ensayo sobre termografia
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Este ensayo describe aspectos sobre la tecnica predictiva de termografia industrialTRANSCRIPT
ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO
FACULTA DE MECÁNICA
ESCUELA DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO
IMPORTANCIA DE TENER EN CUENTA LOS PRINCIPALES ERRORES QUE
SE PUEDEN COMETER AL MOMENTO DE REALIZAR TERMOGRAFÍA
INFRARROJA.
PILATUÑA QUINALUISA LORENA ISABEL
INGENIERO EDUARDO HERNANDEZ
RIOBAMBA
2015
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IMPORTANCIA DE TENER EN CUENTA LOS PRINCIPALES ERRORES QUE
SE PUEDEN COMETER AL MOMENTO DE REALIZAR TERMOGRAFÍA
INFRARROJA.
RESUMEN
Ya que la termografía infrarroja es una técnica no destructiva que permite que la
radiación infrarroja sea cuantificada, está es utilizada en el mantenimiento predictivo
puesto que se emplea en diversas áreas de la mecánica como instalaciones eléctricas,
equipos mecánicos o incluso en estructuras refractarias etc., la termografía infrarroja
sostiene que todo cuerpo emite calor, y debido a que este viaja en forma de ondas
electromagnéticas que no se puede visualizar a simple vista debido a su longitud de onda,
es necesario emplear una cámara termográfica la cual proporciona una imagen térmica
denomina termograma. Debido a lo mencionado, en el presente trabajo se enunciara con
su respectivo desarrollo los principales factores que pueden alterar los datos
proporcionados por cámaras termográficas al momento de realizar el análisis del
termograma ya que con estos errores se podría emitir un criterio equivocado sobre el
verdadero funcionamiento del equipo sometido a inspección, y sobre todo se correría el
riesgo de no poder visualizar el verdadero modo de falla que se podría estar suscitando en
el equipo inspeccionado, lo que ocasionaría altos costos de mantenimiento y un nivel de
producción pobre.
Para el desarrollo de este ensayo fue necesaria la búsqueda de información acorde al tema
involucrando una selección minuciosa de la misma, mediante esta búsqueda de
información que debe ser verificada y comprobada se procederá a identificar los
principales errores que suele afectar de manera colosal a los datos de temperatura del
termograma. De la que se va a tratar en forma más amplia será sobre la emisividad, un
parámetro de error que por su desconocimiento al momento de ingresar este valor al
software (SatIrReport), afecta gravemente los niveles de temperatura del termograma.
Palabras clave: termografía infrarroja, termograma, cámara termográfica, modo de falla,
radiación infrarroja.
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1. INTRODUCCION
Sir William Herschel astrónomo y compositor personaje protagonista del descubrimiento
de la radiación infrarroja, en su afán de conocer cuánto calor atravesaba los diferentes
filtros de color que utilizaba para observar la luz solar, hizo pasar directamente luz solar a
través de un prisma de cristal, mediante este ingenioso sistema creo así un espectro que le
permitió medir la temperatura de cada color, con esto vale recalcar que es importante
conocer dos conceptos importantes que involucra a este descubrimiento que son el calor y
la temperatura ,estos son dos vocablos que están relacionados pero a su vez tienen
diferentes significados, el calor es la forma de energía más habitual del universo y este se
transmite de un cuerpo a otro pero desde el más caliente al más frio no así en forma
viceversa . La temperatura es la medida de la cantidad de calor presente en cualquier
cuerpo.
Continuando con este descubrimiento Sir William al examinar el espectro de luz visible
observo que existía un incremento de temperatura del color violeta al color rojo, tras
revelar este patrón Sir William mido el punto más allá del color rojo esta región
correspondía a una sin luz solar visible, entonces se dio cuenta que esta zona era la que
mostraba la temperatura más alta del espectro.
En si con este descubrimiento se demostró que existían tipos de luz no visible al ojo
humano y lo que sir William descubrió es lo que hoy se conoce con radiación infrarroja
Con este importante descubrimiento de la radiación infrarroja otorgada a Sir William
Herschel se dio el paulatino desarrollo de la termografía misma que en la actualidad es un
gran aporte para las industrias y para otros campos como la medicina, la construcción etc.
