UUNNIIVVEERRSSIIDDAADD TTEECCNNOOLLÓÓGGIICCAA DDEE TTUULLAA--TTEEPPEEJJII Organismo Público Descentralizado del Gobierno del Estado de Hidalgo

Estadía Realizada En:: MMAANNUUFFAACCTTUURRAASS KKAALLTTEEXX,, SS.. AA.. DDEE CC.. VV..

Proyecto:: Análisis de Costo–Beneficio de Estudios Termográficos en

Manufacturas Kaltex, S. A. de C. V.

Carrera:: Ingeniería en Mantenimiento Industrial

Asesor Industrial: Ing. Juan Sergio Magaña Juárez

Asesor Académico: Ing. Eduardo Hernández Tovar

Autor:

Antonio García Parra

Agosto del 2011

UUNNIIVVEERRSSIIDDAADD TTEECCNNOOLLÓÓGGIICCAA DDEE TTUULLAA--TTEEPPEEJJII Organismo Público Descentralizado del Gobierno del Estado de Hidalgo

AANNÁÁLLIISSIISS DDEE CCOOSSTTOO––BBEENNEEFFIICCIIOO DDEE EESSTTUUDDIIOOSS TTEERRMMOOGGRRÁÁFFIICCOOSS EENN

MMAANNUUFFAACCTTUURRAASS KKAALLTTEEXX,, SS.. AA.. DDEE CC.. VV.. Proyecto

QQUUEE PPAARRAA OOBBTTEENNEERR EELL TTÍÍTTUULLOO DDEE

IINNGGEENNIIEERROO EENN MMAANNTTEENNIIMMIIEENNTTOO IINNDDUUSSTTRRIIAALL

Presenta

AANNTTOONNIIOO GGAARRCCÍÍAA PPAARRRRAA

AGOSTO DEL 2011

UUNNIIVVEERRSSIIDDAADD TTEECCNNOOLLÓÓGGIICCAA DDEE TTUULLAA--TTEEPPEEJJII Organismo Público Descentralizado del Gobierno del Estado de Hidalgo

AANNÁÁLLIISSIISS DDEE CCOOSSTTOO––BBEENNEEFFIICCIIOO DDEE EESSTTUUDDIIOOSS TTEERRMMOOGGRRÁÁFFIICCOOSS EENN

MMAANNUUFFAACCTTUURRAASS KKAALLTTEEXX,, SS.. AA.. DDEE CC.. VV.. Proyecto

QQUUEE PPAARRAA OOBBTTEENNEERR EELL TTÍÍTTUULLOO DDEE

IINNGGEENNIIEERROO EENN MMAANNTTEENNIIMMIIEENNTTOO IINNDDUUSSTTRRIIAALL

Presenta

AANNTTOONNIIOO GGAARRCCÍÍAA PPAARRRRAA

AAGGRRAADDEECCIIMMIIEENNTTOO

Agradezco infinitamente a Dios por darme la fortaleza y el valor para continuar mis estudios y haber terminado mi carrera a nivel Ingeniería. En el transcurso de este logro, me encontré con vivencias gratas, de tristeza, de angustia, de desesperación, en fin; tantas y tantas cosas que quedaron en el camino y que sin duda me enseñaron a valorar el esfuerzo realizado y que con orgullo logre vencer los obstáculos para lograr mi meta. Agradezco y le dedico con todo mi amor y cariño este logro a esa persona tan maravillosa que me dio la vida, que estuvo incondicionalmente conmigo siempre para apoyarme. Donde quiera que este, con cariño para mi madre, OTILIA PARRA JIMENEZ (+). Agradezco notablemente a mi familia que contribuyó con su gran apoyo para alcanzar mi meta y muy en especial a mi esposa. Agradezco a todos y cada uno de mis profesores por compartir sus conocimientos, consejos y que en todo momento me enseñaron a crecer como persona y como profesionista. Agradezco a la Universidad Tecnológica, donde se nos brindó la información académica para nuestra formación. Sin olvidarme, agradezco a todos y cada una de las personas quienes de alguna manera se involucraron para culminar mis estudios, a mis compañeros y amigos, quienes me brindaron cariño, comprensión, apoyo y sobre todo su sincera y valiosa amistad.

ÍÍNNDDIICCEE PPáágg..

