Termografics, termografía aplicada al mantenimiento predictivo de instalaciones y equipos

El termómetro de infrarrojo es una herramienta muy útil  para mediciones sin contacto de temperaturas superficiales. Consta de una lente que capta la emisividad infrarroja del objeto, que es traducida numéricamente en la pantalla del termómetro. Un indicador láser indica el punto dónde se va a tomar la temperatura. Estos termómetros son muy fiables para las lecturas de un solo punto, pero no sirven para analizar una superficie mayor, es decir, que permiten un análisis rápido y puntual, pero no uno profundo.

Las cámaras de infrarrojos, en cambio, pueden escanear grandes superficies, facilitando la detección de problemas. La cámara aporta la visión completa de la situación y la información de diagnóstico instantánea del problema en su totalidad, ya que es capaz de visualizar a la vez toda la superficie con riesgo de calentamiento, ya sean paneles eléctricos, motores, edificios o sistemas de calefacción, entre otros.

Una cámara termográfica equivale a usar miles de termómetros de infrarrojos a la vez. Por ejemplo, una cámara con una resolución de 60X60 píxeles, equivale a usar 3600 termómetros de IR a la vez.

Una instalación fotovoltaica está compuesta por sistemas de módulos fotovoltaicos instalados en estructuras adecuadas, equipos inversores que convierten la tensión continua generada por los paneles solares en tensión alterna,  sistemas de orientación de los paneles, el cableado y los sistemas de protección, así como los elementos de media tensión asociados.

El rendimiento de un módulo fotovoltaico depende de la temperatura de sus celdas y de la radiación que incide sobre él.  Cuando una celda está averiada o no genera energía porque no recibe la radiación del sol, se puede polarizar de forma inversa pasando a comportarse como una carga en vez de un generador, lo cual puede implicar una alta disipación de calor. Esta situación es fácilmente detectable con una cámara termográfica.

Un correcto mantenimiento y la monitorización de las diferentes partes de la instalación nos ayudarán a obtener de la misma el máximo rendimiento. La termografía permite la localización de defectos por sobrecalentamiento de alguno de sus componentes, como las celdas de los módulos, conectores, fusibles o cualquier equipo que pueda tener una elevación de su temperatura nominal, ya que todo influirá en el rendimiento total de la instalación.

Los efectos de un aumento de la temperatura en las celdas fotovoltaicas pueden suponer la disminución de la potencia en un 0,5% por cada grado centígrado de aumento de la temperatura de trabajo del módulo y un deterioro prematuro del módulo a medio o largo plazo.

La termografía infrarroja permite localizar algunos defectos en  los módulos fotovoltaicos como celdas rotas, con fisuras o microfisuras, defectos de soldadura en las uniones de las células, sombras… Los problemas asociados a una sobretemperatura pueden dar lugar a que las celdas adyacentes disminuyan su eficiencia o que incluso lleguen a averiarse, expandiéndose el problema por el panel.

Otros defectos de la instalación que se pueden localizar gracias a la termografía son defectos en conectores y cajas de conexión, en cuadros eléctricos, fusibles desconectados o fundidos o desequilibrios en los sistemas trifásicos.

El seguimiento de la instalación nos permitirá confeccionar un histórico a partir de la comparación y evolución de los defectos encontrados en cada una de las inspecciones, optimizando así el rendimiento de las instalaciones.

Las imágenes que acompañan este artículo corresponden a una planta fotovoltaica de 40MW revisada por los técnicos de Termografics.

Las aplicaciones de la termografía infrarroja en los procesos industriales es amplia y variada.  Esta tecnología permite observar el reparto superficial de las temperaturas en las diferentes fases de fabricación de un producto, conociendo así el “comportamiento térmico” del proceso en todo momento y permitiendo, una vez observado, comprobado y estudiado, ajustar y regular las diferentes partes mecánicas, resistencias, etc. y así optimizar la fabricación y mejorar el producto final.

Les dejamos un  par de videos elaborados por Termografics con ejemplos de aplicaciones de la termografía infrarroja

El primero muestra el uso de la termografía infrarroja aplicada en sistemas eléctricos y mecánicos,  mientras que el segondo aplicada a edificios, instalaciones fotovoltaicas, eólicas y térmicas.

 

Termografics es miembro asociado de AETIR, la primera asociación de termografía infrarroja que existe en España, que se presenta en su web de la siguiente manera:

Aunque somos una asociación joven, todos los miembros de la actual Junta, mayoritariamente miembros fundadores de la asociación, tenemos mucha ilusión en este proyecto.

