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7/24/2019 Mantenimiento Predictivo - Termografia - Imprimir

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Mantenimiento Predictivo 01/10/2015

ng. Eduardo Hernndez 1

Ing. Eduardo Hernndez


Ingeniero de Mantenimiento 1 Presidente del Aso. Becarios ESPOCH 1 Presidente del Aso. Ing. Mtto ESPOCH Mejor Egresado de los aos 2002 y 2003 Jefe del Taller Mecnico PISA Sub director de Mantenimiento BIOALIMENTAR Fundador del Grupo de Investigacin y Desarrollo del

Mantenimiento en el Ecuador

APORTES:

Mantenimiento rentable autosustentado MRA Herramientas mesuradas del mantenimiento Disponibilidad de sistemas en serie y paralelo

ING. EDUARDO HERNNDEZ

Mantenimiento Predictivo


Mantenimiento Predictivo

CAPTULO 1DIAGNSTICOTERMOGRFICO

CONTENIDO:

1. El espectro electromagntico y conceptos bsicos de fsica

trmica.2. Tecnologas para la adquisicin de termogramas infrarrojos.3. Mediciones termogrficas.4. Diagnstico mediante termografa infrarroja.5. Anlisis temogrfico mediante software y Reportes.

6. Taller pedaggico: Laboratorios de termografa.


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INTRODUCCIN A LA TERMOGRAFA


Introduccin a la termografa

La termografa es un mtodo de inspeccin de equipos elctricos ymecnicos mediante la obtencin de imgenes de su distribucinde temperatura.

Este mtodo de inspeccin se basa en que la mayora de loscomponentes de un sistema muestran un incremento detemperatura cuando desarrolla un modo de falla.

Tiempo

Condicin

Falla incipiente

Falla Potencial

Falla Funcional

Intervalo P - F

I

P

F

Ing. Eduardo HernndezIntroduccin a la termografa

Rodamientos de un equiporotativo de se calienta cuando

tiene algn problema.

Incremento de temperatura en uncircuito elctrico donde algunaconexin de ha aflojado.


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Observando el comportamiento trmico de los componentes,se puede detectar sus defectos y evaluar su severidad.



La herramienta de inspeccin utilizada por los inspectores esuna cmara termogrfica, misma que mide las emisionesnaturales de radiac in infrar ro japrocedente de un objeto ygeneran una imagen trmica sin contacto fsico con elsistema, por lo que las inspecciones pueden realizarse sinprdida o reduccin de productividad.

Ing. Eduardo HernndezHistoria de la termografa infrarroja

La radiacin infrarroja fuedescubierta en 1800 por SirWilliam Herschel cuando lestaba midiendo latemperatura de varioscolores del espectro visibleproducidos por la luz solar alhacerla pasar por un prisma.


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Historia de la termografa infrarroja

Fue astrnomo real del rey Jorge III deInglaterray ya famoso por haber descubierto elplaneta Urano en 1781, se puso a la bsqueda deun material para fil tros pticos que lograsereducir el brillo de la imagen del sol en lostelescopios de refraccin al realizar observacionessolares.

Al probar varias muestras de cristal de colores que reducan elbrillo se dio cuenta que dejaban pasar una cantidad de calorsuficiente para daar los ojos a los pocos segundos deobservacin.



Por este motivo centro suinvestigacin en latemperatura que dejabapasar los distintos cristales ams del efecto de opacar elbrillo de la luz.


Para tal efecto utiliz el prisma de Newton y midi lentamentelos colores obtenidos con un termmetro sensible demercurio, tal como lo hiciera el i n vest igado r i t al ianoLandriani en 1777, y constat que las lecturas de lastemperaturas mostraban un incremento fijo desde el extremovioleta hasta el rojo, no obstante, pudo notar por primera vezque la temperatura segua incrementndose ms all del rojoen la zona obscura.


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Observaciones de la temperatura de los colores de la luz porSir William Herschel



Cuando Herschel revel sudescubrimiento, denomin a estanueva regin del espectroelectromagntico espectrotermomtrico. A veces hizoreferencia a la propia radiacincomo calor oscuro o simplemente

losrayos invisibles.

En 1840, John Herschel, hijo de SirWilliam Herschel obtuvo la primeraimagen trmica de un objeto calientea la que el mismo la llamtermograma.


En 1880, Samuel Pierpont Langleyinvent el bolmetro que permita medirla cantidad total de radiacinelectromagntica procedente de unobjeto.

En 1929, Kalmn Tihanyi desarroll elprimer sistema infrarrojo llamadoevaporgrafo . Era pesado y difciles demanejar. Necesitaba un sistema paralelo

de refrigeracin.


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Sobre la dcada de los ochenta sedesarrollaron los sensores de efecto trmicoo tambin llamados microbolmetros.

Genera una seal elctrica proporcional a lapotencia del infrarrojo recibido. No necesitarefrigeracin, su tamao y peso sonreducidos.

En 1990 se concede la patente de losmicrobolmetros a Honeywell que es unaimportante empresa multinacional queproduce una variedad de productos deconsumo, servicios de ingeniera y sistemasaeroespaciales. Desde entonces, sonposibles las aplicaciones no militares.abarcando desde la industria hasta lamedicina y rescate de personas.


ESPECTRO ELECTROMAGNTICO

Ing. Eduardo HernndezEspectro electromagntico

Todos los materiales que estn a una temperatura por encimadel cero absoluto emiten energa en forma de ondaselectromagnticas que se convierten en una seal elctricapor el detector (microbolmetro), esta seal se transformaen una imagen en blanco y negro o color.

La radiacin electromagntica est formada por lacombinacin de campos elctricos y magnticos oscilante (elcampo elctrico es perpendicular al campo magntico), quese propagan a travs del espacio en forma de ondasportadoras de energa.

Las ondas electromagnticas viajan a travs del espacio, yno necesitan de un medio material para propagarse como enel caso de las ondas mecnicas.


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Espectro electromagntico



Se denomina espectro electromagntico a la distribucin de lasondas electromagnticas en funcin de su longitud de onda (l) o asu frecuencia (f).

