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TERMOGRAFIA dinámica

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Resumen

Carlos E. Vélez Ospina 1

INGENIERO MECÁNICO

Jaime Millán2

INGENIERO ELÉCTRICO

William Montealegre3

INGENIERO ELÉCTRICO

a Termografía Dinámica es una de las aplicaciones de la Termografía Transiente que permite monitorear el comportamiento de cualquier Sistema Termodinámico en el tiempo. Se hizo una evaluaoón de los olindros y sistemas de re frigeración y lubricación de J motores para la generaoón de energía elédrica.

1 CARLOS E. VÉLEZ O SPINA

MSc de Ensayos No-Destructivos. Nivel 111 en Tintas Penetrantes y Partículas Magnéticas de acuerdo al 150-9712. Miembro del Instituto Británico de END y autor de varios artículos relacionados con el tema.

2 JAIME MILLÁN

Ingeniero Eléctrico. M Se en Ingeniería Industrial. Nivel 11 en Termografía. Gerente de la empresa Anter Ltda. y autor de varios artículos relacionados con el tema.

3 W ILLIAN MONTEALEGRE

William Montealegre. Ingeniero Eléctrico. Nivel 1 en Termografia.

- AcADÉMICO J

Para minimizar los cambios de temperatura originados por los refiejos y cambios de emisividad, las tomas para todos los regímenes se hicieron desde una misma posición con la cámara ubicada en un trípode.

Para compensar los cambios de emisividad, en los puntos de interés se colocó cinta negra aislante, cuya emisividad es cercana a 1 .

Se analizaron los termogramas con un software especializado que permitió medir la temperatura en cualquier punto del área inspeccionada y trazar los perfiles de la distribución de la temperatura a lo largo del intercambiador agua-aceite.

Se simpl ificó la cantidad de información reduciendo la tomá de datos a intervalos de 1 minuto durante S minutos para cada régimen: Vacío, Parcial y Máximo.

Se promedió la temperatura del total de ci lindros de los 3 motores para cada minuto en cada uno de los regímenes de acuerdo a:

Se empleó el Teorema del Límite Ce nt ral , la distribución de estas temperaturas se pudo modelar de acuerdo a la distribución Gaussiana, ya que se contó

" ¿ xi x =f.!= i:!__

11

con 48 datos para cada minuto.

Se halló la desviación estándar:

Para clasificar las temperaturas se utilizó un clasificador estadístico Gaussiano con un rango de lecturas aceptables

¡.,-~¡ desde X_ a hasta X+ a y se establecieron los siguientes umbrales:

X_ a Umbral Inferior- Las temperaturas inferiores a este umbral se consideran frías.

X+ a Umbral Superior- Las temperaturas superiores a este umbral se consideran calientes.

* Cámara IR

Lado Izquierdo

8 1 7 1 6 1 5 1 4 1 3 1 2 1 1 o "' m '5 m 0::

8 1 7 1 6 1 5 1 4 1 3 1 2 1 1

Lado Derecho

Cámara IR

Con la información anterior se trazan las Curvas Características para cada régimen del motor.

Se obtienen las tendencias para cada motor en cada régimen y se comparan con la curva característica.

Cov(X ,Y ) r x.r

S x .S r

1 n

Cov(X , Y)= - a (Xi - In.:) (Yl - ffiy) n ~~~

=:mpleando el coeficiente de correlación se evalúa cuantitativamente la encia de los motores con respecto a la curva característica:

CURVA CARACTERÍSTICA. Régimen Vacío.

A'orredio 52,49 53,34 53,86 54,5 55,2 t-------- --------;------

~aiSup. 57,97 58 58.49 58,99 59,95 ----allnf.

1

47,01 48,69 49,24 50,01 50~

Tiempo (Minutos)

Comparación entre las Tendencias de los Motores y la Curva Característica

60

58

!.'!! 56

~ 54 !.'!! cv ~ 52

~ 50

48

46 2 3 4 5

Tiempo (Minutos)

D AcADÉMICO

Curva Característica Motor 13

1.0 0.9357

Los resultados fueron los siguientes:

De las gráficas y los cálculos del coeficiente de correlación se observó claramente que el motor 8 es el que se encuentra en mejores condiciones, y contrariamente el motor 13 es el de peor condición .

Para evaluar los Sistemas de Refrigeración y Lubricación sólo se contó con la secuencia de termogramas de dos motores y por este motivo no se pudo hacer un análisis estadístico para ellos, sin embargo se halló la curva característica para cada Sistema del motor en los regímenes de Vacío y Parcial.

