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• Jaime Contreras

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GERENCIA GENERAL DE PLANTA GERENCIA MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Ing. Glaumer Cardona Dpto. Ingeniería Mantenimiento Unidad de Mantto. Mantto. Predictivo Termografo Nivel I “2006, AÑO BICENTENARIO DEL JURAMENTO DEL GENERALISIMO FRANCISCO DE MIRANDA Y DE LA PARTICIPACIÓN PROTAGONICA Y DEL PODER POPULAR”

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I.

Introducción a la Termografía Infrarroja.

II.

Introducción a la Cámara Infrarroja.

III. Ciencia Térmica Básica. IV. Introducción a la Transmisión de Calor. V.

El Espectro Electromagnético.

VI. Intercambio de Energía por Radiación. VII. Interpretación de la Imagen Térmica. VIII. Cualitativo y Cuantitativo. IX. Aplicaciones de la Termografía Infrarroja

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OBJETIVOS:

9Cómo se define la termografía infrarroja. 9Comprender los apartados que componen la termografía infrarroja. 9Comprender la importancia de la temperatura como parámetro de control. 9Comprender porqué la termografía es tan útil. 9Ser capaz de recordar algunos ejemplos de aplicación de la termografía infrarroja.

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La temperatura es una variable fundamental virtualmente para cualquier situación y en todos los procesos, ya que no existe un proceso en el que la temperatura sea absolutamente indiferente. La temperatura es simplemente fundamental y tener control sobre ella, implica mayor calidad, seguridad y ahorro de dinero.

Es sin Contacto

Es Bidimensional

Se realiza en tiempo real

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Técnicas de análisis Ciencia de la radiación

Inspección e informes

Manejo de la cámara

TIR Ciencia térmica

Aplicaciones

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La termografía infrarroja es la ciencia de adquisición y análisis de la información térmica obtenida mediante los dispositivos de adquisición de imágenes térmicas a distancia Termografía significa “escritura con calor”, la imagen generada se denomina termograma o imagen térmica. “Infrarrojo” es lo que se hace sin contacto.

9Monitorizado de procesos 9Investigación y desarrollo 9Medicina y veterinaria 9Control de calidad 9Ensayo no destructivo

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OBJETIVOS: 9Insertar la batería y la unidad de memoria. 9Conectar y desconectar. 9Ajuste del enfoque del visor. 9Ajuste automático de la imagen. 9Utilización general del sistema de menús. 9Ajuste manual de la imagen. 9Control de las funciones de medida. 9Congelar y almacenar imágenes.

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La imagen se controla seleccionando el rango de temperatura y fijando el nivel y el campo Rangos de Temp.

Campo/nivel

+350 +1500 °C

0 +500 °C

-40 +120 °C

Campo

Nivel

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Campo Nivel

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Hay tres reglas generales y que nunca se pueden modificar después de congelar o almacenar una imagen: 9Rango de temperatura. 9Enfoque óptico. 9Composición. Consejos prácticos: ¾Mantener la pantalla de la cámara limpia ¾Congelar la imagen antes de analizar

Regla: sitúese tan cerca de su objetivo como sea posible de forma segura, pero manteniendo los elementos más importantes dentro de la imagen.

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OBJETIVOS: 9Conocer la diferencia entre calor y temperatura. 9Comprender la diferencia entre las escalas absoluta y relativa de temperaturas. 9Conocer cómo se convierten temperaturas entre diferentes escalas. 9Comprender el concepto de conservación de la energía. 9Comprender el concepto de sentido del flujo de calor

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El calor es la energía asociada al movimiento aleatorio de las moléculas y átomos de lo que está compuesta la materia. El calor es una fuente de energía y se genera por transformación a partir de otras formas de energía. Un objeto puede contener calor, o mejor dicho energía térmica. El calor y la energía se miden por ejemplo en: ¾Julios (J). ¾Watios-segundo (Ws) o Kilowatios-hora (kWh). ¾Newton-metro (Nm)

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100 °C

100 °C

100 J

100 J

100 °C

200 J

Por tanto, la temperatura es una medida relativa que compara unos cuerpos con otros. El calor es una magnitud “contable”, que se puede medir en términos absolutos

