termografia en sistemas electricos manual

Inspección de sistemas eléctricos con cámaras termográficas

Al finalizar este seminario usted debería saber lo siguiente acerca de las cámaras termográficas:

• Algunos principios básicos de los infrarrojos.

• Limitaciones básicas de las cámaras termográficas.

• Entender las ventajas de uso de IR en las inspecciones eléctricas.

• Uso práctico de cámaras termográficas.

• Cómo realizar una inspección correcta.

• Algunos trucos y sugerencias.

Objetivos del seminario

Introducción a la termografía infrarroja

Las cámaras infrarrojas de Fluke operan en el rango de 8 a 14 µm

LON

GIT

UD

DE

ON

DA

EN

µm

10-4

10-2

0.28

0.40

2.00

6.00

8.00

15.00

TÉRMICO

Rayos X

Ultravioleta

Casi infrarrojo

Onda cortaInfrarrojo

MedioInfrarrojo

Onda largaInfrarrojo

Microondas

• Dentro del espectro electromagnético, la radiación infrarroja se encuentra entre el espectro visible y las microondas.

• El calor infrarrojo irradiado no puede ser visto por los ojos pero puede sentirse a través de la piel.

• Todos los objetos, sin importar su temperatura, emiten radiación infrarroja.

• La intensidad de la radiación depende de la temperatura .

• Una cámara convierte la “imagen infrarroja” en una imagen visible.

Imagen visual

Misma imagen en IR

¿Qué son los infrarrojos?

¿Qué es la termografía?

• Es la ciencia que permite observar patrones térmicos utilizando cámaras especialmente desarrolladas.

• En lugar de capturar luz visible, estos instrumentos crean imágenes térmicas a partir de la energía infrarroja (IR) medida y convierten la información en imágenes que se corresponden con la temperatura.

Ventajas del uso de la tecnología IR

• Permite realizar mediciones sin contacto.

• Permite realizar mediciones seguras y precisas.

• Se realizan sin perjudicar la producción.

• Detectan anomalías antes que haya daños considerables.

• Permite inspeccionar instalaciones e identificar elementos muy rápidamente con gran velocidad.

• Permiten identificar lugares específicos.

Ventajas para la actividad

• Inspección más eficaz y veloz. Localización de problemas ocultos.

• Permite realizar mediciones seguras y precisassin interrumpir la producción.

• Detectan anomalías antes que haya dañosconsiderables.

• Permite inspeccionar instalaciones e identificar elementos muy rápidamente con gran velocidad.

• Reducción del riesgo.

• Documentación y validación del trabajo.

Mantenimiento ¿Preventivo o correctivo?

• La termografía puede ser usada tanto para prevenir y anticipar problemas como para encontrarlos luego de su ocurrencia.

• La termografía permite identificar problemas más rápido que cualquier otra tecnología predictiva.

Mantenimiento ¿Preventivo o correctivo?

MANTENIMIENTO REACTIVOReparar los equipos luego que los mismos se hayan roto.

MANTENIMIENTO PREVENTIVOPrácticas de mantenimiento basadas en períodos de tiempo y diseñadas para extender la vida útil de los equipos y reducir la probabilidad de fallas. Por ejemplo, cambiar el aceite en el automóvil cada 5000 km.

MANTENIMIENTO PREDICTIVOEs la realización de mediciones para obtener información sobre las características operativas de los equipos (vibración, temperatura, etc.) y el empleo de tendencias a partir de dicha información para predecir la ocurrencia de fallas de los equipos o condiciones de operación no convenientes. La reparación o el reemplazo son completados antes de alcanzar dichas condiciones.

Transferencia de energía

• La energía calórica siempre fluye desde el punto más caliente hacia el más frío hasta alcanzar el equilibrio.

• En la termografía el equilibrio calórico no proporciona información de importancia.

• La transferencia de calor provee de mayor información al estudio.

• La transferencia de calor en estado estacionario es cuando el flujo de calor es constante en el tiempo. Por ejemplo, un motor eléctrico que ha estado funcionando durante un periodo de tiempo

• La transferencia de calor transitoria es cuando la temperatura cambia contante y significativamente. Por ejemplo, un motor que se calienta y refrigera constantemente.

