CAMARA TERMOGRÁFICA.pdf

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA  ANTENIMIENTO O INDUSTRIAL INGENIERÍA EN M ANTENIMIENT

LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

CÁMARA TERMOGRÁFICA

PROFESOR:  ASTRO ING. OSVALDO GUERRERO C ASTRO

ESTUDIANTES:  ALVERDE KEVIN BRENES V ALVERDE  ARTÍNEZ CHAVES  ADRIÁN M ARTÍNEZ

I SEMESTRE 2014

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Índice ¿Qué es la termografía? ........................................................................................................ 3 Emisividad Emisiv idad ............................................... .................................................................................................. ................................................... ......................... 4 Cámara termográfica .............................................................................................................. 4 Ventajas .............................................................................................................................. 5  Aplicaciones en sistemas mecánicos mecánicos ............. .................... .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ...... 5 Cámara termográfica en motores ................................................................................... 6 Errores comunes en la medición por infrarrojo .................................................................. 7 Efectos de la toma incorrecta en mediciones infrarrojas ........... ................. ............. .............. .............. .............. ............. ...... 8 Fuentes de variación v ariación del de l patrón térmico en sistemas eléctricos e léctricos ............. .................... .............. .............. ............ ..... 9 Cámara termográfica FLIR i50 ............................................................................................. 10 Especificaciones............................................................................................................ 10 Partes de la cámara ...................................................................................................... 11 Teclado y LCD ............................................... ................................................................................................. .................................................. .............. 12 Elementos de pantalla ................................................................................................... 13 Procedimiento para utilización de la cámara ................................................................ 14 Bibliografía ............................................................................................................................ 15

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¿Qué es la termografía? Todo objeto con una temperatura superior al cero absoluto (0 Kelvin = -273,15 °C) emite radiación infrarroja. La radiación infrarroja (IR) es un tipo de radiación electromagnética y térmica, de mayor longitud de onda que la luz visible por lo que el ojo humano no puede ver esta radiación ya que es ciego para esta longitud de onda. Para la observación de dicha radiación existen instrumentos que son sensibles a este fenómeno, lo detectan y lo hacen visible a la vista. La termografía infrarroja es una técnica que permite ver la temperatura de una superficie con precisión sin tener que tener ningún contacto con ella. Gracias a la física podemos convertir las mediciones de la radiación infrarroja en mediciones de temperatura, esto es posible midiendo la radiación emitida en la porción infrarroja del espectro electromagnético desde la superficie del objeto, ob jeto, convirtiendo estas mediciones en señales eléctricas.

Figura 1. Espectro electromagnético. 1. Rayos X; 2. UV; 3. V isible; 4. IR; 5. Microondas; 6. Radioondas

Esta técnica permite estudiar objetos estacionarios o en movimiento a distancias de seguridad, lo que es muy importante cuando estos objetos están expuestos a grandes temperaturas, bajo tensión, gases o humos venenosos, con radiactividad, etc.

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Emisividad Es la medición de la capacidad de un objeto para emitir energía infrarroja debido a una diferencia de temperatura con su entorno. Cuanto más caliente es un objeto, más energía infrarroja emitirá. La emisividad puede tener un valor de 0 (espejo brillante, reflector perfecto) a 1,0 (radiador de Planck, emisor perfecto). La superficie de cada material tiene una emisividad específica a partir de la cual se deriva la cantidad de radiación infrarroja emitida desde el material que se refleja y se emite. La emisividad de la misma varía según su estructura, su recubrimiento o limpieza.  A mayor emisividad menor proporción de radiación infrarroja reflejada por lo qu e se puede medir su temperatura muy fácilmente con una u na cámara termográfica. Si bien es cierto se sabe que las superficies oscuras absorben más radiación infrarroja que las superficies claras y que éstas por lo tanto se calientan más rápidamente, este no tiene un efecto perceptible en la radiación infrarroja emitida por el objetivo.

Cámara termográfica El ser humano no es sensible a la radiación infrarroja emitida por un objeto, pero existen equipos capaces de medir esta energía con sus sensores infrarrojos, ca pacitados para "ver" en estas longitudes de onda. A dichos instrumentos se les llama  cámaras termográficas, o termográficas,  o de termovisión. Para hacer visible la rad iación infrarroja, el sensor la detecta, de tecta, la convierte en señal eléctrica y asigna a cada señal un color determinado que aparece en la pantalla de la cámara termográfica. Lo que hace este dispositivo pod ría definirse como la traducción de longitudes de onda del espectro infrarrojo en longitudes de onda visibles para el ojo humano (colores). Cada color, según en una escala, significa una temperatura distinta, los colores oscuros se asocian a temperaturas más bajas, los colores más claros o brillantes se asocian a temperaturas mayores.  Al contrario de lo lo que piensan muchos, muchos, una cámara cámara termográfica termográfica no permite ver en el interior interior de los objetos, sino que solo hace visible la temperatura superficial de estos. Las cámaras termográficas se han convertido en sistemas similares a las cámaras de vídeo, son sencillos de usar y producen imágenes de mu y alta resolución en tiempo real. En todo 4

el mundo son muchas las industrias que han descubierto en la termografía infrarroja las ventajas que puede traerles en sus programas de mantenimiento preventivo.

