ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO

FACULTA DE MECÁNICA

ESCUELA DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO

IMPORTANCIA DE TENER EN CUENTA LOS PRINCIPALES ERRORES QUE

SE PUEDEN COMETER AL MOMENTO DE REALIZAR TERMOGRAFÍA

INFRARROJA.

PILATUÑA QUINALUISA LORENA ISABEL

INGENIERO EDUARDO HERNANDEZ

RIOBAMBA

2015

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IMPORTANCIA DE TENER EN CUENTA LOS PRINCIPALES ERRORES QUE

SE PUEDEN COMETER AL MOMENTO DE REALIZAR TERMOGRAFÍA

INFRARROJA.

RESUMEN

Ya que la termografía infrarroja es una técnica no destructiva que permite que la

radiación infrarroja sea cuantificada, está es utilizada en el mantenimiento predictivo

puesto que se emplea en diversas áreas de la mecánica como instalaciones eléctricas,

equipos mecánicos o incluso en estructuras refractarias etc., la termografía infrarroja

sostiene que todo cuerpo emite calor, y debido a que este viaja en forma de ondas

electromagnéticas que no se puede visualizar a simple vista debido a su longitud de onda,

es necesario emplear una cámara termográfica la cual proporciona una imagen térmica

denomina termograma. Debido a lo mencionado, en el presente trabajo se enunciara con

su respectivo desarrollo los principales factores que pueden alterar los datos

proporcionados por cámaras termográficas al momento de realizar el análisis del

termograma ya que con estos errores se podría emitir un criterio equivocado sobre el

verdadero funcionamiento del equipo sometido a inspección, y sobre todo se correría el

riesgo de no poder visualizar el verdadero modo de falla que se podría estar suscitando en

el equipo inspeccionado, lo que ocasionaría altos costos de mantenimiento y un nivel de

producción pobre.

Para el desarrollo de este ensayo fue necesaria la búsqueda de información acorde al tema

involucrando una selección minuciosa de la misma, mediante esta búsqueda de

información que debe ser verificada y comprobada se procederá a identificar los

principales errores que suele afectar de manera colosal a los datos de temperatura del

termograma. De la que se va a tratar en forma más amplia será sobre la emisividad, un

parámetro de error que por su desconocimiento al momento de ingresar este valor al

software (SatIrReport), afecta gravemente los niveles de temperatura del termograma.

Palabras clave: termografía infrarroja, termograma, cámara termográfica, modo de falla,

radiación infrarroja.

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1. INTRODUCCION

Sir William Herschel astrónomo y compositor personaje protagonista del descubrimiento

de la radiación infrarroja, en su afán de conocer cuánto calor atravesaba los diferentes

filtros de color que utilizaba para observar la luz solar, hizo pasar directamente luz solar a

través de un prisma de cristal, mediante este ingenioso sistema creo así un espectro que le

permitió medir la temperatura de cada color, con esto vale recalcar que es importante

conocer dos conceptos importantes que involucra a este descubrimiento que son el calor y

la temperatura ,estos son dos vocablos que están relacionados pero a su vez tienen

diferentes significados, el calor es la forma de energía más habitual del universo y este se

transmite de un cuerpo a otro pero desde el más caliente al más frio no así en forma

viceversa . La temperatura es la medida de la cantidad de calor presente en cualquier

cuerpo.

Continuando con este descubrimiento Sir William al examinar el espectro de luz visible

observo que existía un incremento de temperatura del color violeta al color rojo, tras

revelar este patrón Sir William mido el punto más allá del color rojo esta región

correspondía a una sin luz solar visible, entonces se dio cuenta que esta zona era la que

mostraba la temperatura más alta del espectro.

En si con este descubrimiento se demostró que existían tipos de luz no visible al ojo

humano y lo que sir William descubrió es lo que hoy se conoce con radiación infrarroja

Con este importante descubrimiento de la radiación infrarroja otorgada a Sir William

Herschel se dio el paulatino desarrollo de la termografía misma que en la actualidad es un

gran aporte para las industrias y para otros campos como la medicina, la construcción etc.

