Emitancia (Emittance)
Llamada también emisividad. Es una medida de eficiencia con el cual un objeto emite la radiación infrarroja. Es la relación de la energía radiante emitida por un cuerpo determinado a la energía radiante emitida por un cuerpo negro a la misma temperatura y longitud de onda. Emisividad (E)= Absorbitividad. Cuerpos opacos , E = 1 – Reflectividad.
Emisividad E = Ener. Rad. Cuerpo / Ener. Cuerpo Negro a la misma temperatura y longitud de onda.
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Materiales de Alta Emisividad Personas, animales, plantas. Agua. Tierra, Polvo. Pinturas No Metálicas. Cauchos. Asfalto. Cinta aislante N. 33 de 3M (LW) Materiales no metálicos.
Medida de la emisividad Técnica de la Reflexión
LC LrF
LF LrC
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Medida de la emisividad Técnica de la Reflexión A partir del posicionamiento de las fuentes de la figura anterior, se procede. Fije la emisividad = 1.0 Utilice las unidades de Level. Mida los Levels de las fuentes caliente y fría (LC y LF). Mida los Levels reflejados, caliente y frío (LrC y LrF).
Medida de la emisividad Técnica de la Reflexión Calcule la emisividad (E) de acuerdo a la siguiente ecuación : E = 1 – (LrC – LrF) / (LC – LF) Nota : Las unidades de Level solo existen en las cámaras SW…..pero se implementarán en un futuro en las LW
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Medida de la emisividad Técnica de la emisividad de referencia
LO LR LRef
Medida de la emisividad Técnica de la emisividad de referencia Fije un emisividad de referencia en el objeto. (Eref) Fije una emisividad igual a 1. Utilice las unidades de Level. Mida el Level reflejado (LRef) Mida el Level del objeto (LO) Mida el Level de referencia (LR)
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Medida de la emisividad Técnica de la emisividad de referencia
Calcule la Emisividad (E) según la siguiente ecuación :
E = (LO – LRef) (Eref) / (LR – LRef)
Ajustando la Emisividad
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Emisividad vs. Ángulo Cuerpo Negro
Emisividad vs Ángulo Aislante – No metálico
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Emisividad vs Ángulo Metal Pulido
Emisividad vs Geometría Emitancia
Energía absorbida = 100% - 6.25% = 93.75% Absortividad = emisividad Emitancia= 93.75
100
Rugosidad Superficial
A mayor rugosidad, mayor emisividad.
Una superficie con reflectividad, al aplicarle lija # 80 ó 100, se mejorará su emisividad.
Emisividad de 25º a normal
Emisividades en superficies de un bloque de Aluminio Arenado
Pulido
Emisividad angular espectral en aleación de Aluminio 7075 a 33ºC
101
Como medir objetos de baja emisividad Aplicando materiales de alta emisividad Ej. Cinta eléctrica N. 33 de 3M o pintura mate de alta emisividad. Considere las superficies sucias, corroídas y áreas rugosas. Ubique zonas de alta emisividad asocia-das a efectos superficiales (agujeros, hendiduras profundas).
Como medir bien Determine la Tref., fijando la emisividad igual a 1 y midiendo el entorno o usando el foil de aluminio arrugado / extendido. Ingrese la Tref. a la cámara. Determine la emisividad efectiva (por comparación a la cinta 33 de 3M o referencia equivalente). Con la información disponible, proceda a medir la temperatura del objeto.
102
Verificación / Calibración Cámara Termográfica Verifíquele con fuentes de calor frías y calientes y con una emisividad conocida (Vasos metálicos y cinta eléctrica). Prevea calibraciones periódicas según su Programa de Calidad. La calibración en fábrica, implica el uso de fuentes de calor de cuerpos negros calibrados, desarrollo de las curvas de calibración y grabado de las mismas en la cámara.
CAPITULO IV TRANSFERENCIA DE CALOR
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Principio de la Transferencia de Calor
El calor se transfiere desde las zonas de mayor temperatura a las de menor temperatura (Diferencia de Temperatura).
Transferencia de Calor
El calor esta en movimiento, es dinámico. A partir de esta característica dinámica, nosotros podemos diagnosticar y / o predecir cuanto de energía se transfiere (se pierde o se gana).
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Flujo de Calor Por ejemplo, el calor se desplaza desde el interior de un horno de cemento hacia el exterior del mismo (Delta de T). La cámara termográfica registra la radiación térmica (exitance / radiosity), pasando por el lente / filtro / detector / amplificador / convertidor A-D / procesador electrónico y crea el termograma.
Termograma de un Horno de Cemento
El daño en el refractario se observa como zonas mas calientes.
105
Estado Estable y Cambio de Estado
Estado estable : ΔT y Q no varian (Ej.: En una caldera el aporte de combustible implica que el aporte térmico Q es constante y la variación de la temperatura del vapor a la salida no varia (ΔT). Los estados de la materia son, el sólido, el líquido y el gaseoso. (Ej. El agua en estado líquido puede estar a 00C ó a 800C).
Temperatura Es una medida de la actividad molecular A mas nivel térmico, mas actividad molecular.
106
Escalas / Conversiones de Temperatura -
A nivel del mar, Las escalas son la Celsius (C), Fahrenheit (F), Kelvin (K) y Rankine (R). El agua se congela a 00C, 320F, 2730K, 4920R Y hierve a 1000C, 2120F, 3730K, 6720R. Escalas métricas Celsius y Kelvin. La Kelvin es la absoluta según la ISO.
Escalas comparativas
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Fórmulas de Conversión 0F
= (0C x 1.8) + 32 0C = (0F – 32) / 1.8 0K = 0C + 273.16 0R = 0F + 459.67
Temperatura y Transferencia de Calor
En el invierno europeo esta vivienda debe mantenerse internamente a 200C. Para ello se necesita una cantidad de calor a ser transferido para mantenerlo a esa temperatura.
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Comparación de Temperaturas
Si las especificaciones de un procedimiento o fabricante indican que no debe existir una ΔT mayor a 4ºC, ¿Cuál es su opinion?
Unidades de Transferencia de Calor
¿Como se mide el movimiento del calor?.
BTU / h, Cal / h, J / s, Watts.
Energía / tiempo = Potencia
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Efectos del Calor
Variaciones de temperatura. Cambios en el tamaño (Dilatación / Contracción). Cambios de Estado. Incandescencia. Generación de Fuerza Electromotriz (Efecto Seebeck / Termocuplas). Cambios químicos (Difusión, corrosión, etc) Cambios en la resistencia eléctrica.
Variaciones de Temperatura
Si tenemos la ecuación, Q = m.c. ΔT
Donde, m = Masa (gr) c = Calor específico (Cal / gr–0C) ΔT = Diferencia de Temp. (0C).
Nota : El calor específico puede variar con la temperatura y depende del tipo de material.
110
Variación en la temperatura
Ejemplo : Si se adicionan 200 BTU a un bloque de Aluminio de 10 Lb. que se encuentra a 100 F, ¿Cuál será su nueva temperatura?, si c : 0.23 BTU / Lb x ºF
Q = m x c x ΔT ΔT= Tf - T i ΔT = Q / (m x c) = 200 / (10 x 0.23) ΔT = 86.96ºF, como T i = 100ºF Tf = 186.96ºF
Variación en tamaño (volumen)
Todos los materiales tienen un coeficiente lineal de expansión. Con la variación de la temperatura, las dimensiones del cuerpo variarán debido a este coeficiente de expansión. Pero la masa no varía. L final = L inicial (1+ α ΔT) α = Coef. de expansión ΔT = Dif. temp.
