Ensayos no destructivos y monitoreo

UNIDAD Nº II
INSPECCIONES DE EQUIPOS Y MAQUINAS POR TECNICAS TERMOGRAFICAS, POR
ANALISIS DE ACEITES, PARTICULAS MAGNÉTICAS Y TINTAS PENETRANTES

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SEMANA 4

Introducción
En cuanto a las tecnologías aplicables al mantenimiento predictivo, la inspección de
tableros eléctricos con termografía infrarroja es la técnica ideal utilizada por técnicos,
ingenieros y profesionales del mantenimiento, ya que esta técnica hace posible
determinar gran cantidad de fallas en una extensa gama de maquinaria a un costo inicial
razonable.
La termografía infrarroja en mantenimiento predictivo, es relativamente nueva en la
industria, por las ventajas ofrecidas, ha ganado importancia en los programas de
mantenimiento de forma creciente, esta tecnología demanda personal calificado que
realice inspecciones de manera acertada.

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 IDEAS FUERZA
Métodos de transferencia de calor

La energía térmica se puede transferir de tres formas básicas: conducción, convección y

radiación. Las cámaras termográficas, o cámaras infrarrojas, solo pueden detectar el
calor que irradia la energía, por lo que es importante comprender la distinción para
conocer las limitaciones de un dispositivo de imagen termográfica.

• La conducción es la transferencia de energía térmica de un objeto a otro a través

del contacto directo. La transferencia de calor por conducción ocurre
principalmente en sólidos y, en cierta medida, en líquidos, ya que las moléculas
más cálidas transfieren su energía directamente a otras cercanas y más frías. Por
ejemplo, experimenta la conducción cuando toca una taza de café caliente o una
lata de refresco frío.
• La convección es la transferencia de calor que se produce cuando las moléculas
se mueven o corrientes circulan entre las regiones calientes y frías de aire, gas o
líquido. La convección ocurre tanto en líquidos como en gases, y consiste en el
movimiento de masas de moléculas a diferentes temperaturas. Por ejemplo, los
nubarrones son un ejemplo de convección producida a gran escala, donde las
masas de aire caliente suben y las de aire frío bajan.
• La radiación es la transferencia de energía calórica que se produce a través de
ondas electromagnéticas, que son similares a la transmisión de la luz. Un ejemplo
de radiación es sentir el calor del sol.

Todos los objetos irradian energía electromagnética a la velocidad de la luz. La energía

electromagnética se irradia en forma de ondas con propiedades eléctricas y magnéticas.
Puede adoptar varias formas, incluidas la luz, las ondas de radio y la radiación infrarroja.
La principal diferencia entre todos los tipos de ondas es su longitud de onda. La visión

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normal detecta longitudes de onda de la luz visible, mientras que las cámaras infrarrojas
detectan longitudes de onda del calor irradiado (o la radiación infrarroja).

emisividad es la medición de la capacidad de un objeto de emitir energía infrarroja. La

emisividad es la energía emitida indica la temperatura del objeto.

La emisividad puede tener un valor entre 0 (espejo brillante) y 1.0 (cuerpo negro) pero
la mayoría de las superficies orgánicas tienen valores de emisividad cercanos a 0.95.

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 DESARROLLO
Cómo afecta la emisividad a las cámaras termográficas
(Nota: la emisividad es un tema complejo que requiere de mucho estudio y capacitación
para comprender mejor cómo afecta a la termografía. Esta es una introducción básica
como punto de partida).

Si utiliza una cámara termográfica para ver una mano con un anillo, verá la diferencia en
la imagen termográfica. El anillo parece ser mucho más frío que la mano; sin embargo,
ambos tienen en realidad una temperatura similar. Por lo tanto, aunque los dos objetos
tienen la misma temperatura, irradian cantidades diferentes de energía infrarroja.

La emisividad (?) es la relación de cómo irradia energía infrarroja un material en

comparación con un radiador perfecto. Los valores de emisividad fluctúan entre 0.0 y 1.0.
Un objeto que mide 1.0 se considera un radiador perfecto y se llama un "cuerpo negro".

En el mundo real, no hay radiadores perfectos y los materiales varían en cuán menos
perfectos son. Esta es una complicación (entre otras), que dificulta el uso de la tecnología
infrarroja para realizar inspecciones cuantitativas que requieren la obtención de
mediciones precisas de temperatura. Por esta razón, muchos termógrafos eligen realizar
inspecciones cualitativas para centrarse en la diferencia de temperatura aparente entre
equipos comparables con cargas similares, o el mismo equipo con cargas comparables
en varias etapas. (Consulte Metodologías de inspección.)

