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Verlo en vivoTodo objeto por encima de la temperatura del cero absoluto emite radiación infrarroja.
La intensidad y la distribución de longitudes de onda de esa radiación están relacionadas con la temperatura de la superficie del objeto.
La termografía es la práctica de detectar y medir esa radiación mediante una cámara infrarroja y convertirla en una imagen térmica donde las diferencias de temperatura se representan como diferencias de color.
Una conexión eléctrica en buen estado que transporta su corriente nominal a temperatura ambiente emite radiación infrarroja coherente con su temperatura normal de funcionamiento.
La misma conexión con resistencia aumentada por un terminal suelto, una superficie de contacto corroída o una compresión insuficiente de la abrazadera genera más calor en el punto de fallo que el conductor circundante porque la resistencia eléctrica convierte más energía eléctrica en calor en el punto de mayor resistencia.
La imagen térmica de la conexión sana se ve uniforme.
La imagen térmica de la conexión defectuosa muestra un punto caliente de temperatura en la ubicación del fallo que se distingue inmediatamente de los componentes circundantes a temperatura normal.
La termografía hace visibles firmas de calor invisibles sin tocar el equipo, sin detenerlo y sin desmontarlo.
Esta capacidad de inspección sin contacto y no intrusiva es la ventaja definitoria de la termografía frente a los métodos de inspección basados en contacto.
Un panel eléctrico puede ser inspeccionado termográficamente mientras está energizado y en servicio, revelando fallos en desarrollo en tiempo real sin interrumpir el suministro eléctrico que alimenta.
Un rodamiento de motor en rotación puede ser escaneado termográficamente mientras el motor está en marcha, revelando elevación de la temperatura del rodamiento que indica una falla en desarrollo sin requerir que el motor se detenga.
Una tubería de proceso puede ser inspeccionada termográficamente mientras transporta su fluido de proceso a presión y temperatura de operación, revelando vacíos en el aislamiento, puntos de restricción de flujo y ensuciamiento de intercambiadores de calor sin interrumpir el proceso.
Entender la termografía a nivel operativo requiere una comprensión básica de cómo las cámaras infrarrojas convierten la radiación térmica en imágenes interpretables.
Radiación infrarroja y temperatura
La radiación infrarroja ocupa el espectro electromagnético entre la luz visible y la radiación microondas, en longitudes de onda aproximadamente entre 0,7 y 1.000 micrómetros.
Las cámaras termográficas industriales suelen operar en las bandas de infrarrojo de onda corta (SWIR), infrarrojo de onda media (MWIR) o infrarrojo de onda larga (LWIR), siendo las cámaras LWIR las más comunes en aplicaciones de mantenimiento industrial porque son sensibles al rango de temperatura típico del equipo industrial.
La cámara térmica
Una cámara infrarroja contiene un detector de matriz en el plano focal que mide la intensidad de la radiación infrarroja que llega a cada píxel del detector.
La intensidad de radiación medida en cada píxel se convierte en un valor de temperatura mediante algoritmos que tienen en cuenta la distancia al objeto, la emisividad de la superficie del objeto y las condiciones atmosféricas entre la cámara y el objeto.
El mapa de temperaturas resultante se muestra como una imagen térmica codificada por colores donde las temperaturas altas aparecen como colores brillantes (normalmente blanco, amarillo o rojo) y las temperaturas bajas aparecen como colores oscuros (normalmente azul o violeta).
Emisividad y su importancia
La emisividad es la relación entre la radiación infrarroja emitida por una superficie real y la radiación que emitiría un radiador ideal a la misma temperatura.
Diferentes materiales tienen distintos valores de emisividad.
La mayoría de las superficies pintadas, los materiales de caucho y los metales oxidados tienen valores de emisividad cercanos a 1,0, lo que hace que la medición de temperatura sea sencilla.
Las superficies metálicas brillantes tienen valores de emisividad muy bajos, lo que significa que la mayor parte de la radiación detectada por la cámara se refleja desde superficies circundantes en lugar de ser emitida por el propio objeto.
Ajustes de emisividad incorrectos producen lecturas de temperatura inexactas que pueden conducir a identificaciones falsas de fallos o a pasar por alto fallos reales.
