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PROPUESTA PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE TERMOGRAFÍA COMO HERRAMIENTA DE MANTENIMIENTO E INSPECCIÓN EN LA UNIVERSIDAD

CATÓLICA DE COLOMBIA

GUSTAVO ADOLFO MARTÍNEZ MEJÍA

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL ALTERNATIVA INVESTIGACIÓN

BOGOTÁ 2018

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PROPUESTA PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE TERMOGRAFÍA COMO HERRAMIENTA DE MANTENIMIENTO E INSPECCIÓN EN LA UNIVERSIDAD

CATÓLICA DE COLOMBIA

GUSTAVO ADOLFO MARTÍNEZ MEJÍA

Trabajo de grado para optar al título de Ingeniera Industrial

Directora Claudia Constanza Jiménez Carranza

MSc. Ingeniera Industrial

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

ALTERNATIVA INVESTIGACIÓN BOGOTÁ

2018

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NOTA DE ACEPTACIÓN

Firma del Presidente del Jurado

Firma del Jurado

Firma del Jurado

Bogotá, 26, noviembre, 2018

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CONTENIDO

pag. INTRODUCCIÓN 13 1. GENERALIDADES 14 1.1 ANTECEDENTES 14 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 15 1.2.1 Descripción Del Problema. 15

1.2.2 Formulación Del Problema. 15 1.3 OBJETIVOS 16

1.3.1 Objetivo General. 16

1.3.2 Objetivos Específicos. 16 1.4 JUSTIFICACIÓN 16 1.5 DELIMITACIÓN 17

1.5.1 Espacio. 17 1.5.2 Tiempo. 17 1.5.3 Contenido. 17

1.5.4 Alcance. 17 1.6 MARCO REFERENCIAL 17

1.6.1 Marco Teórico 17 1.6.1.1 Tecnología infrarroja. 17 1.6.1.2 Cámara térmica 20

1.6.1.3 Clasificación en función al tipo de detector. 21

1.6.1.4 Clasificación en función del origen de la radiación. 22 1.6.1.5 Aplicación de la termografía en redes eléctricas 23 1.7.2 Marco Conceptual 27

1.7.2.1 Ondas electromagnéticas. 27 1.7.2.2 Propagación de las ondas. 27 1.7.2.3 Luz visible en el espectro electromagnético 27

1.7.2.4 Cuerpo negro. 28 1.7.2.5 Ley de Stefan – Boltzman. 29 1.7.2.6 Ley de radiación de Planck. 29 1.7.2.6 Magnitudes y Unidades Radiométricas (SI). 29

1.7.2.7 Radiación infrarroja. 30 1.7.2.8 Energía. 32

1.7.2.10 Temperatura. 33 1.7.2.11 Mecanismos de transferencia de calor. 33 1.7.2.12 La Emisividad. 35 1.7.2.13 Absorción. 37 1.7.2.14 Transmisión. 37 2. CARACTERIZACIÓN DE ESPACIÒS 39 2.1 SEDE CLAUSTRO UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA 39

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pag. 2.1.1 Sistema de ventilación y aire acondicionado. 39 2.1.1.1 Termografía en tablero de circuitos de cuarto de “CHILLER” 41 2.1.1.2 Termografía en tanques de agua y ducteria del cuarto de CHILLER 43

2.1.1.3 Termografía en sistema de ventilación y aire acondicionado 45 2.1.2 Cuarto de bombas. 47 2.1.2.1 Termografía en cuarto de bombas 47 2.1.2.2 Termografía en breaker del cuarto de bombas 49 2.1.3 Cuarto principal de circuitos y planta eléctrica. 50

2.1.3.1 Termografia en cuarto principal de circuitos 51 3. GUIA PARA REALIZAR MEDICIONES TERMOGRAFICAS 54

3.1 CÁMARA FLUKE TI 90 54 3.1.1 Ficha técnica cámara Fluke Ti 90. 54 3.1.2 Funciones y controles. 56

3.1.3 Simbologia 57 3.1.4 Encendido y apagado. 58 3.1.5 Enfoque. 58

3.1.6 Obturador de primer y de segundo nivel. 58 3.1.7 Botones de control y navegación. 58

3.1.8 Captura de imágenes. 59 3.2 MEDICIÓN DE TEMPERATURA 59 3.2.1 Ajuste de emisividad. 59

3.2.2 Ajuste de rango. 60

3.2.3 Ajuste de temperatura de fondo. 61 3.2.4 Ajuste de Paleta 62 3.3 SOFTWARE FLUKE CONNECT 63

3.3.1 Análisis de termografías. 63 3.3.1.1 Ajuste de transmitancia/transmision. 65 3.3.1.2 Ajuste de puntos térmicos. 65

3.3.1.3 Ajuste de emisividad en termografía. 65 3.3.1.4 Ajuste en el nivel de mezcla. 66 3.4 Informe termografico 67 4. PROPUESTA PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE LA TERMOGRAFÍA COMO HERRAMIENTA DE INSPECCIÓN 68

4.1 CAPACITACIÓN 68 4.1.1 Beneficios de la capacitación. 68 4.2 DESARROLLO DE UNA INSPECCIÓN TERMOGRAFICA 69 4.2.1 Inspección termografica de un operario 71 5. CONCLUSIONES 73 6. RECOMENDACIONES 74

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BIBLIOGRAFÌA 75

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LISTA DE CUADROS

pag. Cuadro 1 Radiometrías 30

Cuadro 2 Tipos de ondas ¡Error! Marcador no definido. Cuadro 3 Conductividad térmica 34 Cuadro 4 Emisividad según materiales 36 Cuadro 5 Simbología de Fluke 57

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LISTA DE FIGURAS pag. Figura 1 Frederick William 18 Figura 2 Espectro electromagnético ¡Error! Marcador no definido. Figura 3 Inspección cualitativa ¡Error! Marcador no definido. Figura 4 Termografía real según viento ¡Error! Marcador no definido. Figura 5 Calculo del IFOV ¡Error! Marcador no definido. Figura 6 Espectro visible por el ojo humano ¡Error! Marcador no definido. Figura 7 Radiación infrarroja ¡Error! Marcador no definido. Figura 8 radiación de los colores ¡Error! Marcador no definido. Figura 9 Energía térmica 33 Figura 10 Emisividad 35

Figura 11 Absorción de IR 37

Figura 12 Transmisión de IR 38 Figura 13 Inspección Universidad Católica de Colombia 39 Figura 14 Cuarto de CHILLER y sistema de ventilación 40

Figura 15 Cuarto de CHILLER y Aires acondicionados 40 Figura 16 Cuarto de bombas bloque M 47 Figura 17 Cuarto principal de circuitos 51

Figura 18 Cámara infrarroja Fluke Ti 90 54 Figura 19 Ficha Técnica Cámara infrarroja 55 Figura 20 Funciones y controles 56 Figura 21 Ajuste de emisividad 60

Figura 22 Ajuste rango 62 Figura 23 Ajuste de temeratura de segundo plano 62

Figura 24 Ajuste de paleta 63 Figura 25 Pantalla de descarga software 64 Figura 26 Apertura del editor de imágenes 65 Figura 27 Editor de imágenes 66 Figura 28 Punto frio y caliente en termografía 66

Figura 29 Configuración de emisividad 67 Figura 30 Nivel de mezcla 65 Figura 31 Informe termografico 66 Figura 32 Formato de ingreso y retiro de elementos 67

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GLOSARIO

ABSORCIÓN: es la interceptación de energía radiante. AJUSTE AUTOMÁTICO: función que permite a la cámara realizar una corrección interna de la imagen. AJUSTE MANUAL: método para ajustar la imagen mediante el cambio manual de ciertos parámetros. CAMPO DE VISIÓN: es una característica que define el tamaño de lo que se ve en la imagen térmica. CAMPO DE VISIÓN INSTANTÁNEO: es la característica utilizada para describir la capacidad de una cámara termográfica para resolver detalles espaciales (resolución espacial). CONDUCCIÓN: es la transferencia de energía térmica desde un objeto a otro mediante el contacto directo. La transferencia de calor por conducción se produce principalmente en sólidos, y hasta cierto punto en fluidos, ya que las moléculas más calientes transfieren su energía directamente a las moléculas adyacentes más frías. CONVECCIÓN: es la transferencia de calor que se produce cuando las corrientes circulan entre las zonas calientes y frías de los fluidos. La convección se produce tanto en líquidos como en gases e implica el movimiento en masa de moléculas a diferentes temperaturas. CUERPO NEGRO: objeto que no refleja ninguna radiación. Toda la radiación que emite se debe a su propia temperatura. CUERPO NO NEGRO: objeto que emite una fracción fija de la cantidad de energía correspondiente a un cuerpo negro en cada longitud de onda. EFECTO TERMOELÉCTRICO: es la conversión directa de la diferencia de temperatura a tensión eléctrica y viceversa. Un dispositivo termoeléctrico crea una tensión cuando hay una diferencia de temperatura a cada lado. Por el contrario, cuando se le aplica una tensión, crea una diferencia de temperatura (conocido como efecto Peltier). EMISIÓN: se refiere a la descarga de energía radiante. EMISIVIDAD: llamada antiguamente emitancia, es la proporción de radiación térmica emitida por una superficie u objeto debido a una diferencia de temperatura con su entorno. EMITANCIA: cantidad de energía emitida por un objeto por unidad de tiempo y área (W/m2). ENERGÍA DE RADIACIÓN: cantidad de energía emitida por un objeto por unidad de tiempo.

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ENERGÍA RADIADA: cantidad de energía emitida por un objeto por unidad de tiempo, área y ángulo (W/m2 /sr). ESCALA DE TEMPERATURA: forma en que se muestra una imagen de infrarrojos. Se expresa mediante dos valores de temperatura que limitan los colores. ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO: es el rango de todos los tipos de radiación electromagnética clasificados por longitud de onda. FOTOCONDUCTOR: se aplica al cuerpo cuya conductividad eléctrica cambia de acuerdo con la intensidad de la luz. FOTÓN: es la partícula responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético, porque es portadora de todas aquellas formas de radiación electromagnética, entre las que se incluyen los rayos gamma, los rayos x, la luz ultravioleta, la luz infrarroja, las ondas de radio, los microondas, entre otras. INFRARROJO: radiación invisible con una longitud de onda de entre 2 y 13 µm. ISOTERMA: función que resalta las partes de una imagen situadas por encima o por debajo de una temperatura, o bien entre uno o varios intervalos de temperatura. NIVEL: valor central de la escala de temperatura expresado normalmente como valor de una señal. ONDA: es la propagación de una perturbación que transfiere energía progresivamente de un punto a otro a través de un medio y que puede tener la forma de deformación elástica, una variación de presión, intensidad magnética o eléctrica o de temperatura. PALETA: conjunto de colores utilizados para mostrar una imagen de infrarrojos. PARÁMETROS DE OBJETO: conjunto de valores que describen las circunstancias en las que se ha realizado la medición de un objeto y el objeto en sí (como la emisividad, la temperatura aparente reflejada, la distancia, etc.). RADIACIÓN: es el movimiento del calor que se manifiesta cuando la energía radiante (ondas electromagnéticas) se mueve sin que exista un medio directo de transferencia. Cuando una máquina se calienta o se enfría, el calor se transfiere de manera inestable. RANGO: límite de medida de temperatura global de una cámara de infrarrojos. RANGO DE TEMPERATURAS: límite de medida de temperatura global de una cámara de infrarrojos. Las cámaras pueden tener diversos rangos. Se expresa mediante dos temperaturas de cuerpo negro que limitan la calibración. REFRACCIÓN: es el cambio de dirección que experimenta un rayo de luz cuando pasa de un medio transparente a otro también transparente. Este cambio de dirección está originando por la distinta velocidad de la luz en cada medio. REFLECTANCIA: se refiere a la relación entre la potencia electromagnética incidente con respecto a la potencia que es reflejada en una interface. Por lo tanto, la magnitud de la reflectancia es el cuadrado de la magnitud de la reflectividad. REFLECTIVIDAD: es el valor límite de reflectancia a medida que el espesor de la superficie aumenta; es la reflectancia intrínseca de la superficie, por lo que su

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valor no depende de otros parámetros tales como la reflectancia de las capas profundas del material. SISTEMA TERMODINÁMICO: (también denominado sustancia de trabajo) se define como la parte del universo objeto de estudio. Un sistema termodinámico puede ser una célula, una persona, el vapor de una máquina de vapor, la mezcla de gasolina y aire en un motor térmico y la atmósfera terrestre. TEMPERATURAS RADIOMÉTRICAS: es la medición de la radiación total que proviene de una superficie, esto incluye la radiación emitida por el objeto y la reflejada por el propio objeto. TERMOGRAMA: es la imagen de un blanco electrónicamente procesado y mostrado en la pantalla en donde los distintos tonos de color se corresponden con la distribución de la radiación infrarroja en la superficie del blanco. TRANSMISIÓN: es el paso de energía radiante a través de un material o estructura. TRANSMITANCIA: es una magnitud que expresa la cantidad de energía que atraviesa un cuerpo en la unidad de tiempo (potencia).

