termografia curso pdf 1

S l i F UKE T fí Soluciones FLUKE en Termografía y Medición de TemperaturaMedición de Temperatura

Ing Miguel MendozaSoporte y Preventa Fluke

Tel. (656) 627 0099E-mail: miguel.mendoza@dominionmexico.com.mx

Agenda¿Que tanto sabe usted de Termografía?• ¿Que tanto sabe usted de Termografía?

• Teoría Básica de Infrarrojos– Que es termografíaQue es termografía– Conducción, Convección y Radiación– Espectro electromagnético– Sistema infrarrojo– Energía emitida, transmitida y reflejada (ε y RTC)

Resolución óptica– Resolución óptica• Cámara termográfica Ti25

– Contenido del paqueteContenido del paquete– Especificaciones– Operación

Agenda

• Software SmartView• Aplicaciones

– Eléctricas– Motores– Procesos– Construcciones

¿Qué es Termografía?

¿Qué es Emisividad?

¿Qué es Reflexión?

¿Qué es traslucido?

¿Qué es opaco?

¿Qué es Conductividad?

¿Qué es Calor?

¿Qué es Temperatura?

¿Qué es Termocapacidad?

¿Qué es longitud de onda?

¿Cuánto mide una micra?

¿Qué es resolución óptica?

PRINCIPIOS BÁSICOS

Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 6

¿Que es termografía?

¿Que es termografía?• Utiliza “cámaras”

electrónicas para detectarenergía radiante o caloríficaenergía radiante o caloríficaproducida por una imagenvisual llamada termo gramag(o fotografía térmica)

• Algunas cámaras deducen la temperatura basadas en la cantidad de radiación detectada

• Termografía es una poderosa herramienta para resolver problemas de mantenimiento en maquinaria y en la construcción

Cámara termográfica

Que es una cámara termográfica?Las cámaras termográficas son instrumentos que crean

imágenes de calor en vez de luz. Estas miden energía infrarroja (IR) y convierten los datos en imágenes correspondientes a su temperatura correspondientes a su temperatura.

Beneficios de la termografíaEl d di i i i f j di i á id El uso de dispositivos infrarrojos proveen mediciones rápidas, seguras y con exactitud de los objetos en:

– Movimiento ó muy calientesMovimiento ó muy calientes– Difíciles de alcanzar– Imposibles de apagar– Imposibles de apagar– Peligrosos al contacto

Donde el contacto puede– Donde el contacto puededañar, contaminar ocambiar su temperaturap

También nos ayuda a localizar muchos problemas en sus primeras etapas por lo regular antes que sean vistos o encontrados por cualquier otro método.

Calor Vs. Temperatura

• El CALOR es solo una forma particular de energía. Cuando un objeto cambia su temperatura energía calorífica es trasferida

• La TEMPERATURA es una medición del calentamiento relativo de un material comparado con alguna referencia conocida

Temperatura

• Es la medición que nos permite saber que tan caliente o frío se encuentra un cuerpo con respecto a una referencia conocida

• Las escalas Celsius y Kelvin utilizan la misma división, mientras que Fahrenheit y Rankine utilizan una más pequeña

ºC = (ºF – 32) / 1.8

ºF = (ºC * 1 8) + 32

ºF = (ºC * 1.8) + 32

• Es una forma en que la energía es presentada• Cuando un objeto cambia su temperatura es por que energía j p p q g

calorífica es transferida• Es importante pensar en calor como una cantidad de energía,

dada en Calorías o BTUs• Una caloría es la cantidad de

energía requerida para elevarla temperatura de un gramode agua un grado centígradode agua un grado centígrado

Transferencia de calor

• En un sistema cerrado la energía total es constante. Ley de la conservación de la energía.

• El calor siempre es transferido de caliente a frío hasta que un equilibrio sea alcanzado

• En termografía usualmentese encuentran dos estados de transferencia de energía:de transferencia de energía:

– Estado Estable– Estado Cambiante

Métodos de transferencia de calor

• Existen tres métodos para la transferencia de energía calorífica:

C d ió C ió R di ióConducción Convección Radiación

TsTemperature

of heatedsurface

*Solidos* *Solidos y Gases* *OndasElectromagnéticas*

Transferencia por conducción

• Es la transferencia de calor de una molécula a otra en un sólido y algunas veces a un líquido. Depende de:

– La conductividad de materialDif i d t t– Diferencia de temperatura

– Área sobre la cual la energía es transferida

Q = k/L * ∆T * A

Q = Calor transferidok = Conductividad térmicaL = Espesor del materialA = Área∆

∆T = Diferencia de temp.