El espectro electromagnético es la distribución de ondas electromagnéticas, estas no
necesitan de un material para propagarse a diferencia de las ondas mecánicas que requieren
un medio para trasmitirse, es necesario comprender que en este espectro electromagnético
la distribución de los distintos tipos de ondas está en función de su longitud o de su
frecuencia.
La longitud de onda de la luz infrarroja es demasiado grande para que el ojo humano pueda
percibirla, por esta razón hoy en día se desarrollaron las cámaras termografías o cámaras
infrarrojas.
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Las cámaras termográficas son instrumentos sofisticados que a inicios se utilizaban con
fines militares pero posteriormente estas se modificaron para que sean aptas para la
utilización en la industria. Aunque las cámaras termográficas se parecen a las cámaras
habituales a simple vista están muy lejos de ser lo mismo puesto que la lente de la cámara
termográfica es de germanio un metal muy costoso pero es un muy buen conductor de
rayos infrarrojos.
Se debe tener en cuenta que con la cámara termográfica solo se puede medir la temperatura
superficial de los objetos pero nunca la interna y tampoco se puede ver mediante esta
cámara a través de los objetos.
En fin se debe mencionar que la calidad de información obtenida por termografía infrarroja
depende de factores que se deben tomar en cuenta al momento de realizarla, estos factores
pueden convertirse en grandes enemigos del analista del termograma ya que estos
elementos pueden ocasionar graves confusiones de información en la medición de la
temperatura del equipo inspeccionado. El analista del termograma debe ser una persona
capacita para este tipo de trabajos ya que en su mayoría estos errores son olvidados o
simplemente ignorados. Los aspectos que se deben tener en cuenta son los siguientes:
Enfoque
Distancia
Ángulo
Rango de la cámara
Spam térmico
Velocidad del viento
Humedad relativa
Temperatura ambiente
Emisividad
Reflejos
Incidencia solar
2. MATERIALES Y MÉTODOS
2.1 Aspectos físicos que involucra la termografía
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La termografía como lo mencionamos anteriormente es una técnica que no implica
contacto directo con el equipo que será sometido a inspección, lo que conlleva a
denominar a la termografía infrarroja como una técnica no destructiva y sobre todo que
beneficia al operador ya que este no corre ningún tipo de riesgo o peligro al momento
de realizar la respectiva termografía. La termografía se basa en ciertos parámetros
físicos: termodinámica, ley de Planck, ley de Kirchhoff las cuales las denotaremos
como las principales.
La física es una de las tantas ciencias que hay la misma que se presta para comprobar
y explicar el comportamiento de ciertos fenómenos físicos que cotidianamente rodean
el entorno en el que nos desenvolvemos. Una parte importante de la física es la
termodinámica la misma que se puede definir como el estudio del flujo del calor. El
calor es parte primordial de la termografía, podemos definir al calor como una forma
de energía. Al hablar de termodinámica se puede mencionar algunas leyes como la ley
cero, la primera ley de la termodinámica, la segunda ley de la termodinámica y la
tercera ley de la termodinámica. La ley cero de la termodinámica establece que existe
equilibrio térmico siempre y cuando en el sistema exista la misma temperatura. La
primera ley de la termodinámica es la más importante ya que gracias a esta se puede
establecer un principio fundamental de la física la misma que manifiesta que “La
energía no se crea ni se destruye solo se transforma”.
La segunda ley de la termodinámica manifiesta que solamente se puede realizar un
trabajo mediante el paso de calor de un cuerpo con mayor temperatura a otro que tiene
menor temperatura, cabe recalcar que con esta ley se puede establecer la entropía la
misma que se define como un grado de medida de desorden que ocurre en un sistema.
Por último la tercera ley de la termodinámica enuncia que es posible acercase al cero
absoluto pero nunca llegar a el ° K=−273℃ mediante esta expresión se puede
deducir que no hay movimiento, además vale recalcar que para que algún cuerpo llegue
al cero absoluto este debe estar aislado de toda fuente de calor, caso que es imposible a
que todo cuerpo emite algún tipo de forma de energía.