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Ejemplo de aplicación
Un segmento de una línea ferroviaria de 500 m en el desierto registra una variación de temperatura de 40 F ¿Cuál sería la longitud del segmento cuando se encuentre a mayor temperatura?, si el coef. de dilatación lineal es 11x10-6 /ºF
L final = 500 (1+ 11x10-6 x 40) L final = 500.22 m.
Cambio de estado Cuando el incremento o decremento de calor sobre un material es considerable, puede producir un cambio de estado, como sería de sólido a líquido, de líquido a gas o viceversa. Cada material tiene sus puntos (temperaturas) que pasan de sólido a líquido, o a gas. Algunos pueden pasar de sólido a vapor. La presión existente puede modificar esos puntos.
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Puntos de Fusión mas comunes Material Cobre Oro Plomo Acero SAE 1020 Acero Inox. 304 Titanio Aluminio 2024-T3
oC
1084 1066 327 1510 1427 1704 660
oF
1980 1950 620 2750 2600 3100 1220
Concepto de Incandescencia
Emisión de luz visible.
Un ejemplo típico, es cuando un foco de filamento, es encendido y el pase de corriente por efecto Joule, permite la emisión de calor y “luz visible”.
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Generación de Fuerza Electromotriz
Efecto Seebeck (Thomas Seebeck-1821). Cuando dos cables de materiales diferentes están unidos en sus extremos y se calientan, se produce un voltaje proporcional a la temperatura. Este es el principio básico de las termocuplas / termopares. Efecto Peltier, al aplicar un voltaje a una termocupla, tendremos un extremo frío y otro caliente (Efecto inverso al Seebeck).
Cambios Químicos
El proceso de oxidación generalmente es proporcional a la temperatura.
Algunos óxidos conducen corriente (como el caso del Cobre) y otros son mas resistentes (Aluminio).
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Cambio de Resistencia Eléctrica
La variación de la temperatura motiva cambios en la resistencia eléctrica de la mayoría de los materiales.
Recordemos la ecuación básica : R nueva = R vieja x (1 + α ΔT) α = 0.0039 / ºC a 20 ºC. (Expansión térmica Al y Cu). ΔT = Variación de Temperatura (ºC) R = Resistencia en Ohms.
Cambio de Resistencia Eléctrica
Ejemplo de Aplicación : Se tiene una conexión eléctrica de 10 microohm y se observa un incremento de temperatura de 40ºC . ¿Cuál sería la nueva resistencia de la conexión (Cu)? R nueva = 10 x (1 + 0.0039 x 40 ) R nueva = 11.56 micro-ohm
115
Revisando los modos de transferencia de calor Conducción : El calor se transfiere desde un extremo caliente a un extremo frío. Convección : Se transfiere el calor con la asistencia de un fluido sobre una superficie. Radiación : El calor viaja por el espacio como Radiación Electromagnética.
Transferencia de calor Conducción: el calor se desplaza desde el extremo caliente de la varilla hacia el extremo frío.
Radicación: el calor atraviesa el espacio en forma de rayos infrarrojos.
Convección: el agua calentada por la placa asciende mientras el agua mas fría desciende.
116
Conducción Es el único modo de transferencia de calor que ocurre dentro de cuerpos sólidos. Si se calienta una barra metálica en un extremo, en un corto tiempo alcanzará a calentar el otro extremo. También puede existir a nivel de líquidos y gases (colisiones moleculares).
Conducción Este modo de transferencia está en función de 4 parámetros : - Área por la que se transfiere. - Tipo de material. - Longitud requerida o espesor del material. - Diferencia de temperatura * Por ejemplo una varilla de menor diámetro conducirá menos calor en las mismas condiciones.
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Conductividades Térmicas BTU / Pie – Hr ºF Material Cobre Aluminio Acero Ladrillo Agua Madera Fibra de vidrio Aire (calmado)
Cond. Térmica 220 119 25 1 0.3 0.07 0.022 0.020
Ecuación de Fourier
Q = k A (T1 – T2) / L
-
K : Conductividad térmica. A : Área de transferencia. T : Temperaturas
-
Flujo de calor A T1
T2 L
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Velocidad de pérdida de calor
Ejemplo de aplicación.
- Se tiene un recipiente construido de ladrillo con un conductividad térmica de 0.15 BTU /Pie-Hr ºF. El espesor del ladrillo es de 6” y el área total es de 20 pies2. Si en el exterior se tiene 70ºF y en el interior los gases alcanzan los 370ºF, ¿Cuál sería la pérdida de calor?
Ejemplo de Aplicación Q = k A (T1 – T2) / L K = 0.15 BTU / Pie – Hr ºF A = 20 pies2 L = 6” = 0.5 pie. ΔT = 300ºF
Por lo tanto Q = 1800 BTU / Hr.
119
Convección
Transferencia de calor por la circulación de algún fluido (líquido o gas).
Es el método que normalmente exige más cálculo y consideraciones (Números de Reynolds, Prandt, Nusselt, etc).
Difícilmente se comporta en estado estable.
Métodos de Convección
Natural (diferencia de densidades) y Forzado (Fluído circulante a presión).
120
Factores que influyen en la Convección Diferencia de temperatura entre la superficie y el fluído. Velocidad del fluído. Área de la superficie. Orientación de las superficies.
Convección y velocidad del viento A mayor velocidad del viento, mayor enfriamiento sobre la superficie. Mayor velocidad del fluído, mayor transferencia de calor (el techo se enfría mas rápido).
Velocidad
Superficie del techo, Temperatura °F
121
Factor de corrección empírico Velocidad del Viento Vel.Viento m/s 1 2
Vel.Viento Nudos 2 4
Factor de corrección 1.00 1.36
3
6
1.64
4
8
1.86
5
10
2.06
6
12
2.23
7
14
2.40
8
16
2.54
Ejemplo de aplicación
Un termograma registrado el 01 de Abril con viento de 1 m/s indicó que el objeto tenía 200ºF. Un nuevo termograma fue tomado el 01 de Junio con un viento a 8 m/s y registró un valor de 130ºF. Si todas las otras condiciones son las mismas, ¿Qué se podría decirse de la condición del segundo termograma con respecto al primero?
122
Ejemplo de aplicación -
Temperatura al 01 Abril : 200ºF (velocidad del viento 1 m/s – Factor 1), T = 200ºF
-
Temperatura al 01 de Junio : 130ºF Velocidad del viento 8 m/s, le corresponde un factor de 2.54 Por lo tanto, la temperatura corregida sería : 130ºF x 2.54 = 330.2ºF Conclusión : La condición ha empeorado.
Convección y Área de superficie
A mayor área de superficie, mayor transferencia de calor. Las superficies extendidas (aletas) es una opción para incrementar el área de transferencia.
Este camión se sobrecalentaría en un ambiente caliente (verano), debido a que dispone de un radiador pequeño.
123
Convección y Dif. de Temperatura A mayor diferencia de temperatura, mayor transferencia de calor. En esta figura, la taza de la izquierda está mas caliente, por lo tanto efectuará una mayor transferencia de calor.
Convección y Orientación Superficial
La cantidad de calor transferido es afectado por la orientación de las superficies.