Los termógrafos experimentados conocen los valores de emisividad de los materiales industriales comunes o aplican pintura o cinta temporal de alta emisividad a superficies brillantes antes de la medición.
Aplicación 1: Inspección de sistemas eléctricos
La inspección de sistemas eléctricos es la aplicación de termografía más ampliamente desplegada en el mantenimiento manufacturero y la que presenta el retorno de inversión más consistentemente favorable.
Los modos de fallo que la termografía detecta en los sistemas eléctricos son todas variaciones del mismo mecanismo subyacente: el aumento de la resistencia eléctrica en una conexión, componente o conductor produce calor elevado en la ubicación del fallo.
Conexiones terminales sueltas o corroídas en paneles de distribución, centros de control de motores y cajas de empalmes producen puntos calientes que son inmediatamente visibles en las imágenes térmicas.
Una sola conexión de terminal suelta puede generar una temperatura en el punto caliente de 50 a 100 grados Celsius por encima de la temperatura del conductor circundante.
Si no se corrige, la conexión suelta empeora progresivamente a medida que el ciclo térmico provoca un mayor aflojamiento del terminal, eventualmente produciendo un fallo por arco, una falla del aislamiento o un incendio que detiene la producción y crea un incidente de seguridad.
Una inspección termográfica que detecta la conexión suelta seis meses antes de la falla funcional permite una reparación programada durante una ventana de mantenimiento planificada a una fracción del coste de la reparación de emergencia y de la pérdida de producción.
Circuitos sobrecargados son visibles en las imágenes térmicas como temperaturas elevadas a lo largo del conductor en lugar de en un punto específico.
Un circuito que transporta el 110 % de su corriente nominal funciona más caliente que un circuito con carga normal.
La termografía detecta esta condición de sobrecarga antes de que dañe el aislamiento o provoque la apertura de un dispositivo de protección.
Condensadores y componentes de interruptores en fallo producen firmas térmicas características que los termógrafos formados reconocen antes de que los componentes fallen funcionalmente.
Aplicación 2: Inspección de equipos mecánicos rotativos
La termografía complementa el análisis de vibraciones en el monitoreo de condición de equipos rotativos al proporcionar detección térmica para modos de fallo que el análisis de vibraciones detecta con menos fiabilidad.
Monitoreo de la condición de rodamientos mediante termografía detecta la elevación de la temperatura del rodamiento que indica lubricación inadecuada, sobrecarga o un defecto mecánico en desarrollo.
Un rodamiento que funciona con lubricación insuficiente genera calor por contacto metal-metal que es detectable en imágenes térmicas antes de que el rodamiento produzca las firmas de vibración propias del defecto mecánico.
La termografía detecta la deficiencia de lubricación antes que el análisis de vibraciones para este modo de fallo específico.
Para defectos mecánicos en desarrollo en rodamientos de elementos rodantes, el análisis de vibraciones detecta frecuencias de fallo antes que la termografía, porque la firma térmica del defecto mecánico se desarrolla más tarde en la progresión del fallo que la firma de vibración.
El enfoque práctico consiste en usar la termografía y el análisis de vibraciones como técnicas complementarias en lugar de seleccionar una sobre la otra.
Termografía para la condición de lubricación y la detección temprana de sobrecalentamiento.
Análisis de vibraciones para el desarrollo de defectos mecánicos y la caracterización de frecuencias de fallo.
Evaluación de la condición del motor mediante termografía identifica suministro de energía trifásica desequilibrado, fallos en barras del rotor y problemas en los devanados del estator mediante patrones térmicos característicos que difieren del perfil térmico normal del motor.
Evaluación térmica de acoplamientos y trenes de transmisión identifica condiciones de desalineación que generan calor en las superficies de acoplamiento antes de que la desalineación produzca las firmas de vibración que indican un daño mecánico avanzado.
Aplicación 3: Inspección de equipos de proceso y envolvente de edificios
La tercera gran aplicación de la termografía en la fabricación es la inspección de equipos de proceso y la envolvente de edificios para detectar anomalías térmicas que indican condiciones de proceso o estructurales.
Evaluación de ensuciamiento de intercambiadores de calor utiliza la termografía para detectar la distribución de temperatura a través de la superficie de un intercambiador de calor.