Ventajas  Algunas ventajas que tiene este dispositivo dispositivo son: 

No es intrusiva, no afecta de ningún modo al objetivo que se mide



Dan una imagen completa de la situación



Realizan inspecciones con los sistemas funcionando bajo carga



Identifican y localizan el problema



Almacenan información



Encuentran el problema antes de que éste se produzca.



Ahorran tiempo y dinero



Captura y analiza objetos en movimiento



Es de respuesta rápida, en milisegundos



Recolecta rápidamente grandes cantidades de datos térmicos



Puede ver a través de atmósferas peligrosas

 Aplicaciones en en sistemas mecánicos La temperatura en los sistemas mecánicos es de vital importancia, y viene definida por todos los fabricantes de máquinas y herramientas. Rozamientos, fricciones, malos alineamientos, etc. pueden producir elevadas temperaturas que acorten la vida útil de las máquinas y sistemas de transmisión, o incluso problemas más serios como deformación de materiales. Gracias a las cámaras termográficas se pueden reducir los costes de mantenimiento y alargar la vida de las máquinas. Ya que esta técnica permite estudiar las temperaturas de las diferentes partes de un sistema mecánico sin tener que detener el p roceso, es decir con el todos los sistemas en movimiento y a plena carga. Las principales aplicaciones de la termografía en sistemas mecánicos son: 

Estudio de motores y generadores



Sistemas de transmisión y cajas de cambios



Estudio de rodamientos y poleas



Estado de cojinetes 5

  Soldaduras





Malos alineamientos



Estado de los lubricantes

Cámara termográfica en motores En el caso específico de los motores, mo tores, el mantenimiento termográfico debe hacerse cuando están trabajando en sus condiciones normales de trabajo. La temperatura de funcionamiento normal de un motor la encontraremos en su placa de características. La mayoría de los motores están diseñados para funcionar a una temperatura ambiente que no supere los 40°C. En general, un aumento de 10°C sobre la temperatura indicada reduce a la mitad la vida útil del motor. Hay que tener en cuenta que las imágenes térmicas muestran las condiciones de funcionamiento a través de la temperatura superficial, que nos dará una estimación aproximada de la temperatura interna. Existe alrededor de 15 °C a 20 °C de diferencia entre la temperatura de la carcasa y los devanados y depende también de la temperatura ambiente. En cuanto al procedimiento, hay que tener en consideración que los problemas mecánicos se suelen encontrar comparando las temperaturas de superficie de e lementos similares que funcionen en circunstancias parecidas. Lo más aconsejable es crear una rutina de inspección, para disponer de imágenes de referencia para comparar en posteriores inspecciones.

Figura 2. Calentamiento en motores mo tores 6

Errores comunes en la medición por infrarrojo Como en todo sistema de medición es necesario ciertos requerimientos que permitan una adecuada toma, con la mínima o nula presencia de fallas que qu e propicien medidas confiables.  Algunos de los errores frecuentes que se cometen en termografía son: 

Considere que las las fuentes fuentes de luz cercanas, aportan radiación, radiación, principalmente principalmente luces incandescentes.



Ajuste incorrecto de la emisividad



Desenfoque de la imagen o imagen borrosa.



Mediciones demasiado largas



Angulo de medición. medición. (Posición de la cámara, respecto al objetivo)



Composición de la la imagen. Objetivo muy pequeño en la pantalla de la cámara.



Medición sobre superficies sucias.



Fuentes de interferencia o influencia de otras fuentes de radiación. radiación.



Variaciones repentinas en la temperatura ambiente.



Variaciones en la carga de de trabajo del equipo a medir.



Mala interpretación de la imagen por falta de conocimiento.



Mediciones exteriores en horas de alta alta radiación solar, viento, lluvia.

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Efectos de la toma incorrecta en mediciones infrarrojas Los factores o variables que intervienen en las mediciones con cámara termográfica determinan la calidad de la medida. med ida. Se muestra como diferentes factores hacen que varíen las medidas entre una toma y otra. 1. La distancia entre la cámara y el objetivo analizar es punto determinante de una buena medida. Entre mayor sea la distancia más inexacta será la medición. 240.1°F

240.5°F

20 0

20 0

245 °F

15 0

231 °F

15 0

10 0

10 0

59.1°F

53.3°F

Figura 3. Comparativa de medición a dos distancia distintas (Izq. Correcta  – Der. Incorrecta) 2. El viento afecta la temperatura temperatura superficial. En un experimento realizado realizado se muestra que con un viento de apenas 5 mph la temperatura del objeto se reduce a la mitad. 3. Se debe evitar evitar medir en las horas de alta radiación radiación solar, porque la radiación del sol puede generar errores. Es mejor a primera hora en la mañana con el cielo nublado. 4. Una imagen mal enfocada, será difícil de analizar y se variarán los datos de temperatura medidos por la cámara. El foco determina la calidad de la medición de temperatura.