La cantidad total de calor transferido es afectado por la orientación de las superficies.
124
Ecuación de Newton Q = h A (T1 – T2) Q = Flujo de calor por convección h = Coeficiente convectivo A = Área de transferencia. ΔT = T1 – T2 = Dif. de temperatura.
Ejemplos de Convección
Se tiene un edificio de 40,000 pies2 de área de transferencia, donde la diferencia de temperaturas entre la temperatura externa del edificio y la temperatura del aire es de 40ºF (durante un día de invierno). Si se considera un coeficiente convectivo de 1.2 BTU / Hr- ºF – Pie2. Se pide calcular la pérdida de calor desde el edificio.
125
Solución al ejemplo Q = h A (T1 – T2) h = 1.2 BTU / Hr- ºF – Pie2 A = 40,000 pies2. ΔT = 40ºF Q = 1´920,000 BTU / Hr.
Radiación Transferencia de calor por electromagnética. Optimo en el vacío. No se requiere de un medio.
radiación
126
Espectro Electromagnético
Factores que afectan la transferencia de calor por Radiación Propiedades del material. Diferencia de temperatura. Orientación de la superficie. Área de la superficie.
127
Radiación – Propiedades de los materiales La emisividad del material depende de las propiedades del material y del acabado superficial. A mayor emisividad, mayor radiación. Recuerde que una superficie pintada como mate, irradiará mas que aquella de pintado brillante.
Factores que afectan la Emisividad Tipo de material. (Los no metálicos generalmente tienen mayor emisividad que los metales brillantes) Rugosidad superficial.(Las superficies rugosas o corroídas, tienen emisividades mas altas). Materiales brillantes de baja emisividad que están mas calientes que su entorno, se observarán mas fríos en la cámara IR.
128
Radiación – Orientación de la superficie
El techo del vehículo se enfría mas rápido que el cristal principal (delantero), debido a que ve directamente un “cielo frío”.
El cristal principal transfiere menos calor porque está viendo un edificio mas caliente.
Esto es el motivo del por que en las mañanas en el techo del vehículo, aparece el rocío.
Radiación – Área superficial
A mayores áreas expuestas, más radiación emitida.
129
Radiación Efecto de enfriamiento del cielo en las noches
Cielo despejado, implica que las superficies de la tierra, techos de vehículos, etc, registren menores temperaturas que las ambientales debido a la pérdida de calor por radiación.
Cielo nublado, implica que las nubes reirradian energía de retorno a la Tierra, techos de vehículos, etc.
Transferencia de calor - Radiación
Es la transferencia o intercambio de energía entre superficies separadas por aire o algún otro medio.
T2 T1
130
Transferencia de calor - Radiación La ecuación fundamental es : Q / A = σЄ (T14 – T ref.4)
Donde : ‐
σ = Constante de Stefan-Boltzman (5.67 x 10-12 W/cm2 K4).
-
T1 = Temperatura absoluta (Kelvin) T ref.= Temp. Reflejada (del entorno)-Kelvin
-
Transferencia de calor - Radiación
El intercambio entre superficies reales. Se incluirán los factores de forma y de visión. Q = σ FЄFa A (T14 – T24) FЄ : Factor de emisividad. Fa : Factor de visión. (se T1
T2
asume un valor de 1 para superficies paralelas).
Flujo de calor
131
Ejemplo de Aplicación σ = 5.67 x 10-12 w / cm2 K4 Fε = 0.9 (emisividad) Fa = 1.0 (Factor de visión / Superficies paralelas). A = 0.3 pulg2 T1 = 60ºC + 273 = 333ºK T2 = 35ºC + 273 = 308ºK Q = 0.030 Watts…….¿Qué significa esto?
Cuanto calor entrega una persona
Ser humano : Alta emisividad.
13% Evaporación
Convección 35%
Radiación 52%
132
Ley de Enfriamiento (Newton)
Los objetos se enfría en condiciones ambientales en forma exponencial. 80.0
Temp. ºC
71.1
62.2
53.3
44.4
35.5 00:00
02:32
05:04
07:36
10:08
Tiempo
ΔT y cambio de estado - Agua
Calor específico : Cantidad de calor necesario para incrementar a una unidad de masa, una unidad de temperatura. (Ej. 1 gr. de agua de 20ºC a 40ºC).El valor del calor específico del agua es de 1 caloría / gramo ºC.
Calor latente : Cantidad de calor necesario para motivar un cambio de estado (agua a vapor, hielo a agua).
133
Evaporación / Condensación
Es una aplicación del modo de transferencia de calor por convección, donde el calor latente es predominante.
Para el caso de un líquido (agua), está en función de la presión de vapor / presión de entorno, capacidad de calor latente y temperatura.
Calor Latente – Aplicación aerocomercial A una altitud de 33,000 pies, la temperatura puede estar a -40ºC. Cualquier imperfección, cavidades en las alas, permiten que el agua se acumule y congele. Cuando el avión aterriza, puede ser evaluado termográficamente. Debido al alto calor latente del hielo, las discontinuidades se verán como zonas frías (cold spots).
134
Termograma de un avión
Calores Específicos BTU / Lb ºF Material
Calor Específico
Agua
1.00
Madera
0.63
Vidrio
0.20
Acero
0.12
Cobre
0.10
135
Calor Específico - Aplicación en techos.
Defectos en techos, permiten que el agua ingrese, humedeciendo el aislamiento. Durante un día soleado, el techo absorbe calor Al anochecer, el aislamiento húmedo está mas caliente debido a su alto calor específico, esto también es conocido como capacidad térmica (Habilidad de absorber calor / Heat Capacity). La inspección de techos se debe efectuar a partir de las 5 6 pm, luego de un día soleado, preferible con cielo despejado y buscando “puntos calientes – Hot Spots”.
Tiempo vs. Temperatura para Techos con humedad vs. Techos sin humedad Con humedad
Sin humedad
136
Calor específico – Inspección en techos
Debido al alto calor específico del agua, el aislamiento húmedo en el techo mantiene mejor el calor que el material de techo seco.
El mejor momento para empezar una inspección de techo es 2 horas despues que el sol comience a decaer; luego de un día soleado y durante una noche despejada.
Resumen Calor especifico y latente El agua puede existir en ambos estados líquido y gaseoso al mismo tiempo y temperatura, como en el caso de las trampas de vapor. El conocimiento de las propiedades del calor latente y estados del agua, pueden permitir un rápido diagnóstico de anomalías térmicas.
137
Resumen: Conducción, Convección, Radiación La transferencia de calor ocurre cuando hay una diferencia de temperatura. Conducción, convección y radiación son las 3 formas que el calor se mueve entre y dentro de sólidos, líquidos y gases. El tipo de transferencia del calor depende de la temperatura, material y geometría.
Resumen: Conducción, Convección, Radiación Los objetos se enfrían a temperatura ambiente siguiendo las curvas de enfriamiento exponencial. Los metales brillantes irradian menos energía que las superficies no metálicas y opacas a la misma temperatura, esto debido a la emisividad.
138
Transferencia de calor Conducción a través de la pared. Convección desde la pared al aire. Radiación desde la pared al ambiente
Casa con pobre aislamiento
CAPÍTULO V EFECTOS DE LA DISTANCIA EN LA MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
139
El efecto de la distancia operativa en la medición de temperatura El significado de “Relación Distancia a Objetivo” Como calcular la máxima distancia operativa para una buena medición de temperatura con cámara y lentes. ¿Por qué debemos cuidarnos?. ¿Cuáles son las causas de estos efectos?.