Sin embargo, una comprensión básica de emisividad puede ayudarlo a evitar algunas
dificultades y a entender cuándo debe desconfiar de las mediciones.

La emisividad varía según el estado de la superficie, el ángulo de visión, la temperatura

y la longitud de onda espectral. La mayoría de los materiales no metálicos son radiadores

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de energía eficientes. La piel humana está cerca de ser un radiador perfecto con una
emisividad de 0.98. Una superficie de cobre pulida se encuentra en el otro extremo del
espectro, con un valor de 0.01.
La mayoría de las cámaras infrarrojas tiene la habilidad de cambiar la configuración de
emisividad, de modo que si conoce el valor de la emisividad del material que está
inspeccionando, puede hace un ajuste en la cámara para aproximarse a la temperatura
real de la superficie. Sin embargo, si la emisividad del material es inferior a 0.60, no
obtendrá una lectura precisa de la temperatura mediante tecnología infrarroja e, incluso
si es más alta, otros factores pueden afectar la lectura de temperatura.

¿Por qué usar una cámara termográfica?

La tecnología de termografía infrarroja ofrece la posibilidad de detectar problemas sutiles

antes de que se conviertan en fallas. En los entornos industriales, algunos problemas en
los equipos se pueden notar a través de vibraciones inusuales o sonidos, pero muchos
otros no presentan síntomas tan evidentes. Muchos problemas eléctricos se pueden
detectar debido a sus patrones térmicos, que, si no se identificaran, podrían producir
fallas en los equipos o un riesgo eléctrico más grave. Los problemas de humedad en
techos y paredes pueden ser muy difíciles de descubrir antes de que se vuelvan lo
suficientemente graves como para dañar o destruir la estructura del edificio.

En todos estos casos, una cámara infrarroja puede acelerar el diagnóstico, reducir
(incluso evitar) el tiempo de inactividad no programado y minimizar el daño a las
estructuras y los equipos. La tecnología de termografía infrarroja ofrece una variedad de
ventajas, ya que se puede usar:

• En la mayoría de los tipos de equipo

• Para recopilar datos en un entorno peligroso desde una distancia segura
• Para escanear grandes áreas rápidamente, como paredes, techos y tejados
• Para obtener datos sin interrumpir la producción

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 • Para identificar rápidamente las irregularidades en ubicaciones específicas
• Para detectar problemas antes de que se produzca una falla

Estas ventajas ofrecen varios beneficios concretos en la resolución de problemas, y en

el mantenimiento preventivo y predictivo, incluidos:

• Seguridad aumentada. Los técnicos a menudo pueden inspeccionar sin contacto

directo con el equipo o sin la interrupción de su funcionamiento. También pueden
inspeccionar conductos y techos sin tener que subir a escaleras o usar
elevadores.
• Confiabilidad mejorada. La información más precisa facilita a los equipos de
mantenimiento la solución de problemas antes de que se conviertan en grandes
pérdidas y reduce así el tiempo de inactividad no programado.
• Mejor garantía de las reparaciones. Con una cámara infrarroja se puede
escanear rápidamente un componente reparado o un entorno estructural para que
el técnico verifique si la reparación se completó de manera satisfactoria o
identifique signos sutiles otro tipo de reparación.
• Correcta puesta en servicio de nuevas instalaciones. En la instalación de un
nuevo centro de control del motor, un servicio eléctrico, un techo, una línea de
vapor, un sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado o el aislamiento
de un edificio, la tecnología de termografía infrarroja se puede usar para
documentar el estado en el momento de la aceptación. Esta documentación de la
referencia se puede usar para verificar las especificaciones de rendimiento del
fabricante o proporcionar una base de comparación para otro momento. Una
cámara termográfica también puede indicar posibles fallas en la instalación, de
modo que, si se encuentra un problema, se puede corregir inmediatamente o
controlar hasta que se programe la reparación.
• Mejora de la tasa de producción y calidad. Mediante la tecnología de
termografía infrarroja, el mantenimiento predictivo o preventivo puede ayudar a

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 minimizar fallas y averías de los equipos, y mantener niveles óptimos de eficiencia
y seguridad en la producción.
• Supervisión del deterioro de los equipos. Puede usar una cámara termográfica
para supervisar el estado y las características de un equipo según las tolerancias
predeterminadas. Esto ayudará a predecir posibles fallas o averías, y que pueda
reparar o reemplazar los componentes deteriorados antes de que fallen
completamente y provoquen un tiempo de inactividad imprevisto.