RREESSUUMMEENN.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. iiiiii SSUUMMMMAARRYY.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. iivv IINNTTRROODDUUCCCCIIÓÓNN.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. vv AANNTTEECCEEDDEENNTTEESS.. Generalidades y datos de la empresa . . . . . . 1 Historia. . . . . . . . . . . 1 Misión, Visión, Objetivos y Metas de la empresa. . . . . 2 Objetivos y Metas de la empresa. . . . . . . 2 Política de Calidad. . . . . . . . . . 3 Planteamiento del problema. . . . . . . . 4 Objetivo general del Proyecto. . . . . . . . 4 Objetivos específicos. . . . . . . . . 4 Metas del Proyecto. . . . . . . . . 5 Estrategias del Proyecto. . . . . . . . . 5 Justificación del Proyecto. . . . . . . . . 5 CCAAPPÍÍTTUULLOO II.. MMAARRCCOO TTEEÓÓRRIICCOO.. 11 PPrriinncciippiiooss BBáássiiccooss ddee TTeerrmmooggrraaffííaa IInnffrraarrrroojjaa.. .. .. .. .. 77 1.1 Introducción a la termografía. . . . . . . 7 1.2 Calor. . . . . . . . . . . 8 1.2.1 Modos de transferencia de calor. . . . . . . 9 1.3 Modos de intercambio de energía por radiación. . . . . 13 1.3.1 Propiedades de la radiación-emisión. . . . . . 15 1.3.2 Radiación emitida. . . . . . . . . 15 1.3.2.1 Emisividad. . . . . . . . . . 16 1.3.2.2 La emisividad y la absortividad. . . . . . . 18 1.3.3 Cuerpo negro y cuerpos reales. . . . . . . 19 1.4 Leyes de la termodinámica. . . . . . . . 20 1.5 Temperatura. . . . . . . . . . 21 1.5.1 Escala de temperaturas. . . . . . . . 23 1.5.2 Espectro electromagnético. . . . . . . 24 1.5.3 Descubrimiento de un espectro de luz. . . . . . 25 1.6 Termografía Infrarroja. . . . . . . . 26 1.6.1 Tipos de Termografía. . . . . . . . 27 1.7 La cámara termográfica. . . . . . . . 28

1.7.1 Características de la cámara. . . . . . . 32 1.7.2 Utilidades de la cámara para comprender mejor la imagen. . . 34 1.7.3 Control de la imagen térmica. . . . . . . 36 1.7.4 Captura de una imagen. . . . . . . . 38 1.8 Funciones y medida de la cámara. . . . . . . 40 1.9 Parámetros de Inspección en una Termografía Infrarroja. . . 44 1.9.1 Detección de los distintos puntos calientes en los equipos eléctricos. 46 1.9.2 Técnicas de inspección termográfica. . . . . . 49 1.9.3 Factores que intervienen en una inspección termográfica. . . 50 1.9.4 Criterio de clasificación de fallos. . . . . . . 50 1.9.5 Campos térmicos difíciles de interpretar. . . . . 52 CCAAPPÍÍTTUULLOO IIII.. SSIITTUUAACCIIÓÓNN AACCTTUUAALL DDEELL PPLLAANNTTEEAAMMIIEENNTTOO DDEELL PPRROOBBLLEEMMAA.. 2.1 Departamento de Proyectos Eléctricos. . . . . . 54 2.2 Análisis Termográficos en Manufacturas Kaltex. . . . 54 2.3 Datos de producción. . . . . . . . . 54 2.4 Departamentos críticos de producción. . . . . . 55 2.5 Datos de producción. . . . . . . . . 56 CCAAPPÍÍTTUULLOO IIIIII.. PPRROOPPUUEESSTTAA DDEE SSOOLLUUCCIIÓÓNN AALL PPLLAANNTTEEAAMMIIEENNTTOO DDEELL PPRROOBBLLEEMMAA.. 3.1 Propuesta de solución. . . . . . . . 57 3.2 Desarrollo del proyecto. . . . . . . . 58 3.2.1 Reducción Económica de la aseguradora Zurich. . . . 58 3.2.2 Campo de Aplicación de la Cámara Termográfica. . . . 59 3.2.3 Características de las Cámara Termográfica requerida. . . 61 3.2.4 Programas Termográficos. . . . . . . . 64 3.2.5 Perfil del técnico requerido. . . . . . 64 3.2.6 Proceso de Inspección Termográfica. . . . . . 65 CCAAPPÍÍTTUULLOO IIVV.. AANNÁÁLLIISSIISS CCOOSSTTOO-- BBEENNEEFFIICCIIOO.. 4.1 Análisis de Costos en una Termografía. . . . . . 66 4.2 Análisis de Costo-Beneficio de una Cámara Termografía. . . 68 CCOONNCCLLUUSSIIOONNEESS.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 7700 GGLLOOSSAARRIIOO.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 7722 BBIIBBLLIIOOGGRRAAFFIIAA YY FFUUEENNTTIIEESS DDEE IINNFFOORRMMAACCIIÓÓNN.. .. .. .. .. 7755 ÍÍNNDDIICCEE DDEE FFIIGGUURRAASS.. .. .. .. .. .. .. .. .. 7766 ÍÍNNDDIICCEE DDEE TTAABBLLAASS,, GGRRÁÁFFIICCAASS YY AANNEEXXOOSS.. .. .. .. .. 7788