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La temperatura está relacionada con la velocidad media de las moléculas y átomos que componen a materia. La temperatura no es una forma de energía, solo están relacionadas pero no son lo mismo. La temperatura de un objeto aumentará o disminuirá cuando la energía térmica de un cuerpo aumente o disminuya, por tanto la temperatura es la consecuencia de más o menos energía. 100 °C

373 K

0 °C

273 K

-273 °C Celsius

0K Kelvin

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Conservación de la energía: La suma de la energía total contenida en un sistema cerrado permanece constante, es decir, la energía no puede ser creada o destruida, sólo se F transforma. m E potencial= mgh g m

Ecinetica=

(1/2)mv2

En este caso, toda la energía se convertira en calor y sonido

m Epotencial= Ecinetica = 0

Sentido del flujo de calor: El calor fluirá de forma instantánea desde las zonas calientes hacia las más frías, y esta es la forma que se transfiere calor de un cuerpo a otro. Siempre que exista una diferencia de temperatura entre dos puntos, existirá un flujo de calor

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OBJETIVOS: 9Comprender la transmisión de calor. 9Conducción. 9Convección. 9Radiación.

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La conducción de calor es la transmisión directa de energía térmica entre moléculas, cuando éstas chocan entre si.

kA(T1 − T2 ) P= L Los cuatro factores que afectan la transmisión de calor por conducción son: ¾Conductividad térmica del material, k (W/mK). ¾Área de la sección transversal, A (m2). ¾Diferencia de temperatura, T1- T2 (K). ¾Longitud de la trayectoria de conducción, L (m).

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Material Mejor Conductor

Mejor Aislante

Conductividad (W/mK)

Cobre

401

Aluminio

237

Acero

52

Ladrillo

1

Vidrio (ventana)

0.9

Agua

0.6

Madera

0.14

Fibra de vidrio

0.04

Aire

0.025

Argón

0.018

Xenón

0.0051

La conductividad térmica, k, es una propiedad que depende del material.

A mayor conductividad, mayor facilidad para conducir energía.

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Convección es el modo de transmisión de calor en un fluido que esta en movimiento debido a fuerzas gravitatorias, u otra fuerza externa, por lo que dicho fluido transmite calor de un lugar a otro.

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La transmisión de calor por emisión y absorción de radiación térmica se denomina transmisión de calor por radiación.

Mas Caliente

Mas frío

Todos los cuerpos emiten y absorben radiación térmica al mismo tiempo

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OBJETIVOS: 9Conocer cono se clasifican los distintos tipos de radiación. 9Diferentes longitudes de onda. 9Conocer como se relacionan la luz visible y el infrarrojo.

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La longitud de onda es la distancia de un pico al siguiente, o lo que es lo mismo, de un paso por cero al próximo. La unidad más común para la longitud de onda es el micrómetro, µm (1 µm = 10-6m).

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Gamma IR

Radio

Visible Rayos X

Microondas

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Visible: 0.4 – 0.7 µm Onda corta: 2 – 5 µm Onda larga: 8 – 14 µm

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OBJETIVOS: 9Comprender la radiación incidente y saliente. 9Conocer los componentes de cada una de ellas. 9Comprender las relaciones entre las mismas. 9Comprender cómo las propiedades de un objeto afectan a la radiación incidente y saliente. 9Saber que es un cuerpo negro.

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La radiación incidente es toda la radiación que llega a un cuerpo desde su entorno Fuente

Absorción W i nc

id

Reflexión Transmisión

Wα

Wρ

Wτ Un cuerpo tiene cierta capacidad o habilidad para: ¾Absorber: llamada Absortividad, α (alpha) ¾Reflejar: llamada Reflectividad, ρ (rho) ¾Transmitir: llamada Transmisividad, τ (tau) Si lo expresamos como fórmula:

α+τ+ρ=1

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La radiación saliente es toda la radiación que deja la superficie de un cuerpo, independientemente de su fuente original Fuente

Fuente

Absorción W

i nc

W i nc

id

id

Wα Wτ Transmisión

Emisión

Reflexión Wρ Wε

Wρ Wτ Wε

Wτ

Un cuerpo tiene cierta capacidad o habilidad para: ¾Emitir: llamada Emisividad, ε (epsilon) ¾Reflejar: llamada Reflectividad, ρ (rho) ¾Transmitir: llamada Transmisividad, τ (tau) Si lo expresamos como fórmula:

ε+τ+ρ=1

Radiación Saliente

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La capacidad o habilidad de un cuerpo para absorber radiación incidente coincide con su capacidad para emitir su propia energía en forma de radiación. Lo que determina la potencia irradiada por el cuerpo es la combinación de dos factores: temperatura y emisividad.

