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LABORATORIO DEABORATORIO DE MMÁQUINASÁQUINASEELÉCTRICASLÉCTRICAS
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ALVE ALVERDERDEA
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DRIÁNDRIÁNM
M
ARTÍNE ARTÍNEZZC
C
HAVESHAVESÍndice
Índice
¿Qué es la termografía? ... 3 ¿Qué es la termografía? ... 3 Emisiv Emisividad idad ... ... ... 44 Cámara termográfica ... 4 Cámara termográfica ... 4 Ventajas ... 5 Ventajas ... 5Aplicaciones en sistemas mec Aplicaciones en sistemas mecánicos ánicos ... ... 55
Cámara termográfica en motores ... 6
Cámara termográfica en motores ... 6
Errores comunes en la medición por infrarrojo ... 7
Errores comunes en la medición por infrarrojo ... 7
Efectos Efectos de de la la toma toma incorrecta incorrecta en en mediciones mediciones infrarrojas ....infrarrojas ... ... 88
Fuentes Fuentes de vde variación deariación del patrón l patrón térmico térmico en en sistemas esistemas eléctricos léctricos ... ... 99
Cámara termográfica FLIR i50 ... 10
Cámara termográfica FLIR i50 ... 10
Especificaciones... 10 Especificaciones... 10 Partes de la cámara ... 11 Partes de la cámara ... 11 Teclado Teclado y LCD y LCD ... ... ... 1212 Elementos de pantalla ... 13 Elementos de pantalla ... 13
Procedimiento para utilización de la cámara ... 14
Procedimiento para utilización de la cámara ... 14
Bibliografía ... 15
¿Qué es la
¿Qué es la termografía?
termografía?
Todo objeto con una temperatura superior al cero absoluto (0 Kelvin = -273,15 °C) emite 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 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 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 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 radiación existen instrumentos que son sensibles a este fenómeno, lo detectan y lo hacen visible a la vista.
visible a la vista.
La termografía infrarroja es una técnica que permite ver la temperatura de una superficie 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 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 convertir las mediciones de la radiación infrarroja en mediciones de temperatura, esto es posible midiendo la radiación emitida en la
posible midiendo la radiación emitida en la porción infrarroja del espectro electromagnéticoporción infrarroja del espectro electromagnético desde la superficie del ob
desde la superficie del objeto, convirtiendo estas mediciones en señales eléctricas.jeto, convirtiendo estas mediciones en señales eléctricas.
Esta técnica permite estudiar objetos estacionarios o en movimiento a distancias de 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 seguridad, lo que es muy importante cuando estos objetos están expuestos a grandes temperaturas, bajo tensión, gases o humos venenosos, con
temperaturas, bajo tensión, gases o humos venenosos, con radiactividad, etc.radiactividad, etc. Figura 1. Espectro electromagnético.
Figura 1. Espectro electromagnético. 1. Rayos X; 2. UV; 3. V
Emisividad
Emisividad
Es la medición de la capacidad de un objeto para emitir energía infrarroja debido a una 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 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 infrarroja emitirá. La emisividad puede tener un valor de 0 (espejo brillante, reflector perfecto) a 1,0 (radiador de Planck, emisor perfecto).
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 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 la cantidad de radiación infrarroja emitida desde el material que se refleja y se emite. La emisividad de la misma varía según
emisividad de la misma varía según su estructura, su recubrimiento o limpieza.su estructura, su recubrimiento o limpieza. A mayor emisividad menor proporción de radiación infrarroja reflejada por lo qu
A mayor emisividad menor proporción de radiación infrarroja reflejada por lo qu e se puedee se puede medir su temperatura muy fácilmente con u
medir su temperatura muy fácilmente con una cámara termográfica.na cámara termográfica.
Si bien es cierto se sabe que las superficies oscuras absorben más radiación infrarroja que 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 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.
un efecto perceptible en la radiación infrarroja emitida por el objetivo.
Cámara termográfica
Cámara termográfica
El ser humano no es sensible a la radiación infrarroja emitida por un objeto, pero existen 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
equipos capaces de medir esta energía con sus sensores infrarrojos, ca pacitados para "ver"pacitados para "ver" en estas longitudes de onda. A dichos instrumentos se les llama
en estas longitudes de onda. A dichos instrumentos se les llama cámaras termográficas, cámaras termográficas, o o de termovisión.
de termovisión.