RREESSUUMMEENN En la búsqueda de un análisis sustentable y de nuevas técnicas de mantenimiento, que nos impulse a la reducción de costos en la empresa, se piensa en la idea de aplicar programas de termografía en Manufacturas Kaltex, como una alternativa para garantizar el buen funcionamiento de los equipos, se piensa en la aplicación de programas con Cámara termográfica en la detección prematura de fallas en los equipos garantizando así la disponibilidad y mantenibilidad de los mismos. En el presente Proyecto se realiza un estudio del campo potencial de la termografía en Manufacturas Kaltex, que permita justificar la adquisición de una cámara termográfica. Una vez desarrollado este estudio se desarrollará un análisis de costo-beneficio para determinar las características y del modelo de la cámara termográfica a proponer para su adquisición. Se presenta un estudio de costos que permita comprobar que una inspección infrarroja no es tan cara y que a la larga es una inversión por los grandes beneficios que ofrece. Aunque la Termografía se considera como una de las mejores técnicas en el mantenimiento predictivo de equipos, se debe de tomar muy en cuenta que se debe tener un amplio conocimiento de la cámara que se pretenda emplear, ya que si se tiene la carencia de estos conocimientos, puede causar diagnósticos erróneos, lo cual provoca un mal criterio de la solución propuesta ante el problema.

SUMMARY

In the search for an analysis and sustainable new maintenance techniques that impels us to cost reduction in the company, think about the idea of applying programs of thermography in Manufactures Kaltex. As an alternative to ensure the proper functioning of our computers, we think of the implementation of programs with thermographic camera in the early detection of equipment failures thus ensuring availability and maintainability of the same. In this project is being carried out a study of the potential field of thermography in Manufactures Kaltex that allowed to justify the acquisition of a thermographic camera. Once developed this study will develop a cost-benefit analysis to determine the characteristics and the model of the thermographic camera to propose for your purchase. We present a study of costs which allows us to verify that a infrared inspection is not as expensive and that in the long run it is an investment by the great benefits. Although thermography is considered as one of the best techniques in the predictive maintenance of equipment must be taken into account that you must have a broad knowledge of the camera that it is intended to use, if you have a lack of these skills can cause erroneous diagnoses which causes bad judgment of the proposed solution to the problem.

INTRODUCCIÓN

Con el presente trabajo se pretende justificar y demostrar la importancia de adquirir un equipo termográfico en Manufacturas Kaltex y realizar programas termográficos que ayuden a detectar fallas prematuras en los equipos y que por consiguiente ocasionen perdidas en la producción y en casos más críticos posibles riesgos. Profundos cambios se han presentado en la última década en los mercados, términos y/o conceptos tales como globalización, competencia, reducción de costos, servicio, etc., deben confrontarse todos los días para la permanencia de la empresa en su actividad específica. Lógicamente estos cambios, esta motivación del mercado por la competencia, reducción de precios con calidad y continuidad, han impactado a todos y cada uno de los sectores de las empresas, incluyendo la actividad de mantenimiento. Actualmente la técnica de mantenimiento debe necesariamente desarrollarse bajo el concepto de reducir los tiempos de intervención sobre el equipo, con el fin de obtener la menor indisponibilidad para el servicio, adoptando estrategias de: Mantenimiento predictivo, Mantenimiento preventivo y Mantenimiento correctivo. Una de las técnicas de mantenimiento predictivo que a lo largo de los últimos años ha pasado a ser una de las mas utilizadas por parte de las empresas es la de Termografía Infrarroja. Esta técnica permite detectar, sin contacto físico con el elemento bajo análisis, cualquier falla que se manifieste en un cambio de la temperatura sobre la base de medir los niveles de radiación dentro del espectro infrarrojo. Con la termografía se desea obtener la reducción de los tiempos de parada al minimizar la probabilidad de salidas de servicio imprevistas, no programadas, gracias a su aporte en cuanto a la planificación de las reparaciones y del mantenimiento. Los beneficios de reducción de costos incluyen ahorros de energía, protección de los equipos, velocidad de inspección y diagnóstico, verificación rápida y sencilla de la reparación, etc. Aunque su difusión sea un poco reducida a causa del precio alto del los equipos la termografía infrarroja es una técnica bastante utilizada en Evaluación No

Destructiva (END). Este éxito está ciertamente relacionado con la gran superficie que puede abarcar y velocidad con la cual se obtienen imágenes. No se omite mencionar que invertir en termografía, no es únicamente comprar una cámara infrarroja y que no hay un buen uso profesional del equipamiento e interpretación de las imágenes sin una adecuada formación y un conocimiento básico de los principios de radiaciones y transferencias de calor. Por último se hace mención que este proyecto pretende hacer un análisis del costo beneficio en la adquisición de una cámara termográfica para estudios termográficos en Manufacturas Kaltex comprobando así que su inversión no es un gasto, si no una inversión.