Tres formas de transferencia de calor

• CONDUCCIÓN (sólidos)

• CONVECCIÓN (fluidos y gases)

• RADIACIÓN (ondas electromagnéticas)

Transferencia de calor por conducción

• Conducción es la transferencia de calor de una molécula a otra en los sólidos y algunas veces en los líquidos.

• A altas temperaturas las moléculas vibran rápidamente y transfieren su energía a aquellas de su vecindad que se encuentran con menos temperatura y vibrando más lentamente.

• Los metales son buenos conductores de calor. Lo conducen a través del flujo de electrones, así como también entre molécula y molécula.

• Los no metales son generalmente pobres conductores de calor.

Ejemplos de transferencia de calor por conducción

Transferencia de calor por convección

• Convección es la transferencia de calor entre los fluidos o gases que fluyen y las superficies.

• Si el movimiento del fluido es accionado por una fuerza exterior, esta se denomina convección forzada.

• Si el movimiento del fluido es impulsado por la diferencia de densidad entre las moléculas más calientes y las más frías, se denomina convección natural.

• Un ejemplo de convección natural son las olas de calor que se elevaban del asfalto de una ruta en un día caluroso.

Ejemplo de transferencia de calor por convección

Descarga de agua refrigerante de una planta de energía térmica.

Transferencia de calor por radiación

• El efecto de la radiación es diferente a los de convección y a los de conducción.

• La conducción y la convección son proporcionales a la diferencia de temperatura.

• La radiación emitida por una superficie es proporcional a la temperatura absoluta elevada a la cuarta.

• El intercambio de calor entre dos objetos involucra una compleja relación entre la geometría , la emisividad y los objetos del entorno.

El poder de la convección!

30°C 25°C 22°C

Con viento de 25 km/h => ∆∆∆∆T =8°C

47°C 35°C 27°C

Sin viento => ∆∆∆∆T = 20°C

Efectos del viento

• El viento puede reducir significativamente la temperatura de un punto caliente.

• Regla de oro!

• Vientos de 16 km/h reducen la temperatura en un 25% y uno de 32 km/h en un 33%.

• La escala de viento de Beaufort nos brinda mas detalles para la estimación de su velocidad.

¿Cómo se obtiene una imagen térmica?

xxx pixels

xxx pixels

Cada uno de los cientos de pixels, contiene el exacto valor de la temperatura. El dispositivo, a través de un complejo grupo de algoritmos, asigna un color específico que corresponde exactamente con un valor específico de temperatura encontrado en una única coordenada XY.

Algunas cámaras guardan una imagen que en realidad no contiene ningún valor medido.Otras cámaras guardan una imagen llamada “totalmente radiométrica”, la cual contiene la totalidad de las temperaturas de cada punto. Estas pueden ser llevadas a una PC para un posterior análisis.

Imágenes radiométricas

Es como

tener cientos

de

termómetros

infrarrojos

en uno…

Cuando una imagen es capturada mediante una cámara termográfica Fluke, todos los datos de fondo también se guardan junto con la imagen para permitir un análisis de post-procesamiento en profundidad.

Reflexión, absorción y transmisión

• Cuando la radiación IR impacta la superficie de un objeto:

• Parte puede ser reflejada (ρρρρ).

• Parte puede ser absorbida como calor (αααα).

• Parte puede atravesar el objeto (ττττ).

• De acuerdo a la 1º Ley de la Termodinámica:

ρρρρ + αααα + ττττ = 1

• Conociendo que emisividad (∈∈∈∈) = absorción (αααα):Entonces ρρρρ + ∈∈∈∈ + ττττ = 1Para materiales opacos: ττττ = 0, ∈∈∈∈ = 1 - ρρρρEsta relación es fundamental para el funcionamiento de las cámaras IR.

SÓLO LA RADIACIÓN EMITIDA NOS INFORMA SOBRE LA TEMPERATURA DE LA SUPERFICIE DEL OBJETO.

ρ

α

τ

∈∈∈∈

RADIACIÓN IR

A tener en cuenta…

•Todos los objetos orgánicos tienen una emisividad cercana 0,95.