Uso de la termografía para la resolución de problemas en motores y

variadores

Las cámaras infrarrojas, llamadas también, cámaras termográficas, son útiles para
solucionar problemas en motores, además de para supervisar las condiciones de los
motores en el mantenimiento preventivo en plantas comerciales, de fabricación y de
generación de energía. Las imágenes infrarrojas revelan la marca de calor de un motor
y pueden brindar mucha información sobre su condición. De hecho, la condición de los
motores puede jugar una parte importante en mantener las plantas en funcionamiento y
costos de operación bajos.

¿Qué escanear?

Para empezar a diseñar perfiles de calor de sus motores, es una mejor práctica capturar
imágenes infrarrojas de buena calidad cuando los motores estén funcionando en
condiciones de operación normales. Esto le proporcionará mediciones referenciales de
la temperatura de los componentes. Una cámara infrarroja puede capturar las
temperaturas de todos los componentes críticos: el motor, el acoplamiento de ejes, los
rodamientos del motor y de los ejes, y la caja de cambios.

Cuando se trabaja con cargas eléctricas bajas, las indicaciones de un problema pueden
ser sutiles. Por tanto, se recomienda un mínimo de un 40 % de la carga de diseño
(estándar NFPA 70B de la National Fire Protection Association) y, entre mayor sea

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la carga, mejor resultado. Cuando se inspeccionen situaciones de carga baja, asegúrese
de notar todos los problemas posibles, incluso si solo reflejan una pequeña diferencia de
temperatura. A medida que aumenta una carga, la temperatura también aumentará y, si
existe un problema, es de esperarse diferencias de temperatura más grande con cargas
mayores.

¿Qué buscar?

Todos los motores figuran en la lista de temperatura de funcionamiento normal. Una

cámara infrarroja no puede observar el interior de un motor, pero la temperatura de la
superficie exterior es un indicador de la temperatura interna. A medida que la temperatura
interna del motor aumenta, la temperatura exterior también sube. Si un motor se
sobrecalienta, las bobinas se deterioran rápidamente. De hecho, cada incremento de
10 °C en los devanados de un motor por encima de su temperatura de trabajo nominal
acorta la vida del aislamiento de sus devanados en un 50 %, incluso si el
sobrecalentamiento es solo temporal.

Si una lectura de temperatura en medio del alojamiento del motor muestra un incremento
anormal, una imagen térmica del motor puede mostrar el lugar exacto del que procede
dicho aumento de temperatura, por ejemplo, de los devanados, los rodamientos o el
acoplamiento. Si un acoplamiento se está calentando, eso indica una mala alineación.

Hay tres causas primarias de patrones térmicos anormales:

• Superficie de contacto con alta resistencia, ya sea del contacto de una

conexión o de un interruptor, y habitualmente se siente más caliente en el lugar
de mayor resistencia, así como más frío mientras más distancia existe de ese
lugar.
• Los desequilibrios de carga ya sean los normales o fuera de especificaciones,
aparecen igual de calientes en la fase o en la parte del circuito que está mal
dimensionado o sobrecargado. Los desequilibrios de armónicos crean un patrón

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 similar. Si todo el conductor está caliente, puede deberse a que está mal
dimensionado o sobrecargado; compruebe la carga nominal y la real para
determinar cuál de las dos es la causante.
• Los componentes con fallos normalmente parecen tener una temperatura más
baja que los que funcionan con normalidad. El ejemplo más común es
probablemente un fusible quemado. En el circuito de un motor, esto puede
producir una condición monofásica y la posibilidad de un costoso daño para el
motor.

Crear rutas de inspección regulares que incluyen imágenes térmicas de todas las
combinaciones críticas de motor/variador y llevar un registro de esas imágenes de
referencia lo ayudarán a determinar si un punto caliente es inusual o no, y lo ayudarán a
verificar si las reparaciones fueron exitosas.