AANNTTEECCEEDDEENNTTEESS

GGeenneerraalliiddaaddeess yy ddaattooss ddee llaa EEmmpprreessaa.. Manufacturas Kaltex, S.A. de C.V. es una empresa del sector Textil, ubicada en el Km. 11 de la Antigua Carretera México-Querétaro, en la comunidad de Santiago Tlautla, municipio de Tepeji del Río de Ocampo, en el Estado de Hidalgo. Kaltex® es la empresa fundadora del Grupo y se dedica a la manufactura y comercialización de hilos y telas en los más diversos estampados y acabados. Se cuenta con la infraestructura y capacidad para controlar de manera integral el proceso de manufactura de textiles. Actualmente continua inmersa en una dinámica de crecimiento y renovación de plantas, tanto de hilatura, como de tejido y acabado. Historia. Grupo Kaltex es hoy el resultado de 86 años de evolución y crecimiento, que se ubica como líder nacional en su ramo y una de las empresas textiles más importantes a nivel mundial. Su historia se hilvana con grandes momentos: 1925 Nace Kaltex, distribuidora textil. 1938 Kaltex se transforma en una convertidora textil. 1945 Se funda la primera fábrica de tejido. 1945 Se inaugura la primera planta de acabado textil. 1960 Se instala la primera hilatura.

1985 Inicia operaciones Kaltex Fibers, empresa del Grupo dedicada a la producción de fibras acrílicas. 1986 Se inician exportaciones con gran éxito. 1994 Inicia operaciones Kaltex Home, empresa del Grupo abocada a textiles para el hogar. 1996 se Inaugura la planta de mezclilla, una de las más modernas del mundo. 1997 Grupo Kaltex y Kaltex Apparel ofrecen el paquete completo de prendas de vestir. Hoy, Grupo Kaltex está orgullosamente preparado para superar los retos del mercado mundial. Misión, Visión, Objetivos y Metas de la empresa. Misión:

� Fabricar y comercializar productos textiles con excelencia en calidad y servicio para satisfacción de las necesidades de nuestros clientes nacionales e internacionales, obteniendo una rentabilidad adecuada para el desarrollo económico de la empresa y oportunidad de una vida mejor para los empleados del Grupo.

Visión:

� Ser una de las empresas textiles más reconocidas a nivel nacional e internacional y mantenerla a ese nivel por su calidad y servicio de sus productos que ofrece.

Objetivos y Metas de la empresa:

� Lograr que Kaltex sea una empresa altamente redituable.

� Ubicarnos dentro de las 10 primeras compañías textiles a nivel internacional.

� Lograr excelencia en calidad y servicio. � Mantener en las plantas tecnología de punta. � Que el personal que labora en Kaltex tenga un mejor nivel de vida. � Contribuir al mejoramiento del medio ambiente. � Entregar nuestros productos de manera oportuna. � Disminución de no conformidades y reclamaciones. � Precios competitivos. � Fabricar nuestros productos libres de defectos. � Proporcionar servicio de calidad excepcional a nuestros clientes Pre-Venta

y Post-Venta. � Diseño de nuevos productos para satisfacer las necesidades de nuestros

clientes. Política de Calidad.

Todos los que trabajamos para Manufacturas Kaltex estamos comprometidos con la Calidad y Servicio para satisfacer las necesidades de nuestros clientes. Para lograrlo, analizamos y mejoramos continuamente nuestros procesos, mediante un Sistema Integral de Calidad del que todos formamos parte. Todos somos responsables de mantener el Sistema y alcanzar los resultados esperados, con el liderazgo del Equipo Gerencial.

Atentamente James Steve Creamer Director de Producción

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. En Manufacturas Kaltex existe un departamento de proyectos eléctricos, en el cual surgió la necesidad de reducir costos y garantizar el buen funcionamiento de los equipos. Actualmente se lleva a cabo un programa anual de termografía, únicamente para interruptores termomagnéticos ejecutada por la aseguradora Zurich; su póliza y estudios termográficos son costosos. La empresa no cuenta con programas de termografía en la mayoría de sus equipos y existen muchas áreas de oportunidad para emplearla, esto trae como consecuencia elevados costos de mantenimiento correctivo en los equipos dañados y que en muchos de los casos se pueden prevenir mediante la termografía. Con lo mencionado anteriormente, se pretende aplicar estudios termográficos en todo el grupo, ya que es una técnica que sin duda es muy rentable por los beneficios que brinda y su campo de aplicación muy extensa. Además existen muchas oportunidades de mejorar las técnicas de mantenimiento preventivo y eliminar el costo del servicio por parte de Zurich y reducir indudablemente los costos de la póliza y de mantenimiento. Objetivo general del Proyecto. Justificar el Costo-Beneficio de una cámara termográfica para el grupo de Manufacturas Kaltex. Objetivos específicos.

� Estudiar el campo de aplicación de termografía en Manufacturas Kaltex. � Sugerir y adquirir una cámara termográfica que cumpla con las

especificaciones y requerimientos de acuerdo a las necesidades de la empresa.