AETIR nace para que la Termografía sea una técnica reconocida por las empresas e instituciones y con el suficiente prestigio como cualquier otra técnica de END (ensayos no destructivos).

Fomentaremos la formación de las personas implicadas en la Termografía, tanto los distribuidores de equipos como los técnicos que realizan las inspecciones termográficas.

Desde AETIR ofrecemos información sobre la termografía y las posibles aplicaciones tanto a asociados como a empresas o instituciones que deseen conocer las ventajas de esta técnica, así como los equipos y formación necesarios para la realización de los trabajos.

Impulsaremos el uso de la Termografía en cada una de las aplicaciones conocidas y ofrecemos nuestra colaboración para todas las nuevas aplicaciones que puedan aparecer.

Más información: http://www.aetir.com

Las cámaras de termografía “traducen” la radiación infrarroja de los cuerpos y objetos a una escala de colores visible para el ojo humano.  Este es un ejemplo de las diferentes paletas que puede tener una cámara de infrarrojos.

Reproducimos a continuación  un interesante artículo sobre la termografía como herramienta profesional en el control de plagas,  escrito por Ian Donovan,  director de prevención predictiva de Amperis.com.

Los materiales de construcción han mejorado cuantitativamente y la capacidad para encontrar plagas se ha dificultado, ya que los nuevos materiales de construcción dificultan la detección de plagas.
En los últimos años, la industria de plagas se ha percatado de que la termografía de infrarrojos puede ayudar, y mucho, en la detección de infestaciones de plagas, detectando la humedad latente de las estructuras. En este artículo se analiza la utilización de termografía para detectar patrones térmicos asociados a la infestación de insectos, la comprobación de los datos y dificultades especiales relacionadas con el proceso de observación.

Historia

El control de plagas existe desde el principio de la humanidad. Originariamente, nuestros antepasados, se higienizaban continuamente para quitarse de encima a los insectos. Esencialmente, el control de plagas de insectos se trata de una actividad que se basa en la vista, porque si se pueden ver, se puede acabar con ellos.
De esta manera, el hombre se tuvo que especializar en el control de plagas de insectos.
La profesión se expandió y avanzó.

El uso de productos químicos se convirtió en uno de las principales soluciones. Una vez se localizaba la plaga, el uso de productos químicos era la respuesta. La Industria descubrió una amplia variedad productos químicos que tenían gran éxito en el control de plagas, sin embargo, algunos de estos productos químicos, como el DDT, producen graves efectos secundarios como mutaciones y desintegración de cadenas de ADN, así como una progresiva resistencia de las plagas a los distintos productos químicos.

Llegaban los años 80 y la población de plagas comenzaba nuevamente a expandirse. Los profesionales de plagas, sin embargo, aún se basaban en la vista para localizar las plagas.

plaga de termitas

Los avances técnicos de la construcción, proporcionaron nuevos hábitos y fuentes de alimento para los insectos. Las placas de yeso han sustituido al torno y al yeso, proporcionando resistencia uniforme y facilitando la instalación, pero, por desgracia, se han convertido en una gran fuente de alimento para los insectos que se alimentan de celulosa, como las termitas.

Las pequeñas aberturas pueden permitir la entrada de pequeñas termitas aladas que pueden convertirse en una reina termita capaz de crear una colonia de millones de termitas o permitir la entrada de otras plagas de insectos como hormigas. Algunas plagas como las abejas no necesitan aperturas hechas por el hombre o por la contracción y dilatación natural de los materiales, sino que crean su propia entrada penetrando el material.

Las plagas de insectos viven prácticamente ocultas a la vista y casi siempre son descubiertas cuando salen de su escondite buscando comida.

Uso termografía como herramienta de detección de plagas

Hace unos años, un colega que trabaja en la industria de control de plagas le preguntó a un vendedor de cámaras de infrarrojos si podría encontrar termitas con la cámara.

Iniciaron numerosos ensayos con diversas cámaras y se dieron cuenta de que cuando visualizaban el interior de edificios plagados, se encontraba una refrigeración anómala. Existe una correlación entre la presencia de humedad y la posible presencia de plagas de insectos. También se descubrió que cuando observaban anomalías en las paredes o estructuras de madera, los defectos mostrados tenían una alta correlación con el daño que se había producido o se estaba produciendo, de nuevo, por las termitas. En ambos casos, las anomalías no eran visibles a simple vista.