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INTRODUCCIÓN En este trabajo se busca generar una propuesta para la implementación de medición termografica, como una herramienta de inspección en el mantenimiento e inspección de los diferentes sistemas o maquinarias, tales como; circuitos eléctricos, bombas, ascensores, escaleras eléctricas, sistemas de aire acondicionado, entre otros, que funcionan dentro de las instalaciones de la Universidad Católica Colombia, esto con el fin de desarrollar un documento que le permita a un operario con los conocimientos mínimos requeridos por la división de servicios generales, realizar una inspección termografica en donde se puedan interpretar de manera adecuada las imágenes obtenidas y poder tomar las respectivas decisiones.

Ya que la Universidad Católica de Colombia cuenta con una cámara infrarroja marca Fluke Ti 90, el documento se desarrollará con base a los parámetros y características de funcionamiento de dicha herramienta de medición.

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1. GENERALIDADES

1.1 ANTECEDENTES

Debido a que la termografía infrarroja no es una técnica nueva, no se ha tenido en cuenta la importante evolución que esta tecnología ha tenido en cuanto a avances técnicos, miniaturización y facilidad de manipulación por cualquier tipo de operario.

Después de que Herschel descubriera la radiación infrarroja en el siglo XIX, los primeros logros técnicos alrededor de 1920 posibilitaron la medición de dicha radiación. Pero no fue hasta tiempo después cuando la radiación se convirtió de forma automática en temperatura. Durante la Segunda Guerra Mundial, las propiedades de la radiación infrarroja se usaron principalmente para temas militares con la invención de los misiles guiados por infrarrojos. Tras la guerra, el desarrollo avanzó rápidamente. La empresa sueca AGA lanzó al mercado la primera cámara termográfica para propósitos civiles y comerciales en 1960. Las primeras cámaras eran pesadas, grandes y poco manejables. No fue hasta los 80s cuando aparecieron las primeras cámaras termográficas cómodas y manejables. Muchos avances técnicos, un progreso importante en el campo de la tecnología informática y la llegada de la era digital en la mitad de los 90s provocaron la rápida evolución de las cámaras. La posibilidad de adquirir instrumentos de elevadas prestaciones a un precio cada vez más barato permitieron a la termografía acceder a un espectro muy amplio de aplicaciones civiles.1

Gracias a todas las innovaciones que se han generado en el campo de las cámaras termograficas, su uso y tipos de aplicación también ha tenido un gran

1 TESTO. Historia de la cámara termografica [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 18 de octubre,

2018]. Disponible en Internet <URL: http://www.academiatesto.com.ar/cms/historia-de-la-camara-termografica>

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crecimiento. Esto hace que sea de vital importancia identificar como se puede realizar de manera correcta una inspección termografica y de igual manera generar un informe que permita tomar alguna determinación a cerca de la medición obtenida. Para poder identificar de forma más clara como se aplica la termografía infrarroja en el mantenimiento de diferentes sistemas se encontró que “en los hospitales el control climático es de vital importancia para garantizar tanto la higiene como la comodidad de los pacientes y el personal. El personal técnico de un hospital sueco ha adquirido una cámara termográfica para inspeccionar y mantener el sistema HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado)”2. Este tipo de aplicación mencionada, demuestra la importancia de explorar todos los diferentes ambientes en los que la termografía podría ser usada como herramienta de inspección. Además de la aplicación anteriormente mencionada la termografía infrarroja tiene un amplio campo de acción que será demostrado a lo largo de este proyecto. 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.2.1 Descripción Del Problema. Dado al constante crecimiento de la Universidad Católica de Colombia en cuanto a sus instalaciones y espacios construidos para poder llevar acabo su actividad de formación académica, la aparición de maquinarias y equipos que hacen posible el funcionamiento adecuado de estas instalaciones es algo evidente, desde las redes eléctricas que distribuyen la corriente a todos los diferentes puntos que hacen uso de esta, hasta los sistemas de ventilación instalados para la climatización de los diferentes lugares. Todos estos equipos y sistemas (Motores, Bombas, Ductos, etc.) como cualquier elemento que desarrolla una actividad, están expuestos a sufrir deterioros, fallas y cualquier otro tipo de anomalías, que podrán generar un daño temporal o permanente de cualquiera de sus componentes. Lo cual nos indica que es de vital importancia para el área de servicios generales de la universidad incluir en el plan de mantenimiento e inspección esta herramienta, con el fin de asegurar la vida útil y el funcionamiento óptimo de los diferentes equipos de la universidad. 1.2.2 Formulación Del Problema. A pesar de que la tecnología infrarroja existe hace décadas y que hace algún tiempo la universidad cuenta con esta herramienta, le hace falta un impulso, ya que se podría utilizar en una infinidad de espacios.

2 FLIR. Termografías para diagnóstico de edificios [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 18 de octubre, 2018]. Disponible en Internet: <URL: http://www.alava-ing.es/repositorio/75ca/pdf/5368/2/termografias-para-diagnotico-de-edificios.pdf>

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Para llevar a cabo una inspección termografica de forma adecuada es necesario contar con unos conocimientos previos, en cuanto al funcionamiento y modelo de la cámara y a los diferentes factores ambientales que puedan influir al momento de realizar la medición. Se hace evidente la importancia de proponer la termografía como herramienta de inspección esto por medio de un documento que le facilite a un operario capacitado de la universidad realizar una inspección termografica de forma adecuada y así mismo poder generar un informe que permita entender y transmitir de la manera más práctica y efectiva la información obtenida.

Por este motivo se considera viable tener en cuenta la cámara termografica con la que cuenta la universidad como un elemento que permita realizar una inspección. 1.3 OBJETIVOS 1.3.1 Objetivo General. Realizar una propuesta para implementar la termografía como herramienta para el mantenimiento e inspección en la Universidad Católica de Colombia. 1.3.2 Objetivos Específicos.

Identificar los diferentes espacios de la Universidad Católica de Colombia que cuenten con maquinaria y equipos, en los que sea posible realizar una medición termografica.

Estructurar un documento que le permita a un operario de la Universidad Católica de Colombia capacitarse y entender la manera adecuada de realizar una inspección termografica con la cámara Fluke Ti 90.

Realizar una propuesta para la inclusión de la termografía infrarroja como una herramienta de inspección para los operarios del área de servicios generales y mantenimiento en la Universidad Católica de Colombia. 1.4 JUSTIFICACIÓN Se busca realizar una propuesta para implementar la termografía en el plan de mantenimiento e inspección de la Universidad Católica de Colombia, ya que por medio de este tipo de herramienta se podrán generar respuestas a diferentes anormalidades que se presenten en cuanto al funcionamiento, mantenimiento y vida útil, de los diferentes equipos y sistemas, todo esto de una forma no invasiva lo que posibilitara al operario no tener que exponerse de manera directa con el

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elemento y que no sea necesario detener ninguna de las actividades que se estén desarrollando, tanto por el equipo como por sus usuarios.

1.5 DELIMITACIÓN 1.5.1 Espacio. El desarrollo de la propuesta se dará en las instalaciones la Universidad Católica de Colombia. 1.5.2 Tiempo. El trabajo de grado se desarrollará en el periodo acordado por la facultad para su investigación y presentación. 1.5.3 Contenido. El contenido del proyecto comprende todo lo relacionado a la tecnología infrarroja, su aplicación en diferentes campos y la información adecuada para hacer uso de las herramientas y espacios con los que cuenta la Universidad Católica de Colombia. 1.5.4 Alcance. El alcance del proyecto abarca todo lo relacionado con inspecciones termograficas que puedan ser aplicadas en los equipos y sistemas de las diferentes instalaciones de la Universidad Católica de Colombia, todo esto a partir de la caracterización de los diferentes espacios a inspeccionar hasta la manera adecuada de realizar un informe con base a las mediciones obtenidas. 1.6 MARCO REFERENCIAL 1.6.1 Marco Teórico. Para comprender en qué consisten estas útiles herramientas y como serán utilizadas en este proyecto se debe empezar hablando de la termografía.

La técnica conocida como termografía infrarroja, es la que permite visualizar la temperatura de cualquier superficie, con alta precisión y sin tener contacto con dicha superficie. Esta medición de temperatura es posible, gracias a la medición de la radiación que emana de la sección infrarroja del espectro electromagnético de la superficie evaluada, luego

estas mediciones se convierten en señales eléctricas.3

1.6.1.1 Tecnología infrarroja. Nuestros ojos son detectores diseñados para identificar la radiación electromagnética en el espectro de luz visible. Cualquier otro tipo de radiación electromagnética, como la infrarroja, es invisible para el ojo humano. El astrónomo Sir Frederick William Herschel descubrió la existencia de la radiación infrarroja en 1800. Su curiosidad por la diferencia térmica entre los

3 DE MAQUINAS Y HERRAMIENTAS. Introduccion a las camaras termograficas [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 18 de octubre, 2018]. Disponible en Internet < URL: http://www.demaquinasyherramientas.com/herramientas-de-medicion/introduccion-a-las-camaras-termograficas>

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distintos colores de la luz le llevó a dirigir la luz solar a través de un prisma de cristal para crear un espectro y, a continuación, midió la temperatura de cada color. Descubrió que dichas temperaturas crecían en progresión desde la parte del violeta hacia la del rojo. Tras revelar este patrón, Herschel midió la temperatura del punto inmediatamente más allá de la porción roja del espectro, en una región sin luz solar visible. Y, para su sorpresa, halló que esa región era la que mostraba la temperatura más alta.

Figura 1. Frederick William

Fuente. DE MAQUINAS Y HERRAMIENTAS. Introduccion a las camaras termograficas [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 18 de octubre, 2018]. Disponible en Internet < URL:http://legacy.spitzer.caltech.edu/herschel_bio.shtml>

Los infrarrojos están a medio camino entre el espectro visible y las microondas del espectro electromagnético. La fuente principal de radiación de infrarrojos es el calor o la radiación térmica. Cualquier objeto con una temperatura superior al cero absoluto (-273,15 ºC o 0 Kelvin) emite radiación en la región infrarroja. Hasta los objetos más fríos que podamos imaginar, como los cubitos de hielo, emiten rayos infrarrojos. Todos los días estamos expuestos a rayos infrarrojos. El calor de la luz solar, del fuego o de un radiador son formas de infrarrojos. Aunque nuestros ojos no los vean, los nervios de nuestra piel los perciben como calor. Cuanto más caliente es un objeto, más radiación de infrarrojos emite.

