MARCO TEORICO

Las tecnologías para Mantenimiento Predictivo se constituyen en las herramientas esenciales para
el desarrollo de la gestión del Ingeniero de Mantenimiento en toda organización productiva.
Por intermedio de ellas se abren otras ventanas de información del desempeño de los equipos, que
complementan a la información que perciben nuestros sentidos y a las herramientas administrativas
que se vienen aplicando en la actualidad.
La forma en que estas herramientas se apliquen, pueden hacer la diferencia entre una Organización
Productiva y otra que no lo es, y esa diferencia hoy cuando existe
una globalización de mercados puede ser nuestro éxito o nuestro fracaso.
Cualquier Organización por pequeña que sea debe tener como horizonte fundamental
la productividad, sea que se acojan al uso de las herramientas administrativas actuales que se
plantean en Mantenimiento Preventivo, en el Mantenimiento Productivo Total o el la productividad
total. Es la aptitud de eliminar la necesidad de mantenimiento en nuestras instalaciones y mejorar
la rentabilidad de nuestros procesos.
La Termografía Infrarroja juega un rol cada vez más importante en las actividades de
Mantenimiento. Esta técnica de producir imágenes a partir de la radiación térmica invisible que
emiten los objetos, es un medio que permite identificar, sin contacto alguno, componentes
eléctricos y mecánicos más calientes que su operación normal indicando áreas de fallas inminentes
o áreas con excesiva pérdida de calor, que usualmente son síntomas de fallas.
El uso de Termografía Infrarroja, permite la reducción de los tiempos de parada al minimizar
la probabilidad de fallas imprevistas o no programadas en equipos e instalaciones.
Los beneficios de la reducción de costos a partir de esta tecnología, incluyen ahorros de energía,
protección de equipos costosos, velocidad de inspección, diagnóstico y chequeo post-reparación,
además de incrementar el tiempo de producción maximizando la disponibilidad de equipos.
Termografía
Es una técnica que permite medir temperaturas exactas a distancia y sin necesidad de contacto físico
con el objeto a estudiar. Mediante la captación de la radiación infrarroja del espectro
electromagnético, utilizando cámaras termográficas o de termovisión, se puede convertir la energía
radiada en información sobre temperatura, expresada en grados centígrados (°C) y Fahrenheit (°F).
La Termografía es la manera más segura, confiable y rápida de detectar cualquier tipo de fallo a
través la temperatura del objeto o sistema. Todos los objetos eléctricos, electrónicos o mecánicos
sufren alteraciones en su temperatura debido principalmente a malos funcionamientos, falsos
contactos, altas fricciones, rozamientos etc. Esta pérdida de calor no puede ser apreciada a simple
vista por el ojo humano. Pero los equipos termográficas, pueden captarlo perfectamente. Lo mejor
de esta técnica es que lo representa de una manera visual, rápida, sin el contacto físico que puede
resultar peligroso y sin interferir con las labores habituales de su empresa.
Temperatura
La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o frío. Por lo general,
un objeto más "caliente" tendrá una temperatura mayor, y si fuere frío tendrá una temperatura
menor. Físicamente es una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema
termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está
relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía sensible", que
es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido
trasnacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida que es mayor la energía sensible de
un sistema, se observa que está más "caliente"; es decir, que su temperatura es mayor.
En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en
sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientos
traslacionales de sus partículas (para los gases multiatómicos los movimientos rotacional y
vibracional deben tomarse en cuenta también).
Dicho lo anterior, se puede definir la temperatura como la cuantificación de la actividad molecular
de la materia.
Radiación infrarroja
La radiación infrarroja, radiación térmica o radiación IR es un tipo de radiación
electromagnética de mayor longitud de onda que la luz visible, pero menor que la de
las microondas. Consecuentemente, tiene menor frecuencia que la luz visible y mayor que las
microondas. Su rango de longitudes de onda va desde unos 0,7 hasta los 300 micrómetros.1 La
radiación infrarroja es emitida por cualquier cuerpo cuya temperatura sea mayor que 0 Kelvin, es
decir, -273,15 grados Celsius (cero absolutos).
El descubridor de los rayos infrarrojos fue Sir Frederick William Herschel nacido en
Hanover, Alemania 1738.
Él fue muy conocido tanto como músico y como astrónomo. En el año 1757 emigró
hacia Inglaterra donde con su hija Carolina construyeron un Telescopio Su más famoso
descubrimiento fue el del planeta Urano en el año 1781. En el año de 1800, Señor William Herschel
hizo otro descubrimiento muy importante.
Se interesó en verificar cuanto calor pasaba por filtros de diferentes colores al ser observados al sol.
Se dio cuenta que esos filtros de diferentes colores dejaban pasar diferente nivel de calor.