Se cree que el lmite para la longitud de onda (l) ms pequeaposible es la longitud de Planck (1,616199 x1035 m) mientras queel lmite mximo sera el tamao del Universo aunque formalmenteel espectro electromagntico es infinito y continuo.



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BandaLongitud de

onda (m)

Frecuencia

(Hz)Energa (J)

Rayos gamma < 10x1012m > 30,0x1018Hz > 201015 J

Rayos X < 10x109m > 30,0x1015Hz > 201018 J

Ultravioleta extremo < 200x109m > 1,5x1015Hz > 9931021 J

Ultravioleta cercano < 380x109m > 7,89x1014Hz > 5231021 J

Luz Visible < 780x109m > 384x1012Hz > 2551021 J

Infrarrojo cercano < 2,5x106m > 120x1012Hz > 791021 J

Infrarrojo medio < 50x106m > 6,00x1012Hz > 41021 J

Infrarrojo

lejano/submilimtrico < 1x103m > 300x109Hz > 2001024 J


BandaLongitud de

onda (m)

Frecuencia

(Hz)Energa (J)

Microondas < 102m > 3x108Hz > 21024 J

Ultra Alta Frecuencia Radio < 1 m > 300x106Hz > 19.81026 J

Muy Alta Frecuencia Radio < 10 m > 30x106Hz > 19.81028 J

Onda Corta Radio < 180 m > 1,7x106Hz> 11.221028

J

Onda Media Radio < 650 m > 650x103Hz > 42.91029 J

Onda Larga Radio < 10x103m > 30x103Hz > 19.81030 J

Muy Baja Frecuencia Radio > 10x103

m < 30x103

Hz < 19.81030

J


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El fsico escocs, James Clerk Maxwell (1831-1871) fue el primeroen hacer la observacin terica de que un campo

electromagntico se propagaba en forma de ondas, tanto en unmedio material como en el vaco a velocidad constante.

El fsico alemn Heinrich Hertz (1857-1894), en 1888, fue elprimero que construy un aparato que emita y detectaba ondaselectromagnticas VHF y UHF.

Albert Einstein (1879-1955), en su teora especial de la relatividad,dio con la solucin terica que explica la constancia de la velocidadde la luz, que desde la XVII Conferencia General de Pesos yMedidas de 1983 se acord fijar 299.792.458 m/s, aunqueredondeando suele decirse que es de 300.000 km/s.



El comportamiento de las radiaciones electromagnticas dependede su longitud de onda y de la cantidad de energa que lleve.

Ing. Eduardo HernndezOndas de radio

No es necesario un medio fsico para su propagacin;pueden propagarse incluso por el vaco.

Su transmisin no es sensible a las atenuaciones producidaspor la lluvia ya que se opera en frecuencias no demasiadoelevadas.


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Microondas

No atraviesan bien los impedimentos como lo hace la onda deradio, por lo que las antenas y los emisores deben estar muybien alineadas entre s. Viajan en lnea recta y produce unarelacin seal/ruido muy alta.

Su principal aplicacin se encuentra en la comunicacin otransmisin terrestre y satelital.


Radiacin Infrarroja

La radiacin infrarroja se define como aquella que tiene unalongitud de onda entre 0,78 m y 1000 m (micras). Los rayosinfrarrojos se subdividen en funcin de la proximidad delongitud de onda a la luz visible como cercanos, medios olejanos. La gran mayora de las aplicaciones analticas se hanrestringido al uso de la parte del infrarrojo medio.

Ing. Eduardo HernndezLuz visible

Nuestros ojos solamente reaccionan a las ondaselectromagnticas que ocupan el rea de luz visible en elespectro electromagntico. Cada color corresponde a unadeterminada longitud de onda.

La luz puede modularse y as ser usada para transmitir

informacin. Las ondas de luz pueden transmitirse en elespacio libre usando un rayo de luz lser o bien a travs de uncable de fibra ptica.


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Luz visible


Luz visible

Ing. Eduardo HernndezLuz ultravioleta

El Sol es una importante fuente emisora de rayos ultravioleta

los cuales, en exposiciones prolongadas, pueden causarcncer de piel. Este tipo de radiaciones, debidamentecontroladas, tienen diversas aplicaciones en medicina.


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Rayos X

Los rayos X son una radiacinelectromagntica no perceptible

por el ojo humano.A causa de su corta longitud deonda pueden atravesar cuerposopacos e impresionar pelculasfotogrficas.

Desde su descubrimiento, hansido muy utilizados en medicina.Sin embargo, requieren de controlsistemtico pues un exceso deradiaciones, pueden causar daoal organismo humano.


Radiacin gamma

Debido a su alta energa(radiacin ionizante) es

capaz de penetrar profundamente en lamateria y pueden causargrave dao al ncleo de lasclulas. Pero, debidamentecontrolados, se usan en laesterilizacin de alimentosy de equipos mdicos.

La radiacin gamma es la radiacin ms energtica del espectroelectromagntico por su muy alta frecuencia. Se produce enelementos radioactivos, procesos subatmicos y en fenmenosastrofsicos de gran violencia, como algunas explosiones de estrellasy agujeros negros.

Ing. Eduardo HernndezLey de Plank

La ley de Planck describe la radiacin electromagntica emitida porun cuerpo negro en equilibrio trmico en una temperatura definida.

La intensidad de la radiacin emitida por un cuerpo negro (o radianciaespectral) es funcin de la temperatura T y frecuencia

=2 3

1

1

=

=

=


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Ley de Plank

380

780

150 4000

475

Sol con una temperaturasuperficial de unos 5000 K noslleva a que el 99% de la radiacin

emitida est entre las longitudesde onda 150 nm hasta 4000 nm yel mximo ocurre a 475 nm. La luzvisible se extiende desde 380 nma 780 nm. La radiacin ultravioletau ondas cortas iran desde los 150nm a los 380 nm y la radiacininfrarroja u ondas largas desde los780 nm a 4000 nm.


Ley de Plank


Medida directa delsol usando unespectroscopio


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Ley de Plank


Ley de Plank

La aplicacin de la Ley de Planck a la Tierra con una temperaturasuperficial de unos 288 K (15 C) nos lleva a que el 99% de laradiacin emitida est entre las longitudes de onda 3 m(micrmetros o micras) y 80 micras y su mximo ocurre a 10 micras.