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Todos los días estamos expuestos a rayos infrarrojos. El calor de la luz solar, del fuego o de un radiador son formas de infrarrojos. Aunque nuestros ojos no los vean, los nervios de nuestra piel los perciben como calor. Cuanto más caliente

es un objeto, más radiación de infrarrojos emite.4

Figura 2. Espectro electromagnético

Fuente. FLIR. Termogragia para automatizacion y control de procesos [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 18 de octubre, 2018]. Disponible en Internet: <URLhttps://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_electromagn >

El ojo del ser humano, no puede captar la radiación infrarroja de un objeto o superficie, y es aquí donde entran en acción las cámaras termográficas, también conocidas como de termovisión. Estas cámaras cuentan con sensores infrarrojos, los cuales permiten capturar y medir la energía radiante de objetos y superficies, determinando de esta manera la temperatura de dichos elementos. La cámara termogràfica toma la radiación y genera un espectro de colores, cada color representa una temperatura distinta, en base a una escala. (Introduccion a las camaras termagraficas)5 Conociendo los datos de las condiciones del entorno —humedad y temperatura

4 FLIR. Termogragia para automatizacion y control de procesos [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 18 de octubre, 2018]. Disponible en Internet: <URL:https://www.flirmedia.com/MMC/THG/Brochures/T820485/T820485_ES.pdf> 5 DE MAQUINAS Y HERRAMIENTAS. Introduccion a las camaras termograficas [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 18 de octubre, 2018]. Disponible en Internet < URL: http://www.demaquinasyherramientas.com/herramientas-de-medicion/introduccion-a-las-camaras-termograficas>

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del aire, distancia a objeto termografiado, temperatura reflejada, radiación incidente— y de las características de las superficies termografiadas como la emisividad se puede convertir la energía radiada detectada por la cámara termogràfica en valores de temperaturas. En una termografía, cada pixel corresponde con un valor de medición de la radiación; con un valor de temperatura. A esa imagen se le puede definir como radiométrica.6

1.6.1.2 Cámara térmica Una cámara térmica o cámara infrarroja es

un dispositivo que, a partir de las emisiones de infrarrojos medios del espectro electromagnético de los cuerpos detectados, forma imágenes luminosas visibles por el ojo humano

Estas cámaras operan, más concretamente, con longitudes de onda en la zona del infrarrojo térmico, que se considera entre 3 µm y 14 µm.

Todos los cuerpos emiten cierta cantidad de radiación de cuerpo negro (en forma infrarroja) en función de su temperatura. Generalmente, los objetos con mayor temperatura emiten más radiación infrarroja que los que poseen menor temperatura.

Las imágenes visualizan en una pantalla, y tienden a ser monocromáticas, porque se utiliza un sólo tipo de sensor que percibe una particular longitud de onda infrarroja. Muestran las áreas más calientes de un cuerpo en blanco y las menos en negro, y con matices grises los grados de temperatura intermedios entre los límites térmicos.

Sin embargo, existen otras cámaras infrarrojas que se usan exclusivamente para medir temperaturas y procesan las imágenes para que se muestren coloreadas, porque son más fáciles de interpretar con la vista. Pero esos colores no corresponden a la radiación infrarroja percibida, sino que la cámara los asigna arbitrariamente, de acuerdo al rango de intensidad de particular longitud de onda infrarroja, por eso se llaman falsos colores o pseudocolores.

Esos falsos colores tienen varias aplicaciones, como las cartográficas, pues describen las diferentes alturas del relieve de un mapa: De color azul las partes más frías, que comúnmente son las más altas, y de color rojo las más calientes, que son las más bajas; las partes intermedias en altura, y por tanto en temperatura, en otros colores como el amarillo y el anaranjado.

Otras aplicaciones generales de las cámaras infrarrojas son: Ver en las tinieblas, a través del humo o debajo del suelo.

Se han ingeniado maneras para evitar la detección de cámaras infrarrojas, pero no son eficientes. Vestirse con ropa aislante térmica oculta temporalmente de la cámara, porque la ropa se calienta gradualmente a la temperatura del entorno y se vuelve detectable. Envolverse en papel aluminio y vestir prendas mojadas no oculta de las cámaras potentes, sólo confunde las lecturas percibidas.

6 INDUELECTRO. Termografía [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 19 de octubre, 2018]. Disponible en Internet: < URL: http://www.induelectro.cl/site/index.php/es/noticias/45-termografia>

https://es.wikipedia.org/wiki/Emisividad

https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Energ%C3%ADa_radiada&action=edit&redlink=1

https://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_infrarroja

https://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_electromagn%C3%A9tico

https://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_electromagn%C3%A9tico

https://es.wikipedia.org/wiki/Ojo

https://es.wikipedia.org/wiki/Longitud_de_onda

https://es.wikipedia.org/wiki/Micr%C3%B3metro_(unidad_de_longitud)

https://es.wikipedia.org/wiki/Cuerpo_negro

https://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura

https://es.wikipedia.org/wiki/Pantalla_de_ordenador

https://es.wikipedia.org/wiki/Sensor



https://es.wikipedia.org/wiki/Cartograf%C3%ADa

https://es.wikipedia.org/wiki/Mapa

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Refrigeradas. Emplean semiconductores exóticos, que se encuentran al vacío y refrigerados, lo que incrementa su sensibilidad. Los materiales más comunes son el telururo de cadmio y mercurio(CdHgTe o CMT -siglas en inglés-) y el antimoniuro de indio (InSb). También se pueden realizar detectores sensibles al infrarrojo con elementos del tipo pozo cuántico.

Se emplean enfriando a temperaturas del rango de 4 K hasta 110 K, siendo 80K el más común; sin esta refrigeración el propio ruido térmico del sensor es superior a la señal detectada.

No refrigeradas. Funcionan a temperatura ambiente; se sacrifican prestaciones para obtener equipos más baratos y de menor consumo. Los materiales más usados son silicio amorfo y óxidos de vanadio.

1.6.1.3 Clasificación en función al tipo de detector. Cámaras infrarrojas con detectores criogenizado. Los detectores están

contenidos en un recipiente sellado al vacío (Dewar) y enfriado muchos grados bajo cero Celsius por un costoso equipo criogénico. Esto aumenta enormemente su sensibilidad con respecto a los detectores al ambiente, debido a su gran diferencia de temperatura con respecto al cuerpo emisor detectado. Si el detector no fuera enfriado criogénicamente, la temperatura ambiental del detector interferiría las lecturas de temperatura recibidas por el detector.

Las ventajas de los detectores criogénicos son:

Alta sensibilidad (pueden detectar temperaturas de 0,01 °C)

Permiten acoplar ópticas potentes para observar objetos lejanos.

Las desventajas de los detectores criogénicos son:

Su consumo de energía para enfriar el detector (~ 10 vatios)

El alto coste para fabricar los semiconductores especiales, sellar al vacío los

recipientes y fabricar el refrigerador criogénico (decenas de miles de €)

Tiempo de enfriamiento del sensor del detector a la temperatura óptima de

operación (~ 7 minutos).

Debido a su alto coste su empleo se reduce a las fuerzas armadas y de seguridad.

Cámaras infrarrojas con detectores al ambiente. Éstos operan a la

temperatura ambiental. Los más modernos usan sensores que funcionan cambiando las propiedades eléctricas del material del cuerpo emisor. Estos cambios (de corriente, voltaje o resistencia) son medidos y comparados a los valores de temperatura de operación del sensor. Los sensores pueden

https://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductores

https://es.wikipedia.org/wiki/Vac%C3%ADo

https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Telururo_de_cadmio_y_mercurio&action=edit&redlink=1

https://es.wikipedia.org/wiki/Idioma_ingl%C3%A9s

https://es.wikipedia.org/wiki/Antimoniuro_de_indio

https://es.wikipedia.org/wiki/Pozo_cu%C3%A1ntico

https://es.wikipedia.org/wiki/Kelvin

https://es.wikipedia.org/wiki/Ruido_t%C3%A9rmico

https://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_de_imagen

https://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura_ambiente

https://es.wikipedia.org/wiki/Silicio_amorfo

https://es.wikipedia.org/wiki/Vanadio

https://es.wikipedia.org/wiki/Vaso_Dewar

https://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsius

https://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura

https://es.wikipedia.org/wiki/Sensor

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estabilizarse a una temperatura de operación, por arriba de los cero Celsius, para reducir las interferencias de percepción de imagen, y por eso no requiere equipos de enfriamiento.

Las ventajas de estos detectores son:

Su menor costo con respecto a los criogenizados.

Menor tamaño.

Pero sus desventajas:

Mucha menos sensibilidad resolución que los criogenizados.

Necesidad de ópticas con gran apertura, lo que limita su uso a objetos

cercanos.

Dado que en este campo se están produciendo avances constantes, las prestaciones de estas cámaras se están acercando a las cámaras con detectores criogenizados.

1.6.1.4 Clasificación en función del origen de la radiación.

Cámaras infrarrojas activas. Emiten radiación infrarroja con

un reflector integrado a la cámara o ubicado en otro sitio. El haz infrarrojo alumbra el cuerpo detectado, y el alumbramiento es emitido por el cuerpo para ser percibido por la cámara e interpretado en una imagen monocromática.

El reflector tiene un filtro para prevenir que la cámara sea interferida por la observación de la luz visible. Si el reflector tiene mayor alcance, mayor será el tamaño y el peso de su filtro y mayor será el tamaño de la batería, porque aumenta su consumo de energía. Por eso la mayoría de las cámaras activas portátiles tienen un reflector con alcance de 100 metros, pero algunos fabricantes exageran el alcance de las cámaras a varios cientos de metros.

Cámaras infrarrojas pasivas. También se llaman cámaras termográficas. Carecen de reflectores, y perciben la radiación infrarroja tal cual es emitida por un cuerpo. Son las más comunes.

Estas cámaras se usan para rastrear gente en áreas donde es difícil verlos (de noche, humo o niebla), encontrar rastros recientes de alguien que ha dejado un lugar, seguir un coche en particular, ver rastros de humedad en ciertas superficies, inspección de elementos industriales, etc.7

7 ECURED. Cámara infrarroja [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 19 de octubre, 2018]. Disponible en Internet: < URL: https://www.ecured.cu/C%C3%A1mara_infrarroja>

https://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsius

https://es.wikipedia.org/wiki/Apertura

https://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_infrarroja

https://es.wikipedia.org/wiki/Reflector

https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa

23

1.6.1.5 Aplicación de la termografía en redes eléctricas A nivel técnico, la aplicación de la termografía va a permitir visualizar los patrones de temperatura de los sistemas e instalaciones eléctricas. En este sentido, hay que tener en cuenta que una causa de fallo en los sistemas eléctricos es un exceso de temperatura provocado por diferentes motivos: • Incremento de resistencia en puntos de conexión. De acuerdo a la Ley de Joule:

P = I^2x R

Es decir, un incremento de la resistencia de contacto da lugar a un incremento de la potencia disipada en dicho contacto, lo cual se traduce, en condiciones normales, en un incremento de su temperatura dando lugar a un “punto caliente”, el cual se puede detectar de una forma precisa con una cámara termográfica. Este incremento de la resistencia de contacto puede deberse a un fenómeno de oxidación o corrosión, tornillos que se aflojan o una presión insuficiente en los contactos móviles. • Fallos en los sistemas de refrigeración. El calor que se genera, por ejemplo, en los transformadores de potencia, debe ser evacuado al exterior a través de los sistemas de refrigeración en los intercambiadores de calor. Si esta extracción de calor se reduce o falla, debido por ejemplo a una obstrucción en los tubos del intercambiador o un fallo en los ventiladores en caso de tratarse de una ventilación forzada, el transformador se va a calentar en exceso lo cual puede dar lugar en última instancia al fallo del mismo • Corrientes de fuga en sistemas aisladores. La reducción de la resistencia de aislamiento debido a suciedad o contaminantes puede dar lugar a la aparición de corrientes de fuga y arcos que dan lugar al calentamiento de los equipos y por lo tanto a su deterioro. Con su cámara termogràfica el técnico de mantenimiento va a poder examinar cada uno de los elementos que componen el sistema de distribución eléctrica en busca de patrones de calentamiento, lo cual le va a permitir detectar y resolver un posible problema antes de que dé lugar a un fallo o interrupción en la línea. En este sentido se habla de dos tipos de inspecciones bien diferenciadas: por un lado, las inspecciones cualitativas y por otro las inspecciones cuantitativas. En el primer caso no se busca en primera instancia el medir con gran precisión la temperatura de los elementos, sino realizar una comparación de los patrones de temperatura de los elementos que estén trabajando en las mismas condiciones. Afortunadamente, la distribución eléctrica se basa en sistemas trifásicos, de forma que este método es perfectamente válido para la inspección de sistemas de distribución ya que se pueden comparar los elementos de una fase con los de las otras fases, lo cual proporciona una herramienta de inspección muy potente, rápida y fácil de utilizar.