Continuando con ese experimento Herschel hizo pasar luz del sol por un prisma de vidrio y con esto
se formó un espectro (el "arco iris" que se forma cuando se divide a la luz en sus colores). Haciendo
controles de temperatura en los distintos colores de ese espectro verificó que más allá de rojo fuera
de las radiaciones visibles la temperatura era más elevada. Él encontró que esta radiación invisible
por encima del rojo se comporta de la misma manera desde el punto de vista de la reflexión,
refracción, absorción y transmisión que la luz visible.
Era la primera vez que alguien demostraba que había otra forma de iluminación o radiación que era
invisible al ojo humano. Esta radiación inicialmente la denominó Rayos caloríficos y luego
Infrarrojos (infra: quiere decir abajo) Es decir por debajo del nivel de energía del rojo.
Características de la radiación infrarroja
El nombre de infrarrojo significa por debajo del rojo pues su comienzo se encuentra adyacente
al color rojo del espectro visible.
Los infrarrojos se pueden categorizar en:
 infrarrojo cercano (0,78-1,1 &µm)
 infrarrojo medio (1,1-15 &µm)
 infrarrojo lejano (15-100 &µm)
La materia, por su caracterización energética emite radiación. En general, la longitud de onda donde
un cuerpo emite el máximo de radiación es inversamente proporcional a la temperatura de éste
(Ley de Wien). De esta forma la mayoría de los objetos a temperaturas cotidianas tienen su máximo
de emisión en el infrarrojo. Los seres vivos, en especial los mamíferos, emiten una gran proporción
de radiación en la parte del espectro infrarrojo.
Espectro electromagnético
Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de
las ondas electromagnéticas.
El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los
rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta
las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se cree que
el límite para la longitud de onda más pequeña posible es la longitud de Planck mientras que el
límite máximo sería el tamaño del Universo aunque formalmente el espectro electromagnético es
infinito y continuo.
En el anexo 1 se puede observar la distribución de las ondas dentro del espectro electromagnético
y la sección del espectro electromagnético correspondiente a los rayos infrarrojos (IR),
los rayos de luz. Visible por el ojo humano y los rayos ultravioleta (UV).
Rayos infrarrojos (IR)
La energía infrarroja es irradiada por todo ser viviente y objeto inanimado en una cantidad
proporcional a su temperatura, sin embargo, es invisible al ojo humano.
La energía infrarroja (que quiere decir debajo de rojo, o fuera del espectro visible en su extremo
rojo) es una radiación con un rango de longitud de onda aproximadamente entre 0.75 y 100 Mm.
A todas las temperaturas superiores al cero absoluto cada objeto emite energía de su superficie a
diferentes longitudes de onda e intensidades. La longitud de onda emitida y la intensidad de
emisión, dependen de la temperatura y la emotividad de la superficie.
Emisividad
La capacidad que tienen los cuerpos de emitir, eficientemente la radiación absorbida en ellos, se
define como emisividad. La emisividad es una propiedad de la superficie de los cuerpos y parte del
principio del cuerpo negro.
Se establece que los cuerpos negros tienen un factor de emisividad igual a la unidad. Los cuerpos
reales, en cambio, poseen un factor de emisividad inferior a la unidad, puesto que su eficiencia de
emisión de radiación es menor a la ideal del cuerpo negro. La intensidad de esa energía emitida
depende de la emisividad y la temperatura del objeto.
Cámaras termográficas
Las cámaras termográficas poseen una matriz de sensores, que captan las señales infrarrojas
que emite el objeto que se desea analizar, a cada una le asignan un color. La composición de todos
los colores da como resultado una imagen, donde cada uno representa una zona con una imagen
determinada y cada color representa un rango de temperatura expresada en grados centígrados
(ºC) o Fahrenheit (ºF).
Las cámaras de imágenes infrarrojas son similares en sus lentes, típicamente hechos de germanio o
cuarzo, enfocan la radiación sobre un detector sensible a longitudes de onda infrarroja. El detector
responde produciendo pequeñas señales eléctricas que cuando se amplifican, producen una
imagen electrónica correspondiente a la localización e intensidad de la radiación infrarroja total que
éste ve.
Las cámaras infrarrojas poseen una serie de características, pero entre las más importantes se
podrían destacar que deben tener:
 Apertura de termómetro a diferentes escalas.
 Escala de medición de temperatura en ?C y ?F
 Control de emisividad y tablas de emisividad para diferentes materiales
 Lentes de 35 y 50 mm o dependiente del campo de aplicación en que se use
 Baterías recargables con duración de carga por lo menos 8 hrs.
Los sistemas infrarrojos permiten manejar las imágenes termográficas obtenidas de una rutina de
inspección, en un sistema de información, grabando directamente a un disquete o tarjeta para un
posterior análisis de tendencias.
Las cámaras termográficas nos dan un termograma, una representación en una paleta de colores
de las diferencias de radiación de los objetos. Como la radiación infrarroja es un parámetro
directamente relacionado con la temperatura, una inspección termográfica permite observar las
diferencias de temperatura de los materiales y puede ser usada en todas aquellas aplicaciones en
las que detectar diferencias de temperatura nos pueda dar alguna información.
