Predictivo

La temperatura y el comportamiento térmico de la maquinaria es un factor crítico en el mantenimiento industrial.
La medición de temperatura por NO contacto usando sensores infrarrojos ha llegado a ser una alternativa creciente sobre otros métodos convencionales. La Termografía o imágenes térmicas infrarrojas se utilizan como un método eficaz de ensayo no destructivo y forma parte importante del mantenimiento predictivo.

Teoría del infrarrojo

Calor y temperatura: Los términos de temperatura y calor, aunque relacionados entre sí, se refieren a conceptos diferentes:

·La temperatura, es una propiedad de los cuerpos (actividad molecular).
·El calor, es energía en tránsito, que fluye desde un cuerpo de mayor temperatura hacia otro de menor temperatura

Transmisión de calor
El flujo de energía entre dos cuerpos a diferentes temperaturas se llama transmisión de calor, y se produce de tres formas:

Conducción: En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción y tiene lugar cuando se ponen en contacto dos cuerpos que están a diferentes temperaturas.
Por ejemplo, al introducir una cuchara de metal en café caliente, se tendrá después de algunos minutos, que la parte inferior en contacto con el café se calienta como también la superior, aunque esta última no toque el líquido.
La conducción del calor significa transmisión de energía entre sus moléculas

Convección: La convección transfiere calor por medio del intercambio de moléculas frías y calientes. Es la forma en que se transmiten las diferencias de temperatura en los gases y líquidos. Si se calienta un líquido o un gas, su densidad suele disminuir, el fluido más caliente (menos denso) asciende, mientras que el fluido más frío (más denso) desciende.

Radiación: Si aislamos completamente un cuerpo caliente de cualquier otro que pueda estar en contacto con el (es decir, hacemos vacío) podemos comprobar que la temperatura también disminuye con el tiempo y que el cuerpo pierde energía. El tipo de transmisión de energía registrado en estos casos es completamente distinta a los dos anteriores y se conoce con el nombre de radiación térmica o radiación infrarroja. Este tipo de radiación es emitida en forma de ondas por todos los cuerpos (sólidos, líquidos y gases) que no están al cero absoluto (-273.145°C).

Emisión térmica de los cuerpos naturales

Temperatura radiativa de un cuerpo: Normalmente uno relaciona la medida de temperatura con un instrumento en contacto con un cuerpo determinado al que se le quiere medir la temperatura. En realidad, lo que se está haciendo es medir la temperatura cinética que es una manifestación interna de la energía de traslación promedio de las moléculas del cuerpo. Sin embargo los cuerpos irradian energía en función de su temperatura. Esta energía emitida es una manifestación externa del estado de energía de dicho cuerpo, que puede ser detectado mediante técnicas de teledetección y usado para determinar la temperatura radiativa del cuerpo.

Emisividad: Es un factor que describe la eficiencia de irradiar energía de un objeto en comparación con un cuerpo negro a la misma temperatura. Por lo tanto, la emisividad es una medida de la eficiencia con la que un objeto o superficie emite radiación infrarroja.

No todos los cuerpos cuando aumentan su temperatura pueden irradiar energía de la misma forma, esta dependerá del tipo de material, de las condiciones superficiales que presente y de la temperatura.
La emisividad se define como la razón entre la potencia emisiva de una superficie cualquiera (q) y la potencia emisiva de un emisor perfecto o cuerpo negro (ql). En simples palabras es la relación entre la radiación realmente emitida y la emisión teórica de un cuerpo negro a la misma temperatura.
Sus valores se encuentran entre 1 y 0, y es un factor importante en la medición de temperatura superficial del objeto observado.
Por lo general no se pueden esperar buenos valores en la medición de temperatura cuando la emisividad baja de un valor de 0.5

Equipos de medición de temperatura por radiación

En un principio, los pirómetros o cámaras termográficas leían la suma de las energías anteriormente descritas y, asumían que ese total de energía medida, era función de la temperatura real del objeto. Debido a lo anterior, es que la tecnología fue desarrollando y preocupándose de mejorar una serie de dispositivos y elementos tendientes a aislar tanto como sea posible la energía emitida por un objeto de la energía reflectada y de la energía transmitida

Cámaras termográficas: La cámara infrarroja es un instrumento que no solo nos permite sensar la temperatura sin necesidad de contacto, sino que también permite obtener un cuadro o escena en el rango infrarrojo del espectro electromagnético a través de una imagen térmica o termográma.
Las cámaras infrarrojas son clasificadas según el rango o respuesta espectral en que trabajan y el tipo de detector que utilizan.