Para hacer visible la rad
Para hacer visible la radiación infrarroja, el sensor la deiación infrarroja, el sensor la detecta, la convierte en señal eléctricatecta, la convierte en señal eléctrica y asigna a cada señal un color determinado que aparece en la pantalla de la cámara y asigna a cada señal un color determinado que aparece en la pantalla de la cámara termográfica. Lo que hace este dispositivo pod
termográfica. Lo que hace este dispositivo podría definirse como la traducción de longitudesría definirse como la traducción de longitudes de onda del espectro infrarrojo en longitudes de onda visibles para el ojo humano (colores). 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 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 asocian a temperaturas más bajas, los colores más claros o brillantes se asocian a temperaturas mayores.
temperaturas mayores. Al
Al contrario contrario de lde lo que o que piensan mucpiensan muchos, hos, una cáuna cámara tmara termográfica no ermográfica no permite permite ver en ver en el iel interiornterior de los objetos, sino que solo hace visible la temperatura superficial de estos.
de los objetos, sino que solo hace visible la temperatura superficial de estos. Las cámaras termográficas se han
Las cámaras termográficas se han convertido en sistemas similares a las cámaras de vídeo,convertido en sistemas similares a las cámaras de vídeo, son sencillos de usar y producen imágenes de mu
el mundo son muchas las industrias que han descubierto en la termografía infrarroja las 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 que puede traerles en sus programas de mantenimiento preventivo.
Ventajas
Ventajas
Algunas ventajas que tiene este dispositi
Algunas ventajas que tiene este dispositivo son:vo son:
No es No es intrusiva, intrusiva, no afecta no afecta de ningún de ningún modo al modo al objetivo que objetivo que se se midemide
Dan Dan una una imagen imagen completa completa de de la la situaciónsituación
Realizan Realizan inspecciones inspecciones con con los los sistemas sistemas funcionando funcionando bajo bajo cargacarga
Identifican Identifican y y localizan localizan el el problemaproblema
Almacenan Almacenan informacióninformación
Encuentran Encuentran el el problema problema antes antes de de que que éste éste se se produzca.produzca.
Ahorran Ahorran tiempo tiempo y y dinerodinero
Captura Captura y y analiza analiza objetos objetos en en movimientomovimiento
Es Es de de respuesta respuesta rápida, rápida, en en milisegundosmilisegundos
Recolecta Recolecta rápidamente rápidamente grandes grandes cantidades cantidades de de datos datos térmicostérmicos
Puede Puede ver ver a a través través de de atmósferas atmósferas peligrosaspeligrosas
Aplicaciones e
Aplicaciones en sistemas mecánicos
n sistemas mecánicos
La temperatura en los sistemas mecánicos es de vital importancia, y viene definida por La temperatura en los sistemas mecánicos es de vital importancia, y viene definida por todos los fabricantes de máquinas y herramientas. Rozamientos, fricciones, malos todos los fabricantes de máquinas y herramientas. Rozamientos, fricciones, malos alineamientos, etc. pueden producir elevadas temperaturas que acorten la vida útil de las alineamientos, etc. pueden producir elevadas temperaturas que acorten la vida útil de las máquinas y sistemas de transmisión, o incluso
máquinas y sistemas de transmisión, o incluso problemas más serios como deformación deproblemas más serios como deformación de materiales.
materiales.
Gracias a las cámaras termográficas se pueden reducir los costes de mantenimiento y 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 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
las diferentes partes de un sistema mecánico sin tener que detener el p roceso, es decir conroceso, es decir con el todos los sistemas en movimiento y a plena carga.
el todos los sistemas en movimiento y a plena carga. Las principales aplicaciones de la termografía en
Las principales aplicaciones de la termografía en sistemas mecánicos son:sistemas mecánicos son:
Estudio Estudio de de motores motores y y generadoresgeneradores
Sistemas Sistemas de de transmisión transmisión y y cajas cajas de de cambioscambios
Estudio Estudio de de rodamientos rodamientos y y poleaspoleas
Soldaduras Soldaduras
Malos Malos alineamientosalineamientos
Estado Estado de de los los lubricanteslubricantes
Cámara termográfica en motores Cámara termográfica en motores En el caso específico de los mo
En el caso específico de los motores, el mantenimiento termográfico debe hacerse cuandotores, el mantenimiento termográfico debe hacerse cuando están trabajando en sus condiciones normales de trabajo. La temperatura de están trabajando en sus condiciones normales de trabajo. La temperatura de funcionamiento normal de un motor la encontraremos en su placa de características.