Cambios de conductividad

Capacitancia térmica

• Es la habilidad de un material para almacenar energía• La capacitancia térmica puede tanto confundir como ayudar en

finspecciones debido a que afecta la velocidad en que cambia la temperatura

• Entre más denso es un material mayor es su capacitancia • Entre más denso es un material mayor es su capacitancia térmica

– La temperatura en las paredesde un tanque pueden diferirsi están en contacto con unsi están en contacto con unmaterial de alta capacitanciavs un material de baja capa-citancia (aire)

Capacitancia térmicaEs la habilidad de un material para almacenar calor y describe la capacidad de los materiales para cambiar de temperatura.Esta habilidad depende directamente de la densidad del material y Esta habilidad depende directamente de la densidad del material y de su calor específico

– Algunos materiales comoel agua se calientan o see agua se ca e ta o seenfrían lentamente,mientras que otros como el aire cambian su temperatura rápidamente

Termografía Ti30/Ti20 19

Diferencia de temperatura ∆T

• Cuando ∆T se incrementa también la transferencia se incrementa

• Cuando ∆T se decrementa también la transferencia se decrementa

• Cuando no existe ∆Tno existe transferencia

Diferencia de Temperaturas

Transferencia por convección

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

Q h * ∆T * AQ = h * ∆T * A

Q = Calor transferidoh = Coeficiente de convectividadA = Área∆T = Diferencia de temp.

Coeficiente de convección “h”

• El coeficiente de convección depende de:

– Velocidad del flujo– Orientación de flujo– Condición de la superficie– Geometría

Viscosidad– Viscosidad

• No es simple de cuantificarNo es simple de cuantificar

Tipos de convección

• Convección natural. Ocurre debido a los cambios en la densidad del fluido

• Convección forzada. Es provocada por una fuerza externa como el viento, una bomba ó un ventilador

• La regla de oro de la convección es:

– Viento a 10 mph puede reducirla ∆T a la mitad

– Viento a 15 mph puede reducirViento a 15 mph puede reducirla ∆T en 2/3

La Conveccion es poderosa

Transferencia por radiación

• La radiación infrarroja es radiación electromagnética con longitudes de onda mas largas que la luz visible pero más cortas que las microondas

– Viaja a la velocidad de la (3 x 108 m/s)– Viaja en línea recta en

forma de ondaforma de onda– Todos los objetos arriba

del cero absoluto (0ºK)di i f jradian infrarrojos

Propiedades de la IR

• Todos los objetos emiten radiación infrarroja• No es dañina• No puede ser vista por el ojo humano pero si puede sentirse en

la piel• Cualquier objeto con temperatura arriba del cero absoluto (-

273ºK) emite radiación infrarroja• Los objetos emiten radiación infrarroja en distintas longitudes de

onda• Entre mayor es la temperatura mas corta es la longitud de onda

y mayor es la radiación emitida

Calor y luz visible

• Cuando un objeto alcanza aproximadamente 644ºC luz visible es emitida

• La luz visible tiene mas corta longitud de onda que la radiación infrarroja

Espectro electromagnético

VISIBLE

TVOnda en mm

UV InfraredX-raysGammaRays

RadioEHF SHF UHF VHF HF MF LF VLF

0.1A 1A 100A 1µ 100µ 1cm1mm 1m 1km 100km

Longitud de ondag

1000 C

30201510864321.510.80.60.4

VISIBLE

Longitud de onda en µm

Region de medición infrarroja

Radiación térmica infrarroja

•La energía infrarroja es emitida desde un objeto como una onda electromagnética.L t d t d •Los componentes de esta onda son:

– Amplitud (A)– Longitud de Onda (λ)Longitud de Onda (λ)

Radiación de un emisor perfecto9

λmax T = 2898 µm-K

AD 2000C

0 1 1 10 1001

10 25C

0.1 1 10 100

WAVELENGTH (um)

Aplicaciones generales 8 – 14 umAlta temp. 1 – 2 um

Longitudes de onda comunes

• Aplicaciones generales 8 a 14 µm

• Respuesta de longitudes de onda para aplicaciones únicas

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

Comportamiento IR

Emisividad, reflectividad, transmisividad

R+T+E = 1R+T+E = 1

R = Energía ReflejadaT E í T itidT = Energía TransmitidaE = Energía Emitida

Energía reflejada

Energía Transmitida

Energía Emitida

Ecuación Stefan-Boltzmann

• La intensidad de la radiación emitida desde un objeto es determinada por la ecuación de Stefan-Boltzmann.