Emisividad elevada

Emisividad reducida

Cuerpo con la misma temperatura pero diferente emisividad

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Un cuerpo negro es un radiador ideal. Los cuerpos negros no existen en la vida real. Los simuladores de cuerpos negros son muy importantes en termografía, puesto que son utilizados para la calibración de los sistemas de medida infrarroja. Un cuerpo negro ideal absorberá el 100% de la radiación incidente, lo que significa que ni refleja ni absorbe ninguna radiación. También se puede afirmar en otro caso de aplicación que emitirá el 100% de su energía, lo que significa que no existe ningún otro objeto que sea capaz de emitir más energía.

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OBJETIVOS: 9Comprender que representa la imagen térmica. 9Conocer el significado de temperatura aparente. 9Comprender como una emisividad baja o alta pueden cambiar el aspecto de una imagen.

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La cámara convierte la radiación infrarroja invisible en una imagen visible. La cámara mide la radiación infrarroja que es irradiada desde el cuerpo que estamos mirando. La radiación infrarroja atraviesa las lentes y es enfocada en el detector. 26.7 °C FLIR Systems

26

25

24 23.8

El detector genera una señal eléctrica de algún tipo que varia con la intensidad de la radiación infrarroja que incide sobre él. La señal eléctrica es amplificada y digitalizada, y procesada por la electrónica de la cámara.

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Temperatura aparente es la lectura no compensada a partir de una cámara infrarroja, que contiene toda la radiación incidente sobre el instrumento, independientemente de su fuente. La imagen térmica será siempre una imagen de temperatura aparente. FLIR Systems

39.4 °C

FLIR Systems

49.4 °C

35

40

30

Sp1:temp 42.9

30

Sp1:temp 55.4 25 24.8

Emisividad: 0.8 T atm: 27ºC

21.2

Emisividad 0.4 T atm: 50ºC

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10ºC

La cinta aparecerá:

Más Caliente

20ºC

Más Fría

50ºC

Igual

Temp. Real de la taza: 50ºC

X

20ºC (ambiente) 10ºC

X X

Condiciones Supuestas: •Cinta: ε = 0.95 •Taza: ε = 0.10 •Habitación: t = 20ºC

Con un objetivo de alta emisividad: •La temperatura aparente del objetivo será más cercana a su temperatura real. •Puede confiar en lo que ve….. Con un objetivo de baja emisividad: •La temperatura aparente del objetivo será cercana a la temperatura aparente de los cuerpos que estén alrededor. •No puede confiar en lo que ve…..

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OBJETIVOS: 9Definir y ser capaces de explicar las diferencias entre los métodos cualitativo (comparativo) y cuantitativo (medida). 9Saber en que condiciones debe utilizar métodos cualitativos y cuantitativos. 9Ser capaz de aplicar criterios de clasificación previos a un resultado cuantitativo.

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La termografía cualitativa se basa en el análisis de la imagen térmica para relevar y localizar la existencia de anomalías, y evaluarlas.

La termografía cuantitativa utiliza la medida de temperatura como criterio para determinar la gravedad de un problema, y así establecer la prioridad de su reparación.

¾Analiza patrones térmicos en la imagen. ¾Determina si hay alguna anomalía. ¾Determina donde está. ¾Solo temperatura aparente. ¾Normalmente se lleva a cabo primero.

¾Utilizado para ayudar a clasificar la seriedad de una anomalía. ¾Implica medida de la temperatura. ¾Se realiza compensación. ¾No siempre es relevante

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54.3 °C

50

45

FLIR Systems

54.3 °C

40

35 34.5

Ar1:max 55.2

50

45

40

Ar2:max 43.0 35 34.5

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Las termografías pueden ser aplicadas en cualquier situación donde un problema o condición pueda ser visualizado por medio de una diferencia de temperatura. Una termografía puede tener aplicación en cualquier área siempre y cuando esta tenga que ver con variación de temperatura.