780 nm3

m

80

m

Infrarrojo lejano



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CONCEPTOS BSICOS DE FSICA TRMICA


Principios fsicos bsicos de la materia

La Termodinmica es la parte de laFsica que estudia las relaciones entrelas diferentes propiedades de lamateria que dependen de latemperatura.

En otras palabras la termodinmicaest relacionada con el flujo de calordesde el punto de vista macroscpico.

Sus leyes proporcionan una relacinentre el flujo de calor, el trabajo y laenerga interna del sistema, inaplicablesa nivel cuntico.

Termodinmica

Ing. Eduardo HernndezPrincipios fsicos bsicos de la materia

A esta ley se le llama de "equil ib r io trmico ". El equilibriotrmico debe entenderse como el estado en el cual los sistemasequilibrados tienen la misma temperatura. Esta ley dice:

"Si d os sis temas A y B estn a la mism a temperatura, y B

est a la m isma tem peratura que un tercer sis tema C,

entonc es A y C estn a la m ism a temperatura"

Este concepto fundamental, aun siendo ampliamente aceptado,no fue formulado hasta despus de haberse enunciado las otrastres leyes. De ah que recibe la posicin cero.

Ley cero de la termodinmica


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Esta primera ley, y la ms importante de todas, tambin conocida

como principio de conservacin de la energa, dice:

"L a energa no p uede ser c reada ni destr uida, slo p uede

transfor marse d e un tip o de energ a en otro "

Da una definicin precisa del calor, y lo identifica como una forma deenerga. Puede convertirse en trabajo mecnico y almacenarse, perono es una sustancia material.

Experimentalmente se demostr que el calor, que originalmente semeda en unidades llamadas caloras, y el trabajo o energa, medidosen julios, eran completamente equivalentes. Una calora equivale a4,186 julios.

Primera ley de la termodinmica



La segunda ley dice:

"solamente se pu ede real izar un trabajo m ediante el paso del

calor de un cuerpo con m ayor temperatura a uno que tienemenor temperatura"

Cuando dos objetos con diferente temperatura se ponen en contactose transfiere energa de uno al otro. Esta transferencia de energacontina hasta que el sistema alcance una condicin estable, llamadaequilib rio trmic o.

La segunda ley de la termodinmica da, adems, una definicinprecisa de una propiedad llamada en tr op a(fraccin de energa deun sistema que no es posible convertir en trabajo).

Segunda ley de la termodinmica

Ley cero de la termodinmica


El tercer principio de la termodinmica afirma que el cero absoluto nopuede alcanzarse, pues el cuerpo o sustancia debera de estartotalmente aislado de cualquier fuente de calor, lo que no es posible.

Es p o si bl e a cer car se i nd ef in id am en te al c er o ab so lu to , p er o nunca se puede l l ega r a l".

Tercera ley de la termodinmica

El cero absoluto de temperatura (0 K o -273 C) es la temperatura ms baja quetericamente se podra alcanzarse. En elcero absoluto las partculas del cuerpo osustancia estaran sin movimiento. Esto es,

no tendran energa cintica y loselectrones se condensaran en el nivel deenerga ms bajo.


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Gustav Kirchhoff en 1862, introdujo el nombre de cuerpo negro.

Toda la materia emite radiacin electr om agntic a cuan do s e

encuentra a una temperatura por encima del cero absoluto

Ley de Kirchhoff

La energa emitida depende de la

naturaleza de la superficie

Una superficie mate o negra tiene un poderemisormayorque una superficie brillante.

La energa emitida por un filamento decarbn incandescente es mayor que la de unfilamento de platino a la misma temperatura.

15 %



Tambin sucede a la inversa, toda la materia absorbe radiacinelectromagntica de su entorno.

Un objeto que absorbe toda la radiacin que incide sobre l, s edenomina cuerpo negro

No todos los cuerpos absorben toda la radiacin que incide sobre l.Por lo general solo una fraccin de esa radiacin se absorbe, otra detransmite y otra se refleja.

Un mal reflector es un buen emisor, un buen reflector es un mal emisory un buen emisor es un buen absorbente de dicha energa.

Ley de Kirchhoff


La ley de Kirchhoff tambin establece que:

La suma de la radiacin que sale de la superficie de unobjeto es igual a uno (1)

+ p+ t= 1

= absorcinp= reflexint= transmisin

Ley de Kirchhoff


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Cuerpos negros

17 C



Cuerpos gris

17 C


Cuerpos negros


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Los cuerpos tienen otra propiedad

fundamental, que permite determinarsi ellos estn en equilibrio trmicocon otros objetos. A esta condicinse le llama temperatura. Se dice quedos objetos estn en equilibriotrmico si y solo si tienen la mismatemperatura.

Entonces, temperatura es sim plem ente, una m ed ida de la ac t iv idad molecu lar. La ciencia queestudia la medicin de latemperatura se llama termometra.

Temperatura



La medicin de temperatura ms ampliamente utilizada en trabajoscientficos es la escala Celsius ya que hay 1 00 d iv is io n es en tr e el punto de ebul lic in del agua y su punto de congelac in . Esllamada con frecuencia escala centgrada.

Otra escala de medicin de la temperatura fue desarrollada en 1714

por Gabriel Daniel Fahrenheit. En esta escala el pun to de c o ngel ac i n del a gua e s 32F y el d e e bu ll ic in 212 F.

La escala absoluta de temperatura referente a la centgrada, es laKelvin (K), equivalente a 273 C aproximadamente; y la referente ala Fahrenheit es la escala Rankin (R) equivalente a 460 Faproximadamente.

Temperatura


Temperatura


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Unidades de transferencia de calor:

F = C * 1,8 + 32C = (F - 32) / 1,8K ~ C + 273R ~ F + 460

Estas ecuaciones son utilizadas para convertir de una escala aotra, sin embargo para conversiones entre diferencia o variacinen temperaturas (T),se debe utilizar la siguiente relacin:

F =C * 1,8

Temperatura



Temperatura

41

77

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5 10 15 20 25 30 35

ESCALA

Fahrenheit

ESCALA CENTGRADA

F = 68

C = 20


Es l a e ner ga trm ic a q u e f lu ye e nt re d o s c uer p os o med io s e n

con tacto , desde e l ms cal i en te a l menos cal i en te.

