Termografía: aplicaciones en el mantenimiento industrial

La termografía infrarroja es una herramienta que se ha ido extendiendo con el tiempo en el mantenimiento industrial de sistemas mecánicos y eléctricos.

Aprovecha las propiedades de la radiación infrarroja para extraer conclusiones útiles sobre el estado del equipo sometido a prueba.

Supervisar el rendimiento de los equipos con cámaras termográficas puede reducir la probabilidad de que se produzcan paradas imprevistas por averías en los equipos, reducir las tarifas de mantenimiento reactivo y los costes de reparación de los equipos, así como prolongar la vida útil de los activos de la maquinaria industrial.

Las imágenes térmicas son excelentes para detectar la falta de uniformidad en los equipos, ya que indican puntos calientes y fríos en la temperatura de la superficie, mediante la captura de imágenes infrarrojas.

En este artículo vamos analizar por qué el uso de la termografía puede beneficiar el estado de tus equipos, instalaciones y maquinaría industrial y, porqué deberías aplicarla en tu empresa.

¿Qué es la termografía en mantenimiento industrial?

La prueba termográfica, también conocida como inspección por infrarrojos, es un técnica de mantenimiento que se utiliza para detectar defectos en las conexiones, sobrecargas del sistema, deterioro del aislamiento y otros posibles problemas en los componentes eléctricos: tableros eléctricos, transformadores, motores eléctricos entre otros dispositivos de las instalaciones eléctricas.

También se utiliza para el análisis mecánico de la maquinaria industrial.

El análisis termográfico permite encontrar áreas de exceso de calor, de modo que los problemas puedan corregirse antes de que provoquen un uso excesivo de energía, un aumento de los costes de mantenimiento, interrupciones del servicio, fallos importantes de los equipos y/o daños en los mismos.

En pocas palabras, es una técnica para detectar y medir las variaciones del calor emitido por diversas zonas de un objeto para transformarlas en señales visibles que pueden registrarse fotográficamente para su posterior análisis, o lo que es lo mismo, un método de obtención de imágenes basado en lecturas de temperatura.

¿Quién inventó la termografía?

Las raíces básicas de la termografía se remontan incluso a la época de las pirámides. En el año 1700 a.C., un papiro documentó la asociación del calor con la enfermedad. Este documento se considera la raíz de lo que hoy en día se considera la termografía moderna.

Al llegar al 400 a.C., los médicos ya utilizaban el barro para observar el calor del cuerpo de un paciente.

La termografía fue desarrollada por primera vez por Kálmán Tihanyi, para la defensa antiaérea en Gran Bretaña, tras la primera guerra mundial, en 1929. La cámara creada se llamó Evaporógrafo.

Una vez que se difundió la noticia del éxito de los evaporógrafos, comenzó a crecer en los Estados Unidos, donde el ejército estadounidense y Texas Instruments, crearon el primer escáner de línea infrarroja en 1947.

Las cámaras termográficas se acompañaron entonces de la capacidad de producir una sola imagen que, sin embargo, tardaba una hora en generarse. Esta cámara se utilizó en los aviones de carga y en los bombarderos al principio de la guerra fría.

En 1970, Philips y EEV (English Electronic Valve) desarrollaron el tubo Pyroelectric Vidicon; esto condujo a la producción de la primera cámara termográfica naval por parte de la Royal Navy, para la lucha contra el fuego a bordo.

En 1978, el equipo de investigación y desarrollo de Raytheon patentó detectores infrarrojos ferroeléctricos que utilizaban BST (titanato de estroncio de bario). El BST se utilizó para revestir los sensores térmicos, que fueron utilizados por el ejército estadounidense un año después.

Una vez que la termografía se desarrolló y llegó a diferentes mercados, otras industrias aprovecharon la tecnología para distintos usos y aplicaciones.

En la actualidad, los sistemas modernos proporcionan imágenes de alta velocidad y resolución, junto con la tecnología digital informatizada más avanzada. Esto da lugar a imágenes claras y detalladas captadas por técnicos certificados que las interpretan.

La termografía es ahora reconocida y valorada como una ciencia altamente refinada con aplicaciones estandarizadas en Neurología, Medicina Vascular, Medicina Deportiva, Salud Mamaria, Mantenimiento Industrial y muchas otras áreas de especialidad.

 

 

Principios de la termografía

En esencia, la termografía consiste en medir la energía térmica en forma de radiación infrarroja.

Los instrumentos se utilizan para medir el trabajo térmico tomando la temperatura de la superficie de un componente observado.

Los equipos de análisis, por norma general, pueden medir tres tipos principales de energía radiada: emitida, reflejada y transmitida.

Estos tipos de energía corresponden a las siguientes propiedades de un material

• Emisividad (ε) : la capacidad de los objetos de emitir radiación.
• Reflectancia (ρ): capacidad de los objetos de reflejar la radiación.
• Transmitancia (τ): capacidad de los objetos para dejar pasar la radiación.