¿Qué es un buen termograma?
Es el que permite obtener la información que se necesita. - Cualitativo – Localiza la anomalía. - Cuantitativo – Temperaturas exactas.
140
¿Este es un buen termograma?
Algo mas de información del Termograma anterior Interruptor de 230 Kv. Corriente 1200 amperios (carga total). Temp. normal de interruptor desconectado 98.3ºF No viento, ni día soleado. La distancia operativa ~ 25´ Delta T = 117 – 98 = 19 F
141
Mas información de la conexión:
¿Es este un buen termograma?
Tomado desde 25 pies con lente 3x
142
El Enfoque Adecuado enfoque. En el rango correcto de temperatura. Distancia?
Recuerde que estos tres elementos no pueden modificarse cuando se congela o graba.
¿Qué tan lejos puedo estar? ¿Qué tan grande es el objetivo?. Para un objetivo pequeño la cámara necesita estar mas cerca para obtener una lectura de temperatura correcta?. Relación Distancia a Objetivo SSR (Spot Size Ratio).
Tamaño del objetivo x SSR = Max. Distancia para temperaturas correctas
143
Relación Distancia a Objetivo
Si la relación distancia a objetivo con óptica normal es: 150:1
Con telescopio de 3x es: 450:1
Lógica Térmica
Si nosotros tenemos un aumento de temperatura (ΔT) de 19ºF con óptica normal, y 474ºF con un lente 3x. ¿Qué pasaría si lo tenemos mas cerca o usando un lente mas potente? El aumento de temperatura será mayor? Si ¿El aumento calculado es un problema crítico? Si Entonces, hemos obtenido una respuesta correcta? Si
144
Lógica Térmica Si estamos demasiado lejos, la cámara “ ve” el promedio del punto caliente y su entorno. Este efecto diluye la medida de la temperatura. La cantidad de dilución depende del SSR (relación distancia a objetivo) y de la diferencia de temperatura entre el punto caliente y su entorno.
Ejemplo de Distancia a Objetivo
145
Distancia máxima para medir la temperatura de un objeto de 1” SSR 48 : 1 252 : 1
300 : 1
156 : 1
Si usamos una termocamara de las siguientes características Relación distancia a objetivo para un lente estándar de 16º es: 300:1 Cuanto sería el SSR si la lentes es de 8º? 600:1
146
Si usamos una termocámara de las siguientes características : Relación distancia a objetivo para un lente estándar de 24º es : 250:1 Con una lente de 12º será? 500:1
Calculando la distancia – Termocámara con lente corto Relación Distancia Objetivo para una termocamara con 8º lente (2x) = 600:1 Distancia máxima para un objeto 1” es 600” (50 pies). Para un objeto .25” la distancia máxima ¿será? (0.25) x (600)= 150” ó 12.5 pies.
147
¿Otros lentes? Y que sucede si usamos un lente de 16º para un objetivo de ¼”? Tendremos que acercarnos a la mitad de la distancia original. Aprox. 6 pies Y con Lentes de 32º? Aprox. 3 pies.
Si usamos una termocámara con SSR de 500 : 1 a la distancia de 12 pies para evaluar un objeto de ¼”?
SSR = 500:1 - (0.25”) x (500) = 125” o 10.4’ versus 12’ No es lo suficientemente cerca
148
Distancia y Lente
Cuando el ángulo del lente aumenta, la distancia máxima para lecturas exactas disminuye.
Lente y Campo de Visión Cuando el ángulo del lente aumenta la vista de campo (área de visión), aumenta. Es ventajoso cuando estamos en espacios reducidos (distancias cercanas) y tenemos paneles eléctricos grandes.
8º 16º 32º
149
Angulo de visión Si estoy a 25 pies de distancia de un poste eléctrico que tiene una altura de 25 pies? Estoy a 25 pies de una conexión eléctrica de 1”? No! 25 x 1.4142 = 35.36 pies (Teorema de Pitágoras).
¿Cuanto del área se necesita ver?
Pantalla completa?
Componentes?
150
El ángulo del lente y el tamaño del objetivo
Si tengo un lente de 16º, y tengo una distancia conocida desde mi objetivo, que tan grande es mi visión del campo? 8º
½ FOV
Se toma ½ del ángulo de 16º del lente usando trigonometría. En un triángulo rectángulo. El resultado es ½ del FOV
Ejemplo :
Problema: ¿Cuánto es mi FOV ? con las siguientes condiciones:
Distancia de 1 pie Lente 16º Tangente 8º = 1/2 FOV / 1 pie = 0.14 FOV = 2 x 0.14 = 0.28 pies, = 3.36” = 8.53 cm.
151
¿Cómo se puede medir el SSR? Mediante un cuerpo oscuro con abertura en frente. IFOV, MFOV y SSR puede ser determinado desde este gráfico.
MFOV Medición del Campo de Visión
La óptica y electrónica de la cámara requiere mas píxeles para lograr una respuesta eléctrica adecuada.
Cuando medimos puntos muy pequeños debemos medir y trazar el SRF
152
Comparación de lentes
Una cámara con óptica estándar tiene un ángulo de medida de 1/150 =6.7mr
Una cámara con un telescopio de 3X tendrá un ángulo de medida de 1/450 =2.2mr
Ejemplo de Aplicación
Si una termocámara tiene un lente con un ángulo de medición de 1/300 = 3.3 mr con óptica estándar, con un telescopio de 2X, tendrá? 1/600 =1.65 mr con 8º.
153
Distancia y diferencia de temperatura (ΔT)
Ejemplo: Tres fases de conexiones eléctricas Se puede tener una buena ΔT medida si los objetivos son demasiados pequeños?
Distancia y diferencia de temperatura (ΔT)
No! Debemos resolver estos puntos para una apropiada medida de temperatura o diferencia de temperatura.
154
¿Qué es un objetivo?
Algunas veces el punto de calor es mas pequeño que el objeto
Algunas veces el punto de calor es más pequeño que el objeto y puede aún verse más pequeño debido al ángulo de visión.
¿Qué hacer cuando el objetivo es demasiado pequeño para medir?
Hay tres opciones:
-
Acercarse hasta que se pueda resolver el objetivo. Usar un apropiado lente telescópico infrarrojo O usar el lente telescópico y acercarse.
-
155
Enfocando
Resumen de recomendaciones
Conseguir un enfoque nítido.
Verificar el SSR para determinar si se está lo suficientemente cerca.
Cuidado !! , La distancia diluye un Hot Spot.
Use la lógica Térmica- Un punto caliente con un entorno más frío; “sólo seremos capaces de medir su temperatura alta, si nos aproximamos lo necesario o utilizamos un lente teleobjetivo de ser necesario”.
Si estas demasiado lejos para tener la medida de la temperatura, estarás demasiado lejos para tener la diferencia de temperatura.