• La radiación es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta de la fuente y a su emisividad.

є = EmisividadW = ε * S * T4 S = Constante Stefan-Boltzmann

T = Temperatura absoluta

¿Que es la emisividad?

• La emisividad mide la habilidad de los objetos para absorber y emitir energía radiada

• Los valores de emisividad real son típicamente obtenidos en tablas o determinados experimentalmente.

• Una superficie teniendo una emisividad de “0.0” se considera como un reflector perfecto

• Una superficie teniendo una emisividad de “1.0” se considera como un cuerpo negroSi fi i d l i ifi • Si una superficie es de color negro no significa que sea un cuerpo negro (ε = 1.0)

Emisividad y cuerpos negrosCuerpo NegroCuerpo Negro

Ideal“Cuerpo Real”

Absorbe y emite perfectamentela energía

Alguna energía esreflejada y transmitida

Emisividad (ε ) < 1

Emisividad (ε ) =1

Ejemplos de cuerpos grises

• Goma negra– R = 0.05; T = 0.00; E = 0.95

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

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

Tabla de emisividad (No metálicos)

Tabla de emisividad (Metálicos)

Métodos de comparación

• Existen dos métodos de comparación para determinara la emisividad:

– Determine la temperatura del objeto utilizando un RTD o un termopar, mida la temperatura del objeto con el sensor IR y ajuste la emisividad p j y jhasta que alcance el valor correcto de temperatura

– Si es posible aplique pintura lisa negra sobre una porción de la superficie – Si es posible, aplique pintura lisa negra sobre una porción de la superficie del objeto. La emisividad de la pintura debe ser aproximadamente 0.98. Mida la temperatura de la parte pintada con emisividad ajustada en 0.98. Finalmente mida la temperatura adyacente al objeto y ajuste la emisividad Finalmente mida la temperatura adyacente al objeto y ajuste la emisividad hasta que la temperatura sea la misma

¿ Son las mismas temperaturas ?

¡Alta y baja emisividad!*>48.4°C

*<31.8°C

Angulo de Vision

• Trabaje tan cerca de la perpendicular como le sea posible.

• Este atento a los cambios de temperatura radiante devido ap

• Cambios en el angulo de vision• Variaciones de forma de su objetivo

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

Mediciones en vidrio

• El vidrio cuenta con una región de transición entre 3 y 5 micrones, haciendo posible medir tanto la superficie como debajo de ella

0.2 mm (10 Mil)

P di t t

1 5 mm (60 Mil)

.6sión

Para medir temperaturas através del vidrio utilicesensores de 1, 2.2, o 3.9 µm

1.5 mm (60 Mil)

Para medir temperaturas enla superficie del vidrio utilice

6 mm (240 Mil).2 sensores de 5 o 7.9 µm

2 3 4 5 6 8

Longitud de onda (micrones)

Mediciones en plástico

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

n % 100

Polyethylene0.03 mm (1 mil)

Polyester nsm

on 90807060504030

0.13 mm (5 mils)

1009080706050

% Polyester0.03 mm (1 mil)

Wavelength in MicronsTr

an 20100

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

403020100Tr

Wavelength in Microns

0.13 mm (5 mils)

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Wavelength in Microns

En caso de lluvia o polvo

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

Resolución

• La resolución de la cámara depende de:

– Detector (160 x 120)– Lentes

R t ó ti– Ruta óptica

• Dos tipo de resolución• Dos tipo de resoluciónson los más comunes:

– Espacial (IFOV)– Medición (IFOVmeas)

Campo de visión (FOV e IFOV)

Sensor

Campo de visión (FOV)

Distancia al blancoBlanco

Campo de visión instantáneo (IFOV)

Campo de visión

• El termino campo de visión (FOV) describe el área total que es vista por la cámara cuando se utiliza un lente especifico

( O )• El término campo de visión instantáneo (IFOV) es utilizado para describir la resolución espacial instantánea, ó el objeto más pequeño que puede ser visto por el sistema a una distancia pequeño que puede ser visto por el sistema a una distancia dada.