Con resultados muy positivos, la utilización de cámaras termográficas y de infrarrojos se convirtió en una herramienta clave en el tratamiento de infestaciones de termitas. Hoy en día, una cámara de imágenes térmicas infrarroja es una herramienta casi imprescindible cuando estamos ante una plaga.

conductos de termitas vistos con infrarrojos
Conductos de termitas vistos con infrarrojos

termitas en el techo vistas con cámaras termográfica
Termitas en el techo vistas con cámaras termográfica

El uso de cámaras de infrarrojos como herramienta de control de infestaciones de plagas en la industria difiere de su uso para la inspección de circuitos eléctricos, inspección de materiales refractarios o de la inspección de máquinas o equipos. En la mayoría de estos casos, las emisiones térmicas de alta temperatura y de las imágenes de infrarrojos son fácilmente evidentes.

Por otra parte, las inspecciones que utilizan imágenes infrarrojas en control de plagas consisten casi en su totalidad en emisiones bajas o muy cercanas a la temperatura ambiente con cambios a veces muy sutiles. No sólo se necesita el ojo experto de un termógrafo, sino también una comprensión, análisis e interpretación apropiados de las imágenes Infrarrojas. Entender los principales factores que están asociados con los problemas de plagas de insectos es requisito absoluto. Conocer y entender otros factores que se asocian con otras plagas, problemas tales como matices estacionales y regionales también conducen a la correcta interpretación y el análisis de las imágenes.

Cualquier termógrafo que preste servicios en la lucha contra las plagas debe ser consciente de que en una gran mayoría de los casos, las anomalías pueden ser muy pequeñas y pueden ser fácilmente pasadas por alto.

Localizar una infestación de termitas en su primera etapa, podría ahorrar miles e incluso decenas de miles de euros en daños. Por otra parte, la localización de tóxicos derivados de estas plagas puede prevenir enfermedades.

Usos adicionales de la termografía en el control de plagas

La termografía es de gran ayuda para localizar roedores y nidos de pequeños animales dentro de las paredes o estructuras, dado que esas criaturas son de sangre caliente. El proceso de detección de plagas incluye el examen de elementos tales como paneles eléctricos, cañerías, y no es extraño encontrar problemas eléctricos como cables y circuitos defectuosos, conexiones sueltas o escapes.

Mientras se realice la inspección, pueden aparecer defectos en el aislamiento, filtraciones de aire del exterior, conductos agrietados, pérdidas de frio y calor.

Como el uso de imágenes térmicas permite ver el interior de las estructuras, el uso de estos aparatos es una herramienta esencial para localizar los lugares apropiados para los tratamientos químicos que acabarán con la plaga. Si se deja sin tratar una zona, puede convertirse en el lugar donde la plaga pueda sobrevivir.

Como parte del programa de tratamiento de plagas, son necesarios dos factores para un tratamiento de éxito:

  1. Primero, si hay un factor, como puede ser la humedad, que proporciona condiciones favorables, ese factor debe ser eliminado. El uso de imágenes térmicas confirmará que el problema de la humedad ha sido resuelto.
  2. Segundo, una vez que se ha efectuado el tratamiento, hay que confirmar la efectividad del tratamiento. La imagen térmica juega un papel muy importante en el proceso de confirmación.

Comprobación de datos.

En el proceso de inspección de plagas es importante entender que el proceso de detección también incluye la verificación de los datos y hallazgos. Las imágenes digitales e infrarrojas deben ser grabadas. El uso de equipo adicional para cerciorarse de la presencia o no de la supuesta plaga es un deber fundamental.

Desafios especiales

El exterminador de plagas se encuentra con desafíos inusuales, algunos de los cuales deberían ser tratados en profundidad en otro momento, sin embargo, ciertos retos deben ser mencionados:

  • El control de plagas por termografia debería ser considerado como una especialidad. Es más fácil utilizar la termografia si se tiene experiencia en el campo de la exterminación.
  • Pueden existir problemas estructurales. En las zonas donde existe actividad de termitas, puede haber fallos estructurales, el inspector debe tener conocimiento de esos problemas o fallos.


La emisividad

La emisividad es la medición de la capacidad de un objeto para emitir energía infrarroja. Cuando más caliente es un objeto, más energía infrarroja emitirá. La emisividad puede tener un valor de 0 (espejo brillante, reflector perfecto) a 1,0 (radiador de Planck, emisor perfecto). La mayoría de las superficies orgánicas, pintadas u oxidadas tienen valores de emisividad cercanos a 0,95. Si va a realizar inspecciones cualitativas, deje la emisividad fijada a entre 0,9 y 1. Si necesita medir valores reales de temperatura, fije el valor de emisividad según la del material del objeto que vaya a medir. Si lo que necesita es precisión, tendrá que buscar el valor de la emisividad del material antes de tomar la medición. A continuación adjuntamos una tabla con los valores de emisividad de los materiales más comunes.