El calor es simplemente otra forma de energa que puede medirse sloen funcin del efecto que produce y se mide en tres tipos de unidades.

Una CALORA (cal) es la cantidad de calor necesaria para elevar enun grado centgrado la temperatura de 1 g de agua.

Una KILOCALORA (Kcal) cantidad de calor para elevar en un gradocentgrado la temperatura de un kilogramo de agua.

Una UNIDAD TRMICA BRITNICA (Btu) es la cantidad de calor

necesaria para elevar en un grado Fahrenheit la temperatura de 1libra de agua.

Calor


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Transferencia de calor



La conduccin tiene lugar en la transmisin de calor en cuerposslidos. Cuando se calienta un cuerpo, las molculas que recibendirectamente el calor aumentan su vibracin y chocan con las que lasrodean; estas a su vez hacen lo mismo con sus vecinas hasta quetodas las molculas del cuerpo se agitan, por esta razn, si el extremode una varilla metlica se calienta con una flama, transcurre cierto

tiempo hasta que el calor llega al otro extremo.

Fundamentos de la conduccin


La ley de Fourier establece que la tasa de t r ans ferenc ia de ca lo rporconduccin en una direccin dada, es proporcional al rea normal a ladireccin del flujo de calor y al gradiente de temperatura en esadireccin.

q A * Tq = k * (A * T)/L

Donde

A: rea normal a la direccin del flujo de calor.L: Largo del paso o el espesor del material.T: Gradiente de temperatura.k: Factor de proporcionalidad conocido como conductividad termal delmaterial.



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Conductividad trmica en W / (K*m)

Material k Material k Material k

Acero 47 - 58 Corcho 0,03 - 0,04 Mercurio 83,7Agua 0,58 Estao 64,0 Mica 0,35

Aire 0,02 Fibra de vidrio 0,03 - 0,07 Nquel 52,3

Alcohol 0,16 Glicerina 0,29 Oro 308,2

Alpaca 29,1 Hierro 80,2 Parafina 0,21

Aluminio 209,3 Ladrillo 0,80 Plata 406,1 - 418,7

Amianto 0,04 Ladrillo

refractario

0,47 - 1,05 Plomo 35,0

Bronce 116 - 186 Latn 81 - 116 Vidrio 0,6 - 1,0

Zinc 106 - 140 Litio 301,2 Cobre 372,1 - 385,2

Madera 0,13 Tierra hmeda 0,8 Diamante 2300

Titanio 21,9



Cuando de hace anlisis termogrfico, se debe tomar en cuenta estaley, ya que por ejemplo:

En instalaciones elctricas, mientras ms grande el dimetro del cable,mayor ser la cantidad de calor transferido y en elementos mecnicoscomo carcasas, el aluminio tiene mayor conductividad trmica que el

acero por lo tanto este conduce ms calor.

Tambin se debe tomar en cuenta que la termografa infrarroja solos e p u ed e med ir l a t em per at ur a d e l a s up er fi ci e . Esto significa queen todo momento se desconocer la temperatura del interior de loscuerpos, por lo que se debe prestar especial atencin (en cuanto a laconductividad trmica de la superficie) cuando los objetos a analizarestn cubiertos por xidos, sedimento, obstrucciones, acumulaciones,etc.



O cuando el objeto est provisto de una carcasa con o sin sistema derefrigeracin como en el caso de los motores elctricos donde ladiferencia de temperatura entre la superficie de la carcasa y su interiores de aproximadamente 20 C. A esto se le conoce como observacinindirecta.
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Tambin se debe tomar en cuenta que,la transmisin de calor no solo sepropaga unidireccionalmente, sino quepuede propagarse lateralmente, deforma tal que el calor rodeediscontinuidades o defectossuperficiales como: picaduras,porosidad, corrosin, fisuras, pequeasinclusiones, defectos de laminacin, etc.impidiendo observar contraste odiferencia termal en la superficie.




En l q ui do s y g as es la conveccin es usualmente la forma mseficiente de transferir calor. Tiene lugar cuando un volumen de fluidocaliente asciende hacia la regin de fluido fro, cuando esto ocurre, elfluido fro desciende tomando el lugar del fluido caliente que ascendi.

La c onvecc in es un f enmeno de t rans po rt e (ma te ri a y ener ga )

producido por la diferencia de densidad. Cuando un fluido se calienta,se expande; en consecuencia su densidad disminuye.

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficie fra,el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende de laspropiedades del fluido y si se mueve por conveccin natural, por flujolaminar o por flujo turbulento.

Fundamentos de la conveccin




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El cable secalienta porconduccin porser un slido;pero Por qudisminuye latemperatura alalejarse de lafalla?

El cable caliente se encuentrasumergido en un fluido ???



La radiacin es un mtodo de transferencia de calor que toma lugarentre dos cuerpos separados como resultado de la emisin y recepcinde ondas electromagnticas.

Fundamentos de la radiacin

La transferencia de calor porradiacin no depende del tipo

de material (slido, lquido ogaseoso) y puede realizarse atravs del vaco a la velocidadla luz, sin el soporte de ningnmedio material. Es de estaforma como el calor del solllega a la tierra.


El aire en reposo tiene una baja conductividad trmica, pero deja pasarlibremente la radiacin de calor. El calor irradiado pude atravesar unahabitacin de pared a pared sin afectar el aire que est en el interior, taly como la energa trmica de una fogata puede calentar las manos deuna persona sin entrar en contacto directo con ella.

Fundamentos de la radiacin


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OPERACIN DE LOS EQUIPOS DE INFRARROJO


El proceso por el cual una cmara trmica transforma la energatrmica en la luz visible se compone de cinco pasos bsicos.

1. Utiliza un lente especialmente diseado para enfocar laradiacin infrarroja que se emite de todos los objetos dentrodel campo de visin del lente de la cmara.