� Reducir costos de la póliza de seguro. � Elaboración de programas de termografía (detección temprana de fallas). � Certificar al personal asignado para los requisitos de termografía.

Metas del Proyecto.

� Estudiar el campo de aplicación de termografía en Manufacturas Kaltex. � Adquirir una cámara idónea para cubrir las necesidades de la empresa. � Analizar el costo-beneficio de la cámara termográfica. � Reducir costos mediante programas de termografía. � Certificar al técnico especialista.

Estrategias del Proyecto.

� Recopilar información referente a la aseguradora. � Estudiar las áreas de oportunidad con estudios termográficos. � Comparación de ventajas y desventajas al seleccionar un equipo

termográfico. � Análisis del costo-beneficio. � Elaborar un perfil del técnico especialista.

Justificación del Proyecto. Este proyecto contempla justificar la adquisición de una cámara termográfica, que ayude a reducir la póliza de seguro, costos de mantenimiento y obtener todos los beneficios en las plantas del grupo Kaltex, mediante programas preventivos de termografía. En grupo Kaltex existe un campo de aplicación muy amplio de la termografía que actualmente no se esta aprovechando, se puede implementar un programa que se desarrolle anualmente y que contemple:

� Inspecciones eléctricas. � Inspecciones mecánicas. � Inspecciones en aislamientos y refractarios. � Entre otros.

Por mencionar algunos beneficios que se pretenden obtener con la ayuda de la termografía:

� Quitar el costo del servicio de termografía de los interruptores termomagnéticos.

� Detectar problemas que puedan interrumpir largos periodos de funcionamiento de los equipos y por consiguiente el proceso (pérdidas).

� Establecer acciones periódicas para la acción correctiva en los equipos.

� Minimizar el mantenimiento preventivo y el tiempo perdido en localizar problemas.

� Disminución de riesgos; prevenir incendios, accidentes y fallas. � Garantizar el buen funcionamiento de los equipos. � Reducción de tiempos muertos y costos debido a paros de producción y

reparación de equipos.

CCAAPPÍÍTTUULLOO II.. MMAARRCCOO TTEEÓÓRRIICCOO..

11.. PPrriinncciippiiooss BBáássiiccooss ddee TTeerrmmooggrraaffííaa IInnffrraarrrroojjaa.. 1.1 Introducción a la termografía. En este capítulo se describe los conceptos básicos que intervienen en la Termografía infrarroja. La temperatura y el calor son dos conceptos fundamentales para la interpretación de imágenes infrarrojas, estas permiten determinar en donde se encuentra la anomalía en un equipo. En ocasiones ambos conceptos han sido mal interpretados y utilizados incorrectamente, muchas veces se utiliza un término en lugar del otro, por ello es importante saber qué diferencia existe entre ambos, por ejemplo; el calor no es algo que se quede en el mismo lugar, éste siempre tenderá a fluir de acuerdo a sus propias leyes de comportamiento, a diferencia de la temperatura, el calor se relaciona con la velocidad media de las moléculas y átomos que componen la materia. Por ello en este capítulo se dará a conocer cómo se transfiere el calor y cuáles son sus reglas de comportamiento, las cuales existen tres formas que son: por convección, conducción y radiación. También se describe la técnica de termografía infrarroja y la forma de utilizarla haciendo énfasis la temperatura como parámetro de control y comprender por qué la Termografía es tan útil. Se describe las características del equipo que se utiliza en este tipo de inspección el cual consta de una cámara térmica. El principal propósito, es dar ideas que faciliten el manejo adecuado para trabajar con la cámara pero al mismo tiempo se pretende no cometer errores al momento que se esté capturando la imagen y de esta manera poder tener una mejor interpretación de la misma. Cabe mencionar que la termografía, es una técnica que permite detectar, sin contacto físico con el elemento bajo análisis, cualquier falla que se manifieste en un cambio de la temperatura sobre la base de medir los niveles de radiación dentro del espectro infrarrojo. Una falla antes de producirse se manifiesta generando e intercambiando calor, este calor se traduce habitualmente en una elevación de temperatura que puede ser repentina, pero por lo general es dependiendo del objeto, la temperatura comienza manifestar pequeñas variaciones.

1.2 Calor. El calor es la energía asociada al movimiento aleatorio de las moléculas y átomos de los que está compuesta la material. Cuando se añade energía a un objeto, se incrementa su energía de movimiento en sus átomos y moléculas e incluso los objetos más fríos poseen algo de calor porque sus átomos se están moviendo. El calor se genera por transformación a partir de otras formas de energía, un ejemplo son los procesos industriales donde la conversión de energía eventualmente produce calor como producto final. Un objeto puede contener calor o mejor dicho energía. La energía térmica puede ser transferida de un objeto a otro haciendo que se caliente, un ejemplo de esto es cuando se calienta una cazuela con agua, el calor de la estufa hace que las moléculas de la cazuela y del agua empiecen a vibrar más deprisa. Por lo tanto cuando calentamos algo no estamos más que incrementando la velocidad de sus moléculas. Calor, en Física, es la transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, en virtud de una diferencia de temperatura. El calor es energía en tránsito; siempre fluye de una zona de mayor temperatura a una zona de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la primera, siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante. La energía no fluye desde un objeto de temperatura baja a un objeto de temperatura alta si no se realiza trabajo.