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 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 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.
reduce a la mitad la vida útil del motor.
Hay que tener en cuenta que las imágenes térmicas muestran las condiciones de 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 funcionamiento a través de la temperatura superficial, que nos dará una estimación aproximada de la temperatura interna.
aproximada de la temperatura interna.
Existe alrededor de 15 °C a 20 °C de diferencia entre la temperatura de la carcasa y los 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.
devanados y depende también de la temperatura ambiente.
En cuanto al procedimiento, hay que tener en consideración que los problemas mecánicos En cuanto al procedimiento, hay que tener en consideración que los problemas mecánicos se suelen encontrar comparando las temperaturas de superficie de e
se suelen encontrar comparando las temperaturas de superficie de e lementos similares quelementos similares que funcionen en circunstancias parecidas. Lo más aconsejable es crear una rutina de funcionen en circunstancias parecidas. Lo más aconsejable es crear una rutina de inspección, para disponer de imágenes de referencia para comparar en posteriores inspección, para disponer de imágenes de referencia para comparar en posteriores inspecciones.
inspecciones.
Figura 2. Calentamiento en mo Figura 2. Calentamiento en motorestores
Errores comunes en la medición por infrarrojo
Errores comunes en la medición por infrarrojo
Como en todo sistema de medición es necesario ciertos requerimientos que permitan una Como en todo sistema de medición es necesario ciertos requerimientos que permitan una adecuada toma, con la mínima o
adecuada toma, con la mínima o nula presencia de fallas qunula presencia de fallas que propicien medidas confiables.e propicien medidas confiables. Algunos de los errores frecuentes que se
Algunos de los errores frecuentes que se cometen en termografía son:cometen en termografía son:
Considere Considere que lque las fas fuentes de uentes de luz luz cercanas, cercanas, aportan radiaciaportan radiación, prión, principalmente lucesncipalmente luces incandescentes.
incandescentes.
Ajuste Ajuste incorrecto incorrecto de de la la emisividademisividad
Desenfoque Desenfoque de de la la imagen imagen o o imagen imagen borrosa.borrosa.
Mediciones Mediciones demasiado demasiado largaslargas
Angulo Angulo de medide medición. ción. (Posición de (Posición de la la cámara, cámara, respecto respecto al al objetivo)objetivo)
Composición Composición de lde la imagen. a imagen. Objetivo Objetivo muy muy pequeño en pequeño en la la pantalla pantalla de la de la cámara.cámara.
Medición Medición sobre sobre superficies superficies sucias.sucias.
Fuentes Fuentes de de interferencia interferencia o o influencia influencia de de otras otras fuentes fuentes de rde radiación.adiación.
Variaciones Variaciones repentinas repentinas en en la la temperatura temperatura ambiente.ambiente.
Variaciones Variaciones en en la la carga dcarga de e trabajo trabajo del del equipo equipo a a medir.medir.
Mala Mala interpretación interpretación de de la la imagen imagen por por falta falta de de conocimiento.conocimiento.
Efectos de la toma incorrecta en mediciones infrarrojas
Efectos de la toma incorrecta en mediciones infrarrojas
Los factores o variables que intervienen en las mediciones con cámara termográfica Los factores o variables que intervienen en las mediciones con cámara termográfica determinan la calidad de la med
determinan la calidad de la medida. Se muestra como diferentes factores hacen que varíenida. Se muestra como diferentes factores hacen que varíen las medidas entre una toma y otra.
las medidas entre una toma y otra. 1.
1. La distancia entre La distancia entre la cámara y la cámara y el objetivo analizar el objetivo analizar es punto determinante de es punto determinante de unauna buena medida. Entre mayor sea la distancia más inexacta será la medición.
buena medida. Entre mayor sea la distancia más inexacta será la medición.
2.