156
CAPÍTULO VI IMPLEMENTACIÓN DEL PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO - MPD
Mantenimiento Predictivo (PdM)
Claves para un Diagnóstico tecnológico - Termografía Infrarroja. - Análisis Vibracional. - Análisis de aceite. - Ultrasonido a distancia (acústico). - Análisis de circuitos de motores eléctricos (On-Line y Off-Line)
157
Definición de Mantenimiento
Mantenimiento Correctivo (CM) Mantenimiento Reactivo (Basado en fallas)
Mantenimiento Preventivo (PM) Mantenimiento Programado (Basado en intervalos)
Mantenimiento Predictivo (PdM) Basado en las condiciones del equipo (CBM)
Mantenimiento Proactivo (PAM) Basado en análisis Origen – Causa (Actividad de eliminar la causa)
Definición de Mantenimiento
Mantenimiento basado en la confiabilidad (RCM / Reliability Centered Maintenance) - Examinar sistema por sistema el diseño de la planta y la historia operativa para rediseñar los trabajos de mantenimiento y tener la máxima confiabilidad. - Un RCM nos da la combinación adecuada de CM, PM, PdM y PAM para una determinada instalación. - Para la mayoría de empresas interesadas, El RCM es usualmente reemplazado con una racionalización de RCM.
158
Estrategias de mantenimiento
Al inicio : 75% CM + 25% PM Luego : 40% CM + 35% PM + 25% PdM Presente : 20% CM + 30% PM + 50% PdM Futuro : 5% CM + 25% PM + 50% PdM + 20% PAM. Clase Mundial : PdM + PAM ¿Acepta el reto?
Estrategias de Mantenimiento CM
PM
PdM Bas. Cond.
Evaluación
Trabajo requerido
Trabajo efectuado
ODT
159
Proceso MPd Información adquirida
Historial Ops / Log
Información procesada
Anál. Aceite Anál. Químico Insp. Visual Pres. / Temp.
Acción correctiva
Análisis Vibrac Termografía Ultras. / Acústico
La comunicación es fundamental
Elementos claves para un Programa MPd
Coordinador / Analista de MPd. Objetivos bien definidos. Matriz de Indicación de la condición del equipo. Descripción de las aplicaciones tecnológicas. Guía planificada y tiempos estimados. Tabla del costo del programa. Definir bien los roles y responsabilidades.
160
Elementos claves para un Programa de MPd
Reporte del estado de la condición del equipo. Formatos de comunicación. Diagramas de flujo de la ejecución del trabajo. Programación. Entrenamiento. Equipamiento propio / Tercerización. Cálculo de costos evitados.
Matriz indicadora de la condición del equipo
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Guía planificada y estimada
Elementos claves de calificación
162
Tabla de roles y responsabilidades
Comentarios del Diag. de Onda Determinar los datos necesarios para la configuración del diagrama de onda. Analizar la información y datos del diagrama de onda. Acciones en el diagrama de onda: - Prioridades de configuración. - Programación. - Ejecución del trabajo e informes.
163
Datos MPd para la configuración del diagrama de onda.
PdM - Información y datos del diagrama de onda
164
PdM - Principales acciones (A) del diagrama de onda
PdM Programación del diagrama de onda
165
PdM Acción - Trabajo
PdM - Informe de datos
Diagnósticos Periódicos. - Datos obtenidos. - Tendencias. - Informe de excepciones (Límites excedidos).
Monitoreos Continuos. - Datos obtenidos. - Tendencias. - Informe de excepciones (Límites excedidos).
166
PdM Informes
Condición de componentes críticos. - Resumen de monitoreo continuo. - Resumen de diagnósticos periódicos. - Registros Operativos. - Historial.
Rendimiento – Rango de calor. Análisis de Causa-Raíz. (ACR) Costo - beneficio.
PdM Informes Lista de equipos en deterioro / riesgo. Seguimiento de equipos rotativos. Costo mensual del mantenimiento de componentes. Disponibilidad mensual. Programa de reparación.
167
PdM Informes de acción Requerimientos de trabajo. Ordenes de trabajo. Programa de trabajo. Tomando acción. Feedback (Retroalimentación) para el desarrollo de tecnología y componentes propios.
Informe de condición de estado del equipo
Equipo en estado crítico. - Estado bueno, regular y malo de la bomba.
Resumen de Costos. - Costos de mantenimiento - Ahorros (Reducción de costos).
Resumen de disponibilidad/reparación (Resumen de acción).
168
PdM Resumen general Usar las claves de diagnostico tecnológico junto con otros datos. Convertir los datos en información útil. Tomar medidas adecuadas basadas en información predictiva. Un programa de PdM bueno-organizado puede ser muy exitoso. La comunicación es el 70%....muy importante.
CAPÍTULO VII ESTIMACIÓN DE COSTOS
169
Introducción
Los programas de mantenimiento predictivo muchas veces justifican su existencia por mostrar la estimación de costos y por encontrar problemas con el diagnóstico tecnológico, reparándolos antes que ocurra una falla importante.
El software de estimación de costo en 3 escenarios diferentes: en el mejor caso (menor consecuencia de falla); en caso medio, (fallas moderadas); en el peor de los casos (fallas catastróficas).
Materiales requeridos Un disco de software rotulado “ con el nombre del centro de entrenamiento”. Estimación del Costo del MPd. Una computadora con Microsoft Excel 97 SR -1 (Office 97) o equivalente.
170
Procedimiento
Crear un file con la estimación de costo XLS.
Ver la página CBMCAL rango F12:I32 y rango J21:J26 para asegurar la ubicación, costo de producción perdida, costo de trabajo estándar y sobretiempo, y si las descripciones de tecnología están Ok.
Presiona en Ingreso de datos (Data Entry) para abrir esta.
Presiona Empezar (Start).
Procedimiento
Usa los items principales del menú que tu necesites: -
Presiona Ingreso de Registro (Record Entry) y entra a la ubicación, item, encontrar problema, tecnología utilizada, datos, acción, información de escenario y regresa (Return).
-
Presiona Ingreso de datos (Data Entry) y entra a estimación de costo, MPd reparar datos de costo y regresa (Return).
-
Presiona Agregar a la base de datos (Add Database) para actualizar la base de datos con nueva información, Regresa (Return).
-
Presiona Archivo de informes (Archive reports) para actucalizar archivos. Regresa (Return).
-
Presiona Imprimir (Print), luego Informe de estimación de costo (Cost Avoidance Report), luego Informe de base de datos (Database Report).
171
Procedimiento
Ejemplos del software Título
Descripción
Ingreso de datos
Punto de partida.
CBMCAL
Son las hoja en donde se ingresan los datos y estimaciones realizadas. La información se toma desde aquí.
Base de Datos
Desde esta hoja se genera la información de la base de datos.
Archivo
Los informes de estimación de costo los encontraras aquí.
Caja de dialogo del menú principal
Aquí veras las selecciones disponibles: ingreso de datos, almacenamiento, imprimir, y ver.
Ingreso de Registro
Campos de ingreso de registro para el usuario.
Ingreso de Datos
El usuario ingresa datos de costo/Tiempo.
Opciones de impresión
Opciones de impresión.
Visualización de caja de diálogo
Nos da diferentes opciones de visualización.