Fig. 1 El físico británico James Prescott Joule,

centró sus investigaciones en los campos de la electricidad y la termodinámica.

Hasta principios del siglo XIX, el efecto del calor sobre la temperatura de un cuerpo se explicaba postulando la existencia de una sustancia o forma de materia invisible, denominada calórico. Según la teoría del calórico, un cuerpo de temperatura alta contiene más calórico que otro de temperatura baja; el primero cede parte del calórico al segundo al ponerse en contacto ambos cuerpos, con lo que aumenta la temperatura de dicho cuerpo y disminuye la suya propia. Aunque la teoría del calórico explicaba algunos fenómenos de la transferencia de calor, las pruebas experimentales presentadas por el físico británico Benjamin Thompson en 1798 y por el químico británico Humphry Davy en 1799 sugerían que el calor, igual que el trabajo, corresponde a energía en tránsito (proceso de intercambio de energía). Entre 1840 y 1849, el físico británico James Prescott Joule, en una serie de experimentos muy precisos, demostró de forma concluyente que el calor es una transferencia de energía y que puede causar los mismos cambios en un cuerpo que el trabajo. 1.2.1 Modos de transferencia de calor. Transferencia de calor. Es la ciencia que busca predecir la transferencia de energía que pueda ocurrir entre distintos cuerpos como resultado de una diferencia de temperatura, es decir; está relacionada con las razones de cambio de calor entre cuerpos de diferentes temperaturas llamados fuente y receptor. Esta ciencia no solo trata de explicar en cuanto o en cómo puede ser transferida la energía calorífica sino que también trata de predecir la rapidez a la que se realizara este intercambio bajo ciertas condiciones especificadas. El calor puede transferirse de tres formas las cuales son:

� Conducción. � Convección. � Radiación.

Transferencia de calor por conducción. El fenómeno de transferencia de calor por conducción constituye un proceso de propagación de energía en un medio sólido, líquido y gaseoso mediante la combinación molecular directa cuando existe un gradiente de temperatura. El calor puede fluir a través de un sistema o sistemas debido a una diferencia de temperaturas, ésta siempre se va a dirigir desde la región que tiene mayor

temperatura a la de menor temperatura tal como lo establece la segunda ley de la termodinámica. La transmisión de calor por conducción se produce en cualquier situación en la que se ponen en contacto moléculas con diferente temperatura. Puede tener lugar entre diferentes objetos que están en contacto y en el interior de los objetos, no importa el tipo de material. La conducción tiene lugar en sólidos, líquidos y gases, con pocas excepciones es el único modo de transmisión de calor que se produce dentro de un sólido, algunos sólidos pueden transmitir radiación pero estos materiales son poco comunes y realmente muy caros. La comprensión del hecho de que solo exista transmisión de calor por conducción dentro de un sólido es de suma importancia para los termógrafos porque les sirve para determinar el calor transmitido por esta forma, primero que nada debemos tomar en cuenta cuales son los factores que intervienen y como afectan. Conductividad Térmica. Conductividad térmica K es una propiedad que depende del material, sus unidades son Watios (Watts) por metro por grado Kelvin (W/m*K), los materiales tienen diferentes facilidades para conducir el calor. A mayor conductividad mayor facilidad para conducir energía térmica; los valores de la conductividad térmica de algunos materiales se dan en la Tabla siguiente:

Tabla 1 Valores de conductividad para algunos materiales. Éstos valores pueden modificarse con la temperatura y otros factores.