24

Figura 3. Inspección cualitativa

Fuente. FLIR. Termogragia para automatizacion y control de procesos [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 18 de octubre, 2018]. Disponible en Internet: < URL: https://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_electromagn%C3%A9tico>

Una vez detectada una diferencia apreciable de temperatura en un elemento, se pasa a la inspección cuantitativa midiendo de forma precisa la temperatura de los elementos, para lo cual habrá que tener en cuenta varios aspectos:

Emisividad de la superficie bajo estudio. Las cámaras termográficas miden

a través de su sensor volumétrico la radiación infrarroja emitida por los cuerpos,

mostrando en la pantalla del equipo una imagen de las temperaturas superficiales

de dichos cuerpos, para lo cual utilizan básicamente la siguiente fórmula:

Donde se podrá ver la relación entre la radiación medida y la temperatura mostrada. Ambos valores están relacionados por un parámetro llamado emisividad ε, que toma valores comprendidos entre 0 y 1 y que viene a caracterizar la capacidad de emitir radiación por parte de dicha superficie. A nivel práctico, este parámetro suele presentar, para la mayoría de los cuerpos, valores altos, próximos a 0,95, aunque existen excepciones, principalmente los cuerpos con superficies metálicas pulidas (p.e. para el cobre pulido ε= 0,2). El termógrafo deberá tener en cuenta este parámetro y hacer los ajustes oportunos bien en la cámara termográfica, bien en el software de análisis para obtener un valor de temperatura que tenga en cuenta dicho valor de emisividad. A pesar de esta situación, la medida precisa de temperatura con las cámaras termográficas en sistemas de distribución eléctrica es factible, dado que una gran parte de los materiales utilizados en estas instalaciones presentan emisividades elevadas, como por ejemplo en materiales aislantes, piezas pintadas o sucias, con polvo o

25

grasa, oquedades y grietas en tuercas y puntos de unión, etc., lo cual facilita ampliamente la medida de la temperatura al presentar emisividades próximas a 0,95.

Velocidad del viento. Las inspecciones en el exterior deben tener en cuenta la

velocidad del viento, ya que este es un factor que incrementa la transferencia de

calor por convección entre los elementos calientes y el medio, lo cual puede dar

lugar a una reducción de la temperatura de los puntos críticos, enmascarando

problemas que pueden ser graves, recomendándose evitar la realización de

inspecciones termográficas para velocidades del viento superiores a los 16

km/hora.

Figura 4. Termografía real según viento

Fuente. FLUKE. Termografía en sistemas de distribución eléctrica [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 19 de octubre, 2018]. Disponible en Internet:<URL:https://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_electromagn%C3%A9ti>

Resolución espacial y resolución óptica. Las cámaras termográficas, al igual

que una cámara fotográfica normal, incluyen un sistema de lentes cuya misión va

a ser la de focalizar adecuadamente la radiación sobre el sensor de la cámara. En

función de la distancia focal y la resolución del sensor podemos definir dos

parámetros que van a influir a la hora de obtener las imágenes termográficas. Por

un lado podemos definir la resolución espacial o IFOVt como el ángulo de visión

cubierto por cada píxel del sensor, aspecto que a nivel práctico va a definir el objeto

más pequeño que puede detectar la cámara a una cierta distancia. Normalmente,

este parámetro viene expresado como un ángulo en miliradianes, por ejemplo, 2,5

mrad., lo cual facilita ampliamente el cálculo, ya que, expresado de esta forma

obtenemos inmediatamente el diámetro del objeto más pequeño observable a 1

metro de distancia, en el caso del ejemplo anterior sería de 2,5 mm, y para otra

distancia bastaría multiplicar 2,5 por la distancia en metros (por ejemplo, a 10 m

de distancia: 10 x 2,5 = 25 mm). Por otro lado podemos definir la resolución óptica

26

o IFOVm como el objeto más pequeño sobre el cual se puede realizar una medida

con precisión a una cierta distancia. Evidentemente ambos aspectos tienen su

importancia a la hora de realizar termografías en sistemas de distribución eléctrica

y habrá que tenerlos en cuenta de acuerdo a la distancia a la que se encuentre del

objetivo.

Figura 5. Calculo del IFOV

Fuente. FLUKE. Termografía en sistemas de distribución eléctrica [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 19 de octubre, 2018]. Disponible en Internet:<URL.http://suconel.com.co/home2/suconelc/public_html/index.php?option=com_k2&view=item&id=8:que-son-los-campos-de-vision-campos-de-vision-y-campo-de-vision-instantanea&Itemid=799> Temperatura de fondo. Las cámaras termográficas miden la radiación

procedente de un objeto para calcular su temperatura, sin embargo, es la

radiación emitida por la superficie del objeto y no la reflejada por el mismo

procedente del entorno la que determina su temperatura. Por ello, las cámaras

termográficas a través del ajuste del parámetro denominado “temperatura de

fondo o del entorno” compensan el efecto de la radiación emitida por el entorno

y reflejada en la superficie del objeto.

Los procedimientos de operación deberán tener en cuenta la diferencia de temperatura entre el punto caliente detectado y la temperatura de elementos equivalentes o bien con la temperatura ambiente para determinar el nivel de actuación basado en una clasificación que determine la importancia y/o urgencia del problema detectado teniendo en cuenta aspectos tales como el nivel de carga, condiciones ambientales, etc. En este sentido se pueden encontrar referencias como las que proporciona la NETA (International Electrical Testing Association), de esta forma diferencias de temperatura entre elementos similares en las mismas condiciones de trabajo (carga, etc.) superiores a 15 ºC podrían implicar la toma de acciones inmediatas para la reparación de dicho equipo. Igualmente se recomienda el mismo tipo de acción cuando a diferencia de temperatura entre el elemento bajo estudio y la temperatura ambiente sea

27

superior a los 40ºC.8

1.7.2 Marco Conceptual 1.7.2.1 Ondas electromagnéticas. Este tipo de ondas se produce cuando se

genera algún cambio en un campo magnético, no necesitan de un medio material

para propagarse simplemente lo hacen mediante una oscilación de campos

eléctricos y magnéticos, como por ejemplo la luz visible, las ondas de radio,

televisión y telefonía.

1.7.2.2 Propagación de las ondas. El estudio de la propagación de las ondas

utiliza como punto de partida, las ecuaciones de la mecánica Newtoniana. En el

estudio las ondas se caracterizan por la longitud de onda y la frecuencia9:

La longitud de onda 𝜆: Es la distancia entre dos puntos máximos sucesivos.

La frecuencia f: Es el número de ciclos que se repiten en un segundo y se expresa

en ciclos por segundo (Hz).

La velocidad de propagación de onda, se da mediante la ecuación:

𝑣 = 𝜆𝑓

Una onda que se desplaza en la dirección positiva del eje X a lo largo de una

cuerda estirada, está determinada por la ecuación:

𝑦(𝑥,𝑡) = 𝐴 ∙ 𝑠𝑒𝑛(𝑤𝑡 − 𝑥)

Donde:

(𝑥,): Es el desplazamiento transversal a partir de su posición de equilibrio en el

instante t de un punto con coordenada x sobre la cuerda.

A: Es el máximo desplazamiento o amplitud

𝑤: Frecuencia angular, igual a 2𝜋𝑓.

1.7.2.3 Luz visible en el espectro electromagnético. Dentro del espectro

electromagnético (ver figura 6) hay una región que constituye la luz visible, la

8 FLUKE. Termografía en sistemas de distribución eléctrica [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 19 de octubre, 2018]. Disponible en Internet:<URL: http://acceso.siweb.es/content/26140/Electrotecnia/Termografia/RSFLUKEELECTRICIDAD02.pdf> 9 ALONSO, M., & FINN, E. J. (1998). Física, vol. II, Mecánica. México: Edición Revisada y Aumentada, 1998. 68 p.

28

retina humana es sensible a las ondas electromagnéticas que se encuentren

dentro de este dominio. Al llegar ondas de estas longitudes de onda a nuestros

ojos dan la sensación de luz10. Los parámetros de la luz visible se encuentran en

el rango:

𝜆: 400 𝑎 700 𝑛𝑚 (400 ∗ 𝑥10−9 𝑎 700 ∗ 10−9 𝑚)

𝑓: 750 𝑎 430 𝑇𝐻𝑧 (7.5 ∗ 1014 𝑎 4.3 ∗ 1014 𝐻𝑧)

Figura 6. Espectro visible por el ojo humano

Fuente. FLUKE. Termografía en sistemas de distribución eléctrica [en línea]. Bogotá: La

Empresa [citado 19 de octubre, 2018]. Disponible en Internet:<URL:

http://www.esacademic.com/dic.nsf/eswiki/446753>

1.7.2.4 Cuerpo negro. Un cuerpo, por el hecho de estar a una

determinada temperatura, emite radiación. Se sabe que la radiación es emitida en todas las frecuencias, pero emite más intensamente para una frecuencia específica que se puede calcular sabiendo su temperatura. Es por eso que vemos las estufas de resistencia ponerse al rojo cuando las encendemos.

Un cuerpo negro es aquel que absorbe toda la radiación (en todas las frecuencias) que le llega. Generalmente se piensa en un cuerpo negro como en una caja cerrada donde la materia y la radiación están en equilibrio. Por lo tanto, todo lo que es absorbido vuelve a ser emitido y la radiación está, de manera efectiva, rebotando por las paredes. Este sistema es ciertamente ideal, en la vida real no existe nada que absorba a todas las frecuencias por igual.

10 BRAUN, Eliezer. Electromagnetismo. De la ciencia a la tecnología. México: Fondo de cultura económica, 2003. 38 p.

29

Evidentemente este sistema tiene que estar cerrado para que el equilibrio térmico sea posible. Sin embargo, podemos pensar que hacemos un agujero minúsculo por el que la radiación escapa de muy poco en poco y eso nos permite ver qué frecuencias y con qué intensidad está la radiación dentro del cuerpo negro11.

1.7.2.5 Ley de Stefan – Boltzman. Esta ley indica que “la radiación de

temperatura es energía radiada por un cuerpo, la cual depende del calor contenido

por el cuerpo radiante”12, y se expresa com o:

𝐼 = 𝜎𝑇 4

Donde:

l: Energía radiada (W/m2 ).

𝜎: Constante de Stefan-Boltzman = 5.67051 * 10-8 w/m2K 4.