172
Ingreso de datos
Predictive Maintenance (PdM) Cost Savings Location Location 4 Equipment Checked Item Two Corrective Action Taken: Corrective Action Two Problem Description:
Suvey Date 4/30/98
Technology Thermography
Report date 05/03/1998
Return
CBMCAL
Problem two. This problem was found with the wonderful technology of thermography. If we hand´t found this problem the world would have ended. Nature breakdown Avoided: BEST CASE BEST CASE Scenario 2
Hoja de Trabajo
Nature breakdown Avoided: MEDIUM CASE MEDIUM CASE Scenario 2 Nature breakdown Avoided: WORST CASE WORST CASE Scenario 2 Imputs :
Avoided hours of lost production Standard labor hours Avoided for Unscheduled Repair Overtime Labor hours Avoided for Unscheduled Repair
Scenario 1
Scenario 2
Scenario 3
BEST CASE
MEDIUM CASE 10 16
15 32
WORST CASE 20 48
8
16
24
Avoided parts Cost (Unscheduled Repair): Pump Motor Probability of Occurrence (%): Standard Labor Hours for PdM Repair: Overtime Labor Hours for PdM Repair: Bearings Bearings AH4D
Savings Calculations Avoided Lost production Savings Labor Savings Parts Savings Benefit of each Scenario Probability Weighted Benefit PROJECTED TOTAL SAVINGS
TABLE 1
TABLE 2 Enter Hourly Production Cost for location below
Enter location below $ 0 $ 9000 $ 0 65%
$ 25,000 $ 9000 $ 0 30%
$ 25,000 $ 9000 $ 0 5%
16 4
for Location Below
TABLE 5
Entere Technology Below
Location Below
Location 1 Location 2 Location 3 Location 4
$ 5000 $ 5010 $ 5020 $ 5030
$ 40 $ 41 $ 42 $ 43
$ 60 Thermography $ 61 Oil Analysis $ 62 Vibration $ 63 Visual
Location 5
$ 5040
$ 44
$ 64 Helium Leak
Location 6
$ 5050
$ 45
$ 65 Other
Location 7
$ 5060
$ 46
$ 66
Location 8
$ 5070
$ 47
$ 67
Location 9 Location 10 Location 11 Location 12
$ 5080 $ 5090 $ 5100 $ 5110 $ 5030
$ 48 $ 49 $ 50 $ 51 $ 43
$ 68 $ 69 $ 70 $ 71 $63 1
Detection
$ 1,500 $ 750
$ 50, 300 $ 252
TABLE 3 TABLE 4 Enter Overtime Enter Std labor Labor Hourly Rate Hourly Rate for
$ 75,450 $ 1,444
$ 100,600 $ 2.636
$ 6,750
$ 31,750
$ 31,750
$ 57,302 $ 37,246 $ 76,589
$ 108,644 $ 32,593
$ 134,986 $ 6,749
4
173
Base de Datos Hoja de Trabajo Return Location
Survay
Report
Date
Date
Best Case CBM Technology
Savings
Location1 4/30/98 05/03/98 Thermografy $ 46,994
Medium Case
Weighted Item
Finding
Worst Case
Weighted
Weighted
Corrective Action
Probability
Savings
Probability
Savings
Probability
Savings
Corrective action one
65%
$27,294
25%
$ 13,278
10%
$ 6,423
found this problem the world Item two would have ended. Corrective action two
65%
$ 53,361
30%
$ 32,486
5%
$ 6,724
Item one Problem one Problem two. This problem was found with the Wonderful technology of Thermografy. If we hadn´t
Location2 4/30/98 05/03/98 Thermografy $ 92,572
Archivo
174
Caja de diálogo del menú principal
Ingreso de Registro
175
Ingreso de Datos
Opciones de impresión
176
Visualización de caja de diálogo
CAPÍTULO VIII FACTORES CLAVES PARA UNA BUENA MEDICIÓN DE TEMPERATURA
177
Observar pequeños detalles – evita grandes errores
Factores claves para una buena medición de temperatura con MPd Termografía
178
Tres ajustes críticos Enfoque de la cámara. Rango de temperatura. Distancia operativa. ¿Por qué son críticos?.
Errores en algunos de estos, hará un resultado de temperatura inapropiada o diferencia en la medida de temperatura. No se puede cambiar la imagen post-proceso.
Cuatro Factores Críticos 1.- Corrección de emisividad. 2.- Carga del equipo. 3.- Entender directa e indirectamente la medición. 4.- Entender los efectos / limitaciones del clima. Estos factores pueden ser corregidos en la imagen post – proceso. (Software)
179
Enfoque Fuera de enfoque diluye el aumento de temperatura. El punto mas pequeño, el mas afectado.
Enfocando
180
Rango de temperatura Si se está fuera del rango, el dato no puede ser recuperado. Rango dinámico (Relación Señal / Ruido, en dB o bits).
Distancia operativa Demasiada distancia de un punto de calor causa lecturas bajas. Conocer la relación distancia al objetivo de la cámara es muy importante. Arriba, óptica estándar. Abajo lente de 8 grados.
181
Conoce tu objetivo
¿Qué es un objetivo?
Algunas veces el punto de calor es mas pequeño que el objeto
Algunas veces el punto de calor es más pequeño que el objeto y puede aún verse más pequeño debido al ángulo de visión.
182
Ejemplo de Relación Distancia
Distancia y diferencia de temperatura (ΔT)
Ejemplo: Tres fases de conexiones eléctricas. Se puede tener un buen ΔT medido si los objetivos son demasiados pequeños?
No! Debemos resolver estos puntos para una apropiada medida de temperatura o diferencia de temperatura.
183
¿Qué hacer cuando el objetivo es demasiado pequeño para medir? Hay tres opciones: - Acercarse hasta que pueda resolverse el objetivo. - Usar un apropiado lente (telescopio infrarrojo). - O usar ambas técnica (Telescopio IR y acercarse.
Emisividad / Barrido de corrección
Necesitamos la emisividad del objetivo (ε) y un barrido de temperatura.
Usualmente el software permite corregir la imagen post-proceso.
Emisividad define la precisión de la medición del ΔT.
184
Emisividad (ε) Regla básica ε ~ 0.1 para metales brillantes. ε ~ 0.9 para no metales. ε ~ 0.7 para cerámica (onda corta). ε ~ 0.9 para cerámica (onda larga). 0.3 < ε < 0.9 para metales corroídos u oxidados. No intentar obtener una buena medición fuera del objetivo en donde ε es menor que 0.6.
Directo vs. Indirecto Ejemplos: Directo - Fusibles y conexiones. - Conexiones (directamente visualizadas). - Líneas de vapor sin aislamiento.
Indirecto - Ductos con aislamiento interno. - Conexiones de 4160 V - Cojinetes - Aislamiento de tubería.
185
Directo vs. Indirecto – Transferencia de calor
El resultado de las mediciones indirectas se dan cuando hay un considerable aislamiento térmico entre el objetivo real y la cámara. El concepto de transferencia de calor debemos de entenderlo bien a la hora de hacer mediciones indirectas. No usar los criterios de mediciones directas para lecturas de mediciones indirectas!.
Carga y Medio Ambiente Interruptor a 230 KV. Corriente de 1200 amperios (Full carga). Temperatura típica registrada : 98.3ºF No viento, ni día soleado.
186
Respuestas de ΔT con carga ΔT aumenta con la carga, pero no de manera uniforme. No se puede multiplicar ΔT por 4 si es el doble de corriente.
I2
2 2
I1
≠
ΔT 2 ΔT 1
Viento El viento tiene un importante efecto en la variación de la temperatura (ΔT ). Un viento a 20 MPH casi puede eliminar un punto caliente. No inspeccionar en días con viento. Medición en el lado “no viento”. Debido al viento los gráficos publicados para la corrección ΔT muchas veces podrían ser inadecuados.