Funcionamiento de las cmaras infrarrojas


2. Los detectores infrarrojos (microbolmetros) son utilizadospara explorar esta radiacin enfocada. Los detectores son losencargados de crear lo que se llama un termograma, o unmapa de temperatura.

3. La termografa se traduce en impulsos elctricos.4. Los impulsos elctricos son enviados a una unidad de

procesamiento de seales en los que se traducen en datos.La unidad de procesamiento de seales es un pequeo chipque est incrustado en una placa de circuito, que se utilizapara traducir los impulsos elctricos en datos utilizables.

5. Una vez traducida, la unidad de procesamiento de sealesenva los datos a la pantalla donde se convierte en visiblepara el espectador.



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1. Las cmaras infrarrojas pueden ver debajo de la superficie delobjeto.

Falso. Las cmaras infrarrojas solo ven la superficie del objetoy calcula la temperatura de tres fuentes para totalizar laenerga calorfica (energa reflejada, energa transmitida yenerga emitida)

2. Todos los materiales se pueden medir fcilmente con unacmara infrarroja

Falso. Los materiales opacos de alta emisividad proveenmejor medicin ya que en la mayora de ellos se conoce suemisividad exacta. Para materiales de baja emisividaddebemos compensar la temperatura reflejada para obteneruna medicin aproximada.

Mitos de las cmaras termogrficas

Ing. Eduardo HernndezMitos de las cmaras termogrficas

3. El color de la superficie impactara la medicin de temperaturadel objeto

Falso. La emisividad no est relacionada con los colores sinocon la radiacin que reflejan los objetos.


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4. Las cmaras termales nunca deben usarse a la luz del da.

Falso. Las cmaras termales no operan en el espectro de luzvisible sino en el espectro infrarrojo, por tanto no detectan laluz visible. Por otro lado apagar la luz no ayuda en nada.



5. Mientras ms grande sea la sensibilidad termal mejortrabajara la cmara para mi aplicacin termal

Falso. Las cmara termogrficas de alta sensibilidad son muycostosas por tanto es mejor determinar los requisitos de laaplicacin. Para la mayora de las inspecciones y aplicacionesde ingeniera 1C es ms que suficiente.

6. Mientras ms cara sea la cmara infrarroja, mejor trabajarapara mi aplicacin, especialmente en trminos de sensibilidady rango de temperatura.

Falso.

Ing. Eduardo HernndezMitos de las cmaras termogrficas


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Normalmente, los instrumentos IR (Infrarrojos) son calibrados o verificados

anualmente (para ello se utilizan cuerpos negros).

La certificacin de la calibracin se destina a la calidad y a proporcionar uninstrumento jurdico para un fabricante, usuario o cliente, para garantizar losvalores de una realidad fsica.

Para abaratar el costo de calibracin, se puede congelar agua destilada osimplemente llevarla al punto de ebullicin, y observar la temperatura con suradiometra.

Para ello se requiere:1. Conocer la temperatura exacta del agua2. Que la superficie del agua sea ms grande que el termograma3. Que la iluminacin y otras fuentes de calor impacten mnimamente.4. Que use contacto trazable termomtrico para garantizar la espera de

lectura.

Calibracin de equipos termogrficos

Caractersticas y funciones de los equipos


Enfoque

Los problemas ms comunes con la mayora de las imgenestermogrficas son debidos a la captura de imgenes desenfocadas.Esto hace que el anlisis y la evaluacin sea cada vez ms difcilporque una imagen termogrfica desenfocada puede generar una

disminucin de la temperatura real sobre todo si estamos midiendopuntos muy calientes.

Perspectiva y Composicin

Debe mostrar el objeto de inters lo ms grande posible; y tambindebe mostrar la relacin con el rea circundante y asegurarse que semuestre el problema y sus causas.

Operacin de los equipos



Rango trmico

El rango de temperatura de una cmara termogrfica son los valoresmximos y mnimos de temperatura que una cmara infrarroja puede medircon precisin.

La medicin de un objeto con una alta temperatura mediante un rango detemperaturas bajo puede causar que la imagen tomada aparezca confusaporque no se puede determinar el punto ms caliente del objeto debido aque la termografa se mostrar de color blanco (por ejemplo, si el objetotiene un punto caliente de 300 C y usamos un nivel de temperatura de -40a 120 C slo se ver una imagen en blanco en la pantalla de su cmaratermogrfica).




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Span Trmico

En termografa el "span" trmico se refiere a la diferencia entre el ajustede temperatura alto y bajo de una imagen infrarroja.

El control del "span" pude ser ajustado en manual o automtico.




Resolucin

La resolucin de una cmara infrarroja depender del detector (microbolmetro), del lente y de la trayectoria ptica.

Ejemplos de Resolucin Trmica:

80 x 80 pixeles120 x 90 pixeles160 x 120 pixeles240 x 180 pixeles320 x 240 pixeles480 x 360 pixeles640 x 480 pixeles




Comparacin entre distintas resoluciones




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La resolucin una relacin respecto a la distancia en metros y alrea en milmetros cuadrados, dando como resultadomiliradianes [mRad]. Existen dos tipos de resolucin, la espacial yla de medicin.

Reso luc in espac ial ( IFOV). -Es el ms pequeo detalle quepuede ser resuelto y al s er m ult ip lic ad a p or la d is tan cia en metros nos ind ica el rea en milmetros cuadrados

r ep r esen tado po r cada p i xe l. Por ejemplo, si una cmara tieneuna resolucin espacial de 2,2 mRad y se toma una termografade un objeto situado a 10 m de distancia, cada pixel de latermografa representar una superficie de 22 mm2 de dichoobjeto.




.

rea representada por un pixel a diferentes distancias




Resolucin de Medicin.-Es el menor detalle que puede ser medido ya queun objeto puede ser visto pero puede estar muy pequeo o distante paramedirlo con precisin

El tamao del detector de los lentes y la distancia definen el tamao mnimo delo que podemos ver y de lo que podemos medir.

En la figura se indica un punto caliente en una fusilera, pero no se lo puedemedir. Al acercarse se puede medir resolviendo en parte el problema de laresolucin de medicin.