• Polvo, cal, piedra, papel, textiles.

• Pinturas no metálicas, plástico, goma.

• Aceite, grasa y solventes.

• Mediciones confiables:

• Emisividad superior a 0,60.

• Conocer y manejar la temperatura ambiente o de fondo.

• Aplicar cinta o pintura para aumentar la emisividad.

SIEMPRE QUE SEA POSIBLE… AUMENTAR LA EMISIVIDAD!

Alta emisividad

•Superficies no brillantes.

• Alta emisividad.

• Pintura (de cualquier color), cinta aisladora u oxidación intensa.

• Medición de temperatura confiable y repetible,

Baja emisividad

•Superficies brillantes

• Baja emisión.

• Alta reflexión térmica.

• Debe tenerse en cuenta el fondo.

• Las temperaturas radiométricas con emisividades por debajo de 0,60 son difíciles de medir con exactitud.

Valores correctos de emisividad

• REGLA DE ORO

• Use 0,95 para todas aquellas superficies pintadas de cualquier color.

• Si es un metal no pintado o no corroído, se debe usar un valor de 0,20 o menos.

• El valor de emisividad de los materiales mas comunes se los puede encontrar en el manual de usuario de la cámara.

Emisividad típica de superficies

Aluminio pulido 0,05 Platino 0,08

Ladrillo 0,85 Goma 0,95

Bronce pulido 0,10 Nieve 0,80

Bronce poroso 0,55 Acero galvanizado 0,28

Cobre oxidado 0,65 Acero en rollo 0,24

Cobre oxidado a negro. 0,88 Acero rugoso 0,96

Piel 0,98 Laton 0,05

Nickel 0,05 Tungsteno 0,05

Pintura 0,94 Agua 0,98

Pintura con acabado plata 0,31 Zinc en plancha 0,20

Nivel y alcance

• El alcance representa la "ventana térmica", que es el valor más alto y más bajo de temperatura en el campo de visión. Un alcance más estrecho dará mas detalles térmicos y más contraste.

• El nivel representa que tan alta o baja estará esa ventana.

• Los ajustes de nivel y alcance pueden ser hechos en la cámara en forma “automática” o “manual”.

Nivel y alcance

Manualmente ajustado

Escala automática

Tamaño del spot

El tamaño del spot es el área detectada por un simple detector.

Spot Size

Objetivo

Spot Size > Área del objetivo Spot Size < Área del objetivo

Un ejemplo real…

Es posible ver el punto caliente, pero la medición que obtengo es errónea por considerar un área de medición

mayor a la del punto caliente.

Acercándose al punto caliente, se obtiene una medición precisa!

El ajuste de foco es crítico!

• Agudizar el foco de la imagen térmica es crítico para realizar una exacta medición, lográndose:

• Temperaturas más precisas.

• Claridad en la imagen.

• Diagnósticos detallados.

• Satisfacción del cliente.

• Cualquier cosa puede ser modificada u optimizada con posterioridad en el software, pero el foco NO!

• Consejos prácticos:

• Usualmente el ojo humano es más sensible para hacer un mejor ajuste de foco con imágenes en blanco y negro (escala de grises).

• Observar la agudeza de los bordes.

• Utilizar IR-Fusion.

• Sostener la cámara con firmeza.

¿En qué consiste el IR-Fusion®?

• IR-Fusion solo está disponible en los equipos de Fluke.

• IR-Fusion mezcla la imágen térmica con la imágenvisual.

• Facilita la interpretación de la instalación y lasanomalías encontradas:

• Permite ver el contexto de la medición.

• Permite leer cualquier indicador o textoimpreso en el equipamiento.

• Facilita la presentación de reportes.

• Evita la necesidad de llevar una cámara fotográficaconvencional

• Ayuda a lograr un mejor enfoque ya que trabaja poralineación de imágenes.

IR-Fusion® Modos de visualización

Full IR Convencional

Fundidos IR/Visual

PIP Full IR

PIP Fundido IR/Visual

Alarmas de Color

Visual Completo

Todos los modos de visualización están disponibles en el software

Aplicaciones de medición térmica

Eléctrico

Motores

Control de procesos

Edificios y techos

Transportede fluidos

Inspección de sistemas eléctricos

• Desbalance de cargas.