Un intercambiador de calor limpio produce una distribución de temperatura coherente con su rendimiento de diseño.
Un intercambiador de calor con ensuciamiento muestra una distribución de temperatura irregular que revela la ubicación y el alcance de los depósitos de ensuciamiento antes de que este haya reducido la transferencia de calor lo suficiente como para crear un problema de calidad de proceso.
Inspección del revestimiento refractario en hornos, calderas y equipos de proceso a alta temperatura emplea la termografía para detectar puntos calientes en la superficie exterior que indican degradación del revestimiento refractario.
Un punto caliente en el exterior de la carcasa de un horno indica un revestimiento refractario adelgazado o fisurado en esa ubicación.
La inspección termográfica durante la operación identifica la falla refractaria en desarrollo antes de que progrese hasta una perforación de la carcasa del horno que requiera un apagado de emergencia.
Inspección de sistemas de vapor utiliza la termografía para detectar fugas de vapor, trampas de vapor obstruidas y tuberías mal aisladas.
Una trampa de vapor abierta en fallo que deja pasar vapor en continuo aparece caliente en las imágenes térmicas porque está a temperatura de vapor en lugar de a la temperatura más fría del retorno de condensado.
Una fuga de vapor produce una columna de vapor caliente que es inmediatamente visible en las imágenes térmicas incluso cuando la fuga es demasiado pequeña para verse a simple vista.
La termografía se despliega en dos modos operativos con diferentes perfiles de coste, diferentes capacidades de detección y diferentes aplicaciones apropiadas.
Inspección termográfica periódica basada en recorridos
Un termógrafo formado o un técnico de mantenimiento formado recorre la instalación con una cámara infrarroja siguiendo una ruta definida, capturando imágenes térmicas de cada punto de inspección y comparando las imágenes con líneas base o criterios de alarma.
La inspección termográfica basada en recorridos es el modo de despliegue más común en el mantenimiento manufacturero.
Una cámara cubre docenas o cientos de puntos de inspección por ronda de inspección.
El intervalo de inspección, típicamente mensual o trimestral para la mayoría de los puntos de inspección eléctricos, determina el intervalo P‑F mínimo detectable.
Un fallo que se desarrolla y progresa hasta la falla funcional entre visitas de inspección no se detecta antes de la falla.
Monitoreo termográfico continuo en línea
Cámaras infrarrojas montadas de forma fija monitorizan continuamente puntos de inspección específicos de alta criticidad, detectando cruces de umbral en tiempo real en lugar de entre visitas de inspección.
El monitoreo termográfico en línea es apropiado para puntos de inspección donde el intervalo P‑F es más corto que el intervalo de inspección periódico y donde la consecuencia de la falla justifica el coste adicional del hardware.
Monitoreo continuo de conexiones de transformadores en una subestación que alimenta equipos críticos para la producción.
Monitoreo continuo de puntos calientes en la carcasa de un horno en un proceso donde la falla del refractario produce un paro inmediato del proceso.
El coste de las cámaras termográficas montadas de forma fija ha disminuido significativamente a medida que la tecnología ha madurado, haciendo viable el monitoreo en línea para más aplicaciones que hace cinco años.
El despliegue práctico para la mayoría de las operaciones de manufactura combina la inspección periódica basada en recorridos para el programa general de inspección eléctrica y mecánica, con el monitoreo en línea selectivo para los puntos de inspección de mayor criticidad donde la inspección periódica no puede proporcionar la frecuencia de detección suficiente.
La termografía es una técnica potente de monitoreo de condición con limitaciones específicas que los equipos de mantenimiento deben entender para usarla eficazmente.
Fallas internas que no producen firmas térmicas en la superficie
La termografía mide la temperatura de la superficie.
Un fallo en desarrollo dentro de un equipo que no produzca un cambio de temperatura en la superficie detectable respecto del entorno térmico de fondo no será identificado de forma fiable mediante inspección termográfica.
Un defecto de rodamiento en las primeras etapas de desarrollo puede no estar aún produciendo suficiente calor como para crear un aumento de temperatura en la superficie del alojamiento del rodamiento detectable desde el exterior.
El análisis de vibraciones detecta este defecto en etapa temprana mediante el análisis de frecuencias de fallo.