• Medición del campo de visión instantáneo (IFOVmeas) es utilizado para describir la resolución de la medición radiométrica

• IFOV e IFOVmeas son generalmente especificados en mRad

Resolución espacial

• Es la habilidad para resolver detalles• Tamaño del detector, los lentes y la distancia definen el tamaño , y

mínimo de lo que se puede ver

Resolución espacial

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

d dPuede ser capaz de ver los objetos, pero...

Resolución de medición

Ti30 = 11 mRad (90:1)Ti20 = 20 mRad (75:1)( )

..pueden estar muy pequeños o muy distantes para medirlosmuy distantes para medirlos con precisión

Un ejemplo Real

Puedo ver el punto caliente¡ Pero no puedo medirlo!

Cuando me acerco¡puedo medirlo!

Sensibilidad térmica o NETD

• Noise Equivalent Temperature Difference (NEDT)(Ruido Equivalente a la Diferenciade Temperatura) (Ruido Equivalente a la Diferenciade Temperatura)

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

– Es especificada a 30ºC– El NETD de la Ti10 es 200 mK

El NETD d l Ti25 100 K– El NETD de la Ti25 es 100 mK– El NETD de la Ti40 es 80 mK– El NETD de la Ti50 es 50 mK

¿Por qué radiométrica?

• Una cámara radiométricamuestra la temperaturaen cada uno de los pixelesde la pantalla

Ejemplo: La Ti25 se puedentener hasta 19,200 medicionesindependientesindependientes

Calibración de termómetros infrarrojos

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

Soluciones en Termografía - David R. González 58

Tecnología “IR-Fusion”

• Es la fusión de imágenes en espectro visible e infrarrojo en una sola pantalla

• Esta tecnología ayuda a identificar y reportar componentes sospechosos

• Existen 5 modos de visión:– Infrarrojo completo

Vi ibl t– Visible competo– Imagen en imagen– MezcladoMezclado– Alarma IR/Visible

Modos de visión “IR-Fusion”

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

Infrarrojo completo Visible completo Imagen en imagen

Modos de visión “IR-Fusion”

Mezclado Alarma IR/Visible

Campo de visión FOV IR/Visible

Escena del objetivo

Sensor'Visible

Sensor IR

Distancia al objetivo

El FOV visible es aproximadamente el doble que el FOV infrarrojo

L á Fl k TiLas nuevas cámaras Fluke Ti

Un paquete completo que incluye:

• Software de análisis y reporte SmartView™ (con actualizaciones SmartView™ (con actualizaciones gratuitas)

• Estuche rígido y suave para transporte• Correa ajustable para la mano• Tarjeta de memoria SD de 2 GB

L t d i SD• Lector de memorias SD• Batería recargable interna• Cargador/fuente de alimentación AC

Cargador/fuente de alimentación AC

Fluke Ti40 y Ti45

Software - Fluke SmartView

Aplicaciones

ProcesosEdificios

Motores

Eléctrico

Aplicaciones eléctricas

Aplicaciones eléctricas (Cont.)

Centro de Control de Motores

Tableros ElectricosR i bi I iRetirar cubiertas InterioresVerifique las cargas

- Desbalances- Falsos contactos electricos- Falsos contactos mecanicos

A i- Armonicos

¡ FRIO ! Tambien puede ser malo

Componentes frios pueden indicar blproblemas:

- Bajo nivel de aceite o flujo restringidoj j gen tubos de enfriamiento

- Fusibles quemados- Una sola faseUna sola fase

Aplicaciones en motores

Aplicaciones en procesos

Aplicaciones en procesos (Cont.)

Rodamientos pequeños

Ningun otro metodo es tan efectivo o rapido para rodamientos pequeñoso rapido para rodamientos pequeños

Falla en rodamientos puede resultar en fuego, esfuerzo mecanico,en fuego, esfuerzo mecanico, desgaste de bandas y aumento la carga electrica

Mas Aplicaciones

Edifi i- Edificios- Humedad en Techos- Deteccion de fugas de aire- Deteccion de fugas de aire

Aplicaciones en edificios

Inspeccionamos edificiospor muchas razones

Verificacion de aislamientosVerificacion de aislamientosDetectar fugas de aireDesempeño de edificiosVerificacion estructuralVerificacion estructuralEntradas de humedad¡Solucion de problemas!

Aplicaciones en edificios (Cont.)

Outside Inside

GRACIAS POR SU ASISTENCIA!!!GRACIAS POR SU ASISTENCIA!!!

02 - Mayo - 2008 Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 87

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