T: Temperatura de la superficie (K)

1.7.2.6 Ley de radiación de Planck. Esta ley “establece las proporciones de

energía que emite un cuerpo a cierta temperatura, como lo son, gamas de colores,

longitudes de onda y diferentes espectros”13, se determinada por:

(𝜆) = 2𝜋ℎ𝑐 2 𝜆 5 (𝑒 ℎ𝑐 𝜆𝐾𝑇−1)

Donde:

ħ : Constante de Planck=6.626069 x10-34 J

c: Velocidad de la luz

K: Constante de Boltzman = 1.38065*10-23 J/K

T: Temperatura absoluta.

𝝀: Longitud de onda.

1.7.2.6 Magnitudes y Unidades Radiométricas (SI). La radiación infrarroja se

expresa en las magnitudes y unidades relacionadas en el cuadro 1

11 CUENTOS CUANTICOS. Cuerpo negro [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 19 de octubre, 2018]. Disponible en Internet: <URL: https://cuentos-cuanticos.com/2012/05/04/cuerpo-negro/> 12 FISICA PLUS. Ley de Stefan-boltzmann [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 19 de octubre, 2018]. Disponible en Internet: <URL:http://fisiplus.blogspot.com/2014/11/ley-de-stefan-boltzmann_25.html> 13 ECURED. Ley de Plank [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 19 de octubre, 2018]. Disponible en Internet: <URL: https://www.ecured.cu/Ley_de_Planck>

30

Fuente. ALDANA, Didier. Aplicación de la termografía infrarroja como método de

inspección no destructivo para el mantenimiento predictivo del proceso de extrusión

de tubería en PVC. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia. Facultad de

ingeniería mecánica, 2017. <URL:http://www.dgi.inpe.br/Suporte/files/Radiometria-

TM_ES.htm>

1.7.2.7 Radiación infrarroja. La radiación infrarroja o radiación

térmica es un tipo de radiación electromagnética de mayor longitud de

onda que la luz visible, pero menor que la de las microondas y no es

visible al ojo humano. Todo cuerpo que se encuentre a una temperatura

superior a la temperatura del cero absoluto, emite energía térmica en

forma de radiación infrarroja (En la escala Celsius el cero absoluto

corresponde aproximadamente a 273°C por debajo de cero). La

radiación térmica es diferente de las otras formas de radiación, como los

rayos x, los rayos gamma, las microondas, las ondas de radio y de

televisión, las cuales no están relacionadas con la temperatura.

Comprende desde los 760 nm, limitando con el color rojo en la zona

visible del espectro, hasta los 13.000 nm, limitando con las microondas

como se muestra en la figura 9. La cantidad y la longitud de onda de la

radiación emitida dependen de la temperatura y los materiales del objeto

considerado14.

14 ALDANA, Didier. Aplicación de la termografía infrarroja como método de inspección no destructivo para el mantenimiento predictivo del proceso de extrusión de tubería en PVC. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia. Facultad de ingeniería mecánica, 2017.

Cuadro 1. Radiometrías

31

Figura 7. Radiación infrarroja

Fuente. CUENTOS CUANTICOS. Cuerpo negro [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado

19 de octubre, 2018]. Disponible en Internet:<URL:

http://www.monografias.com/trabajos105/radiometria-fotometria-e-

colorimetria/radiometria-fotometria-e-colorimetria.shtml>

La radiación infrarroja cubre tres bandas de longitud de onda diferentes y se

relacionan en el cuadro de tipos de ondas.

Cuadro 2. Tipos de ondas

Fuente. FISICA PLUS. Ley de Stefan-boltzmann [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado

19 de octubre, 2018]. Disponible en Internet:<URL http://www.lostipos.com/de/tipos-de-

ondas.html>

Comparado con la luz que es fácil de detectar para el ojo humano el color del

material no afecta las emisiones de radiación térmica como lo muestra la figura 8,

que ilustra que todas las radiaciones son iguales en los distintos colores siendo

esta únicamente función de la temperatura.

32

Figura 8. Radiación de los colores


19 de octubre, 2018]. Disponible en Internet:<URL:

https://www.slideshare.net/michaelramirezfigueroa1/2-radiacion-solar1>

1.7.2.8 Energía. Es la característica que tiene cualquier material para realizar un

trabajo: “Energía eléctrica, química, mecánica y calor. Si se introduce energía en

un sistema este incrementará el movimiento de sus moléculas y se calentará, de

otro lado si se toma energía de un sistema este se enfriará. La energía puede

tomar varias formas y puede cambiar de una a otra. Puede transformarse en

energía calórica lumínica, eléctrica, mecánica, química, nuclear, sonido y energía

térmica”15.

Transformación de energía mecánica en térmica: esta transformación de

energía se logra a través de un flujo continuo, fricción, presión y choques de

partículas.

Transformación energía eléctrica en térmica: en el momento en que una

corriente eléctrica recorre un material se genera calor, debido a la resistencia que

ejercen los diferentes componentes de dicho material. Esto se puede identificar

en la bombilla eléctrica que se representa en la figura 9.


33

Figura 9. Energía térmica


19 de octubre, 2018]. Disponible en Internet:<

URL:https://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/19714618/Como-funciona-una-

bombilla.html>

1.7.2.9 Calor. El calor es una cantidad de energía y es una expresión del

movimiento de las moléculas que forman parte de un cuerpo. Cuando el calor

entra en un cuerpo se produce calentamiento y cuando sale, enfriamiento. Incluso

los objetos más fríos contienen algo de calor porque sus átomos se están

moviendo.

1.7.2.10 Temperatura. La temperatura en la medida de calor de un cuerpo, esto no significa que sea la cantidad de calor que este contiene o puede trasmitir.

“Una interacción energética es transferencia de calor si la fuerza impulsora es una

diferencia de temperatura, de lo contrario es trabajo. La cantidad de calor

transferido por unidad de tiempo se llama razón de transferencia del calor y se

denota por 𝑄 ̇. La razón de transferencia del calor por unidad de área se llama flujo

de calor �̇�”16.

1.7.2.11 Mecanismos de transferencia de calor. Existen tres formas para que

el calor se pueda transmitir de un material a otro.

Transferencia de calor por Conducción: Es la manera de transferir calor

desde un cuerpo a otro con una menor temperatura por contacto directo. El

coeficiente de conducción de un material mide la capacidad del mismo para

conducir el calor. Los materiales aislantes tienen un coeficiente de conducción


34

pequeño por lo que se denominan como elementos altamente resistentes a la

conducción.

Conductividad térmica: La conductividad térmica (k) es una medida de la

capacidad de un material para conducir calor, un valor elevado para la

conductividad térmica indica que el material es un buen conductor del calor y un

bajo valor indica que el material es un aislante.

“Las conductividades térmicas de los materiales varían con la temperatura, la

variación de la conductividad térmica sobre ciertos rangos de temperatura es

despreciable para algunos materiales, pero significativa para otros; es práctica

común evaluar la conductividad térmica (k) a la temperatura promedio y tratarla

como constante en los cálculos”17. Las conductividades térmicas (K) de algunos

metales se muestran en el cuadro de conductividad térmica.

Cuadro 2. Conductividad térmica

Fuente. ALDANA, Didier. Aplicación de la termografía infrarroja como método de inspección no destructivo para el mantenimiento predictivo del proceso de extrusión de tubería en PVC. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia. Facultad de ingeniería mecánica, 2017. <URL:http://www.dgi.inpe.br/Suporte/files/Radiometria-TM_ES.htm>

Difusividad térmica: Se define como la rapidez con la que se difunde la

temperatura en un material, esta puede concebirse como la razón entre el

calor conducido a través de un material y el calor almacenado por unidad de

volumen.

Donde:

17 CENGEL, YUNUS A. Y GHAJAR, AFSHIN J. Transferencia de calor y masa. Fundamentos. Bogotá: McGrawHill. 2011. 82 p.

35

𝜌𝐶𝑝= Calor almacenado por unidad de volumen

𝐶𝑝 = Calor almacenado por unidad de masa

1.7.2.12 La Emisividad. “Todos los objetos emiten radiación infrarroja. Cuanto

más caliente está un objeto más radiación emite. Pero la cantidad de radiación

que emite un objeto, y que por tanto llega a nuestra cámara no sólo depende de

su temperatura, hay otros elementos que afectan a nuestra termografía, de todas

aquellas circunstancias la más relevante y compleja de entender es la

emisividad”18.

Es fundamental tener claro que es una propiedad de la superficie del objeto, igual

que hay materiales que conducen bien la electricidad y otros no, hay superficies

que emiten radiación térmica mejor que otras.

Figura 10. Emisividad

Fuente. BLOGTERMOGRAFIA. ¿Qué es la emisividad? [en línea]. Bogotá: La

Empresa [citado 26 de octubre, 2018]. Disponible en

Internet:<URL:https://www.grainger.com.mx/producto/FLUKETerm%C3%B3me

tro%2CE misividad-0-10-1-0%2CCalibrado/p/210P74>

El cuadro 4 relaciona los valores de emisividad en los materiales de ingeniería más

comunes

18 BLOGTERMOGRAFIA. ¿Qué es la emisividad? [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 26 de octubre, 2018]. Disponible en Internet: <URL: http://blogtermografia.com/que-es-la-emisividad/>

36

Cuadro 3. Emisividad según materiales

Fuente. BLOGTERMOGRAFIA. ¿Qué es la emisividad? [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 26 de octubre, 2018]. Disponible en Internet: <URL: https://reliabilityweb.com/sp/articles/entry/una-guia-practica-para-emisividad-en-inspecciones-infrarrojas>

37

Reflexión: El mecanismo de reflexión de la radiación infrarroja es el mismo que

para la luz visible. La reflexión sigue la norma “ángulo de entrada” = “ángulo de

salida”. Es importante tener en cuenta que las superficies pueden no reflejar la luz

visible y la radiación IR en la misma medida. El grado de reflexión depende de las

características de la superficie reflectante.

1.7.2.13 Absorción. “La absortividad (α) es otra de las propiedades importantes

con respecto a la radiación térmica de una superficie, la cual es la fracción de la

energía de radiación incidente sobre una superficie que es absorbida por esta. Al

igual que la emisividad, su valor está definido en el intervalo 0 ≤ α ≤ 1. En general,

tanto 𝜀 como α de una superficie dependen de la temperatura”19.

La radiación IR pasa fácilmente a través de los gases, pero se detiene con líquidos

y sólidos como vidrio, agua, madera, ladrillo y plástico, ver figura 11.

Figura 11. Absorción de IR



Internet:<URL:http://www.academiatesto.com.ar/cms/absorcion-infrarroja proceso-ir>

1.7.2.14 Transmisión. La radiación IR pasa fácilmente a través de los gases y la

materia volátil, como aire, niebla, humo. (Parte superior de la figura 11). También

pasa a través de algunos sólidos finos, por ejemplo, una lámina de plástico, mas no

a través de solidos gruesos y densos (Parte inferior de la figura 12). Algunos

materiales son transparentes a la energía infrarroja y la cámara termográfica no

recibe energía de objetos ubicados al otro lado de este material. Afortunadamente

19ALDANA, Didier. Aplicación de la termografía infrarroja como método de inspección no destructivo para el mantenimiento predictivo del proceso de extrusión de tubería en PVC. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia. Facultad de ingeniería mecánica, 2017.

38

la mayoría de los materiales de ingeniería que se analizan para monitoreo de

condición son opacos y no transparentes20.