Aunque todos los materiales metálicos tienen conductividad térmica elevada, este parámetro también puede variar mucho de un metal a otro, el Cobre es casi ocho veces más conductor térmico que el acero. Los gases posen baja conductividad térmica pero son un caso especial en que la conductividad se ve afectada por la presión, esto dificulta la comparación entre los valores de conductividad para los gases. Transferencia de calor por convección. La convección es el modo de transmisión de calor en un fluido que está en movimiento debido a fuerzas gravitacionales u otras fuerzas externas por lo que dicho fluido transmite calor de un lugar a otro. La convección es un modo de transmisión que se basa en el transporte de masa dentro de un fluido, un líquido o gas; esta tiene lugar dentro del fluido. En la superficie de un fluido que no se mezcla, esta corresponde a la conducción, en la zona cercana al solido existe siempre una fina capa de fluido estacionario llamada capa límite donde la transmisión de calor dentro del fluido tiene lugar exclusivamente por conducción. Si consideramos un fluido con diferencias de temperatura en su interior en las zonas donde el fluido está más caliente las moléculas están más alejadas entre sí, esto se debe al mayor movimiento molecular, cuando las moléculas chocan entre si son lanzadas más lejos y si las moléculas están más alejadas entre sí eso significa que entre el volumen de líquido más caliente tiene menor densidad. De forma inversa las zonas más frías del fluido presentan una densidad mayor, la diferencia de densidad dentro del fluido provocan a su vez diferencias entre la magnitud de la fuerza de gravedad. Las partes más frías se ven más afectadas por la gravedad que las calientes por lo tanto las zonas más frías tienden a hundirse y las más calientes a elevarse. Cuando ocurre esto tiene lugar una circulación de fluido como se muestra en la Figura 2, este proceso transfiere calor de un lugar a otro tal como nos dice la segunda ley de la termodinámica el calor ira del punto más caliente al más frio, los fluidos calientes se elevan pero el calor siempre va de la zona más caliente a la más fría.

Fig. 2 Circulación en el interior de un fluido;

el fluido más frio es el más oscuro.

El proceso descrito anteriormente de convección natural, es porque es la fuerza de gravedad la que provoca el movimiento del fluido, cuando hablamos de conversión forzada nos referimos a una situación en la que el fluido se ve afectado por otras fuerzas. Transferencia de calor por radiación. La radiación térmica es una forma de radiación electromagnética, los cuerpos emiten radiación térmica como consecuencia de su temperatura puesto que todos los objetos tienen una temperatura por lo cual hacen que emiten una radiación, a mayor temperatura mayor cantidad de radiación térmica será emitida. La transmisión de calor por radiación es completamente diferente en este sentido porque no requiere ningún medio material. Algunos materiales son mejores y más eficientes en este proceso, la cantidad de radiación térmica emitida por un cuerpo a una temperatura concreta depende del tipo de material que lo constituye. La radiación térmica se propaga fácilmente a través de los gases pero con mucha mayor dificultad o incluso bloqueada por la mayoría de los líquidos y sólidos.

Fig. 3 Transmisión de calor por radiación.

La transmisión de calor por radiación como se indica en la Figura 3, se lleva a cabo por emisión y absorción de radiación térmica, todos los cuerpos emiten y absorben radiación térmica al mismo tiempo, el calor neto transmitido es la diferencia entre lo que se ha absorbido y lo que se ha emitidito. La radiación térmica es un concepto más amplio que el infrarrojo, es la radiación que tiene la capacidad de transmitir calor por emisión y absorción. No solo la radiación infrarroja tiene la capacidad de transmitir energía térmica, se considera radiación térmica a la parte del espectro electromagnético que empieza en algún punto dentro de la banda ultravioleta y continua en los rangos visibles del infrarrojo. 1.3 Modos de intercambio de energía por radiación. Las formas en que se puede intercambiar la radiación entre los cuerpos se pueden expresar de la siguiente manera:

� Emisión-radiación producida. � Absorción-radiación retenida. � Reflexión-radiación reflejada. � Transmisión- radiación que se deja pasar atreves.

Como saber qué proporción de radiación será absorbida, reflejada y transmitida, todo depende de las propiedades del objeto. Un cuerpo tiene cierta capacidad o habilidad para:

� Absorber-llamada Absortividad, α (alfa). � Reflejar-llamada reflectividad, ρ (rho). � Transmitir-llamada transmisividad, τ (tau).

La suma de las tres siempre será 1, esta quedaría expresada de la siguiente manera:

α+τ+ρ=1 La radiación saliente es toda la radiación que deja la superficie de un cuerpo, independientemente de su fuente original.

Fig. 4 Las tres fuentes de radiación salientes de un cuerpo.

En la Figura 4, se observa que existen tres fuentes de radiación, la del objeto por sí mismo, una fuente adelante y otra detrás. Suponiendo que se observa el objeto de la derecha a izquierda la radiación saliente del objeto es una combinación de la que se genera el objeto por si mismo, la que viene de la fuente de calor de transmisión y pasa a través del objeto. Este tiene una temperatura y emisividad de la cual depende la potencia de radiación proveniente del objeto. La potencia de radiación de las otras dos componentes no depende de la temperatura del objeto sino de la emisividad de la fuente de reflexión y transmisión respectivamente. La magnitud de las componentes reflejada y transmitida, dependen de la reflectividad y transmisividad del objeto mismo. La radiación saliente puede tener tres fuentes diferentes, de la radiación total saliente de un cuerpo, una cierta proporción será:

� Emitida, por el objeto por sí mismo. � Reflejada, desde una fuente enfrente del cuerpo. � Transmitida desde una fuente detrás del cuerpo.