Tres formas de realizar inspecciones térmicas

En realidad, no hay ninguna solución universal para todas las inspecciones térmicas con
cámaras de infrarrojos, también denominadas cámaras termográficas. Es necesario
adaptar el método al tipo de equipo que está inspeccionando y al nivel de detalle
requerido. Dicho esto, existen tres métodos típicos que cubren la mayoría de situaciones
ante las que se puede encontrar:

1. Termografía de referencia
2. Termografía de tendencias térmicas
3. Termografía comparativa

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Termografía de referencia
La termografía de referencia es
un buen punto de partida para
cualquier aplicación. En primer
lugar, explore el equipo la primera
vez que se ponga en marcha o
más adelante dentro de su ciclo
de vida útil cuando esté funcione
adecuadamente y, a
continuación, utilice esa
exploración a modo de referencia
para futuras inspecciones. Tanto
si compara las imágenes
térmicas en la cámara sobre el terreno o en su PC mediante herramientas de software,
este enfoque base sentará las bases para ayudarle a detectar anomalías posteriores.

Termografía de tendencias térmicas

Una vez establecida la imagen base, podrá utilizar las inspecciones de tendencias
térmicas para comparar el modo en que se distribuye la temperatura en los mismos
componentes a lo largo del tiempo. Esto puede ayudarle a detectar el declive del
rendimiento con el paso del tiempo para que pueda programar tareas de mantenimiento
que impliquen períodos de inactividad antes de que sea inevitable.

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Termografía comparativa
Como es de esperar, esto significa que puede explorar componentes similares con su
cámara de infrarrojos en condiciones similares y comparar los resultados. Este método
depende de la idea de que los componentes idénticos o similares sometidos a cargas
similares deberían mostrar perfiles de temperatura parecidos. Cuando se dispone de tres
o más componentes, resulta relativamente sencillo detectar una anomalía. Sencillo,
¿verdad? Suele serlo la mayoría de las veces. Existe un nivel de complejidad adicional
a tener en cuenta: en función de los componentes que se estén comparando, la
diferencia de temperatura real que se puede considerar como una anomalía variará.

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La mejor forma de presentar los resultados de las
inspecciones térmicas
Los informes de inspección de termografía están diseñados para comunicar los hallazgos
y permiten llevar a cabo las acciones oportunas, como una orden de reparación o una
supervisión adicional del equipo. Normalmente, un informe incluye imágenes térmicas y
digitales (luz visible) y detalles como la fecha y la hora de la inspección, la localización
de posibles problemas y los números de las órdenes de trabajo. Y lo más importante,
también debe incluir un breve resumen en el que se describan posibles problemas, sus
ubicaciones y su nivel de gravedad.

El objetivo principal del informe es destacar anomalías, pero tenga en cuenta que,
aunque pueda ver estas anomalías fácilmente, es posible que las personas que lean el
informe no dispongan de tanta formación en termografía. Por ello, es recomendable
utilizar el software de generación de informes y análisis de termografía para mejorar
dichas imágenes y conseguir que los resultados sean más aparentes para las personas
sin la capacitación adecuada.

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Tres métodos sencillos mediante los cuales los técnicos de termografía experimentados
pueden mejorar las imágenes térmicas:

Ajuste del nivel y el rango. Todas las imágenes térmicas muestran un punto caliente y
uno frío, que es posible que resulten o no problemáticos. Puede reajustar el nivel (punto
medio) y el rango (diferencia entre la temperatura mínima y máxima) de su imagen para
destacar el área problemática. Esa zona puede o no ser el punto más caliente de la
imagen.
Elección de la paleta de colores adecuada. Las diferencias más sutiles son más fáciles
de ver si se utiliza una paleta monocromática como una escala de grises o ámbar. Las
paletas de alto contraste pueden permitir que resulte más fácil detectar anomalías obvias
rápidamente. Puede cambiar la paleta en la cámara o en el software.
Combinación de imágenes de infrarrojos y digitales. Si la cámara termográfica
incorpora una cámara digital, es recomendable establecer la mezcla de imágenes para
obtener una imagen 100% térmica durante la exploración del componente. La cámara
digital seguirá capturando la imagen visible en segundo plano. A continuación, podrá
combinar las imágenes de infrarrojos y digital en el software para alcanzar un equilibrio
con el que se resalte mejor las anomalías sobre las que desee llamar la atención en su
informe.

La termografía

La norma ISO 18434-1 define un

termograma como: mapa térmico o
imagen de un blanco donde los tonos
grises o tonalidades de color representan
la distribución de infrarrojos energía
térmica radiante sobre la superficie del
blanco‖.

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Características de los sistemas termográficos Los sistemas de termografía cuentan con
una serie de características tecnológicas que varían de acuerdo a la aplicación, (Fillit, C.
Estour, B, Fillit. & R, 2007), estas características determinan la calidad de la información
que se obtiene para su posterior interpretación. Las características más importantes son:

• Alta resolución en temperaturas: tan fina como 0.1°C.