Figura 12. Transmisión de IR



Internet:<URL:http://www.frando.cl/ir_componentes_mecanicos.html>


39

2. CARACTERIZACIÓN DE ESPACIÒS Luego de realizar el recorrido en las diferentes instalaciones de la Universidad Católica de Colombia, se determinó que en la sede en donde se presenta un mayor número de actividades a las cuales se les puede aplicar una inspección termografica, es la sede del Claustro. En estas se encontraron diferentes sistemas y equipos que serán a los que se les realice todo el estudio necesario para conocer la forma adecuada en la que se deben inspeccionar y de igual manera interpretar los resultados de la medición.

2.1 SEDE CLAUSTRO UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA Para entender de manera adecuada los lugares en los que se realizara la inspección, a continuación, se muestra el plano de la sede del Claustro señalando los espacios en donde se realizaran las mediciones termograficas: Figura 13. Espacios de inspección Universidad Católica de Colombia

Fuente. <URL: https://www.ucatolica.edu.co/portal/tradicion-e-historia-renovadas-en-nuestra-u-catolica-de-colombia/>

2.1.1 Sistema de ventilación y aire acondicionado. En los sistemas de aire acondicionado que funcionan en el bloque O de la sede del Claustro, se encuentra un sistema de ventilación que se encarga de mantener una temperatura determinada en los diferentes pisos que funciona, este sistema opera mediante un circuito de aires acondicionados interconectados por mangueras y ductos, que

40

son alimentados desde el cuarto de control del aire acondicionado llamado el cuarto de “CHILLER”.

Figura 14. Cuarto de CHILLER y sistema de ventilación

Fuente. El Autor Para este sistema se encontró que la inspección termografica puede ser aplicada en diferentes puntos que son vitales para el correcto funcionamiento de la ventilación en el edificio desde que se genera el aire en el cuarto de “CHILLER” hasta la climatización final en las diferentes aulas y espacios del edificio.

41

Figura 15. Cuarto de CHILLER y Aires acondicionados

Fuente. El Autor

2.1.1.1 Termografía en tablero de circuitos de cuarto de “CHILLER”

Cuadro 6. Termografia cuarto de CHILLER

UBICACIÓN Universidad Católica de Colombia Sede Claustro – Bloque O

FECHA:

29/10/2018

EQUIPO Y ELEMENTO Cuarto de “CHILLER” Tablero de circuitos en cuarto de “CHILLER”

CAMARA:

Fluke Ti 90

IMAGEN NORMAL IMAGEN TERMICA

INFORMACION TERMICA

TEMPERATURA DE FONDO 71,6 ˚F

EMISIVIDAD 1 (Material en observación directa)

TRANSMISIÓN 100%

TEMPERATURA PROMEDIO 71,6 ˚F

RANGO DE CALIBRACION 60,4 ˚F a 77,6 ˚F

MODELO DE CAMARA Fluke Ti 90

42

TAMAÑO DE SENSOR IR 60 x 80

ANALISIS TERMICO

DIAGNOSTICO

Con el fin de categorizar la falla que se presente, se establecieron como base los criterios de la NETA (National Electric Testing Association)21

NIVEL TEMPERATURA MEDIDA CALIFICACION ACCION

1 Rangos entre 1 ºC a 10 ºC O/A Posible

deficiencia Se requiere más información Rangos entre 1 ºC a 3 ºC O/S

2 Rangos entre 11 ºC a 20 ºC O/A Probable

deficiencia Repara en la próxima parada disponible Rangos entre 4 ºC a 15 ºC O/S

3 Rangos entre 21 ºC a 40 ºC O/A

Deficiencia Repara tan pronto como sea posible > 15 ºC O/S

4 > 40 ºC O/A Deficiencia

mayor Repara inmediatamente > 15 ºC O/S

O/A: Over Ambient (Sobre Temperatura Ambiente)

O/S: Over Similar (Sobre Temperatura de un cuerpo similar en condición normal)

RECOMENDACIONES

Se encontró un punto caliente que indica un fallo en uno de los breaker del tablero de circuitos, debido a que la medición indica que su clasificación es de nivel 2 es decir una probable deficiencia, se recomienda reparar el componente en la próxima parada disponible.

ELABORO Gustavo Adolfo Martínez Mejía 29 / 10 / 2018

Fuente. El Autor

21 NETA. Categorización de fallas [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 26 de octubre, 2018]. Disponible en Internet: <URL: https://www.netaworld.org/>

43

2.1.1.2 Termografía en tanques de agua y ducteria del cuarto de CHILLER

Cuadro 7. Termografia tanques y ducteria

UBICACIÓN Universidad Católica de Colombia Sede Claustro - Edificio M

FECHA:

29/10/2018

EQUIPO Y ELEMENTO Cuarto de CHILLER - Tanque de Agua fría y sistema de ducteria para las bombas

CAMARA:

Fluke Ti 90


INFORMACION TERMICA


EMISIVIDAD 0,94 PVC (Materiales con pintura negro mate)

TRANSMISIÓN 100%





ANALISIS TERMICO

44

DIAGNOSTICO

Gracias a la termografía aplicada se pudo determinar el nivel de llenado que presentan los tanques, se verifico que los ductos no presentaran fugas ni des ajustes de presión y también se logró identificar una fuga en el tanque que está causando humedad e indicios de inundaciones:

ELABORO Gustavo Adolfo Martínez Mejía – 29/10/2018

Fuente. El Autor

45

2.1.1.3 Termografía en sistema de ventilación y aire acondicionado

Cuadro 8. Termografía en sistema de ventilación

UBICACIÓN Universidad Católica de Colombia Sede Claustro – Bloque O

FECHA:

29/10/2018

EQUIPO Y ELEMENTO Aires acondicionados parte exterior edificio bloque O

CAMARA:

Fluke Ti 90

IMAGEN NORMAL IMAGEN TÉRMICA

INFORMACION TERMICA


EMISIVIDAD 0,94 PVC (Materiales con pintura negro mate)

TRANSMISIÓN 100%


RANGO DE CALIBRACION 60,2˚F a 77,1 ˚F



ANALISIS TERMICO

46

RECOMENDACIONES

Según la imagen termografica se presenta un punto caliente en la parte superior del ducto de conexión a uno de los aires acondicionados, esto puede indicar que se presenta una fuga, se recomienda realizar una inspección termografica detallada en todo el sistema de ventilación con el fin de encontrar y mitigar todo este tipo de fallas. Gracias a que se detectan los puntos de fuga de forma clara, es muy sencillo corregirlos.


Fuente. El Autor

47

2.1.2 Cuarto de bombas. El cuarto de bombas en la sede el claustro, es el encargado de generar todo el bombeo de agua necesario para llenar un tanque que se encuentra ubicado en la cima del edificio, este tanque por medio de la gravedad distribuye el agua en los diferentes espacios en que se requiera. Figura 16. Cuarto de bombas bloque M

Fuente. El Autor

2.1.2.1 Termografía en cuarto de bombas

Cuadro 9. Termografia en cuarto de bombas

UBICACIÓN Universidad Católica de Colombia Sede Claustro – Bloque M

FECHA:

29/10/2018

EQUIPO Y ELEMENTO Cuarto de bombas Bomba y sistema de ducteria

CAMARA:

Fluke Ti 90

IMAGEN NORMAL IMAGEN TÉRMICA

48

INFORMACION TERMICA


EMISIVIDAD 0,81 Hierro fundido (Fundido rugoso)

TRANSMISIÓN 100%


RANGO DE CALIBRACION 63,1˚F a 75,3 ˚F



ANALISIS TERMICO

DIAGNOSTICO

Se pudo evidenciar que la bomba se encuentra funcionado en perfecto estado, no emite puntos calientes y además de esto se encuentra en un espacio que permite que no se presenten recalentamientos y que sus conexiones sean fáciles de inspeccionar. Según informa el área de mantenimiento, la bomba había sido reparada hace poco tiempo.

ELABORO Gustavo Adolfo Martínez Mejía 29 /10 / 2018

Fuente. El Autor

49

2.1.2.2 Termografía en breaker del cuarto de bombas Cuadro 10. Termografia en breaker

UBICACIÓN Universidad Católica de Colombia Sede Claustro – Bloque M

FECHA:

29/10/2018

EQUIPO Y ELEMENTO Cuarto de bombas Breaker de control

CAMARA:

Fluke Ti 90


INFORMACION TERMICA


EMISIVIDAD 0.07 (Cobre bruñido comercial)

TRANSMISIÓN 100 %





ANALISIS TERMICO

50

DIAGNOSTICO







3 Rangos entre 21 ºC a 40 ºC O/A

Deficiencia Repara tan pronto como sea posible > 15 ºC O/S

4 > 40 ºC O/A

Deficiencia mayor Repara inmediatamente > 15 ºC O/S



RECOMENDACIONES

Se encontró un punto caliente que indica un fallo en una de las fases del corta circuitos principal, debido a que la medición indica que su clasificación es de nivel 1 es decir una posible deficiencia, se recomienda verificar el comportamiento de la fase con punto caliente, en la próxima parada disponible.


Fuente. El Autor

2.1.3 Cuarto principal de circuitos y planta eléctrica. La planta eléctrica y el transformador son los encargados de distribuir y mantener constante el flujo de corriente eléctrica en las diferentes redes de la universidad, la planta eléctrica entra en funcionamiento automáticamente cuando se presenta algún corte en el servicio de energía eléctrica esta planta opera con un motor diésel.


51

Debido a que la planta eléctrica solo opera en caso de que el servicio de energía sea suspendido, no fue posible realizar una termografía que permita inspeccionar el funcionamiento de la planta. Figura 17. Cuarto principal de circuitos

Fuente. El autor

2.1.3.1 Termografía en cuarto principal de circuitos Cuadro 11. Termografia en cuarto principal de circuitos

UBICACIÓN Universidad Católica de Colombia Sede Claustro – bloque M

FECHA:

29/10/2018

EQUIPO Y ELEMENTO Cuarto principal de circuitos y transformador tablero de control del transformador

CAMARA:

Fluke Ti 90


52

INFORMACIÓN TÉRMICA


EMISIVIDAD 0.07 (Cobre bruñido comercial)

TRANSMISIÓN 100 %





ANALISIS TERMICO

DIAGNOSTICO







3

Rangos entre 21 ºC a 40 ºC O/A

Deficiencia Repara tan pronto como sea posible

> 15 ºC O/S

4 > 40 ºC O/A Deficiencia

mayor Repara inmediatamente

> 15 ºC O/S




53

RECOMENDACIONES

Se encontró un punto caliente que indica un fallo en uno de los breaker del tablero de circuitos, debido a que la medición indica que su clasificación es de nivel 2 es decir una probable deficiencia, se recomienda reparar el componente en la próxima parada disponible.

ELABORO Gustavo Adolfo Martínez Mejía 28 /10 /2018

Fuente. El Autor

54

3. GUIA PARA REALIZAR MEDICIONES TERMOGRAFICAS

En el marco teórico se expuso de forma clara los múltiples usos que tiene una

cámara termografica, es importante tener en cuenta que no todas las cámaras

funcionan de la misma manera, su calibración y modo de uso, varía según el

fabricante y el modelo de la cámara. Para este proyecto se tomará como

herramienta de termografía la cámara infrarroja Fluke Ti 90.

3.1 CÁMARA FLUKE TI 90 Es una cámara industrial inalámbrica, capaz de realizar tomas infrarrojas que pueden ser visualizadas en vivo y de igual manera generar informes y análisis por medio de software. Figura 18. Cámara infrarroja Fluke Ti 90

Fuente. FLUKE. Waermebildkamera [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 26 de octubre, 2018]. Disponible en Internet: <URL: https://www.fluke.com/es-es/producto/termografia/camaras-termograficas/fluke-ti90>

3.1.1 Ficha técnica cámara Fluke Ti 90. Para este proyecto se elaboró la ficha técnica de la cámara ya que no se contaba con este documento en el laboratorio de ingeniería.