Excepción termográfica: Una excepción termográfica corresponde a un punto, zona o componente en los que se han detectado temperaturas, por sobre o bajo las normales de funcionamiento, y por lo tanto representan anormalidad.

Factores que afectan un análisis termográfico

Transparencia del objeto a medir
La atmósfera
El viento
El sol
Variación de la carga en circuitos eléctricos

Transparencia del objeto a medir: Cuando se habla de objetos transparentes, de inmediato se asocia a vidrio, pero también se deben considerar películas plásticas de polietileno o poliéster.
En el caso de la termografía. Si observamos un objeto en especial y ubicamos un vidrio o un acrílico entre el lente de la cámara infrarroja y el objeto, la energía irradiada proveniente del objetivo no podrá ser detectada por la cámara, debido a que el vidrio o el acrílico no permiten la transmisión del espectro infrarrojo (son opacos a la radiación infrarroja). Por el contrario son excelente transmisores en el espectro visible.

La atmósfera: Es importante tener presente las características del medio de transmisión que se encuentra en la trayectoria de las ondas infrarrojas provenientes del cuerpo en cuestión y el elemento de medición. Para la mayoría de los gases, incluyendo la atmósfera, estos absorben poca energía y pueden ser ignorados, sin embargo a medida que la distancia aumenta y considerando la densidad del aire, humedad relativa y temperatura ambiente, la Absorción puede ser un factor importante.
Uno de los principales factores de atenuación es la presencia de vapor de agua en el ambiente, especialmente cuando se usan termómetros de banda ancha, esto es porque la porción ala que son sensibles estos equipos, coincide con la banda donde el vapor de agua absorbe radiación. Otros factores que atenúan la radiación son el humo, polvo, condensación de vapores y/o absorción de radiación por algunos gases.

El viento: No es nuevo para nosotros que por medio de circulación de aire es posible disminuir la temperatura de componentes específicos como tableros eléctricos y mantenerlos dentro del rango de temperatura de funcionamiento. Por esta misma razón el viento puede afectar nuestras mediciones termográficas y en mediciones críticas se torna un factor importante.

El sol: Básicamente los puntos expuestos directamente al sol, pueden causar falsas anomalías y/o esconder puntos calientes en una superficie que muestra temperatura uniforme.

Variación de la carga en circuitos eléctricos: El efecto de calentamiento cuando se presenta una falla en circuitos eléctricos, se incrementa en términos generales con el incremento de la carga (Corriente del circuito eléctrico).
La severidad de una excepción termográfica de un componente eléctrico viene dada por la diferencia de temperatura entre este y una misma componente expuesta a la misma carga.
Una variación de carga producirá un variación no lineal de la diferencia de temperatura (xxxxxx) por lo tanto inducirá a una evaluación equívoca de la severidad de la falla.

Ajustes

El enfoque: Una imagen fuera de foco no permite determinar de forma correcta la temperatura del objeto. Este ajuste resulta crítico cuando se trata de pequeños elementos.

Rango de temperatura: Este rango resulta muy importante de tener en cuenta al momento de la inspección, por que de el resulta la obtención de un correcto termográma y su posterior análisis. Una buena elección del rango de temperatura nos permitirá observar lo que efectivamente tiene problemas

Distancia: Cuando la distancia entre la cámara termográfica y el objeto a inspeccionar es muy grande, esto se traduce en una pérdida apreciable en la temperatura observada, este efecto es mayor mientras menor sea el objeto en cuestión. En estos casos resulta importante conocer el rango de Spot Size del equipo y las características físicas del objeto.

Termografía Infrarroja
La Termografía Infrarroja es una técnica que permite, a distancia y sin ningún contacto, medir y visualizar temperaturas de superficie con precisión.
La Física permite convertir las mediciones de la radiación infrarroja en medición de temperatura, esto se logra midiendo la radiación emitida en la porción infrarroja del espectro electromagnético desde la superficie del objeto, convirtiendo estas mediciones en señales eléctricas.
Los ojos humanos no son sensibles a la radiación infrarroja emitida por un objeto, pero las cámaras termográficas, o de termovisión, son capaces de medir la energía con sensores capacitados para "ver" en estas longitudes de onda. Esto nos permite medir la energía radiante emitida por objetos y, por consiguiente, determinar la temperatura de la superficie a distancia, en tiempo real y sin contacto.
La radiación infrarroja es la señal de entrada que la cámara termográfica necesita para generar una imagen de un espectro de colores, en el que cada uno de los colores, según una escala determinada, significa una temperatura distinta, de manera que la temperatura medida más elevada aparece en color blanco.