El espectro electromagnético es la distribución de ondas electromagnéticas, estas no

necesitan de un material para propagarse a diferencia de las ondas mecánicas que requieren

un medio para trasmitirse, es necesario comprender que en este espectro electromagnético

la distribución de los distintos tipos de ondas está en función de su longitud o de su

frecuencia.

La longitud de onda de la luz infrarroja es demasiado grande para que el ojo humano pueda

percibirla, por esta razón hoy en día se desarrollaron las cámaras termografías o cámaras

infrarrojas.

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Las cámaras termográficas son instrumentos sofisticados que a inicios se utilizaban con

fines militares pero posteriormente estas se modificaron para que sean aptas para la

utilización en la industria. Aunque las cámaras termográficas se parecen a las cámaras

habituales a simple vista están muy lejos de ser lo mismo puesto que la lente de la cámara

termográfica es de germanio un metal muy costoso pero es un muy buen conductor de

rayos infrarrojos.

Se debe tener en cuenta que con la cámara termográfica solo se puede medir la temperatura

superficial de los objetos pero nunca la interna y tampoco se puede ver mediante esta

cámara a través de los objetos.

En fin se debe mencionar que la calidad de información obtenida por termografía infrarroja

depende de factores que se deben tomar en cuenta al momento de realizarla, estos factores

pueden convertirse en grandes enemigos del analista del termograma ya que estos

elementos pueden ocasionar graves confusiones de información en la medición de la

temperatura del equipo inspeccionado. El analista del termograma debe ser una persona

capacita para este tipo de trabajos ya que en su mayoría estos errores son olvidados o

simplemente ignorados. Los aspectos que se deben tener en cuenta son los siguientes:

Enfoque

Distancia

Ángulo

Rango de la cámara

Spam térmico

Velocidad del viento

Humedad relativa

Temperatura ambiente

Emisividad

Reflejos

Incidencia solar

2. MATERIALES Y MÉTODOS

2.1 Aspectos físicos que involucra la termografía

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La termografía como lo mencionamos anteriormente es una técnica que no implica

contacto directo con el equipo que será sometido a inspección, lo que conlleva a

denominar a la termografía infrarroja como una técnica no destructiva y sobre todo que

beneficia al operador ya que este no corre ningún tipo de riesgo o peligro al momento

de realizar la respectiva termografía. La termografía se basa en ciertos parámetros

físicos: termodinámica, ley de Planck, ley de Kirchhoff las cuales las denotaremos

como las principales.

La física es una de las tantas ciencias que hay la misma que se presta para comprobar

y explicar el comportamiento de ciertos fenómenos físicos que cotidianamente rodean

el entorno en el que nos desenvolvemos. Una parte importante de la física es la

termodinámica la misma que se puede definir como el estudio del flujo del calor. El

calor es parte primordial de la termografía, podemos definir al calor como una forma

de energía. Al hablar de termodinámica se puede mencionar algunas leyes como la ley

cero, la primera ley de la termodinámica, la segunda ley de la termodinámica y la

tercera ley de la termodinámica. La ley cero de la termodinámica establece que existe

equilibrio térmico siempre y cuando en el sistema exista la misma temperatura. La

primera ley de la termodinámica es la más importante ya que gracias a esta se puede

establecer un principio fundamental de la física la misma que manifiesta que “La

energía no se crea ni se destruye solo se transforma”.

La segunda ley de la termodinámica manifiesta que solamente se puede realizar un

trabajo mediante el paso de calor de un cuerpo con mayor temperatura a otro que tiene

menor temperatura, cabe recalcar que con esta ley se puede establecer la entropía la

misma que se define como un grado de medida de desorden que ocurre en un sistema.

Por último la tercera ley de la termodinámica enuncia que es posible acercase al cero

absoluto pero nunca llegar a el ° K=−273℃ mediante esta expresión se puede

deducir que no hay movimiento, además vale recalcar que para que algún cuerpo llegue

al cero absoluto este debe estar aislado de toda fuente de calor, caso que es imposible a

que todo cuerpo emite algún tipo de forma de energía.