55

Figura 19. Ficha Técnica Cámara infrarroja

Ficha Técnica Cámara

Infrarroja (Termografica)

Código E- 053 - L

053 Página: 1

de 2 FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA INDUSTRIAL

INFORMACION GENERAL

NOMBRE TECNICO Cámara infrarroja

MEDIDA Grados Centígrados y Farengei

MODELO Ti 90 MARCA Fluke CODIGO INTERNO 10053356

INFORMACIÓN TERMOGRAFICA Resolución espacial (IFOV) 5,6 mRad Resolución 80x60 (4.800 píxeles) Campo de visión 19,5 °H x 26 °V Conectividad inalámbrica Sí Sistema de enfoque Enfoque fijo IR-OptiFlex™ de 46 cm (18 pulg) y más

Pantalla resistente 3,5 pulgadas en diagonal (formato vertical)

Sensibilidad térmica (NETD) ≤ 0,15 °C a 30 °C temperatura objetivo (150 mK)

Rango de medida de temperatura (no calibrada por debajo de -10 °C)

-20 °C a +250 °C (-4 °F a +482 °F)

Nivel y amplitud Suave escala automática/manual

Amplitud mínima (en modo manual) 2,5 °C

Amplitud mínima (en modo automático) 5 °C

Cámara digital incorporada (luz visible) Rendimiento industrial con 2 megapíxeles

Exactitud ± 2 °C o 2% (a 25 °C nominales, la mayor de ambas)

Tamaño (L x An x Al) 28,4 cm x 8,6 cm x 13,5 cm (11,2 pulg. x 3,4 pulg. x 5,3 pulg.)

Peso (batería incluida) 0,726 kg (1,6 libras)

Grado de protección IP54 (protección contra polvo, entrada limitada; protección contra salpicaduras de agua desde cualquier dirección)

Paleta estándar 3: Hierro, azul-rojo, escala de grises

Tiempo de carga de las baterías 2,5 horas para carga completa

NORMA TÉCNICA CSA (EE.UU. y Canadá): C22.2 n°. 61010-1-04, UL: UL STD 61010-1 (2ª edición), ISA: 82.02.01

INSTRUCCIONES DE USO 1. Verificar el estado y equipo completo 2. Verificar tarjeta de memoria y conectividad del equipo. 3. Analizar condiciones medio ambientales en donde se realizara la medición 4. Configurar emisividad y especificaciones generales de la cámara. 5. Tomar y registrar la medida.

VERIFICACION N/A

CALIBRACIÓN La cámara se puede calibrar, en el terreno al momento de hacer las mediciones o con la imagen archivada y editable por el software.

RESPONSABLE DE LA CALIBRACION: Jefe de Laboratorio y Metrología.

RESPONSABLE DE SOLICITUD Y REGISTRO: Contratista.

56

Fuente. El Autor

3.1.2 Funciones y controles. Para conocer de forma clara las funciones y controles de la cámara Fluke Ti 90 remitirse a la figura 20.

Figura 20. Funciones y controles

Fuente. El Autor

Donde: 1. Pantalla LCD 2. Encendido y apagado 3. Atavoz 4. Microfono 5. Botones de funcion (F1, F2 y F3) 6. Botones de flecha 7. Ranura para tarjetas de memoria SD 8. Conexión USB por cable 9. Terminal de entrada cargador 10. Lente de camara de infrarrojos 11. Camara visual 12. Disparador secundario 13. Disparador Primario 14. Bateria inteleginte de ion- litio

57

15. Protector retractil de lentes 3.1.3 Simbologia En el cuadro de simbologia se presenta toda la simbologia necesaria para poder entender los diferentes elementos que se presenten al momento de utilizar la camara Cuadro 12. Simbología de Fluke

Fuente. FLUKE. Waermebildkamera [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 26 de octubre, 2018]. Disponible en Internet: <URL: https://www.fluke.com/es-es/producto/termografia/camaras-termograficas/fluke-ti90>

58

3.1.4 Encendido y apagado. Para encender o apagar la camara, pulse y mantenga el boton verde de encendido (elemento No 2 de la figura 20 ) situado sobre la LCD durante dos segundos.

Todas las camaras termicas requieren de un tiempo de calentamiento suficiente

para poder realizar las mediciones de temperatura mas precisas y para obtener

la mejor calidad de imagen. A menudo, dicho tiempo puede variar en funcion del

modelo y las condiciones ambientales. Aunque la mayoria estan preparadas en

un periodo entre 3 y 5 minutos, lo mejor es esperar siempre un minimo de 10

minutossi es importante para la aplicación obtener la maxima precision en las

mediciones de temperatura. Cuando se mueve una camara de un entorno a otro

con grandes diferencias en la temperatura ambiente, es probable que se

necesite mas tiempo de reajuste.24

3.1.5 Enfoque. La cámara Fluke Ti 90 utiliza un sistema de enfoque libre, en todas las aplicaciones de imágenes es importante que el enfoque sea correcto. Esto debido a que con un enfoque correcto se garantiza que la energía infrarroja se dirija correctamente a los pixeles del detector. En caso contrario la imagen térmica puede verse borrosa y los datos radiométricos serán inexactos. 3.1.6 Obturador de primer y de segundo nivel. El obturador de dos niveles está situado en la posición estándar de un disparador con empuñadura de pistola. El disparador más grande, el verde, es el principal. El más pequeño, de color negro, es el secundario. Con el funcionamiento normal, la función del obturador primario es capturar una imagen térmica que el usuario podrá guardar en la memoria. 3.1.7 Botones de control y navegación. Los botones principales son: los tres botones de función (F1, F2, F3) y los cuatro botones de flecha (←, ↑, →, ↓). Estos botones mueven el cursor por la estructura del menú para configurar las opciones. Los menús, junto con los tres botones de función y los botones de flecha, son el acceso a la visualización de las imágenes térmicas, las funciones de la cámara, la revisión de la memoria y la configuración de la fecha, la hora, el idioma, las unidas, los formatos de archivo y la información de la cámara.

24 FLUKE. Waermebildkamera [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 26 de octubre, 2018]. Disponible en Internet: <URL: http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/1300000-1399999/001383063-an-01-es-FLUKE_FLK_TIS20_9HZ_WAERMEBILDKAMERA.pdf>

59

3.1.8 Captura de imágenes. Al momento de apuntar hacia un objeto o un área de interés. Asegúrese de que el objeto está enfocado. Tire del obturador principal y suéltelo. Así capturara y congelara la imagen. Para cancelar la imagen capturada, vuelva a tirar del obturador principal o F3 para volver a la vista en directo. Dependiendo de la configuración seleccionada para el formato de archivo, la cámara muestra la imagen capturada y la barra de menú. Desde la barra de menú se puede guardar la imagen y modificar algunas opciones. 3.2 MEDICIÓN DE TEMPERATURA Es importante tener en cuenta que al momento de realizar una toma termografica es necesario diferenciar muchos factores que inciden en la medición, con el fin de que la medición sea de la mayor calidad posible, se explicara de forma detallada cada uno de estos factores y como se deben configurar en la cámara previo a realizar una inspección termografica.

Muchos materiales y objetos comunes tales como el metal pintado, la madera, el agua la piel y la tela son muy eficientes para irradiar energía y es muy fácil obtener mediciones relativamente exactas. Las superficies eficientes irradiando energía (alta emisividad) tienen un factor de emisividad del ≥90%. Esta simplificación no funciona en las superficies brillantes ni en los metales no pintados porque su factor de emisividad es de <60%. Estos materiales no son eficientes irradiando energía y se definen como de baja emisividad. Para medir con mayor precisión los materiales de baja emisividad, es necesario corregir la emisividad. Ajustar la configuración de emisividad suele ayudar a la cámara calcular con más precisión la temperatura real.25

3.2.1 Ajuste de emisividad. Los valores correctos de emisividad son importantes para poder realizar mediciones acertadas de la temperatura. La emisividad de una superficie puede afectar notablemente a las temperaturas aparentes que detecta la cámara. Entender el comportamiento de la emisividad de la superficie que se está inspeccionando puede ayudar, aunque no sea así siempre, a obtener mediciones más precisas de la temperatura. Para configurar el valor de la emisividad se debe realizar el siguiente procedimiento:

1. Pulse F2

2. Pulse ↑/↓ para relastar Medicion

3. Pulse F1 o → para ver el menu

25 INDUELECTRO. Termografía [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 19 de octubre, 2018]. Disponible en Internet: < URL: http://www.induelectro.cl/site/index.php/es/noticias/45-termografia>

60

4. Pulse ↑/↓ para resaltar Emisividad


6. Pulse ↑/↓ para resaltar ajustar valor


8. Pulse ↑/↓ para modificar y selecccionar el valor

Figura 21. Ajuste de emisividad

Fuente. El Autor

3.2.2 Ajuste de rango. Para configurar el intervalo (nivel y alcance), según el modo en que se tenga el ajuste si es automatico o manual se debe relizar el siguiente procedimiento:

1. Pulse F2



4. Pulse ↑/↓ para resaltar Intervalo


6. Pulse ↑/↓ para alternar entre el ajuste automatico y el manual del intervalo

7. Pulse F1 para aceptar.

61

Figura 22. Ajuste de rango

Fuente. El Autor 3.2.3 Ajuste de temperatura de fondo. La compensación de la temperatura reflejada de fondo se configura en la pestaña Fondo. Los objetos demasiado fríos o calientes pueden afectar a la temperatura aparente y a la precisión de la medición de temperatura del objeto de interés o de destino, sobre todo si la emisividad de la superficie es baja. Ajustar la temperatura reflejada de fondo puede mejorar la medición de la temperatura en muchas situaciones. Para ajustar la temperatura de fondo se debe realizar el siguiente procedimiento:

1. Pulse F2



4. Pulse ↑/↓ para resaltar Emisividad


6. Pulse ↑/↓ para resaltar Fondo


8. Pulse ↑/↓ para modificar y selecccionar el valor

62

Figura 2. Ajuste de temperatura de segundo plano

Fuente. El Autor

3.2.4 Ajuste de Paleta Por medio de el ajuste de paleta, se puede seleccionar el tipo de imagen infrarroja que se desea visualizar en la pantalla, al momento de realizar las mediciones con la camara.

Figura 3. Ajuste de paleta

Fuente. El Autor

63

3.3 SOFTWARE FLUKE CONNECT El software para realizar mediciones que corresponde a la camara Fluke Ti 90 es el Fluke Connect, este software ha sido desarrollado para las camaras Fluke y contiene funciones para analizar imágenes, organizar los datos y generar informes profesionales. Este software permite exportar imágenes infrarrojas y visibles como archivos en formatos manipulables. Para descargar el software es necesario ingresar a la pagina web de Fluke y en la pestaña de soporte seleccionar, descargas de software, en donde se debe eliger el software FLUKE CONNECT, de un listado de diferentes programas especializados en realizar mediciones. Figura 4. Pantalla de descarga software

Fuente. El Autor

Una vez se han realizado todas las tomas y medidas correspondientes, para poder descargar las imágenes al computador es necesario conectar la camara por medio de su cable USB al equipo y utilizando el software Fluke Connect proceder a decargar las imágenes. 3.3.1 Análisis de termografías. Para poder analizar e interpretar una imagen termografica es necesario conocer los conceptos de la camara previamente, esto le permitira al operario identificar que variables se debe tener en cuenta para tomar una determinacion en cuanto a algun punto caliente encontrado o a un delta T que genere algun comportamiento especifico en la imagen.