Comparacin entre distintas resoluciones




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Distancia

La distancia tambin se convierte en un factor importante entermografa. Esto est relacionado con dos cosas, primero con laresolucin espacial de la cmara y segundo con la condicinatmosfrica (1 metro).

El conocimiento de la resolucin de su cmara termogrfica esimportante debido a la capacidad de la cmara para capturar elpunto ms pequeo en un rea de 1 pxel. Se debe acrquese losuficiente a su objeto para que pueda obtener una lectura

correcta.




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Paleta de colores

Las paletas de color desempean un papel importante en elanlisis termogrfico ya que segn sean elegidas representarande mejor manera o no la distribucin trmica del objeto.

Sin embargo, la decisin de cual paleta usar depende deltermgrafo. Por ejemplo, las paletas arco iris por lo general seusan en tuberas, ya que mejoran la distribucin trmica deinfrarrojos en el objeto.

Este es simplemente un hbito no demasiado significativo en losresultados.




Visualizacin aplicando distintas paletas de colores



Sensibilidad

La sensibilidad trmica, es la resolucin termal o diferencia de temperaturaequivalente de ruido (NETD: Noise Equivalent Temperature Difference).

La sensibilidad trabaja con el cambio en temperatura ms pequeo en lasuperficie del objeto que puede ser claramente detectada por la cmara. Lasensibilidad de la temperatura es expresada por el trmino diferencia detemperatura mnima resoluble (MRTD: Minimum Resolvable TemperatureDifference).

Una cmara infrarroja tpicamente puede tener un MRTD de 0.1 C a unos

30C de temperatura del objeto. Mientras ms alto sea el valor MRTD,menos sensitiva es la cmara a los cambios de temperatura de lasuperficie.




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Portabi l idad

Es un factor clave al seleccionar su sistema infrarrojo, ya que en muchos casospara cumplir con las rutas de inspeccin se requieren de arduas horas de lobarque podran resultar agotadoras.

Obtencin de imgenes ptimas

Para obtener imgenes termogrficas ptimas, se debe tomar en cuenta realizartres ajustes y cuatro factores crticos.


Factores crticos

Correccin de emisividad

Carga del equipo

Entender los efectos y

limitaciones del clima

Ajustes crticos

Enfoque de la cmara

Rango de temperatura

Distancia de operacin



Reconocimiento y manejo de los reflejos

Una vez identificado un posible problema, este debe ser revisadodesde diversos ngulos o perspectivas para confirmar que nuestrodiagnostico sea correcto ya que si al observarlo desde otro ngulodesaparece o se mueve, se podra tratar de un reflejo y no de un modode falla.

Efecto del reflejo en una termografa de un transformador



Ing. Eduardo HernndezCaractersticas y funciones de los equipos

Reconocimiento y manejo de la conveccin

El viento influye en la diferencia de temperatura. Cuando la velocidad del vientoaumenta, algunos puntos calientes pueden pasar desapercibidos desestimando sutemperatura y severidad. La conveccin se produce tambin en interiores.

Mientras sea posible, evite realizar inspecciones cuando el viento sea mayor de 16km/h (kph). Use un "span" estrecho y busque aun pequeas diferencias.

Efecto del viento en termografa



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MEDICIN DE TEMPERATURA


Medicin de temperatura

Mediciones de temperatura precisas

Cmo ya se ha indicado anteriormente, la cmara detecta laradiacin infrarroja, pero esta radiacin podra ser ref lejada,t ransm i t ida o em i tiday de estas, solo la radiacin emitida indicala temperatura del objeto.

Emisividad

La emisividad, llamada antiguamente emitancia, es la capacidad

de un objeto para emitir energa infrarroja y se define como larazn ent r e l a ene rga em it i da po r l a super f ic i e y l a ene rgaque sera emit ida por un cuerpo negro a la m isma

temperatura.Cuanto ms pequeo sea el valor de la emisividad,mayor ser la reflexin de dicha superficie, siendo 1,0 el valormximo.

La emisividad puede tener un valor desde 0 (espejo brillante, reflectorperfecto) hasta 1,0 (radiador de Planck, emisor perfecto, cuerpo negroperfecto).

Ing. Eduardo HernndezMedicin de temperatura

La mayora de las superficiesorgnicas, pintadas (de cualquiercolor), oxidadas y las cintas deaislar tienen valores deemisividad cercanos a 0,95. Enestas las mediciones sonconfiables y repetibles.

Si se va a realizar inspeccionescualitativas, se debe utilizaremisividades de entre 0,9 y 1,0.

Si se requiere medir valores

reales de temperatura, se debeutilizar la emisividad propia delmaterial que se vaya a medir.


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Los valores de la emisividad d eb en u ti li zar se s o lo c omo g ua ,sobre todo en valores menores a 0,60 por ser inestables y ser muy

difcil obtener mediciones reales aunque se ajuste el valor de laemisividad porque tienen una alta reflexin trmica.

ngu lo de v isin

Se debe mantener el ngulo de visin de la cmara tanperpendicular como sea posiblea la superficie que se deseatermografiar para no alterar las mediciones de temperatura.

En algunos casos al cambiar el ngulo de visin, cambia tambin ladistribucin de calor de la termografa o vara la forma del objeto eincluso los objetos curvos podran parecer estar a temperaturadiferente.



Efecto del ngulo de visin en termografa


Prevenc in de e r ro r es

El primer factor que se debe tomar en cuenta en la prevencin deerrores es la re lac in dis tanc ia tamao del objeto. A menudose cometen errores de medicin cuando el objeto es ms pequeoque el rea mnima observable. Las temperaturas del medio sonintegradas a las lecturas del instrumento, por tanto se debeasegurarse de estar a una distancia propia para la medicin.

Esta distancia tampoco debe ser demasiado corta, porqueprovocara errores de apreciacin y en este caso tampoco sepodra interpretar adecuadamente la termografa.


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Errores de relacin distancia tamao del objeto



Cua nd o el o bj et o s e en c ue nt re u n a t an to al ej ad o , s e d eb e u sa r

l en tes a pr o pi ad o s p ar a es ta a pl ic ac in . Es de gran utilidad,adems de contar con el lente estndar de la cmara, tener lentesde ngulo ancho y telefotos.