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En cuanto a la ley de Planck se puede decir que mediante esta se pude calcular la

potencia radiada por un cuerpo negro por unidad de área y unidad de longitud de onda.

La ley de Kirchhoff establece que “La suma de radiación que sale de la superficie de

un objeto es igual a uno” es decir que del 100 % de radiación una parte es reflejada,

otra transmitida y otra emitida.

2.2 Equipos utilizados para realizar termografía

Entre los equipos utilizados para realizar inspecciones termográficas están

principalmente las cámaras termográficas, las mismas que en la actualidad son

distribuidas por diferentes fabricantes, cada cámara termográfica difiere de otra por su

funcionalidad, calidad de imagen térmica y por su costo. El manejo de estos equipos es

similar a la de una cámara habitual pero su cuidado debe ser extremado debido a sus

componentes y a su costo. El uso de estas cámaras termográficas ha generado que este

tipo de inspecciones sean seguras y rápidas para el operario, al momento de finalizar

esta inspección los datos deben ser descargados a un software el mismo que son

promocionados por fabricantes de las cámaras. De la misma forma se debe tener

siempre a la mano instrumentos de medición de humedad relativa y temperatura

ambiente para una correcta recolección de datos de temperatura.

2.3 Parámetros de temperatura en el software (satIrReport)

La modificación de estos parámetros se debe realizar en el software que se utilice en

este caso satIrReport.

2.3.1 Emisividad, humedad relativa, distancia y temperatura ambiente

Entre los muchos factores que pueden alterar los datos térmicos de un termograma está

la emisividad, la humedad relativa, distancia y temperatura ambiente.

Los valores de humedad relativa y temperatura ambiente deben ser medidos a través de

instrumentos de medición de esa índole en todo en proceso de termografía, es decir

estos datos se deben ir actualizando en todo el transcurso del proceso.

La emisividad es la capacidad que tiene todos los cuerpos de emitir radiación

infrarroja, esta emisividad dependerá directamente de la composición química de la

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superficie del objeto, entonces se pude decir que mientras más caliente este el objeto

más radiación infrarroja emitirá, por ejemplo existe valores de emisividad que pueden

ser de 0 cuyos objetos son considerados como reflectores prefectos como es el caso

más evidente es el espejo, pero existe valores de emisividad de 1,0 estos son

denominados como emisores perfectos.

La emisividad se expresa de la siguiente forma:

emisividad= radiacionemitida por un objeto a temperatura °Tradiacionemitida por un cuerpo negro a temperatura °T

La mayoría de superficies orgánicas que se encuentran oxidadas o pintadas pueden

llegar a tener valores de emisividad que oscilan entre 0,92-0,95.

Se puede deducir entonces que al momento de no asignar correctamente los valores de

emisividad los datos del termograma se verán gravemente afectados, ya que si se

introduce en el software un valor de emisividad bajo los valores de temperatura máxima

se elevaran de manera incontrolable, pero si se elevan demasiado los valores de

emisividad los valores de la temperatura en el termograma se disminuirán, de cualquier

forma se debe tener en cuenta los valores de emisividad y la mejor forma de controlar

estos valores tener a la mano algún tipo de tablas de emisividad en momentos que se

desconozca.

La distancia al capturar el termograma es otro de los aspectos a consideración para

esto es importante esclarecer un relación de la distancia con el objeto de medición y

sobre todo con la resolución de la cámara.

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2.4 Velocidad del viento, reflejos e incidencia solar

Estos factores se involucran directamente con el entorno donde se encuentran el objeto

o equipo a ser inspeccionado, estos factores son, la incidencia solar, los reflejos

presentes y la velocidad del viento que deben ser considerados para evaluar los

resultados de la inspección.

Con la presencia de viento y si esta se encuentra a altos niveles esta puede generar la

perdida de calor por convección, causando que los verdaderos valores de termografía

sean ignorados, manifestando así que este factor incide mucho en termografía

Los reflejos presentes en el espacio de termografía deben ser examinados

detenidamente, puesto que con la presencia de reflejos el área de trabajo se puede

cometer errores al emitir el diagnostico termográfico, una forma de determinar si el

entorno hay presencia es conveniente tomara varios termogramas de distintas

perspectivas y ángulos de visión, entonces cuando estos se muevan de un lugar a otro en

la imagen térmica se podrá identificar a estos reflejos que confundirían al operario al

momento que se estaría analizando el termograma.

