06 octubre 2009

Aplicaciones mecánicas de la termografía de infrarrojos

Nuevamente volvemos a hablar de una tecnología en auge como es la termografía (ver "Últimos avances en termografía"), y en esta ocasión nos centramos en una descripción de sus aplicaciones mecánicas.
La termografía de infrarrojos es el proceso de usar una imagen térmica para detectar la radiación infrarroja (calor) que es emitida por los objetos. Esta tecnología permite a los operadores validar operaciones normales, y más importante aún, localizar anomalías térmicas (modelos anormales de calor invisible al ojo) que indica posibles fallos, defectos o ineficiencias dentro de un sistema o máquina.
Algunos ejemplos de las aplicaciones de la termografía son los siguientes:
  • Sistemas eléctricos: Conexiones eléctricas con fallos o circuitos sobrecargados.
  • Equipos mecánicos: Motores con calentamiento anormal o posibles fallos en rodamientos.
  • Sistemas de fluidos: Bloqueo de líneas, niveles de tanques o temperaturas de tuberías.
  • Aplicaciones en construcción: Detectar pérdidas de aislamiento, infiltración de aire o daños por humedad.
  • Tejados de baja pendiente: Localizar aislamiento de tejado húmedo.

Si bien los sistemas de imágenes infrarrojas son relativamente fáciles de usar, interpretar imágenes en este equipo puede ser más complejo y desafiante. Con formación y experiencia, sin embargo, puede extraerse información relevante que puede ayudar a los gestores de activos y al personal de mantenimiento a mantener sistemas y equipos mientras que controlan o mejoran la calidad de los productos.

Cuando se inspeccionan los equipos mecánicos con infrarrojos, se necesitan ciertas condiciones. Es importante tener una base sólida sobre radiometría y transferencia de calor, conocimiento de cómo operan los equipos mecánicos, además de un sólido conocimiento de las capacidades y limitaciones de la cámara. Con este tipo de tecnología, es necesaria una formación apropiada para operar con éxito estos sistemas.

La inspección de equipos mecánicos con termografía infrarrojo se cubre una amplia variedad de sistemas, todo desde motor, equipos rotatorios, trampas de vapor, refractarios, niveles de tanques, y más. La mayoría de estas inspecciones desenfatizan tomar medidas de temperatura absoluta en vez de concentrarse en comparar modelos térmicos totales para comprender la salud de los activos.

Donde el termógrafo captura un mapa térmico de un tipo de equipo particular, es uno de los usos más valiosos de esta tecnología, ya que una inspección subsecuente permite comparar el mapa original al detalle y ver lo que ha ocurrido en el tiempo.

Si bien hay muchas formas de controlar las condiciones mecánicas de un motor, las imágenes térmicas se han probado en sí mismas útiles principalmente por su rapidez y eficiencia. Sabemos que el calor se produce por un gran número de motivos – fricción excesiva, alta resistencia eléctrica, reducción del aire de enfriamiento o fluidos y problemas con flujo de corriente en un motor. Si se detecta un problema, la forma de una imagen térmica anormal puede verse como imagen infrarroja. Un método de ensayo tal como análisis de vibraciones, ultrasonidos aerotransportados o análisis del circuito del motor – son típicamente necesarios para ayudar a determinar con exactitud la causa de la anomalía.

Un calentamiento anormal, tal como el que ocurre con la mala alineación de un acoplamiento, puede ser precedido por una vibración detectable. Si no se actúa a tiempo el problema irá creciendo y el motor puede estropearse. Este es uno de los problemas que típicamente puede detectarse con termografía. Una gran variedad de asuntos relacionados con el sistema eléctrico del motor pueden ser también modelos térmicos asociados con ellos. Un fallo interno debido a una avería de aislamiento del devanado del motor puede incrementar la temperatura total del motor incluyendo la carcasa del motor. A menudo, cuando la trayectoria del flujo de aire de enfriamiento se bloquea en un motor, el aislamiento del devanado también falla.

La inspección de rodamientos es otra aplicación útil de la termografía de infrarrojos. La fricción anormal en los rodamientos, generalmente térmica, causa que la temperatura de la superficie del rodamiento se eleve. Este problema térmico, cuando se detecta, es una indicación de un problema potencial en el rodamiento.

La termografía también se usa para controlar la temperatura del aislamiento refractario a alta temperatura en equipos como hornos o calderas. Los modelos térmicos detectados en estos casos pueden usarse para controlar la condición del aislamiento o incluso calcular el espesor del refractario restante. Este tipo de control es muy valioso ya que permite reparar antes de que sobrevengan problemas catastróficos.

Con el incremento en los costes de la energía, las trampas de vapor son otra aplicación donde la termografía de infrarrojos puede proporcionar un valioso ahorro. Esto se lleva a cabo detectando fallos en las trampas, que se quedan pegadas en posición abierta. Si bien los ultrasonidos se han considerado como método de test primario para esta aplicación, las inspecciones de infrarrojos pueden completarse rápida y fácilmente, incluso a alguna distancia del dispositivo. Una trampa que funcione apropiadamente típicamente tendrá una gran diferencia de temperatura entre el vapor y los lados del condensado. La diferencia de temperatura desaparecerá rápidamente en los ciclos. Si ambos lados de la trampa están calientes es una indicación de que la trampa ha fallado abierta, una condición que puede costar literalmente varios miles de dólares al año.

También el aislamiento y las trazas de calor en las líneas de proceso pueden inspeccionarse con infrarrojos. Las aplicaciones tales como detectar bloqueo de líneas, control de temperatura de líneas de control, localización de aislamiento dañado o perdido puede llevarse a cabo con infrarrojos con unas pocas excepciones. Las líneas cubiertas con muy altos niveles de aislamiento son más problemáticas cuando están envueltas con aluminio brillante o cubiertas por metal laminado de acero inoxidable. Inspeccionar estas situaciones puede ser muy difícil debido a la alta reflectividad térmica /baja emisividad de las superficies.

Por último, una de las aplicaciones mecánicas más fáciles de la termografía es localizar niveles de gases, líquidos, sólidos fluidizados e incluso lodos en tanques, recipientes y silos. Aunque la mayoría de los tanques de almacenaje tienen un medidor para detectar niveles, estos sensores a menudo suelen fallar o deben ser verificados independientemente por la naturaleza crítica del proceso.

Igual que se inspecciona el bloqueo de conducciones, las diferentes capacidades térmicas de sólidos, líquidos y gases y la forma como el calor se mueve hacia adentro o hacia afuera, estos materiales cambian la temperatura a diferentes niveles en ciclos de flujos de calor transitorios. Los gases, que tienen una capacidad térmica más baja, típicamente cambian más rápidamente. Los sólidos, con capacitancias variables no cambian tan rápidamente debido a los controles de flujo de calor, conductividad más lentos. Los materiales flotantes, incluyendo ceras, pueden usualmente distinguirse del líquido debido a las diferencias de capacitancia. Los líquidos típicamente sufren un cambio mayor debido a su alta capacitancia térmica.

Bibliografía: An intro to infrared thermography for mechanical applications. ReliablePlant September 2009

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