Valores de emisividad de materiales comunes
Material
Emisividad*
Aluminio, pulido
0,05
Aluminio, superficie rugosa
0,07
Aluminio, muy oxidado
0,25
Placa de amianto
0,96
Tela de amianto
0,78
Papel de amianto
0,94
Pizarra de amianto
0,96
Latón, mate, deslustrado
0,22
Latón, pulido
0,03
Ladrillo, común
0,85
Ladrillo, vidriado, basto
0,85
Ladrillo, refractario, basto
0,94
Bronce, poroso, basto
0,55
Bronce, pulido
0,1
Carbono, purificado
0,8
Hierro fundido, fundición esbozada
0,81
Hierro fundido, pulido
0,21
Carbón, en polvo
0,96
Cromo, pulido
0,1
Arcilla, cocida
0,91
Hormigón
0,54
Cobre, pulido,
0,01
Cobre, bruñido comercial
0,07
Cobre, oxidado
0,65
Cobre, negro oxidado
0,88
Cinta aislante, plástico negro
0,95
Esmalte **
0,9
Formica
0,93
Terreno congelado
0,93
Vidrio
0,92
Vidrio, escarchado
0,96
Oro, pulido
0,02
Hielo
0,97
Hierro, laminado en caliente
0,77
Hierro, oxidado
0,74
Hierro, chapa galvanizada, bruñido
0,23
Hierro, chapa, galvanizado, oxidado
0,28
Hierro, brillante, grabado
0,16
Hierro, forjado, pulido
0,28
Barniz, Bakelite
0,93
Barniz, negro, mate
0,97
Barniz, negro, brillante
0,87
Barniz, blanco
0,87
Hollín
0,96
Plomo, gris
0,28
Plomo, oxidado
0,63
Plomo, rojo, en polvo
0,93
Plomo, brillante
0,08
Mercurio, puro
0,1
Níquel, en hierro fundido
0,05
Níquel, puro pulido
0,05
Pintura, acabado en plata**
0,31
Pintura, óleo, media
0,94
Papel, negro, brillante
0,9
Papel, negro, mate
0,94
Papel, blanco
0,9
Platino, puro, pulido
0,08
Porcelana, vidriada
0,92
Cuarzo
0,93
Goma
0,93
Laca, negra, mate
0,91
Laca, negra, brillante
0,82
Nieve
0,8
Acero, galvanizado
0,28
Acero, muy oxidado
0,88
Acero, recién laminado
0,24
Acero, superficie rugosa
0,96
Acero, rojo oxidado
0,69
Acero, chapa, niquelado
0,11
Acero, chapa, laminado
0,56
Papel de alquitrán
0,92
Estaño, bruñido
0,05
Tungsteno
0,05
Agua
0,98
Cinc, chapa
0,2

Los componentes mecánicos se deterioran debido a la carga que soportan, las vibraciones la corrosión y su propio envejecimiento. Esto provoca la fricción de las partes mecánicas (acoplamientos, engranajes, cojinetes, etc.), produciéndose un sobrecalentamiento.

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 aproximada de la temperatura interna.

En cuando al procedimiento, hay que tener en consideración que los problemas mecánicos se suelen encontrar comparando las temperaturas de superficie de elementos similares que funcionen en circunstancias parecidas. Lo más aconsejable es crear una rutina de inspección, para disponer de imágenes de referencia para comparar en posteriores inspecciones.

El mantenimiento termográfico debe hacerse cuando los motores están trabajando en sus condiciones normales de trabajo. La temperatura de funcionamiento normal de un motor la encontraremos en su placa de características.

Los componentes a capturar en una termografía de un motor son los siguientes: El cuerpo del motor, el acoplamiento del eje, el rodamiento del motor y eje y el cuadro de conexiones

La termografía puede ser una herramienta para detectar problemas mecánicos, aunque el análisis se debe completar con otras técnicas y equipos: Analizador de vibraciones, Analizador de aislamiento, Dispositivos de alineación por láser, Pinza amperimétrica o analizador de calidad eléctrica.

Entre problemas que podemos encontrar en motores, enumeraremos los siguientes:

Flujo de aire insuficiente (limpieza de las parrillas de admisión).

Desequilibrio de tensión o sobrecarga (el problema más habitual), que ha de confirmarse con una pinza amperimétrica o analizador de calidad eléctrica.

Fallo inminente en el rodamiento (complementar con análisis de vibraciones).

Fallo en el aislamiento (usar un comprobador de aislamiento).

Mala alineación del eje (complementar con un análisis de vibraciones).

Termografía de elementos mecánicos.  Su comportamiento térmico puede servirnos para un mejor análisis del funcionamiento de los mismos.