La termografía detecta el mismo fallo en una etapa posterior cuando el calor por fricción es suficiente para elevar la temperatura de la superficie del alojamiento por encima del fondo.
Fallas enmascaradas por aislamiento
Equipos o tuberías fuertemente aislados pueden presentar anomalías térmicas significativas en superficies internas que quedan enmascaradas por la capa aislante y no son detectables desde una inspección termográfica externa.
Superficies reflectantes
Las superficies metálicas brillantes reflejan radiación infrarroja de objetos circundantes en lugar de emitir radiación proporcional a su propia temperatura.
Un error de emisividad no corregido en una superficie reflectante produce una imagen térmica que refleja la temperatura de objetos calientes circundantes en lugar de la temperatura de la superficie del objeto inspeccionado.
Los termógrafos experimentados mitigan esta limitación mediante técnicas de corrección de emisividad y una cuidadosa selección del ángulo de inspección, pero las superficies reflectantes siguen siendo una fuente potencial de error de medición que requiere atención específica.
Interferencia ambiental
La radiación solar, fuentes de calor cercanas y el enfriamiento por viento pueden afectar las temperaturas superficiales y producir firmas térmicas que se asemejan a condiciones de fallo o que enmascaran firmas de fallo genuinas.
Las inspecciones eléctricas realizadas en equipos expuestos a la luz solar directa producen resultados menos fiables que las inspecciones realizadas en condiciones de sombra o por la noche.
Las inspecciones termográficas realizadas en condiciones de viento fuerte pueden pasar por alto anomalías térmicas en equipos cuya temperatura superficial está siendo enfriada por convección más rápido de lo que la condición de fallo puede elevarla.
La termografía en el mantenimiento manufacturero es una habilidad técnica que requiere formación formal para ejecutarse de forma fiable.
El marco de calificación de termografía más ampliamente reconocido es la norma ISO 18436-7 para inspección termográfica, que define cuatro niveles de calificación del termógrafo desde el Nivel 1 (recogida básica de datos) hasta el Nivel 4 (interpretación avanzada y gestión de programas).
La mayoría de los programas de termografía en mantenimiento manufacturero requieren como mínimo un termógrafo de Nivel 1 para la recogida de datos y un termógrafo de Nivel 2 para la interpretación de imágenes y el diagnóstico de fallos.
La calificación de Nivel 1 abarca la operación de la cámara, técnicas básicas de captura de imagen y requisitos de seguridad para la inspección termográfica.
La calificación de Nivel 2 abarca la física de la termografía, la medición cuantitativa de temperatura, la corrección de emisividad, la interpretación de imágenes para diagnóstico de fallos y la redacción de informes.
Las organizaciones sin capacidad interna de termografía suelen contratar a contratistas certificados de inspección termográfica para programas periódicos de inspección eléctrica y mecánica.
A medida que los precios de las cámaras termográficas han disminuido y las interfaces de usuario se han simplificado, más organizaciones manufactureras están desarrollando capacidad interna de termografía con técnicos de mantenimiento formados en Nivel 1 o Nivel 2 que realizan inspecciones periódicas basadas en recorridos.
La inspección termográfica produce valor solo cuando los fallos que detecta desencadenan respuestas de mantenimiento planificadas dentro del intervalo P‑F restante.
Este es el problema de la brecha de acción que se aplica a todas las técnicas de monitoreo de condición.
Un informe de inspección termográfica que identifica un punto caliente en un terminal de un panel de distribución, enviado por correo electrónico al responsable de mantenimiento, revisado en la siguiente reunión semanal, discutido pero no priorizado frente a la carga de trabajo reactiva y aplazado hasta el ciclo de planificación del mes siguiente consume la mayor parte del intervalo P‑F disponible antes de que comience una respuesta de mantenimiento.
La misma anomalía térmica detectada por una inspección termográfica y convertida automáticamente en una orden de trabajo correctiva programada, enviada al dispositivo móvil del electricista responsable con la imagen térmica adjunta y el panel y terminal afectados identificados con precisión, inicia la respuesta de mantenimiento en horas en lugar de semanas.
La integración entre la detección termográfica y la ejecución del mantenimiento es lo que determina si la termografía previene fallos o simplemente proporciona una notificación anticipada de fallos que ocurrirían de todos modos.