• Amplia resolución espacial: se pueden 8.
• Medición en un amplio rango de temperaturas: -20°C hasta 2500°C.
• Seguridad y velocidad en las inspecciones.
• Exactitud para localizar problemas.
• Software para realizar estudio y análisis

Reporte Termográfico.
optimización de imágenes térmicas con software

NOTA: Ajuste la imagen para comunicar problemas de la forma más efectiva.

Un software que permita realizar un buen análisis y apoyar con la entrega de datos
técnico dependerá de nuestra maestría en obtención de fotografías.

Para eso debo tener claro que:

• Calibrar sus imágenes con

herramientas de optimización de
imágenes para comunicar
problemas con claridad o
demostrar que los problemas se
han resuelto

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 • Aprovechamos las opciones de visualización de la tecnología para obtener
imágenes e informes más eficaces:
o combina imágenes infrarrojas parcialmente transparentes con imágenes
visibles una única vista que le permitirá identificar los problemas de
manera simple
o proporciona un marco visible alrededor de la imagen por infrarrojos para
orientar y hacer referencia a áreas de interés de manera simple.
o aislamos zonas problemáticas para identificar y comunicar problemas de
manera clara

Análisis de imágenes

Insertamos marcadores para cuantificar la gravedad de los problemas y beneficiarse de

la conexión de herramienta múltiple que
permite capturar mediciones adicionales
mediante los módulos inalámbricos.
Estos módulos inalámbricos le ayudan a
identificar y solucionar problemas más
rápido. Use las herramientas de análisis
gráfico para caracterizar la gravedad del problema. (los módulos inalámbricos los
encontramos insertos en el procesador de algunas cámaras)

• Determina los niveles de gravedad y priorice los problemas detectados durante las
inspecciones mediante el uso de marcadores y mediciones CNX y cuantifique las
diferencias en características operativas
• Resuelve los problemas más rápido y crea informes más completos añadiendo
mediciones CNX a las imágenes térmicas
• para ver imágenes desde perspectivas diferentes, identifique problemas adicionales
y elimine falsos positivos… la herramienta de análisis de imágenes térmicas más
avanzada

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Comunicación de resultados

Comparta los resultados enviando las imágenes o los informes por correo electrónico
con el fin de:

• Planear los siguientes pasos u obtener

aprobación para los trabajos realizados
• Si fuera necesario, obtener ayuda para
analizar el problema
• Proporcionar detalles completos de sus
inspecciones
• Finalice el trabajo enviando un informe a
su cliente o superior con solo pulsar un botón, sin apenas más operaciones

Generación de informes simplificada

• Genere informes personalizados de aspecto profesional de forma rápida

• Generación de informes con un solo clic para un resultado rápido
• La selección de opciones incluye antes/después, imagen digital visible,
anotaciones, datos y gráficos de apoyo
• El asistente de informes guía a los usuarios en el proceso de generación
automática de informes; no puede ser más simple

El informe que uno realiza no necesariamente debe ser creado en software ya que
dependerá de las necesidades de cada empresa.

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 Informe realizado por software

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Informe realizado por Excel.

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 Conclusión
Una inspección termográfica lleva a descubrir una anomalía aún más grave, el monitoreo de
condición nos demuestra su utilidad y a la vez nos permite tomar acciones correctivas antes
de llegar a la falla completa del sistema y como consecuencia la afectación de la producción.

A diferencia del mantenimiento preventivo, en el que difícilmente se hubiese detectado la

falla, debido a que, en este tipo de enfoque, el monitoreo de condición puede diagnosticar y
determinar la severidad de una falla con los equipos funcionando. En la industria, la detección
de errores con equipos termográficos es una técnica muy útil en el mantenimiento predictivo
porque sirve para detectar el sitio exacto donde está ocurriendo algún tipo de problema.

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 Bibliografía
1. Mantenimiento mecánico de Máquinas Sánchez Marín, Francisco T. 2006 Publicacions de la
Universitat Jaume I, Servei de Comunicació i Publicacions.

2. Motores eléctricos: selección, mantenimiento y reparación Meaton, Robert W. 1991 McGraw Hill
Interamericana

3. Fluke.com/software.

4. Predictiva 21, revista mantenimiento basada en gestión.

5. https://www.testo.com/es-AR/productos/irsoft

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www.iplacex.cl22