La Termografía en el Mantenimiento Industrial Predictivo
La gran mayoría de los problemas y averías en el entorno industrial (ya sea de tipo mecánico y eléctrico) están precedidos por cambios de temperatura que pueden ser detectados mediante el monitoreo de temperatura con sistema de Termovisión Infrarroja. La implementación de programas de inspecciones termográficas en instalaciones, maquinaria, equipos eléctricos, etc. hace posible minimizar el riesgo de un falla de equipos y sus consecuencias, a la vez que también ofrece una herramienta para el control de calidad de las reparaciones efectuadas.
El análisis mediante Termografía infrarroja debe complementarse con otras técnicas y sistemas de ensayo conocidos, como pueden ser el análisis de aceites lubricantes, el análisis de vibraciones, ultrasonido y el análisis predictivo en motores eléctricos. Pueden añadirse los ensayos no destructivos clásicos: ensayos radiográficos, análisis de partículas magnéticas, líquidos penetrantes, etc.
Aplicaciones de la Termografía en Mantenimiento Predictivo Industrial

El análisis mediante Cámaras Termográficas Infrarrojas, está recomendado para:
1.Instalaciones y líneas eléctricas de Alta y Baja Tensión.
2.Tableros, conexiones, bornes, transformadores, fusibles y empalmes eléctricos.
3.Motores eléctricos, generadores, bobinados, etc.
4.Reductores, frenos, rodamientos, acoplamientos y embragues mecánicos.
5.Hornos, calderas e intercambiadores de calor.
6.Instalaciones de Frío industrial y climatización.
7.Líneas de producción, corte, prensado, forja, laminado, sinterizado, tratamientos térmicos, etc.

Plantas eléctricas y de energía
Las fallas en plantas eléctricas pueden ser detectadas tempranamente por el aumento de las temperaturas. Con la ayuda de la termografía estas áreas críticas pueden ser detectadas sin la interrupción del suministro de energía. No es necesario el contacto directo con el punto de medida. Realizar mediciones en partes excitadas de la planta son posibles en la mayoría de las veces.
El análisis con sistemas termográficos revelan las malas conexiones y contactos, así como componentes supercalentados tempranamente. Las imágenes termales permiten al usuario clasificar el daño y elegir el mejor tiempo para ejecutar el mantenimiento.

Ventajas del Mantenimiento Predictivo por Termovisión
1.Método de análisis sin detención de procesos productivos, ahorra gastos asociados a los tiempos muertos.
2.Baja peligrosidad para el operario por evitar la necesidad de contacto con el equipo.
3.Determinación exacta de puntos deficientes en una línea de proceso.
4.Reduce el tiempo de reparación por la localización precisa de la Falla.
5.Facilita informes muy precisos al personal de mantenimiento.
6.Ayuda al seguimiento de las reparaciones previas.

Otras ventajas y aplicaciones
1.Permite detectar fugas de refrigerante o de vapor.
2.Permite detectar, en lozas de hormigón, columnas de acero o enfierraduras.
3.Detecta la tasa de transferencia de calor en materiales conductores y aislantes.

¿Es el costo de una Inspección Infrarroja justificable?
Durante una inspección encontramos en promedio de 8 a 20 problemas, de los cuales un tercio de ellos son de severidad crítica, por lo cual acciones correctivas deben ser tomadas en un plazo no mayor a 30 días. Sobrepasado dicho plazo, la severidad de la falla (producto de las dilataciones térmicas excesivas o las pérdidas de eficiencia de los equipos) pueden acarrear problemas mayores a otros componentes. Aun no hemos considerado el gasto extra en energía eléctrica.
Para este tipo de inspección, siempre hay que considerar los alcances económicos que conlleva, es decir, hay que hacer el análisis de contratar un experto, con su correspondiente equipo, v/s la compra de un equipo analizador infrarrojo que será de propiedad de la planta. Incluya también, los costos asociados a las fallas súbitas producidas por problemas de aumento de temperatura en maquinaria que ocasionará paradas NO programadas con la correspondiente baja en la productividad debida a los tiempos muertos
Otro aspecto sensible de analizar, es el problema asociado a garantías de equipos nuevos. Las garantías, en el mayor de los casos NO se considera si la falla se produjo por mal uso del equipo o por un mantenimiento defectuoso.
Caso similar ocurrirá en la eventualidad de un siniestro (incendio) en que las compañías de seguros pueden no hacer validas las pólizas si el incendio comenzó por un recalentamiento en un equipo que debía contar con los resguardos y protecciones adecuadas.
Son estas, otras de las razones que hacen que el uso de la termografía sea una herramienta de gran utilidad dentro de las plantas industriales.