187
Factor de correción de temperatura vs. Veloc. del viento Veloc.Viento m / seg
Fact. correción
1
1
2
1.36
3
1.64
4
1.86
5
2.06
6
2.23
7
2.40
8
2.54
Problema de aplicación Durante la inspección termográfica de un horno, se detectó en la primera medición, una temperatura de 120ºC con una velocidad del viento de 1 m/seg. Quince días después, se volvió a medir y se registró una temperatura de 90ºC en presencia de vientos de 5 m / seg. Si las condiciones de carga y temperatura del aire fueron similares, indicar la actual situación del horno
188
Ejemplo de aplicación Primera lectura : 120ºC @ 1 m/seg Segunda lectura : 90ºC @ 5 m/seg Lecturas corregidas :
Primera : 120ºC x 1= 120ºC - Segunda : 90ºC x 2.06 = 180.54 ºC Conclusión : La condición del horno ha empeorado. -
Tres claves importantes Enfoque de la camara. Rango de Temperatura. Distancia operativa.
Recuerda – FoRD ¿Por qué son claves? Pueden dar respuestas equivocadas. No pueden ser reparadas en el software.
189
Entrenamiento No hay sustituto para la experiencia, Especialmente si va acompañada de una sólida base de entrenamiento, Instructores calificados y experimentados.
Un Termógrafo experto Un termógrafo necesita ser un experto en operación y procesamiento de imagen. Ellos deben saber que puede salir mal y como evitarlo. Un buen entrenamiento y mucha Práctica = Alcanzar el Objetivo del Programa.
190
CAPÍTULO IX MATERIALES DE REFERENCIA
Descripción Tomar seriamente la alternativa de usar filtros en las aplicaciones. Entender como se unen Filtros IR con aplicaciones específicas. Evaluar las características “ espectrales” del objetivo. Evaluar el rendimiento espectral de la cámara. Ejemplos de 5 aplicaciones reales.
191
¿Qué son los filtros infrarrojos? Elemento óptico insertado en la trayectoria óptica de la cámara. Transparente para específicas longitudes de onda. Reduce la señal infrarroja al detector. Materiales típicos: - Germanio. - Zafiro. - Cuarzo. - Silicio.
¿Cómo los filtros Infrarrojos trabajarán en la cámara?
Entendiendo la respuesta espectral de la cámara. - Respuesta del Detector Curva de respuesta del detector.
192
¿Cómo los filtros Infrarrojos trabajarán en la cámara?
Entendiendo la respuesta espectral de la cámara. - Respuesta del Detector. - Curva de respuesta del detector. - Respuesta del Sistema - Curva de respuesta del sistema. - Limitado por diseño del lente. - Limitado por los filtros.
¿Dónde podemos usar un filtro infrarrojo?
Los filtros no mejoran la emisividad. Los filtros relacionan la capacidad de transmisividad.
Vidrio Humos
Las mejores aplicaciones están referidas a lo que queremos: - Ver a través de un objetivo. o - No ver a través de un objetivo.
Gases Plásticos
193
¿Dónde empezar?
El entender las características espectrales del objetivo implica que se está trabajando con: - Longitudes de onda transmisividad (transparente). - Longitudes de onda absorbitividad (opaco).
con con
Determinado por un “escaneo” espectral. - Obtenido con un Espectrómetro infrarrojo o Radiómetro espectral.
Respuestas del escaneo espectral Transmisividad
Los picos son las regiones de longitud de onda con mayor transmisión. -Regiones en donde la cámara verá a través del material. -Normalmente una transmisión total del 80% o más es necesaria para tener mediciones exactas.
194
Respuestas del escaneo espectral Absorción
Los valles son las regiones de longitud de onda con mayor absorción. -Regiones en donde la cámara no verá a través del material. -Normalmente una transmisión total del 20% o menos es necesaria para tener mediciones exactas (superficies opacas).
Colocando todo a la vez
Uniendo las características a la cámara/soluciones de filtros. • Seleccionando un filtro. - Aislando las regiones de longitud de onda donde se quiere trabajar. - Seleccionar un filtro el cual cubra la región de longitud de onda.
195
Colocando todo a la vez
Uniendo las características a la cámara/soluciones de filtros. • Seleccionando un filtro. - Aislando las regiones de longitud de onda donde se quiere trabajar - Seleccionar un filtro el cual cubra la región de longitud de onda. - Determinar los filtros disponibles. - Contactar al fabricante de la cámara para filtros específicos.
Se debe tener en cuenta:
Asegurarse que la región espectral que se selecciona esta dentro del rango de respuesta de la cámara. - Muchas cámaras SW FPA tiene un “cut-on” filtro en 3.6μm, eliminando la posibilidad de usar filtros plásticos.
Filtros de reducción de sensibilidad. Asegurarse que la temperatura que se desea medir puede ser cubierta.
Los filtros pueden afectar significativamente la precisión. Asegurarse que la cámara ha sido diseñada para ser usada con filtros adicionables.
196
Obteniendo resultados con filtros
Proceso de inspección : Horno.
No aplicar en trabajos sin filtración, ya que las flamas y gases aumentan significativamente la medida de la temperatura.
La longitud de onda ideal para trabajar es 3.9 μm
Obteniendo resultados con filtros
Inspección de un horno.
Usando un filtro de 3.9 μm nos dará una imagen óptima y un medición adecuada, para medir a través de la flama y gases. Se pueden usar otros accesorios de la cámara para un rendimiento máximo. Protector de deflector térmico. Estuche para cámara.
197
Obteniendo resultados con filtros
Midiendo la temperatura de la superficie de un vidrio.
Un vidrio es semitransparente para la radiación infrarroja en la región de onda corta y reflectiva en la región de onda larga.
Obteniendo resultados con filtros Midiendo la temperatura de la superficie de un vidrio.
La ideal longitud de onda para trabajar es 5.0μm. Usando un filtro de 5.0 μm nos da una mínima transmisión y reflectividad (opaco)
198
Obteniendo resultados con filtros Midiendo la temperatura de la superficie de un vidrio.
Ideal aplicación en foco y recipientes de vidrio.
Obteniendo resultados con filtros Midiendo la temperatura de la superficie de un vidrio.
Ideal para análisis de filamentos de un foco.
199
Obteniendo resultados con filtros Midiendo plásticos de películas delgadas.
La mayoría de los plásticos de películas delgadas son transparentes a la Radiación infrarroja en gran parte de la región IR.
Obteniendo resultados con filtros Midiendo plásticos de películas delgadas.
Para una transmisión mínima se requiere un filtro de banda angosta centrado en 3.5 μm.
200
Obteniendo resultados con filtros Midiendo plásticos de películas delgadas.
Los filtros para plásticos permiten la medición de la temperatura de la superficie.
Obteniendo resultados con filtros Imagen de gases transparentes.
La mayoría de gases son totalmente transparentes en la zona de radiación infrarroja.
El CO2 puede detectado con IR.
ser
201
Obteniendo resultados con filtros Imagen de gases transparentes.
La ideal longitud de onda para imagen de CO2 es 4.28μm.
Obteniendo resultados con filtros Imagen de gases transparentes.
El filtro de CO2 opera en 4.28μm.
202
Obteniendo resultados con filtros Imagen de gases transparentes.
Cantidades muy pequeñas de CO2 puede ser fácilmente observada inclusive contra un fondo caluroso.