Los diferentes materiales tendrán valores establecidos para cada una de estas tres propiedades, donde la suma de los valores se supone que es 1.

Este comportamiento conocido de la radiación y los materiales procede de la Ley de Kirchoff de la Radiación Térmica. En términos simplificados, estos tres valores se unen en la fórmula: ε + ρ + τ = 1.

Aunque todo esto parece puramente teórico y apto sólo para el aula, desempeña un papel útil y práctico en la toma de imágenes térmicas.

Al aplicar la fórmula, los materiales con baja emisividad sugerirían mayores porciones de radiación reflejada.

Estos materiales requieren más cuidado a la hora de realizar sus mediciones, ya que sería más difícil obtener lecturas precisas. Ejemplos de materiales con una emisividad relativamente baja son los metales con superficies reflectantes.

¿Para qué se utiliza la termografía en mantenimiento industrial?

La termografía IR se está convirtiendo en la herramienta de diagnóstico más fiable en el mantenimiento de equipos eléctricos.

Los equipos de interior y exterior, como paneles, interruptores, relés, transformadores, cables, redes eléctricas, etc., pueden examinarse con facilidad.

Las variaciones de temperatura que el ojo humano no ve pueden detectarse al instante antes de que se produzcan acontecimientos importantes:

• Averías y paradas de producción.
• Accidente grave de la mano de obra.
• Cortocircuitos e incendios.

Pero, la termografía infrarroja también puede utilizarse para detectar problemas mecánicos, estructurales o de otro tipo.

Por lo tanto, se recomienda la exploración por infrarrojos como procedimiento de mantenimiento programado regularmente para:

• Pérdidas estructurales o de energía.
• Unidades de aire acondicionado en el techo o averías en la climatización.
• Ventiladores de escape.
• Verificación del estado de apertura o cierre de las válvulas de vapor o sifones.
• Encontrar fugas de calor, agua o aire (nota: debe tener una temperatura más alta o más baja que la del ambiente para ser detectada).

En Motores eléctricos para:

• Crear un patrón de referencia del motor para futuras comparaciones.
• Examinar si el motor funciona dentro del rango de temperatura nominal.
• Detectar problemas de rodamientos, acoplamientos o conexiones.
• Detectar problemas de flujo de aire / refrigeración.
• Correas, poleas y rodamientos en líneas de transporte.

Por otro lado, los equipos rotativos como rodamientos, juntas y elementos de rodadura, aunque pretenden reducir las fuerzas de fricción, siguen teniendo el potencial de generar altas temperaturas cuando están en funcionamiento.

Las normas de inspección de los equipos rotativos tienen como objetivo mitigar el riesgo de funcionamiento defectuoso.

¿Dónde se aplica la termografía en mantenimiento industrial?

La termografía está ampliamente aceptada como herramienta en el mantenimiento preventivo y en el mantenimiento predictivo tanto en sistemas eléctricos como mecánicos.

Termografía en mantenimiento preventivo

Al supervisar el funcionamiento de los equipos y programar el mantenimiento cuando es necesario, estas instalaciones disminuyen la posibilidad de que se produzcan paradas no planificadas por fallas en los equipos, invierten menos en costos de mantenimiento «reactivo» y de reparación de equipos, y prolongan la vida útil de los activos de las máquinas.

En definitiva, para ahorrar dinero, el mantenimiento preventivo no debe provocar un aumento considerable de los trabajos de mantenimiento.

El objetivo es que los servicios de mantenimiento cambien las reparaciones de emergencia por la inspección programada de los equipos clave.

Las inspecciones requieren un tiempo menor que las reparaciones, especialmente si se realizan con una cámara térmica.

Termografía en mantenimiento predictivo

Dado que el calor suele ser un síntoma precoz de daño o mal funcionamiento de los equipos, resulta razonable que sea un parámetro de rendimiento clave que se supervisa en los programas de mantenimiento predictivo.

Los técnicos que aplican el mantenimiento predictivo por infrarrojos comprueban regularmente la temperatura de los equipos críticos.

Esto les permite hacer un seguimiento de las condiciones de funcionamiento a lo largo del tiempo e identificar rápidamente las lecturas inusuales para su posterior inspección.

Para ahorrar realmente dinero, el mantenimiento predictivo no debe generar excesivos esfuerzos de mantenimiento adicionales.

Las inspecciones llevan menos tiempo que las reparaciones, especialmente si se realizan con técnicas de pruebas no destructivas, como una cámara termográfica.

¿Cómo funciona la termografía en mantenimiento industrial?

La termografía industrial mide la temperatura de la superficie de los componentes eléctricos y mecánicos mediante una tecnología de escaneo visual de infrarrojos altamente especializada.

Para ello, utiliza una cámara sensible o una cámara térmica que es capaz de detectar la cantidad de energía infrarroja liberada por los objetos.

Cuando el dispositivo escanea un sistema, la cámara detecta la energía del componente, y ésta se convierte en una señal electrónica.