En equipos que se encuentra al aire libre se debe tomar muy en cuenta la radiación solar

debido a que con la presencia de esta se aumenta los valores de temperatura y causando

dificultades al momento de identificar los componentes defectuosos de los que están

funcionando correctamente.

2.5 Spam térmico, Rango térmico, resolución y enfoque

El spam térmico es la escala de valores de temperatura del valor más alto al más bajo,

este spam térmico debe tener un correcto ajuste en la cámara.

El rango térmico de la cámara termográfica permite la visualización de los objetos que

están a diferente temperatura, por ejemplo si un objeto está a 200℃ y el rango térmico

de la cámara es de solo −40℃ a120℃ este objeto no se podrá visualizar en el

termograma solo se observara una imagen de color blanco por esta razón es importante

seleccionar una cámara con el apropiado rango térmico puesto que si no lo considera

los objetos fuera de rango van a ser difíciles de ser visualizados.

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En cuanto a la resolución hay de dos tipos la espacial y la de medición, esta resolución

dependerá del tamaño del objeto al que se le realizara la inspección. En fin estos

factores que se deben tomar en cuenta en la cámara.

El mal enfoque con la cámara termográfica es otro factor que frecuentemente genera

errores en el análisis del termograma debido que los valores reales de temperatura se

disminuirán enmascarando los puntos más calientes en el termograma, para verificar

que una cámara este muy bien enfocada la persona que manipula la cámara debe notar

que las líneas de la imagen térmica no este difuminada.

2.6 Criterios de severidad empleados en termografía

Para evaluar la severidad de un equipo se lo hace mediante la utilización de tablas

(Tabla 1) anteriormente aprobadas tomando en cuenta las características de equipos

inspeccionados

∆ T [°C] BAJA TENSIÓN ALTA TENSIÓN ACCIÓN A TOMAR PARA SU REPARACIÓN

SOBRE

EXTREMO>= 70 EXTREMO

>= 65 INMEDIATA

9085807570

CRÍTICO50 - 69

65

CRÍTICO30 - 64 LO MÁS PRONTO

605550

SEVERO30 - 49

45403530

MEDIO10 - 29

SEVERO15 - 29 EN PRIMERA PARADA25

2015 MEDIO

6 - 14 PROGRAMABLE10

LEVE1 - 95 LEVE

1 - 5OBSERVACIÓN

1Tabla 1. Criterios de severidad

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3. DISCUSION Y RESULTADOS

Mediante esta investigación se puede manifestar que existen varios factores externos e

internos que modifican los correctos datos de un termograma, entre los factores

externos están la temperatura ambiente, humedad relativa, velocidad del viento,

reflejos que existen alrededor del objeto donde se va a realizar termografía, la lluvia, la

incidencia solar. Por esta razón es imprescindible tener a la mano instrumentos de

medición de humedad relativa, de temperatura ambiente, en cuanto a la velocidad del

viento esta debe ser menos de 16km/h es la condición ideal para realizar termografía, la

incidencia solar es otro factor que altera notablemente a los datos de temperatura ya que

estos valores pueden elevarse por esta incidencia solar y no dar a notar los verdaderos

valores del temperatura.

Figura 1. Termograma con parámetros de temperatura correctos

Material  VidrioAmbient Temp 23,6 °CEmissivity  0,92Distance 1mRelative Humidity  34% Max Temp  41,7 °CMin Temp  21,6 °CTabla 2. Datos de los parámetros de termografía correcta

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Figura 2.Termograma con parámetros de temperatura incorrectos

Material  VidrioAmbient Temp 23,6 °CEmissivity  0,56Distance 2mRelative Humidity  45%Max Temp  47,8 °CMin Temp  14,6 °CTabla 3. Datos de los parámetros de termografía incorrecta