• Armónicos (de 3º orden en neutro).

• Sistemas sobrecargados.

• Incrementos de resistencia en circuitos debidos a conexionessueltas o corroídas.

• Fallas en transformadores.

• Conductores deficientes.

• Fallas en bancos de capacitores.

• Pérdidas y calentamiento indebido.

Las cámaras termográficas permiten encontrar y solucionar fallaseléctricas como pueden ser:

Componentes que se suelen inspeccionar

• Cajas de fusibles.• Cables y conexiones.• Relés / Interruptores.• Aislantes.• Capacitores.• Subestaciones.• Interruptores automáticos.• Controladores.• Transformadores.• Motores.• Bancos de batería.

Ventajas en la inspección de sistemas eléctricos

• Permite rápidamente detectar la temperatura en objetos eléctricamente cargados.

• Poca o ninguna interrupción a las operaciones.

• Reducción de cortes de energía no programados o períodos de inactividad.

• Reducción de costos de reparación.

• Reducción de costos de mantenimiento.

• Mejores tasas de producción y calidad.

Condiciones para la inspección de sistemas eléctricos

• Observación directa: abra las puertas del compartimiento

cuando resulte posible.

• La más pequeña diferencia puede ser significativa.

• Inspeccione con la carga más alta posible.

• Llevar a cabo las inspecciones en los picos de carga, o al menos

en el 40% de la misma.

Problemas de alta resistencia de contacto

Nótese en este caso que el fusible solamente

está caliente en un extremo. Esto se debe a

que en dicha posición tiene alta resistencia de

contacto.

Si estuviese caliente en ambos extremos, el

problema se interpretaría de forma diferente.

Un circuito sobrecargado, un desequilibrio de

fase o un fusible insuficiente provocarían el

sobrecalentamiento de ambos extremos del

fusible.

Problemas de alta resistencia de contacto

El calor está asociado con la superficie de

contacto o conexión.

A pesar de que sólo puede calentar áreas

circundantes, su influencia disminuye

conforme se aleja del punto de contacto.

Problemas de sobrecarga o desequilibrio

• Estos problemas por lo general se asocian

con conductores de tamaño menor al

necesario, sobrecargas y desequilibrios de

fase.

• Compare componentes similares fase a fase

para localizar diferencias de temperatura.

Inspección de tableros eléctricos

Ubique rápidamente un desequilibrio de fase que produzca excesivo calor en los conductores.

Aplicaciones en transformadores

Hay dos tipos de transformadores: en aceite o secos.

Los componentes fríos

pueden indicar problemas:

• Poco aceite o flujo

restringido en el tubo de

enfriamiento.

• Fusibles quemados.

Aplicaciones en transformadores

En el caso de los transformadores en aceite se deben inspeccionar

las siguientes áreas:

• Bushings.

• Cambiadores de tomas.

• Niveles de aceite.

• Enfriamiento de tubos.

Aplicaciones en transformadores

En el caso de los transformadores secos se deben inspeccionar las

siguientes áreas:

• Protecciones contra sobretensiones.

• Conexiones.

• Bobinas.

Aplicaciones en interruptores

• Los interruptores son propensos a sufrir daños por su uso

normal ya que el área de contacto generalmente es pequeña.

• Las altas temperaturas pueden generar el recocido de los

metales del interruptor.

Aplicaciones en subestaciones de transformación

Las fallas son mayormente causadas por alta resistencia de contacto debida a la corrosión en conectores y contactos de los seccionadores.

Aplicaciones en subestaciones de transformación

LÍNEA DE TRANSMISIÓN ELÉCTRICAEs posible puede detectar una conexión sobrecalentada a una distancia de más de 15 metros.

SUBESTACIÓN ELÉCTRICA• Conectores

• Condensadores

• Protección contra sobrecargas

Aplicaciones en subestaciones de empresas de suministro

• Conmutadores de todos los tipos.

• Transformadores.

• Pasamuros.

• Ventiladores para enfriamiento.