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En cuanto a la ley de Planck se puede decir que mediante esta se pude calcular la
potencia radiada por un cuerpo negro por unidad de área y unidad de longitud de onda.
La ley de Kirchhoff establece que “La suma de radiación que sale de la superficie de
un objeto es igual a uno” es decir que del 100 % de radiación una parte es reflejada,
otra transmitida y otra emitida.
2.2 Equipos utilizados para realizar termografía
Entre los equipos utilizados para realizar inspecciones termográficas están
principalmente las cámaras termográficas, las mismas que en la actualidad son
distribuidas por diferentes fabricantes, cada cámara termográfica difiere de otra por su
funcionalidad, calidad de imagen térmica y por su costo. El manejo de estos equipos es
similar a la de una cámara habitual pero su cuidado debe ser extremado debido a sus
componentes y a su costo. El uso de estas cámaras termográficas ha generado que este
tipo de inspecciones sean seguras y rápidas para el operario, al momento de finalizar
esta inspección los datos deben ser descargados a un software el mismo que son
promocionados por fabricantes de las cámaras. De la misma forma se debe tener
siempre a la mano instrumentos de medición de humedad relativa y temperatura
ambiente para una correcta recolección de datos de temperatura.
2.3 Parámetros de temperatura en el software (satIrReport)
La modificación de estos parámetros se debe realizar en el software que se utilice en
este caso satIrReport.
2.3.1 Emisividad, humedad relativa, distancia y temperatura ambiente
Entre los muchos factores que pueden alterar los datos térmicos de un termograma está
la emisividad, la humedad relativa, distancia y temperatura ambiente.
Los valores de humedad relativa y temperatura ambiente deben ser medidos a través de
instrumentos de medición de esa índole en todo en proceso de termografía, es decir
estos datos se deben ir actualizando en todo el transcurso del proceso.
La emisividad es la capacidad que tiene todos los cuerpos de emitir radiación
infrarroja, esta emisividad dependerá directamente de la composición química de la
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superficie del objeto, entonces se pude decir que mientras más caliente este el objeto
más radiación infrarroja emitirá, por ejemplo existe valores de emisividad que pueden
ser de 0 cuyos objetos son considerados como reflectores prefectos como es el caso
más evidente es el espejo, pero existe valores de emisividad de 1,0 estos son
denominados como emisores perfectos.
La emisividad se expresa de la siguiente forma:
emisividad= radiacionemitida por un objeto a temperatura °Tradiacionemitida por un cuerpo negro a temperatura °T
La mayoría de superficies orgánicas que se encuentran oxidadas o pintadas pueden
llegar a tener valores de emisividad que oscilan entre 0,92-0,95.
Se puede deducir entonces que al momento de no asignar correctamente los valores de
emisividad los datos del termograma se verán gravemente afectados, ya que si se
introduce en el software un valor de emisividad bajo los valores de temperatura máxima
se elevaran de manera incontrolable, pero si se elevan demasiado los valores de
emisividad los valores de la temperatura en el termograma se disminuirán, de cualquier
forma se debe tener en cuenta los valores de emisividad y la mejor forma de controlar
estos valores tener a la mano algún tipo de tablas de emisividad en momentos que se
desconozca.
La distancia al capturar el termograma es otro de los aspectos a consideración para
esto es importante esclarecer un relación de la distancia con el objeto de medición y
sobre todo con la resolución de la cámara.
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2.4 Velocidad del viento, reflejos e incidencia solar
Estos factores se involucran directamente con el entorno donde se encuentran el objeto
o equipo a ser inspeccionado, estos factores son, la incidencia solar, los reflejos
presentes y la velocidad del viento que deben ser considerados para evaluar los
resultados de la inspección.