Generalmente, cuando se habla de equipos emisores de infrarrojo, se distinguen cuatro tipos
en función de la longitud de onda que utilicen:
 Emisores de infrarrojo de onda corta.
 Emisores de infrarrojo de onda media rápida
 Emisores de infrarrojo de onda media
 Emisores de infrarrojo de onda larga
De cara a la aplicación de una u otra longitud de onda dentro de la radiación infrarroja, la elección
se debe básicamente al espesor del material que se vaya a irradiar. Si se trata de un material con un
espesor de pocos milímetros, lo más aconsejable es utilizar emisores de infrarrojo de onda corta,
mientras que si el material presenta un espesor mayor la mejor opción es pasar a los emisores de
infrarrojo de onda media o incluso larga. Otro aspecto que se tiene en cuenta a la hora de usar
emisores de infrarrojo es la inercia térmica. Los emisores de onda corta prácticamente no tienen
inercia térmica, es decir, en el momento en que se conectan a la corriente eléctrica ya están en sus
condiciones óptimas de trabajo. Por otro lado, los emisores de onda media y sobre todo los de onda
larga tienen mucha inercia térmica y pueden llegar a tardar hasta 4 minutos para poder ser usados
de forma eficaz.
En el anexo 2 se muestran algunas cámaras termográficas usadas en las diferentes aplicaciones.
Factores que inciden en un análisis termográfico
Carga: El efecto del calentamiento cuando se presenta una falla, incrementa en términos generales
con el valor de la carga elevada al cuadrado. Se ha demostrado que el exceso de temperatura en un
componente, aumenta linealmente con el efecto desarrollado. Esto es para inspecciones eléctricas.
Ejemplo.
Se encontró un sobre-calentamiento de 10°C (Falla pronunciada) en una conexión cuando el circuito
se encontraba cargado a un 40 %, al incrementarse la corriente de carga a un 60 %, la temperatura
del componente aumentaría así:
[60/40]2 = 2.25 veces
2.25*10°C = 22.5°C
lo cual sería una Falla Severa.
Atenuación Atmosférica: La atmósfera no es completamente transparente a la radiación infrarroja,
información que puede ser atenuada al pasar a través de ella y la cual también puede emitir
radiación. Para ello existen unos factores de corrección que dependerán de una serie de
parámetros, tales como la distancia al objeto, humedad relativa ( H2O ), temperatura del aire en
grados Centígrados, Fahrenheit o Kelvin dependiendo del tipo de equipo.
Emisividad: Como no todos los cuerpos cuando aumentan su temperatura pueden radiar energía
de la misma forma, esta dependerá del tipo de material. Muchos elementos tienen buena capacidad
de reflexión como son las superficies de material brillante, y se pueden reflejar brillos que
seguramente se mostrarían como puntos calientes. Un cuerpo con diferentes emisividades puede
lucir como si estuviese sobre-calentado en varios puntos, a este efecto debe tenérsele cuidado
porque mientras la emisividad sea menor la reflectividad aumenta, a menudo es muy obvio donde
el objeto ha sido pulido o limpiado últimamente, estos brillos también pueden ser producidos por el
sol, bombillos u otros elementos calientes que se encuentren en los alrededores, a estos engañosos
puntos se les mira desde diferentes ángulos y alturas con el equipo para certificar si son producidos
por algún reflejo.
Velocidad Del Viento: El efecto refrigerante producido por la velocidad del viento, es uno de los
factores a tener en cuenta en un análisis termográfico.
Un sobrecalentamiento medido con una velocidad del viento de 5 m/s será aproximadamente dos
veces tan alta como a 1 m/s. No es recomendable realizar inspecciones termográficas a más de 8
m/s de velocidad del viento.
Campos magnéticos: Las corrientes eléctricas pesadas causan fuertes campos magnéticos, los
cuales pueden causar una distorsión considerable en la imagen térmica.
Lluvia: La lluvia tiene un efecto enfriante superficialmente en un equipo. Las mediciones
termográficas se pueden realizar con resultados satisfactorios durante una caída de lluvia ligera, las
lluvias pesadas disminuyen la calidad de la imagen considerablemente y las mediciones no son
posibles.
Aplicaciones de la Termografía
La medida de temperatura es fundamental en multitud de procesos. Algunos de los Campos de
aplicación son:
Predicción y prevención
 Eléctrico: Producción, distribución, transporte, cuadros.
 Mecánico: Motores, Tuberías, etc.
 Edificios y estructuras: Aislamientos, Filtraciones, exfoliación.
Control de calidad
 Electrónica: Diseño, verificación, Diagnóstico, etc.
 Montajes mecánicos: Mal funcionamiento, fallos, análisis.
Control y procesos
 Industria del automóvil.
 Metalurgia.
 Industrias del Plásticos.
 Petroquímicas.