64

Una vez se descargan las imágenes al software obtendrá un collage con todas las imágenes con las que se desee trabajar, para analizar alguna imagen se debe dar click en “Editar imagen activa” como se indica en la figura 26

Figura 5. Apertura del editor de imágenes

Fuente. El Autor

Una vez esté abierta la imagen en el editor, se podrán conocer todos los valores termograficos obtenidos en la medición y de igual manera manipular los diferentes factores que inciden en el comportamiento de la imagen. Figura 27. Editor de imágenes

Fuente. El Autor

65

A continuacion se presentan los factores mas importantes que se deben tener en cuenta para generar un informe termografico. 3.3.1.1 Ajuste de transmitancia/transmision. Cuando se realizan inspecciones mediante infrarrojos a través de ventanas, vidrios, rejas y diferentes protecciones es importante tener en cuenta que, no toda la energía infrarroja que emiten los objetos de interés se transmite a través del material óptico de la ventana. Ajustar la corrección de la transmisión puede mejorar la precisión de la medición de la temperatura en muchas situaciones.

3.3.1.2 Ajuste de puntos térmicos. Los puntos térmicos son indicadores de temperaturas altas y bajas que se desplazan en la pantalla cuando fluctúan las mediciones de la temperatura de la imagen, gracias a estos indicadores se pueden identificar los puntos más calientes y más fríos de la termografía. Figura 28. Punto frio y caliente en termografía

Fuente. El Autor

3.3.1.3 Ajuste de emisividad en termografía. Como se mencionó en el numeral 3.2.1, es importante definir el tipo de material sobre el que se quiere aplicar la medición, es por esto que el software ofrece un listado de los materiales más comunes que se podrían presentar durante una medición. En la figura 29 se observa el listado y se hace énfasis en la importancia de determinar una emisividad adecuada para el tipo de objetivo al que se le realizara la toma.

66

Figura 69. Configuración de emisividad

Fuente. El Autor

3.3.1.4 Ajuste en el nivel de mezcla. Para que la imagen normal se convierta en infrarroja o viceversa, se debe utilizar la barra de nivel de mezcla, desplazando el marcador se convertirá la imagen de infrarrojo completo a visible completo. Figura 30. Nivel de mezcla

67

Fuente. El Autor

Por medio de este contraste de imágenes se podrá determinar de forma clara, donde se presentan los deltas T y que componentes en específico son los que están generando la falla 3.4 Informe termografico Para realizar el informe termografico de la medición obtenida, el software ofrece una herramienta llamada “Informe rápido” esta genera una plantilla de informe en la que se podrá presentar de forma clara y concisa toda la información recopilada (ver figura 31), también se puede presentar en una plantilla personalizada como la que se desarrolló en el capítulo 2 de este proyecto. Figura 31. Informe termografico

Fuente. El Autor

68

4. PROPUESTA PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE LA TERMOGRAFÍA COMO HERRAMIENTA DE INSPECCIÓN EN LA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE

COLOMBIA Con el fin de que la termografía pueda ser identificada como una herramienta de inspección no invasiva, fácil de utilizar y que se encuentra al alcance del personal de la universidad, se estructuró en el capítulo 3 de este proyecto una guía básica para que cualquier operario del área de mantenimiento y servicios generales, lleve a cabo una medición termografica que le permita obtener una posible solución o parámetro a seguir según la necesidad que se le presente en los diferentes sistemas y equipos que este deba inspeccionar y manipular. Este plan de implementación se divide en 2 etapas; la etapa de capacitación y la etapa de desarrollo de una inspección con la cámara Fluke Ti 90, es decir la aplicación de la guía expuesta en este documento. 4.1 CAPACITACIÓN La capacitación para los empleados de la universidad estará dirigida especialmente a la división de servicios generales, en donde se encuentran doce técnicos y un supervisor, que cuentan con los conocimientos mínimos que se requieren para realizar una actividad de inspección termografica, este dato fue suministrado por el ingeniero Julian David Hernández Ochoa quien es el coordinador de mantenimiento y planta física de la Universidad Católica de Colombia. Esta capacitación busca principalmente exponer el contenido de este proyecto a los operarios, tener de primera mano toda la información organizada y estructurada como se encuentra en este documento le permitirá al empleado empoderarse de la herramienta, dándole el uso adecuado y encontrando nuevas aplicaciones y campos de acción, que le permitan dar solución a los diferentes fallos e inconsistencias que se presenten en los equipos y sistemas de la universidad. Debido a que la capacitación no requiere de personal profesional en el tema se podrá realizar en cualquier momento y con el número de personas que la subdivisión de mantenimiento y planta física estime conveniente, como lo hace con la capacitación de cualquier otro tema de interés para la universidad, es de vital importancia que los participantes de la capacitación puedan tener contacto directo con el equipo, esto les permitirá entender de forma más practica su funcionamiento y aplicabilidad. 4.1.1 Beneficios de la capacitación. Participar de esta capacitación ayudara al empleado a adquirir conocimientos que le permitan desarrollar sus actividades de

69

una manera más eficaz, en donde se pueden resaltar aspectos muy importantes como:

El operario podrá inspeccionar el equipo o sistema sin necesidad de tener contacto directo con este, gracias a esto se disminuye el riesgo que corre tanto el empleado como el equipo la universidad.

Para que un equipo o sistema sea inspeccionado no tiene que detener su funcionamiento o suspender el servicio que presta, la inspección se puede realizar con el objetivo en operación.

El equipo con el que se realiza la medición es un activo de la universidad que se encuentra en el laboratorio, esto significa que hacer uso de estos equipos no le generara costos a la institución.

Capacitar al personal ayuda a su crecimiento personal y profesional, por lo tanto, se espera que este crecimiento se vea reflejado en la calidad de las tareas realizadas. 4.2 DESARROLLO DE UNA INSPECCIÓN TERMOGRAFICA En la división de servicios generales de la Universidad Católica de Colombia se presentan un numero aleatorio de reportes de fallos relacionados con los equipos y sistemas estudiados en este proyecto, para los cuales se cuenta con una nómina de trece empleados más los respectivos proveedores, que deben hacerse responsables de dichas contingencias, estos fallos en muchas ocasiones se encuentran relacionados a los múltiples aspectos que se explicaron durante este proyecto. Una vez el operario identifica que es viable utilizar la termografía como herramienta de inspección, deberá hacer la solicitud del equipo en los laboratorios de la universidad. Debido a que la universidad no cuenta con un procedimiento definido para que los operarios puedan hacer uso de los equipos de los laboratorios de la institucion, se propone el formato que se utiliza actualmente para este tipo de solicitudes por parte de los estudiantes.

En este formato se debe incluir toda la información necesaria para poder realizar el préstamo del equipo, además se debe contar con las respectivas autorizaciones, para este caso se deberán definir los cargos con la potestad de validar estas solicitudes cuando sean requeridas por un operario de la Universidad Católica de Colombia.

70

Figura 32. Formato de ingreso y retiro de elementos

Fuente. El Autor

Gracias a que todos los empleados tienen su respectivo carné y todo su registro en el sistema de la universidad, a estos se les podrá realizar la retención del documento mientras el equipo se encuentre a su cargo, de la misma forma en la que aplica para los estudiantes.

En caso de que la universidad no estime conveniente utilizar el mismo formato que se utiliza para los estudiantes, se estructuro el siguiente formato que aplicaría de forma adecuada y más contundente para este tipo de solicitudes por parte de los empleados y trabajadores de la universidad.

71

Figura 33. Formato propuesto

Fuente. El Autor

4.2.1 Inspección termografica de un operario

Una vez el operario tenga la cámara termografica y de igual manera el lugar estipulado donde se desea realizar la medición, por medio de la guía desarrollada en el capítulo 3 de este proyecto, el operario podrá hacer uso del equipo de forma adecuada no solo en su funcionamiento sino también en su configuración con el fin de que la termografía arroje los resultados esperados.

Se espera que gracias a toda la información estructurada en este documento el operario obtenga una respuesta o solución, al problema que se le presente aplicando la termografía, demostrando de forma clara la importancia de esta

Division: Consecutivo Practica

Area:

CANTIDAD

CODIGO DOCUMENTO CELULAR

Nombre:

Firma:

Fecha:

CORREO

Division

Correo

Codigo:

NOMBRE

RECIBIMOS EN BUEN ESTADO LAS CANTIDADES DE LOS EQUIPOS INDICADOS ARRIBA Y ACEPTAMOS LA RESPONSABILIDAD DE REPONERLOS EN CASO DE

ROBO, DAÑO PARCIAL O TOTAL Y TOMAREMOS LAS PRECAUCIONES DE SEGURIDAD NECESARIAS PARA NO COMPROMETER NUESTRA INTEGRIDAD

PERSONAL NI LA DE TERCEROS POR SU USO O TRANSPORTE.

AUTORIZACIONES

DIRECTOR DE AREA COORDINADOR DE LABORATORIOTECNICO DE LABORATORIO

(Entrega y Devolucion)

REPONSABLE DEL ELEMENTO

Sede o lugar de uso del

elemento

Nombre

Firma

FORMATO DE INGRESO Y RETIRO DE

ELEMENTOS (EQUIPOS ACCESORIOS)

DE LABORATORIO PARA EMPLEADOS

ELEMENTOS PRESTADOS (EQUIPOS Y ACCESORIOS)

CODIGO EQUIPOS NOMBRE / DESCRIPCION OBSERVACIONES

72

herramienta como elemento de inspección en los diferentes espacios de la universidad.

73

5. CONCLUSIONES

La termografía infrarroja es una técnica mediante la cual se realizan inspecciones, mediciones y evaluaciones de los comportamientos de la temperatura en distintos sistemas y equipos, con base a este comportamiento el operario podrá tomar diferentes determinaciones que con otros métodos podrán ser más dificultosas y costosas para la organización.

Es importante tener en cuenta que la termografía, como muchas de las herramientas que se encuentran en continuo crecimiento gracias a los avances tecnológicos que se vienen presentando, es una herramienta de inspección altamente eficaz en todos los aspectos. Por lo tanto, la universidad debería explotar o hacer un mayor uso de dicho equipo, al cual no todos los operarios o estudiantes tienen acceso.

Estar a la vanguardia de las diferentes innovaciones que se presentan en cuanto a las herramientas para el mantenimiento de los diferentes equipos de la Universidad Católica de Colombia, además de contar con personal capacitado, le permitirán a la institución ser más competitiva y completa en cuanto a sus procesos internos y formación profesional de sus empleados.

Por medio del plan de implementación se le dará un mayor uso a la cámara Fluke Ti 90, esto permitirá que el equipo sea identificado por el personal tanto como administrativo como estudiantil de la universidad lo que hará que el interés por generar proyectos y soluciones por medio de esta herramienta, aumente y se logren avances importantes en los campos de la termografía y sus diferentes aplicaciones.

74

6. RECOMENDACIONES

Implementar planes de comunicación y divulgación de información, que le permitan a la comunidad estudiantil y administrativa de la institución conocer todos los equipos y elementos con los que cuenta la Universidad Católica de Colombia, que pueden ser muy útiles para la realización de diferentes tareas y proyectos.

Capacitar de manera constante al personal de mantenimiento y servicios generales de la Universidad Católica de Colombia, esto les permitirá estar a la vanguardia de los diferentes avances que se generen en cuanto a las áreas de su interés, convirtiéndola en una institución más competitiva y actualizada.

Promover espacios que les permitan a los estudiantes de la facultad de ingeniería industrial interactuar de forma directa con los diferentes equipos y sistemas con los que cuenta el laboratorio de la Universidad Católica de Colombia, esto con el fin de permitirles encontrar diferentes aplicaciones y usos a los elementos disponibles.

75

BIBLIOGRAFÌA

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inspección no destructivo para el mantenimiento predictivo del proceso de

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PROPUESTA PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ......CUERPO NEGRO: objeto que no refleja ninguna radiación....

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