Sistema de Refrigeración. Motor 8. Régimen de Vacío

80 , ___________ -------, y= 4 7x + 43 7 • 71

~ 60 +---------------~--=~=r~----~ ::J ; • 0 ¡ 40 +-----~~~~~~--~~~----~ Q. • 32 y = 3 4x + 32 2

E • Ertradlll rtl(iodOf C) 20 +---------i • Salido raóadcr 1- - L.i1eal (Salida raciador)

- L.i1eal (Ertrada rtl(iaclor)

0 +---..-------,,------,------.---i

2 3 4 5

Tiempo (Minutos)

Para cada serie de temperaturas se definió la tendencia lineal por el método de regresión de los cuadrados mínimos:

= N2:XY - t2:XX2:Y) a¡ N2:X 2- (¿xY

Motor 9 Motor 8

0.9555 0.9974

Finalmente, con el valor de la pendiente de las líneas de regresión:

Se evalúo la difusividad operativa del Sistema

(velocidad de calentamiento del sistema), en donde una pendiente mayor indica que hay una rata de calentamiento en el tiempo mayor.

Adicionalmente, se promedió la diferencia de temperaturas para los sistemas a la entrada y salida de éstos, de donde un delta mayor implica mayor eficiencia del radiador para el Sistema de

Refrigeración y el intercambiador agua-aceite para el Sistema de Lubricación:

Conclusiones

Mediante el empleo de la metodología de la Termografía D inámica se encontró fallas en algunos cilindros de los motores y se evaluó la condición general de los Sistemas de Refrigeración y Lubricación.

Esta metodología puede ser aplicada a cualquier sistema termodinámico como: motores, bombas, compresores, turbinas, etc., y sirve como una

herramienta de diagnóstico complementaria a las técnicas tradicionales que puede ser aplicada antes de hacerse un overhaulo parada de planta e incluso durante la operación de éstos para monitorear sus tendencias.

En suma, esta metodología permite reducir los

costos de mantenimiento porque se hace un

=las

:m a 1de de

de ida 10r

de 1ra

la ) S

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·r ..

=-......, ento durante la operación de éstos para _r :>aradas inesperadas o daños mayores, y

- - c.s1 1can en forma confiable y cuantitativa -: e ement o s en buen estado de los

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BtBLI OGRAFfA

"::lEZ Carlos. The Use of Thermography to Detect Aircraft "-essurisation Leaks. Brunel University. London. 1997 .

. The potential Use of IR Thermography to ""::e_:_ect...,.---;cA~irc-raft Pressurisation Leaks. The British N DT journal

SIGHT Northhampton UK. 1999 . . La Estadística Aplicada a los Ensayos no

"":Jest--:-ru-ct"""iv-o-s. Revista Virtual de END para Latinoamérica. 3ogotá, 2000.

e lov V, Taylor R. Theoretical and Practica! Aspeds of the --.ermal NDT of Bonded Stnuctures. -ln: "Res.Techn. in NDT",

5, ed. by R.Sharpe, Academic Press, London, U.K., 'l82, pp.239-280. aldague X., Vavilov.V Thermal Tomography. -ln: Maldague

Nondestructive Evaluation of Materials by lnfrared - .,ermography, Springer Verlag, London, 1992, pp. 157- 162. lavllov V lnfrared Techniques for Materials Analysis and ondestructive Testing.-ln "lnfrared Methodology and

-echnology, Monograph Series "lntern Advances in NDT" , ed. :Jy X. Maldague, Gordon&Breach Science Publisher, 1994, ..JSA , pp.230-309. lavllov V The Basics of Transient IR Thermographic NDT­

Silort Course Notes, SPIE - The lnternational Society for Optical Engineering, 1999.- 95 p. ~TM 1862-97 Measuring and compensating for reflected tem perature using IR imaging radiometers. ASTM 1933-97 Measuring and compensating for emissivity using IR imaging radiometers. ASTM 13 1 1-89 Thermal imaging systems. Mínimum Detectable Temperature Difference for ASTM 1213-97 Thermal imaging systems. Mínimum Resolvable Temperature Difference for. ASTM 1543-94 Thermal imaging systems. Noise Equivalen! Temperature Difference of. ASTM 1934.97 Examining Electrical and Mechanical Equipment with IR Thermography. ASNT SNT-TC-IA- Recommended Practice for Personnel Training in Non-Destructive Testing including Thermography.

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