Figura 4. Comparativa de medición con dos distintos enfoques. (Izq. Correcta  – Der. Incorrecta) 8

Fuentes de variación del patrón térmico en sistemas eléctricos En nuestro caso nos debemos centrar en lo que se refiere a sistemas eléctricos, que es el campo que nos compete. Existen varios factores que d eterminan la variación térmica en las estructuras, y que por ende serán las razones por la cual se da la variación va riación de temperaturas entre zonas. 1. La potencia eléctrica eléctrica se disipa como calor cuando la corriente fluye a través de una resistencia. Es decir, a mayor corriente mayor disipación de calor. 2

 =  

Conforme la carga aumenta en un circuito, la cantidad de energía desprendida aumenta con el cuadrado de la carga, entonces, la temperatura de todo el circuito y de sus componentes aumenta en esa misma proporción. p roporción. 2. Los armónicos se suman a la la frecuencia básica y causan severo severo sobrevoltaje, sobrecorriente y sobrecalentamiento. 3. La corriente alterna alterna en los sistemas sistemas eléctricos eléctricos induce corrientes eléctricas debido a la generación de flujo magnético en los objetos metálicos circundantes. El campo magnético induce Corrientes de Eddy que causan por ende calentamiento y crea un cambio verdadero de temperatura en la superficie.

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Cámara termográfica FLIR i50

Especificaciones

Rango de Temperatura

-20 °C a 350 °C

Precisión

± 2 °C

Tipo de detector

140 x 140 pixeles

Display

3.5’’ color LDC

Resolución

2.3 MP

Rango espectral

7.5 a 13 µm

Lámparas

LED

Corrección de medición

Temperatura reflejada y emisividad

Tipo de Batería

Li-Ion / >5 horas

Sistema de Carga

Adaptador CA

Peso con batería

0.6 kg

Tamaño de cámara

235 × 81 × 175 mm

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Partes de la cámara

1. Conector USB mini 2. Ranura para tarjetas tarjetas de memoria USB 3. Conector USB 4. Anilla de enfoque en la la lente infrarroja infrarroja 5. Lámpara de cámara digital 6. Cámara digital 7. Lámpara de cámara digital 8. Protección para la lente 9. Puntero láser 10. Disparador para guardar imágenes 11. Tapa para el compartimento de la batería ba tería

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Teclado y LCD

1. Marco protector de goma para el LCD 2. LCD 3. Mando de navegación 4. Botón de selección izquierdo 5. Botón cámara/archivo 6. Botón para activar el puntero láser láser 7. Indicador de alimentación 8. Botón de selección derecho 9. Botón de encendido

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Elementos de pantalla

1. Sistema de menús 2. Tabla de resultados de medida 3. Indicador de alimentación 4. Indicador USB

13. Función actual del botón de selección derecho 14. Herramienta que permite cambiar la temperatura máxima

5. Indicador del puntero láser

15. Escala de temperatura

6. Fecha y hora

16. Herramienta que permite cambiar

7. Punto de medida

la temperatura máxima y mínima

8. Área de medida

al mismo tiempo

9. Valor límite límite de un isoterma en la la escala de temperatura 10. Valor límite de escala de temperatura 11. Indicador de campo de temperatura 12. Indicador de modo automático o manual

17. Herramienta que permite cambiar la temperatura mínima 18. Herramienta para establecer una isoterma 19. Herramienta para cambiar de tamaño la zona de imagen. 20. Función actual del botón de selección izquierdo

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Procedimiento para utilización de la cámara 1. Pulsar el botón de encendido para encender la cámara 2. Ajustar la la emisividad emisividad y la temperatura reflejada aparente 3. Quitar la protección para la la lente lente 4. Apuntar con la cámara el objeto de interés 5. Enfocar la la cámara con la la anilla de enfoque 6. Presionar el botón disparador para guardar la imagen

Figura 5. Ajuste de foco y disparador para guardar imagen

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Bibliografía  ATISAE

(s.

f.).

Termografía

infrarroja

Recuperado

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http://www.atisae.com/servicios/termografia-infrarroja  AVIO/NEC (s. f.). Cámara Termográfica. Aplicaciones Mecánicas Recuperado de http://www.camarastermograficas.es/termografia_mecanica.html FLIR Systems Inc (2010, 01 de julio). User's Manual. FLIR bXX series. FLIR iXX series. [Brochure]. Wilsonville, USA: Corporate Headquarters. FLIR Systems Inc (2011). Getting Started Guide. FLIR bXX series.FLIR iXX series. Wilsonville, USA: Corporate Headquarters. Nivela

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y

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Qué

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termográfica.

termografía

y

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Recuperado

funciona

una

cámara de

http://www.testo.es/es/home/empresa/promociones/ http://www.testo.es/es/home/empresa/promociones/camara_termografica_testo_870/teori camara_termografica_testo_870/teori a_1/que_es_la_termografia.jsp Termografics (2011, 11 de septiembre). La termografía en el mantenimiento de motores eléctricos.

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mantenimiento-de-motores-electricos

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