Termograma correcto Termograma incorrectoTemperatura ambiente 23,6 ℃ Temperatura ambiente 23,6 ℃Temperatura máxima 41,7℃ Temperatura máxima 47,8℃

∆ T=41,7℃−23,6℃=18,1 ∆ T=47,8℃−23,6℃=24,2Tabla 4. Comparación de Valores de ∆ T

Para realizar los diagnóstico de termografía se utiliza el valor ∆ T para emitir criterios de

severidad guiados de tablas establecidas (tabla 1) respecto a los valores obtenidos en la

tabla 4 los criterios de severidad difieren considerablemente, por esta razón se puede

aseverar que por la errores cometidos al momento de realizar termografía, los diagnostico

que se emitan serán erróneos.

Al realizar una comparación de un termograma con datos correctos (figura1) con otro

termograma con valores modificados e incorrectos (figura 2) se puede aseverar que la

emisividad la temperatura ambiente, humedad relativa, distancia inciden en su totalidad en

el termograma puesto que si el valor de emisividad es bajo el valor temperatura máximo

aumentara (figura 2) y si la emisividad es alta el valor de temperatura máximo disminuirá.

En cuanto a la manipulación de la cámara termográfica el operador puede cometer algunos

errores como olvidar enfocar la cámara, para verificar el correcto enfoque se debe hacer

con ayuda de su mano, tomar una termografía de ella y verificar que la misma este dentro

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de área del termograma, otro factor es no tener en cuenta la distancia y el ángulo para

capturar al objeto sometido a termografía, la distancia ideal es de 1m de distancia pero

esta va variar de acuerdo al equipo con el que se va a trabajar, y con esto la termografía

debe ser tomada de forma perpendicular.

Figura 3. Termograma desenfocado

Otros factores que deben se considerados es el spam térmico, el rango térmico, y la

emisividad que debe ser introducido por el operario de la cámara de acuerdo a las

propiedades de la superficie del equipo inspeccionado. En lo que respecta a la emisividad

se puede determinar que hay distintos valores de emisividad para cada superficie de

material. Con esto se puede acotar que las superficies oscuras de algunos materiales

absorben más rayos infrarrojos en comparación a las superficies claras. Muy a menudo

sucede que al momento de analizar los datos proporcionados por la cámara termografía

mediante un software las personas encargadas del análisis de estos datos olvidan configurar

la emisividad y otros datos como la temperatura ambiente, la humedad relativa etc. Este es

un factor que ocasionara la lectura. Se puede aclarar que la emisividad es un factor que

incide de forma negativa en un análisis termográfico.

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4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

o Con la ayuda de la cámara termográfica solo se mide la temperatura

superficial de los objetos y no así la del interior o a través de los objetos, en

si la termografía es un técnica no destructiva, que se la puede realizar sin

que exista par en la producción industrial, es decir que beneficia a los costos

de fabricación

o La capacidad de un objeto de emitir radiación infrarroja depende de varios

factores, incluyendo, tipo de material del objeto, condición de superficie es

decir su pulcritud, rugosidad o presencia de partículas.

o Cuan mayor es la diferencia entre la temperatura del objeto medido y la

temperatura ambiente y el valor de la emisividad es bajo mayor es el

número de errores en la medición

o La emisividad, la reflexión y la velocidad del viento son factores que alteran

el resultado de la medición de temperaturas de mecanismos a ser medidos

razón por la cual se las debe tener en cuenta al realizar termografía.

o Tener en cuenta aspectos de transferencia de calor ya que existe tres tipos de

proceso para la transferencia de calor como es la convección, conducción y

la radiación.

o Para establecer la severidad del equipo inspeccionado mediante termografía

infrarroja se utiliza el valor de ∆ T y se procede a comprar con tablas de

severidad pero guiados de las características de los equipos inspeccionados

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Bibliografía

FLUKE. (2011). Cámaras termográficas y parámetros de medición. 12-32.

SATIR. (2012). Guía de termografia para mantenimiento predictivo,cátalogo y sotware. 2-35.

THERMOGRAPHY. (2011). Guia tecnica. FLIR SYSTEMS, 2-57.

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