2. El viento El viento afecta la tafecta la temperatura superficial. emperatura superficial. En un experimento realizEn un experimento realizado se muestraado se muestra que con un viento de apenas 5 mph la temperatura del objeto se reduce a la mitad. que con un viento de apenas 5 mph la temperatura del objeto se reduce a la mitad. 3.
3. Se debe evitSe debe evitar medir ar medir en las horas en las horas de alta rde alta radiación solar, adiación solar, porque la radiación porque la radiación del soldel sol puede generar errores. Es mejor a primera hora en la mañana con el cielo nublado. puede generar errores. Es mejor a primera hora en la mañana con el cielo nublado. 4.
4. Una imagen mal Una imagen mal enfocada, será difícil de analizar y enfocada, será difícil de analizar y se variarán los datos dese variarán los datos de temperatura medidos por la cámara. El foco determina la calidad de la medición de temperatura medidos por la cámara. El foco determina la calidad de la medición de temperatura. temperatura. 59.1°F 59.1°F 240.1°F 240.1°F 10 10 00 15 15 00 20 20 00 53.3°F 53.3°F 240.5°F 240.5°F 10 10 00 15 15 00 20 20 00
245
245
°F
°F
231
231
°F
°F
Figura 3. Comparativa de medición a
Figura 3. Comparativa de medición a dos distancia distintas (Izq. Correctados distancia distintas (Izq. Correcta – – Der. Der.
Incorrecta) Incorrecta)
Figura 4. Comparativa de medición con
Figura 4. Comparativa de medición con dos distintos enfoques. (Izq. Correctados distintos enfoques. (Izq. Correcta – – Der. Der.
Incorrecta) Incorrecta)
Fuentes de variación del patrón térmico en sistemas eléctricos
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 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
campo que nos compete. Existen varios factores que d eterminan la variación térmica en eterminan la variación térmica en laslas estructuras, y que por ende serán
estructuras, y que por ende serán las razones por la cual se da la valas razones por la cual se da la variación de temperaturasriación de temperaturas entre zonas.
entre zonas. 1.
1. La potencia eléctriLa potencia eléctrica se disipa ca se disipa como calor cuando la como calor cuando la corriente fluye corriente fluye a través de unaa través de una resistencia. Es decir, a mayor corriente mayor disipación de
resistencia. Es decir, a mayor corriente mayor disipación de calor.calor.
= = 22
Conforme la carga aumenta en un circuito, la cantidad de energía desprendida Conforme la carga aumenta en un circuito, la cantidad de energía desprendida aumenta con el cuadrado de la carga, entonces, la temperatura de
aumenta con el cuadrado de la carga, entonces, la temperatura de todo el circuito ytodo el circuito y de sus componentes aumenta en esa misma p
de sus componentes aumenta en esa misma proporción.roporción. 2.
2. Los armónicos se suman a lLos armónicos se suman a la frecuencia básica y causan sa frecuencia básica y causan severo sobrevoltaje,evero sobrevoltaje, sobrecorriente y sobrecalentamiento.
sobrecorriente y sobrecalentamiento. 3.
3. La corriente alLa corriente alterna en los siterna en los sistemas eléctristemas eléctricos induce corrientes cos induce corrientes eléctricas debido eléctricas debido aa la generación de flujo magnético en los objetos metálicos circundantes. El campo la generación de flujo magnético en los objetos metálicos circundantes. El campo magnético induce Corrientes de Eddy que causan
magnético induce Corrientes de Eddy que causan por ende calentamiento y crea unpor ende calentamiento y crea un cambio verdadero de temperatura en la superficie.
Cámara termográfica FLIR i50
Cámara termográfica FLIR i50
Especificaciones Especificaciones
Rango
Rango de de Temperatura Temperatura -20 -20 °C °C a a 350 350 °C°C Precisión
Precisión ± ± 2 2 °C°C
Tipo
Tipo de de detector detector 140 140 x x 140 140 pixelespixeles Display
Display 3.5’’ color LDC3.5’’ color LDC
Resolución
Resolución 2.3 2.3 MPMP
Rango
Rango espectral espectral 7.5 7.5 a a 13 13 µmµm
Lámparas LED
Lámparas LED
Corrección
Corrección de de medición medición Temperatura Temperatura reflejada reflejada y y emisividademisividad Tipo
Tipo de de Batería Batería Li-Ion / / >5 Li-Ion >5 horashoras Sistema
Sistema de de Carga Carga Adaptador Adaptador CACA Peso
Peso con con batería batería 0.6 0.6 kgkg Tamaño
Partes de la cámara Partes de la cámara
1.