Con la presencia de viento y si esta se encuentra a altos niveles esta puede generar la
perdida de calor por convección, causando que los verdaderos valores de termografía
sean ignorados, manifestando así que este factor incide mucho en termografía
Los reflejos presentes en el espacio de termografía deben ser examinados
detenidamente, puesto que con la presencia de reflejos el área de trabajo se puede
cometer errores al emitir el diagnostico termográfico, una forma de determinar si el
entorno hay presencia es conveniente tomara varios termogramas de distintas
perspectivas y ángulos de visión, entonces cuando estos se muevan de un lugar a otro en
la imagen térmica se podrá identificar a estos reflejos que confundirían al operario al
momento que se estaría analizando el termograma.
En equipos que se encuentra al aire libre se debe tomar muy en cuenta la radiación solar
debido a que con la presencia de esta se aumenta los valores de temperatura y causando
dificultades al momento de identificar los componentes defectuosos de los que están
funcionando correctamente.
2.5 Spam térmico, Rango térmico, resolución y enfoque
El spam térmico es la escala de valores de temperatura del valor más alto al más bajo,
este spam térmico debe tener un correcto ajuste en la cámara.
El rango térmico de la cámara termográfica permite la visualización de los objetos que
están a diferente temperatura, por ejemplo si un objeto está a 200℃ y el rango térmico
de la cámara es de solo −40℃ a120℃ este objeto no se podrá visualizar en el
termograma solo se observara una imagen de color blanco por esta razón es importante
seleccionar una cámara con el apropiado rango térmico puesto que si no lo considera
los objetos fuera de rango van a ser difíciles de ser visualizados.
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En cuanto a la resolución hay de dos tipos la espacial y la de medición, esta resolución
dependerá del tamaño del objeto al que se le realizara la inspección. En fin estos
factores que se deben tomar en cuenta en la cámara.
El mal enfoque con la cámara termográfica es otro factor que frecuentemente genera
errores en el análisis del termograma debido que los valores reales de temperatura se
disminuirán enmascarando los puntos más calientes en el termograma, para verificar
que una cámara este muy bien enfocada la persona que manipula la cámara debe notar
que las líneas de la imagen térmica no este difuminada.
2.6 Criterios de severidad empleados en termografía
Para evaluar la severidad de un equipo se lo hace mediante la utilización de tablas
(Tabla 1) anteriormente aprobadas tomando en cuenta las características de equipos
inspeccionados
∆ T [°C] BAJA TENSIÓN ALTA TENSIÓN ACCIÓN A TOMAR PARA SU REPARACIÓN
SOBRE
EXTREMO>= 70 EXTREMO
>= 65 INMEDIATA
9085807570
CRÍTICO50 - 69
65
CRÍTICO30 - 64 LO MÁS PRONTO
605550
SEVERO30 - 49
45403530
MEDIO10 - 29
SEVERO15 - 29 EN PRIMERA PARADA25
2015 MEDIO
6 - 14 PROGRAMABLE10
LEVE1 - 95 LEVE
1 - 5OBSERVACIÓN
1Tabla 1. Criterios de severidad
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3. DISCUSION Y RESULTADOS
Mediante esta investigación se puede manifestar que existen varios factores externos e
internos que modifican los correctos datos de un termograma, entre los factores
externos están la temperatura ambiente, humedad relativa, velocidad del viento,
reflejos que existen alrededor del objeto donde se va a realizar termografía, la lluvia, la
incidencia solar. Por esta razón es imprescindible tener a la mano instrumentos de
medición de humedad relativa, de temperatura ambiente, en cuanto a la velocidad del
viento esta debe ser menos de 16km/h es la condición ideal para realizar termografía, la
incidencia solar es otro factor que altera notablemente a los datos de temperatura ya que
estos valores pueden elevarse por esta incidencia solar y no dar a notar los verdaderos
valores del temperatura.