Un CMMS que acepta hallazgos termográficos como entradas de solicitudes de trabajo y que genera automáticamente órdenes de trabajo correctivas a partir de categorías de anomalía térmica definidas cierra la brecha de acción entre la detección y la respuesta.
Esta integración es factible con cualquier CMMS que permita enviar solicitudes de trabajo con imágenes adjuntas y descripciones estructuradas del fallo.
Requiere un proceso definido para traducir los hallazgos termográficos en entradas de solicitud de trabajo durante la inspección y una clasificación de severidad definida que determine el nivel de prioridad de la orden de trabajo.
¿Cuánto cuesta implementar un programa de termografía en manufactura?
El coste principal de un programa de termografía depende de si la organización está desarrollando capacidad interna o utiliza contratistas externos.
Una cámara infrarroja de nivel de entrada adecuada para inspección eléctrica y mecánica general en manufactura cuesta entre 3.000 y 8.000 euros.
Una cámara de alto rendimiento con la precisión de medida y la sensibilidad térmica requeridas para mediciones cuantitativas de temperatura de precisión cuesta entre 15.000 y 50.000 euros.
La formación de termógrafo de Nivel 2 para un técnico de mantenimiento interno cuesta aproximadamente entre 2.000 y 4.000 euros, dependiendo del proveedor de formación y del formato del curso.
Un contrato anual de inspección termográfica eléctrica con un contratista externo certificado para una instalación manufacturera de tamaño medio típicamente cuesta entre 3.000 y 12.000 euros por inspección.
Para la mayoría de las operaciones manufactureras, el retorno de la inversión en termografía por fallos eléctricos prevenidos, reducción de costes de reparación de emergencia y eliminación de tiempos de inactividad de producción supera el coste del programa en el primer año de implementación.
¿Con qué frecuencia deben realizarse las inspecciones termográficas?
La frecuencia de inspección apropiada depende del intervalo P‑F para los modos de fallo que se están abordando y de la criticidad del equipo inspeccionado.
Inspecciones de paneles eléctricos en equipo de conmutación crítico para la producción: cada tres a seis meses.
Inspecciones termográficas de motores y rodamientos en equipos rotativos de nivel 1: mensualmente, complementando la ruta de análisis de vibraciones.
Inspección del refractario en hornos y calderas de producción: mensualmente o monitoreo en línea continuo cuando la consecuencia de la falla es grave.
Inspección de trampas de vapor y sistemas de vapor: trimestral.
Estas frecuencias representan puntos de partida que deben ajustarse según los hallazgos de las inspecciones. El equipo que muestra de forma constante imágenes térmicas limpias sin anomalías puede merecer inspecciones con menor frecuencia.
El equipo que muestre repetidamente anomalías en desarrollo merece una mayor frecuencia o monitoreo continuo.
¿Puede la termografía reemplazar el análisis de vibraciones para el monitoreo de condición de equipos rotativos?
No. La termografía y el análisis de vibraciones detectan diferentes modos de fallo en distintas etapas del proceso de desarrollo del fallo.
El análisis de vibraciones detecta defectos mecánicos en equipos rotativos, en particular frecuencias de fallo de rodamientos, antes en el ciclo de desarrollo del fallo que la termografía.
La termografía detecta deficiencias de lubricación y condiciones de sobrecalentamiento, especialmente en sus etapas iniciales, con mayor fiabilidad que el análisis de vibraciones.
La combinación de ambas técnicas proporciona una cobertura de monitoreo de condición que ninguna ofrece de forma independiente.
Para las operaciones manufactureras que construyen un programa de monitoreo de equipos rotativos, el análisis de vibraciones suele ser la inversión de mayor prioridad para la detección de defectos mecánicos, añadiéndose la termografía como técnica complementaria para el monitoreo de lubricación y condición térmica.
Cada panel eléctrico en una instalación manufacturera contiene conexiones que se están aflojando, componentes que están envejeciendo y circuitos que se acercan a sus límites de capacidad. La termografía hace visibles esos desarrollos invisibles antes de que provoquen los fallos por arco, las averías de equipo y los incendios a los que el mantenimiento reactivo solo puede responder después de que el daño ya se haya producido.
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