9 Elimina caídas de energía inesperada 9 Detecta problemas rápidamente sin interrumpir el funcionamiento del equipo. 9 Valora las prioridades para la acción correctiva 9 Minimiza el mantenimiento preventivo y el tiempo perdido en localizar los problemas. 9 Puede ser utilizada por compañías de seguros para cerciorarse que el equipo o las instalaciones se encuentran en estado óptimo. 9 Detecta equipo defectuoso mientras se encuentra bajo la garantía de fabrica. 9 Previene incendios o accidentes.

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¾ Sistema de Distribución Eléctrica ¾ Moldeo por Inyección de Plásticos ¾ Desarrollo y Estructura de Edificios ¾ Sistema de Techado ¾ Sistemas Mecánicos ¾ Aplicaciones petroquímicas ¾ Equipo Electrónico ¾ Aplicaciones Ambientales ¾ Aplicaciones Desarrollo

de

Búsqueda

¾ Aplicaciones Aeroespaciales ¾ Aplicaciones

y

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¾Inspecciones de Subestaciones eléctricas, transformadores y evaluación de capacitores. ¾ Inspección de Paneles de control y Fuerza de Maquinaria en General. ¾ Inspecciones de Generadores Eléctricos ¾ Líneas de Distribución rurales y urbanas. ¾ Inspecciones de Motores Eléctricos.

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¾Detección de fallas en sistemas de enfriamiento transformadores y evaluación de capacitores.

de

moldes.

¾ Reducción de ciclo de moldeo, al mejorar los tiempos de enfriamiento, por medio del análisis de temperaturas de las partes moldeadas. ¾ Mejoras al diseño del sistema de enfriamiento en moldes. ¾ Detección de fallas eléctricas en tableros de control y fuerza.

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¾Inspección de perdida de energía térmica para Edificios (plantas, maquiladoras, hoteles, edificios gubernamentales, etc.) ¾ Evaluación de la humedad para Edificios (plantas, maquiladoras, hoteles, edificios gubernamentales) ¾ Inspecciones de integridad del concreto ¾ Inspecciones en pisos sobrecalentados, localización de fugas y distribución de temperatura. ¾ Localiza aislamiento dañada o faltante ¾ Identifica perdidas y fugas de energía ¾ Localiza cables, conductores o tuberías sobrecalentados.

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¾Detección de Goteras para edificios y naves industriales. ¾ Identifica partes de techos dañadas por el agua rápida y eficientemente. ¾ Ayuda a planear presupuestos exactos basados en los hechos ¾ Documenta problemas antes de que las garantías u obligaciones expiren.

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¾Inspección de quemadores por distribución de planta ¾ Vista de la eficiencia de combustión de combustibles ¾ Detecta diseños térmicos en tubos de Calderas y mide la temperatura de estas mientras se encuentran operando normalmente o cuando los Calderas se encuentran en stand-by. ¾ Escanea y graba las temperaturas en áreas de Calderas no monitoreados ¾ Escanea daños del refractario o localización de áreas calientes donde daños del refractario pueden ocurrir. ¾ Detección de acumulación de carbón en hornos de crudo. ¾ Detección de fugas de gas en calderas de generación ¾ Evaluación de equipos de aire acondicionado y calefacción. ¾ Perdidas de frío en cuartos fríos. ¾ Detección de fugas en el aislamiento en equipos de refrigeración

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¾Localización de áreas de acumulación de desechos antiguos ¾ Localización de tanques bajo tierra en zonas industriales ¾ Localizar y monitorizar derrames de aceite ¾ Localiza daños de arquitecturas y/o esculturas

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¾Localización de Tumores, enfermedades de la espalda, Síndrome de Túnel Carpal ¾ Auxiliar para Dentistas ¾ Evaluación de heridas de deporte, progresión de terapia. ¾ Examinación de heridas equinas (para caballos), fracturas de estrés, cojera.

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FLIR Systems

82.7 °C 80

60

40

26.3

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FLIR Systems

64.8 °C 60

50

40 35.7

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106.6 °C

acum.material

Li2

100 FLIR Systems

Ar1

428.8 °C

80

400

Ar2

60

Li1

300

40

20

200

13.4 100 FLIR Systems

54.4

299.1 °C FLIR Systems

239.2 °C

Ar2

Ar1

200

200

Ar2:max 273.4 Li1

Ar3

150

Ar1:max 241.1

Dt1

100

42.2

100

50 27.9

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