Cada lente debe ser calibrado en forma particular a la cmaratermogrfica.

Errores de distancia focal


Por otra parte, un mal enf oqueimpedira distinguir correctamenteel objeto bajo observacin y distorsionara la emisividad que llega ala cmara atenundola, por tanto la temperatura del objetoparecera menor. En conclusin, un mal enfoque llevara a undiagnstico errneo.

Errores de enfoque


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Otra accin para la prevencin de errores consiste en la seleccinadecuada de la cmara con respecto al r ango de t empera tu ray nivelen funcin de la temperatura promedio de los puntos calientes que se

deseen medir.

Algunos problemas pueden pasar desapercibidos por el termgrafo, sino hace una seleccin apropiada de los rangos de temperatura y elnivel o sensibilidad de la cmara.

Errores de rango de temperatura



Se debe considerar tambin que la resolucin es un factor muyimportante para la seleccin de una cmara termogrfica. No t od as las cmaras pueden ut i l izarse para todos los t rabajo.

A mayor resolucin mejor calidad de imagen termogrfica y arrojamayores detalles.

Errores de resolucin


Ambiente del Objeto

Es la temperatura del aire registrada en el instante de la lecturaque vara en funcin de la radiacin de los diferentes objetos.

Aunque se la puede medir con la misma cmara es preferibleutilizar un termmetro.

Datos atmosfricos

El principal dato atmosfrico a considerar y que es uno de losfactores para la seleccin de la cmara es la temperatura deoperacin.

Inspecciones externas en climas extremadamente fros e

inspecciones en hornos y otras aplicaciones en ambientes altos detemperatura requerirn cmaras con diferentes capacidadesambientales de operacin.


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Las cmaras termogrficas a travs del ajuste del parmetrodenominado "temperatura de fondo o del entorno" compensan elefecto de la radiacin emitida por el entorno y reflejada en la superficie

del objeto.

Algunos parmetros, como el viento en las superficies, influyen en lasmediciones, en particular sobre superficies expuestas al exterior, comolos motores, transformadores, fachadas de edificios, etc. En donde laprdida de calor por conveccin puede ser importante y enmascarar elcalentamiento de un elemento defectuoso.

Para evitar este problema se debe aprovechar la noche utilizando comofondo el cielo, ya que presenta la ventaja de dotar de un gran contraste alas imgenes termogrficas, por poseer una temperatura muy baja,ofreciendo un contraste muy elevado con los elementos elctricos ainspeccionar.



Una toma termogrfica en condiciones complementarias, como la nochey el da, puede ayudar a eliminar factores y a encontrar las causasreales de los fallos, ya que por ejemplo el efecto de almacenamiento dela radiacin infrarroja solar es casi nulo por la maana, lo cual no ocurreal final de la tarde.


DIAGNSTICOMEDIANTETERMOGRAFAINFRARROJA


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La aplicacin de la termografa cubre un amplio rango de campos,que van desde el industrial en varios mbitos hasta el de rescate y lamedicina.

Inspecciones cualitativas

Consiste en Identificar y localizar los problemas existentes en losdiferentes sistemas inspeccionados, basados en el mtodocomparativo de sus rasgos anormales de operacin, sin cuantificar lacantidad de perdida de calor.

Una diferencia de temperatura entre sistemas similares o reaspodra significar un problema potencial. Ms del 90% de lostrabajos de inspeccin se realizan por comparacin.

Inspecciones Termogrficas


Un ejemplo de inspeccin cualitativa constituye el anlisis de los tresseccionadores de una red trifsica. En la figura se puede notar con unasimple mirada que uno de los seccionadores tiene un problema deconexin aunque no sepamos los valores de temperatura.

Esta deteccin se la puede realizar durante la inspeccin y nonecesariamente en el anlisis.



Inspecciones cuantitativas

Consiste en determinar directamente los valores exactos de ladistribucin de temperatura en una termografa. La habilidad deobtener medidas cuantitativas se basa en un sistema de imgenesradiomtricas que depende de:

Como se moviliza el calor. Cules son los factores que afectan su transferencia. Fsica implicada en la informacin infrarroja obtenida. Caractersticas del objeto Sensor de la cmara Atmosfera que rodea el objeto Emisividades menor a 0,6 La temperatura reflejada de fondo

El estado de calibracin de la cmara Las condiciones ambientales como la velocidad del viento, presencia

de lluvia, etc. Reflejos



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Las inspecciones cuantitativas son efectivas siempre que se garantice:

Un adecuado contraste visual de los puntos calientes en los

termogramas. Que se muestren los diferentes valores de temperatura. Que se pueda analizar elT. Que se pueda notar una perspectiva y foco correcto.



Inspecciones elctricas

Diagnstico Termogrfico

Termografa Descripcin

Resistencia Elctricas

El tiempo, cargas elevadas o fluctuantes,vibraciones, fatiga de materiales, condicionesambientales, etc. provocan que tanto loscomponentes como las superficies de contacto

se vayan soltando y deteriorando, por tantoaumentando la resistencia elctrica.

Fugas de Voltaje

El flujo de corriente indeseable a travs o sobrela superficie de un material aislador causadopor defectos de aislacin puede ocurrir encomponentes que tienen una conexin a tierrapobre (corriente inductiva).





Corriente inductivaLas corrientes inductivas grandes generancalor inductivo, que se desarrolla cuandoequipos grandes, como generadores, producenun campo magntico que puede causar que loscomponentes o elementos ferrosos dentro delcampo se calienten.

Sobrecargas elctricasSobrecargas en componentes individualestales como fusibles o conductores de menordimensionamiento para un circuito en

particular, se mostraran como calor excesivo yuniforme a travs del componente bajoobservacin.


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Circuito abierto

Los circuitos abiertos son fciles de identificarporque generalmente no se muestran comopuntos calientes, por el contrario se presentancomo reas fra.

Corto circuito

Cortos circuitos en componentes elctricospertenecientes a maquinarias causan un flujode corriente excesivo, el cual resulta en uncalor considerable.