1. Conector Conector USB USB minimini 2.
2. Ranura Ranura para tpara tarjetas arjetas de de memoria memoria USBUSB 3.
3. Conector Conector USBUSB 4.
4. Anilla Anilla de enfoque de enfoque en len la a lente ilente infrarrojanfrarroja 5.
5. Lámpara Lámpara de de cámara cámara digitaldigital 6.
6. Cámara Cámara digitaldigital 7.
7. Lámpara Lámpara de de cámara cámara digitaldigital 8.
8. Protección Protección para para la la lentelente 9.
9. Puntero Puntero láserláser
10. Disparador para guardar imágenes 10. Disparador para guardar imágenes 11. Tapa para el compartimento de la ba 11. Tapa para el compartimento de la bateríatería
Teclado y LCD Teclado y LCD
1.
1. Marco Marco protector protector de de goma goma para el para el LCDLCD 2. LCD
2. LCD 3.
3. Mando Mando de de navegaciónnavegación 4.
4. Botón Botón de de selección selección izquierdoizquierdo 5.
5. Botón Botón cámara/archivocámara/archivo 6.
6. Botón Botón para para activar activar el el puntero lpuntero láseráser 7.
7. Indicador Indicador de de alimentaciónalimentación 8.
8. Botón Botón de de selección selección derechoderecho 9.
Elementos de pantalla Elementos de pantalla
1.
1. Sistema Sistema de de menúsmenús 2.
2. Tabla Tabla de de resultados resultados de de medidamedida 3.
3. Indicador Indicador de de alimentaciónalimentación 4.
4. Indicador Indicador USBUSB 5.
5. Indicador Indicador del del puntero puntero láserláser 6.
6. Fecha Fecha y y horahora 7.
7. Punto Punto de de medidamedida 8.
8. Área Área de de medidamedida 9.
9. Valor lValor límite ímite de un de un isoterma isoterma en len laa escala de temperatura
escala de temperatura 10. Valor límite de escala de 10. Valor límite de escala de
temperatura temperatura 11. Indicador de campo de 11. Indicador de campo de temperatura temperatura
12. Indicador de modo automático o 12. Indicador de modo automático o
manual manual
13. Función actual del botón de 13. Función actual del botón de
selección derecho selección derecho
14. Herramienta que permite cambiar 14. Herramienta que permite cambiar
la temperatura máxima la temperatura máxima 15. Escala de temperatura 15. Escala de temperatura
16. Herramienta que permite cambiar 16. Herramienta que permite cambiar la temperatura máxima y mínima la temperatura máxima y mínima al mismo tiempo
al mismo tiempo
17. Herramienta que permite cambiar 17. Herramienta que permite cambiar
la temperatura mínima la temperatura mínima
18. Herramienta para establecer una 18. Herramienta para establecer una
isoterma isoterma
19. Herramienta para cambiar de 19. Herramienta para cambiar de
tamaño la zona de imagen. tamaño la zona de imagen. 20. Función actual del botón de 20. Función actual del botón de
selección izquierdo selección izquierdo
Procedimiento para utilización de la cámara Procedimiento para utilización de la cámara
1.
1. Pulsar Pulsar el el botón de botón de encendido para encendido para encender encender la la cámaracámara 2.
2. Ajustar lAjustar la emisia emisividad y vidad y la la temperatura reflejada temperatura reflejada aparenteaparente 3.
3. Quitar Quitar la la protección protección para lpara la la lenteente 4.
4. Apuntar con Apuntar con la la cámara el cámara el objeto de objeto de interésinterés 5.
5. Enfocar lEnfocar la cámara a cámara con lcon la anilla a anilla de enfoquede enfoque 6.
6. Presionar Presionar el el botón disparador botón disparador para guardar para guardar la la imagenimagen
Figura 5. Ajuste de foco y disparador para guardar imagen Figura 5. Ajuste de foco y disparador para guardar imagen
Bibliografía
Bibliografía
ATISAE
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