Resumen Los filtros pueden ampliar la aplicación de la radiación infrarroja en cuerpos no grises : - Haciendo los objetivos transparentes, opacos. - Haciendo los objetivos opacos, transparentes. Comprendiendo las características espectrales del objetivo y de los medios. Muchos filtros han sido desarrollados para aplicaciones comunes y algunos para especiales. Los filtros de Radiación Infrarroja pueden dar excelente precisión y sensibilidad cuando se junta con una cámara FPA de alto rendimiento.
203
CAPÍTULO X TERMOGRAFÍA ACTIVA
Comparación PdM y NDT PdM
Pasivo Medida absoluta de la temperatura de la superficie para indicar la condición de parte. Una sola imagen es muchas veces suficiente. La temperatura ambiente puede afectar los resultados. La emisividad es critica.
NDT • Activo • Usa la temperatura de la superficie que responde a un calentamiento para detectar caracteristicas subsuperficiales. • Imagen compuesta a partir de una secuencia de imágenes. • Generalmente insensible a temperatura ambiente. • La emisividad no es tan crítica.
204
¿Qué podemos ver en la superficie?
• Agujeros. • Inclusiones. • Cambios en el material / propiedades del material. - Densidad, conductividad térmica, capacidad de almacenamiento de calor. • Espesor/ profundidad.
205
Actividad térmica NDT Energía de excitación (entrada) Muestra excitada
Discontinuidad interna
Energía IR emitida
Termograma de respuesta desde la superficie de la muestra
Muestra Cámara IR
• Algunos estímulos deben ser aplicados en una muestra para obtener información de la subsuperficie con la asistencia de la cámara IR.
Actividad térmica NDT Esquemas Acceso dual
206
Actividad térmica: Fuentes de excitación No contacto
Contacto Chaquetas térmicas
Luz (pulsada)
Luz Esfuerzos mecánicos
(continua) Solar (ciclo modulado de 24 hrs.)
Excitación acústica
Aire caliente
Otros
Aire frío
•
Calentamiento por efecto Joule
•
Inducción EM
•
Reacción química exotérmica
Historia
NDT Usando termografía – empezó por los 70’s (Renius).
Microscopio Fotoacústico (Rosencwaig) a finales de los 70’s. - No IR, pero pionero en imagen térmica de subsuperficie - Basado en el efecto fotoacústico (A.G. Bell ~ 1880).
Videotermografía (Reynolds, 1984) - Vavilov (Rusia). - Crisman (Martín Marietta). - Thomas , Favro, Kuo (Wayne State). - Almond (UK). - Winfree, Cramer (NASA). - Crapez, Balageas (France). - Busse (Germany). - Ringermacher (US). - Maldague (Canada) - Murphy, Spicer (Johns Hopkins). - Shepard (TWI).
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Actividad termográfica Esquema Básico
Antes de excitación: La temperatura de la superficie está en equilibrio con su entorno.
Durante (o inmediatamente después) de la excitación: La temperatura de la superficie es afectada por el defecto de la subsuperficie.
Después de la excitación: La temperatura de la superficie retorna a su estado inicial.
Termografía Flash Tecnología Básica Cámara IR Lámpara Flash
Imagen IR
defecto
• • • • •
Ampliamente aplicado. Más Rápida. No contacto. Más repetitible. Proporciona medición cuantitativa.
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Termografía básica pulsada Lámparas
Radiación IR
Cámara IR
Conducción de calor
Excitación de la superficie
Evaluación de la estructura interna
Medida del ΔT superficial
Procesamiento
Termografía básica de Pulso
Pre-flash : Radiación del cuerpo. La muestra está en equilibrio con su entorno.
Flash : Calentamiento instantáneo de la superficie. Incremento de la radiación IR desde la superficie.
Post-flash : El calor se difunde desde la superficie al interior de la muestra. Incremento IR donde el flujo de calor es obstruido.
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La Termografía es un proceso indirecto
• En la termografía, se deduce que debajo de la superficie, existe alguna falta de continuidad asociada con la respuesta de temperatura en la superficie.
Sistema NDT – Navaja suiza • Termografía Lock – in • Termografía de Pulso • Termografía Transitoria • Vibro termografía • Análisis de esfuerzos termoelásticos
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Sistema IR-NDT • Arquitectura modular . • Soporte de todos los métodos comunes de IR‐NDT . • Soporte de todas las fuentes de excitación. • Compatible con cámaras termográficas , enfriadas y no – enfriadas. • NDT No – Contacto. • Laptop o PC . • Ideal para pruebas de materiales compuestos, de metales, plásticos, cerámicas, estructuras de panel de abejas, materiales exóticos. • Escaneo de areas extensas ( ft ² + + ) • Generación de reportes fáciles in MS Excel, con imágenes, configuración y datos de medición. • Exporta a Mat lab, Excel.
IR-NDT Fuentes de excitación
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IRX- Cajas de interface • Interface entre la cámara, software y fuente de excitación. • Requiere de hardware y sincronización de señal entre la cámara y fuente de excitación. • Sistema Auxiliar Digital de I /O • Plataforma de instrumentos de estándar. • Concepto modular para fácil expansión. • Soporte para laptop o plataforma de PC.
IR-NDT Modularidad del software • Costo efectivo, sistema modular. • Seleccionar el modulo basado en el método de excitación usado. • Añadir módulos que sean necesarios. • Medición local – Análisis remoto. • Mediciones NDT automatizadas
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IR-NDT Características – Software
IR-NDT Características – Software
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IR-NDT Características del Software
• Fácil configuración de la interfase de la cámara. • Acceso a todas las funciones de la cámara. • Soporte para todas las aplicaciones. • Registros de alta velocidad.
IR-NDT Características de los Softwares existentes • Herramientas de Calibración para cuerpos negros. • Mat lab compatible. • Administración de usuarios. • Macro‐Script Engine para medidas complejas. • Generación de reportes en Excel.
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Inspección del fuselaje de un Boeing 737 Usando Lock –in Termográfico
• Vista del B‐737 con aleta removida. • IR Lock‐ in imágenes superpuesta para escala de comparación. • Método de inspección aprobado por FAA .
Inspección del fuselaje de un Boeing 737 Usando Lock –in Termográfico
Indicio de daño
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Inspección del fuselaje de un Boeing 737 Usando Lock –in Termográfico Daño avanzado
Daño en proceso
Inspección del fuselaje de un Boeing 737 Usando Lock –in Termográfico
(*)
(*) Proceso de deterioro
Daño mayor
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Inspección del fuselaje de un Boeing 737 Usando Lock –in Termográfico
IR imagen ampliada
Resultado de imagen que muestra falta de adherencia en una área extensa
Inspección de Panel de Abeja - Honeycomb Usando Termografía de pulso
Panel de Abeja
Resultado de imagen con delaminaciones
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CRP Hoja de inspección Usando termografía transitoria
CRP Hoja de daño de impacto
Resultado de imagen CRP hoja con daño de impacto
Inspección del aro de un avión Usando Vibro – termografía
Aro de aluminio de avión
Rajadura detectada en el aro.
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Paleta de una turbina inspeccionada Usando Ultrasonido Lock – in Termografía
Paleta de turbina de un Jet
Resultado de la imagen (muestra rajaduras)
Inspección de soldadura Usando termografía de Pulso Láser
IR Imagen antes de excitación
Resultado de Imagen despues de excitación
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Muchas
gracias por su atención.
[email protected]
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