Carga desbalanceadaEl desbalance entre las corrientes de faseprovoca un incremento de las prdidas deenerga en el circuito primario y contribuye aldesbalance de los voltajes en los distintosnodos. Adems, la circulacin de una elevada

corriente por el conductor neutral.

Componentes fros

Zonas fras en trasformadores pueden ser unproblema debido a que ello representa un bajonivel de aceite o flujo restringidos en losconductos de enfriamiento.





Suciedad o contactos vencidos

La anomala o punto caliente indica un posibleproblema en la fase # 2 en el rea dealimentacin y carga del disyuntor.En este caso se sospecha de sucio o contactosvencidos.

Soltura, aislacin del cable o contactopobre

La anomala o punto caliente indica una falla

de conexin en el terminal neutral del panelelctrico.


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Mecanismo del resorte vencido o tornillo defijacin flojo

La anomala o punto caliente indica una fallade contacto entre el fusible y el porta fusiblesde la fase # 2 en el rea de carga.

Las inspecciones elctricas deben realizarse a plena carga, tomandoen cuenta las normas de seguridad industrial para no correr riesgosal trabajar cerca de elementos elctricos energizados.




En los trasformadores engeneral se debe revisarlas conexiones interiores

y exteriores, y moversealrededor en busca deanormalidades trmicas




Los tableros de distribucin que manejan media (1 a 36 kV) y alta (69a 750 kV) tensin por lo general son de difcil acceso y tienen una bajaemisividad por lo que presentan temperaturas inestables y cualquiercalentamiento puede indicar un serio problema potencial; perosobretodo, poseen un alto riesgo de arqueo. En este caso esrecomendable utilizar ventanas de inspeccin IR.


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En las canaletas, ductos elctricos o tubos conduit, cuando presentan

un bajoT, podran tener un problema interno considerable ya que latemperatura registrada ser menor a la del interior y los conductoresque provocan el problema, podran no estar en contacto con lasuperficie que se est analizando. En este caso se debe inspeccionarsu interior.







Esquema de una Planta fotovoltaica

La termografa es ampliamenteutilizada en las Planta fotovoltaica

Primera Planta fotovoltaica enPimampiroImbabura

Enero 20134160 paneles solares

potencia de 998 kWA la red interconectada


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Uno de los problemas de los mdulos son los puntos calientes es decir

clulas con posibles defectos; en donde, el aumento de la temperaturase traduce en menor produccin de energa elctrica.




En las bateras, la temperatura es un parmetro clave para su vida til.Un incremento de 10 C sobre la temperatura de funcionamientorecomendada, normalmente a 20 C ambiente, da lugar a unareduccin del 50% en la vida de la batera. Por tanto se debemonitorizar los ciclos de carga y descarga para determinar diferenciasde comportamiento de los diferentes vasos o bloques de bateras.


Inspecciones mecnicas



Problemas internos en motores

Los problemas internos de los motores sepueden detectar desde lejos de formacualitativa y aunque no se define el problemainterno, se pude dar con el indicio.

Problemas internos en motores

El problema en los rodamientos de losmotores, depende de donde estn instalados y

en funcin de eso presentarn su firma trmicade modo diferente.


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Problemas en acoplamientos

Cuando el problema se encuentra en losacoplamientos, puede ser difcil de detectar siest colocada la guarda. La desalineacinpresenta una firma trmica inicial en elacoplamiento. De no corregirse afectar losrodamientos y podra doblar el eje.

Problemas en bandas y poleas

El calentamiento es producido por daos de labanda, deslizamiento o por desalineamiento delas poleas. Las guardas por lo generarrestringen la inspeccin. Se debe re-inspeccionar despus de la accin correctiva.





Problemas en la ventilacin

En ocasiones se rompen las aletas delventilador de en motor elctrico o se producedeslizamiento del ventilador sobre el eje pordesgaste del cubo. Cuando esto sucede, se

produce un incremento de la temperatura entoda la carcasa, reduciendo la v ida del motor.

Problemas en las conexiones

Este modo de falla es difcil de detectar puestoque el aire del interior del cajetn asla el calorproducido por las conexiones, por lo quepequeas variaciones de temperatura puedenser muy importantes.





Inspeccin de refractario

Las fallas en los revestimientos refractarios dechimeneas y calderas se ven como zonas mscalientes. El problema puede producirse por eladelgazamiento de aislamiento o por su falla(fisuras, etc.).

Prdidas de Energa

En los calderos, se pueden observar defectosdel refractario y de los sellos de las puertas, lo

que representan sustanciales prdidas deenerga.


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Inspecciones en aislamientos de tubera

Se puede detectar daos o faltante en losaislamiento de tubera. Tambin se puededetectar obstrucciones internas en las tuberasde fluido o vapor. Los recubrimientos brillantesdificultan la inspeccin.

Inspecciones en lneas y trampas de vaporLas trampas de vapor deben inspeccionarsejusto cuando est operando. Cuando seencuentre en perfecto estado se observar unlado caliente y otro frio; lo que significa que lastrampas de vapor daadas o abiertas, estarncalientes en los dos lados.





Medicin de niveles

Se puede detectar el nivel de slidos (trigo,polvos, grnulos) y lquidos en tanque dealmacenamiento.

Fisuras en techos

La inspeccin termogrfica permite identificardonde se filtra el agua. Con la contribucin dela energa radiada por el sol durante el da, laszonas donde est la humedad se ven mscalientes que las partes secas durante unainspeccin nocturna.





Medicin de niveles

Se puede detectar el nivel de slidos (trigo,polvos, grnulos) y lquidos en tanque dealmacenamiento.

Fisuras en techos

La inspeccin termogrfica permite identificardonde se filtra el agua. Con la contribucin de

la energa radiada por el sol durante el da, laszonas donde est la humedad se ven mscalientes que las partes secas durante unainspeccin nocturna.


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ANLISISTEMOGRFICOMEDIANTESOFTWAREYREPORTES


Software SATIR

Ing. Eduardo HernndezSoftware SmartView Fluke


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Ing. Eduardo HernndezGRUPO DE INVESTIGACIN Y DESARROLLO DEL

MANTENIMIENTO EN EL ECUADOR


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