Aplicaciones en subestaciones de empresas de suministro

En las subestaciones transformadoras es conveniente revisar:

• Capacitores.

• Conectores.

• Conductores.

• Zapatas.

• Aislantes.

• Empalmes.

• Bandejas portacables.

• Pilas y circuitos de carga.

LENTE TELEOBJETIVO

Aplicaciones en subestaciones de transformación

Lente teleobjetivo

• Aconsejada para mediciones a distancia.

• Capturas con gran nivel de detalle.

• No requiere recalibración para su incorporación.

• Fácil instalación y uso.

Ti32 con lente estandar

Ti32 con lente teleobjetivo TELE1

LENTE GRAN ANGULAR

Inspección de tableros eléctricos

Lente gran angular

LENTE GRAN ANGULAR

• Aconsejada para mediciones en lugares estrechos.

• Excelente para medición de grandes estructuras.

• Sistema full IR-Fusion®.

• No requiere recalibración para su incorporación.

VENTANAS INFRARROJAS

Inspección de tableros eléctricos

Ventanas infrarrojas

• Una ventana IR es un punto de inspección permanentemente montado en un gabinete eléctrico.

• Más del 99% de los accidentes por arcos eléctricos ocurren cuando la puerta del panel está abierta.

• Permite la inspección visual y por infrarrojos sin quitar el panel cobertor.

Ventanas infrarrojas

Sin ventanas infrarrojas, las inspecciones a través de termografía infrarroja requieren un largo y engorroso proceso:

• Lock-out / Tag Out.

• Permiso de trabajo.

• Dos personas (termógrafo y electricista).

Ventanas infrarrojas

BENEFICIOS

• SEGURIDAD

No tome riesgos innecesarios cuando no tiene que hacerlo.

Ventanas infrarrojas

BENEFICIOS

• VELOCIDAD

No es necesario utilizar guantes ni trajes especiales para realizar la medición.

ANTES DESPUÉS

5MIN35MIN

Ventanas infrarrojas

BENEFICIOS

• FRECUENCIA DE INSPECCIÓN

Sin tener que desenergizar los circuitos, se puede inspeccionar más a menudo. Ya no se limita sólo a las inspecciones anuales de un contratista.

Ventanas infrarrojas

INSTALACIÓN TÍPICA

Ventanas infrarrojas

INSTALACIÓN TÍPICA

Ventanas infrarrojas

INSTALACIÓN TÍPICA

En función de la distancia al objetivo, muchas veces la presencia de seccionadores requiere la instalación de 2 ventanas IR (fases AB y BC).

Ventanas infrarrojas

VISIBILIDAD TÍPICA

Se generarían fallas catastróficas donde podrían ocurrir lesiones graves y daños en la instalación

Conexiones defectuosas

Fusible y conexiones calientes

Fusible y conexiones calientes

Transformadores, reguladores y capacitores

Transformadores, reguladores y capacitores

Transformadores

OTRAS APLICACIONES

Motores

Acoplamientos

Trampas de vapor

Fallas en resistencias calefactoras

Sistemas hidráulicos

Hornos rotativos

Monitoreo de procesos continuos

Niveles en tanques

Niveles en tanques

-18.8°C

48.2°C

0

20

40

LI01

Niveles en tanques

Niveles en tanques

Inspección de techos

Concentraciones de humedad bajo membrana

Inspección de techos

Sistemas de califacción centralizada

Inspección de techos

Anomalías

Formación

Fluke le ofrece varios tipos de formación para ayudarle a utilizar su cámara de la forma más profesional y provechosa.

• Todas las cámaras de Fluke se entregan con un curso básicode formación en DVD sobre termografía.

• Con la adquisión de una cámara de Fluke se ofrece un cursooperativo e introductorio a la termografía totalmentegratuito a dictarse en las instalaciones de Viditec.

• También se ofrecen anualmente cursos de termografíadictados por The Snell Group en los Niveles I y II.

• Consulte nuestro sitio web para conocer fechas y lugares de formación.

¿Preguntas?

Muchas gracias!

PABLO PERRONE

Jefe de Producto

Termografía y Vibraciones

VIDITEC S.A.

pperrone@viditec.com.ar