A continuación, la señal electrónica actúa sobre una serie de sensores que muestran un color específico en un determinado píxel correspondiente a la imagen física.

Las zonas de calor aparecen en diferentes colores que son muy visibles en la imagen física de fondo.

Al observar detenidamente las áreas de calor, es fácil detectar la ubicación exacta y el componente que está emitiendo altos niveles de energía infrarroja.

La inspección de este elemento o componente y la realización de una reparación o la sustitución de la pieza dañada corrigen el problema antes de que provoque un fallo del sistema o problemas de rendimiento.

 

 

 

Ventajas y desventajas de la termografía IR

El uso de la termografía en el mantenimiento industrial concede una serie de beneficios para la detección de posibles fallas que pueden ayudar a tus instalaciones y maquinaria industrial a tener una vida más prolongada y sin paros inesperados.

Pero, por el contrario tiene algunos aspectos que si no los tienes en cuenta pueden producir el efecto contrario.

A continuación se enumeran las ventajas y desventajas de realizar una termografía en tus instalaciones y maquinaria industrial:

Ventajas de la termografía de infrarrojos:

• Es una técnica de tipo sin contacto.
• Consigue resultados rápidos, fiables y precisos.
• Se puede escanear una gran superficie en muy poco tiempo.
• Se presenta en forma visual y digital.
• Los datos pueden almacenarse para su posterior procesamiento y análisis de imágenes.
• Requiere muy poca habilidad para la supervisión (pero no para la evaluación, ver desventajas).
• Debido a la movilidad de las cámaras IR modernas, pueden estar disponibles en cualquier momento y en cualquier lugar.
• No hay interrupciones de la producción, por el contrario, todos los equipos deben funcionar con una carga nominal.
• Permite priorizar fácilmente las emergencias.

Desventajas de la termografía infrarroja:

• El coste del instrumento es relativamente alto (aunque hay que tener en cuenta el tiempo, los costes de mano de obra y el ahorro en la alerta temprana).
• No es capaz de detectar la temperatura interior si el objeto de la prueba está separado por un medio no transparente para la radiación IR, como el vidrio u otras cubiertas.
• Siguiendo lo anterior es un método de superficie que necesita experiencia y conocimientos para evaluar los resultados.

Conclusión

• La cámara de infrarrojos es un componente importante para ayudar a mantener una operación de fabricación viable y segura.
• La termografía infrarroja puede ser una herramienta de mantenimiento en muchos sentidos y no hay nada que sustituya su precisión, seguridad o fiabilidad.
• Esta técnica ayuda al ingeniero de planta a predecir y prevenir cualquier fallo potencial, planificando así mucho antes de que sea urgente.
• Ahorra valiosas pérdidas de producción y garantiza la seguridad de los equipos.

¿Por qué debes realizar una termografía en tus equipos y maquinaria industrial?

Cuando la corriente fluye a través de un sistema eléctrico energizado, se encuentra con la resistencia de las conexiones individuales y los componentes dentro del sistema.

A medida que estos componentes y conexiones se deterioran con el paso del tiempo, su resistencia aumenta, provocando incrementos localizados de calor.

Ya sea debido a una conexión antigua o a un componente mal fabricado, estas concentraciones de calor pueden causar fallos en el equipo y desperdicio de energía si no se controlan.

Por otro lado, la termografía puede indicar tensiones mecánicas causadas por la presión, las corrientes de aire y la fricción.

Además, permite la posibilidad de realizar inspecciones desde una distancia segura.

Los sistemas de cámaras de infrarrojos proporcionan una visión rápida del estado de la operación mucho antes de que se puedan ver indicaciones sin un dispositivo de este tipo.

La naturaleza sin contacto de las mediciones termográficas es una gran ventaja. El personal de mantenimiento puede inspeccionar las piezas de la máquina que giran o se mueven rápidamente desde fuera de una zona peligrosa.

Además, se facilitan las inspecciones,  porque proporciona una visualización de la zona inspeccionada.

De este modo, en caso de emergencia, se pueden tomar las primeras medidas incluso antes de realizar un análisis profundo de los datos.

Los umbrales de temperatura preestablecidos para las alarmas y otros ajustes personalizados también ayudan a que los equipos de mantenimiento sean productivos en muy poco tiempo.

En definitiva, la termografía puede detectar estos aumentos de temperatura con antelación, permitiendo abordar la incidencia antes de que se convierta en un problema grave.

Por lo tanto, las inspecciones periódicas con cámaras termográficas son un requisito esencial para el funcionamiento seguro y fiable de tus sistemas.

La evaluación termográfica permite detectar averías inminentes y programar las reparaciones. De este modo, se pueden evitar de forma constante los costosos tiempos de inactividad.

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Mediante el uso de cámaras termográficas y la evaluación posterior recibirás la información clave necesaria para detectar averías en los equipos antes de que se produzca un fallo de consecuencias irreparables.

«El verdadero ahorro comienza con una estrategia de mantenimiento más inteligente».

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