Figura 1. Termograma con parámetros de temperatura correctos
Material VidrioAmbient Temp 23,6 °CEmissivity 0,92Distance 1mRelative Humidity 34% Max Temp 41,7 °CMin Temp 21,6 °CTabla 2. Datos de los parámetros de termografía correcta
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Figura 2.Termograma con parámetros de temperatura incorrectos
Material VidrioAmbient Temp 23,6 °CEmissivity 0,56Distance 2mRelative Humidity 45%Max Temp 47,8 °CMin Temp 14,6 °CTabla 3. Datos de los parámetros de termografía incorrecta
Termograma correcto Termograma incorrectoTemperatura ambiente 23,6 ℃ Temperatura ambiente 23,6 ℃Temperatura máxima 41,7℃ Temperatura máxima 47,8℃
∆ T=41,7℃−23,6℃=18,1 ∆ T=47,8℃−23,6℃=24,2Tabla 4. Comparación de Valores de ∆ T
Para realizar los diagnóstico de termografía se utiliza el valor ∆ T para emitir criterios de
severidad guiados de tablas establecidas (tabla 1) respecto a los valores obtenidos en la
tabla 4 los criterios de severidad difieren considerablemente, por esta razón se puede
aseverar que por la errores cometidos al momento de realizar termografía, los diagnostico
que se emitan serán erróneos.
Al realizar una comparación de un termograma con datos correctos (figura1) con otro
termograma con valores modificados e incorrectos (figura 2) se puede aseverar que la
emisividad la temperatura ambiente, humedad relativa, distancia inciden en su totalidad en
el termograma puesto que si el valor de emisividad es bajo el valor temperatura máximo
aumentara (figura 2) y si la emisividad es alta el valor de temperatura máximo disminuirá.
En cuanto a la manipulación de la cámara termográfica el operador puede cometer algunos
errores como olvidar enfocar la cámara, para verificar el correcto enfoque se debe hacer
con ayuda de su mano, tomar una termografía de ella y verificar que la misma este dentro
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de área del termograma, otro factor es no tener en cuenta la distancia y el ángulo para
capturar al objeto sometido a termografía, la distancia ideal es de 1m de distancia pero
esta va variar de acuerdo al equipo con el que se va a trabajar, y con esto la termografía
debe ser tomada de forma perpendicular.
Figura 3. Termograma desenfocado
Otros factores que deben se considerados es el spam térmico, el rango térmico, y la
emisividad que debe ser introducido por el operario de la cámara de acuerdo a las
propiedades de la superficie del equipo inspeccionado. En lo que respecta a la emisividad
se puede determinar que hay distintos valores de emisividad para cada superficie de
material. Con esto se puede acotar que las superficies oscuras de algunos materiales
absorben más rayos infrarrojos en comparación a las superficies claras. Muy a menudo
sucede que al momento de analizar los datos proporcionados por la cámara termografía
mediante un software las personas encargadas del análisis de estos datos olvidan configurar
la emisividad y otros datos como la temperatura ambiente, la humedad relativa etc. Este es
un factor que ocasionara la lectura. Se puede aclarar que la emisividad es un factor que
incide de forma negativa en un análisis termográfico.
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4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
o Con la ayuda de la cámara termográfica solo se mide la temperatura
superficial de los objetos y no así la del interior o a través de los objetos, en
si la termografía es un técnica no destructiva, que se la puede realizar sin
que exista par en la producción industrial, es decir que beneficia a los costos
de fabricación
o La capacidad de un objeto de emitir radiación infrarroja depende de varios
factores, incluyendo, tipo de material del objeto, condición de superficie es
decir su pulcritud, rugosidad o presencia de partículas.
o Cuan mayor es la diferencia entre la temperatura del objeto medido y la
temperatura ambiente y el valor de la emisividad es bajo mayor es el
número de errores en la medición
o La emisividad, la reflexión y la velocidad del viento son factores que alteran
el resultado de la medición de temperaturas de mecanismos a ser medidos
razón por la cual se las debe tener en cuenta al realizar termografía.
o Tener en cuenta aspectos de transferencia de calor ya que existe tres tipos de
proceso para la transferencia de calor como es la convección, conducción y
la radiación.
o Para establecer la severidad del equipo inspeccionado mediante termografía
infrarroja se utiliza el valor de ∆ T y se procede a comprar con tablas de
severidad pero guiados de las características de los equipos inspeccionados
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