La suma de estas tres es igual a la potencia de salida del objeto es decir; es igual al 100%, la radiación incidente y saliente son diferentes en un aspecto muy importante. Cuando hablamos de radiación incidente no importa realmente de donde viene dicha radiación solo que viene de una fuente diferente del propio objetivo. Con la radiación saliente hay que analizar la radiación que viene de tres fuentes específicas. No debemos olvidar que la radiación saliente puede ser de tres fuentes diferentes:

� Emitir-llamada emisividad, ε (épsilon).

� Reflejar-llamada reflectividad, ρ (rho). � Transmitir-llamada transmisividad, τ (tau).

ε+ρ+τ=1

1.3.1 Propiedades de la radiación-emisión. La parte más importante de la radiación saliente es la parte emitida, un cuerpo tiene cierta eficiencia o habilidad para emitir = emisividad.

Fig. 5 La misma temperatura pero diferente emisividad.

Esta Figura 5; se observa un cuerpo que tiene una emisividad más elevada en la parte izquierda que en la derecha aunque la temperatura es la misma en ambos lados, se emitirá más radiación hacia la izquierda esto significa que las pérdidas reales del objeto serán mayores en el área de la izquierda. 1.3.2 Radiación emitida.

Fig. 6 Un objeto emite radiación térmica en todas direcciones.

Todos los cuerpos emiten radiación térmica en todas direcciones como se indica en la Figura 6, por lo que la cantidad de radiación que se emite depende de la temperatura del cuerpo y de su emisividad. A mayor temperatura se emitirá más radiación, la emisividad se comporta de forma similar a temperaturas más bajas, ya que los cuerpos emiten menos radiación, un cuerpo con mayor emisividad irradiara más que otro de baja emisividad, incluso si la temperatura es la misma. 1.3.2.1 Emisividad. La emisividad es la medida de la eficacia de una superficie para emitir radiación, por lo que se considera que las superficies que absorben la radiación son buenas emisoras y que las superficies que reflejan la radiación incidente se consideran malas emisoras. Los parámetros característicos de la emisividad son entre 0 y 1. La emisividad se calcula con la formula siguiente:

Los valores de la emisividad varían de un material a otro, los metales con una superficie áspera u oxidada tienen una mayor emisividad que una superficie pulida. Se muestra que existe relación entre emisividad y reflectividad, para un objeto opaco esto implica que:

Emisividad + Reflectividad = 1.0

Así mismo un material altamente reflejante es pobre emisor de energía infrarroja y por lo tanto tiene un valor de emisividad bajo. Factores que afectan la Emisividad. Existen seis factores que afectan la emisividad los cuales son:

� Material. � Estructura superficial. � Geometría. � Ángulo.

� Longitud de onda. � Temperatura.

Material: Los metales y los no metales son tipos de superficies diferentes en lo que se refiere a la emisividad, es más fácil trabajar con los no metales porque normalmente tienen emisividades altas, a diferencia de los metales que se oxidan, los no metales no modifican su emisividad durante el transcurso del tiempo a menos que se recubra de suciedad o se desgasten.

Estructura: Entre más rugosa sea la superficie mayor emisividad tendrá, las superficies pulidas, brillantes y suaves tienen emisividades bajas mientras que las superficies lijadas y rayadas tienen emisividades más elevadas, la oxidación puede cambiar la estructura superficial haciéndola más gruesa; debemos determinar visualmente si una superficie puede reflejar y absorber, si aparece sin brillo probablemente presente una emisividad más elevada que si se muestra muy brillante. Geometría: La geometría se refiere a la forma física del objeto, la forma en que trabaja este factor es que las cavidades, ángulos y agujeros hacen que el cuerpo comience a parecerse cada vez más al diseño de un simulador de un cuerpo negro, las múltiples reflexiones entre superficies incrementan la absorción y por lo tanto la emisividad. El factor geométrico nos puede ayudar, si es que no se puede incrementar la emisividad por ningún otro lado, pero lo que este factor no nos ayudará a medir la temperatura mejor solo puede ser conveniente para saber si hay una diferencia de temperatura. Ángulo: La forma en que el ángulo afecta la emisividad puede variar entre diferentes tipos de superficies, pero normalmente existen grandes diferencias y es debido al mal enfoque que se le da cuando se hace una toma, si cuando se toma una imagen perpendicularmente con un ángulo de 0° nos reflejaremos, por ello no se debe permanecer directamente en frente del objeto porque en ese caso nosotros podemos ser un problema y provocar que en el informe indique un punto caliente inexistente. Longitud de onda: Una medida de emisividad realizada con una cámara puede no ser adecuada si se utiliza una cámara diferente, esto es si las cámaras trabajan en longitudes de onda diferentes puesto que la emisividad puede variar igual que otras propiedades de radiación, los diferentes tipos de detectores para la misma longitud de onda puede también presentar ligeras diferencias de respuestas y así mostrar diferencias en la forma en que se comporta una superficie.

Temperatura: La propia temperatura del cuerpo puede afectar a la emisividad, sin embargo es poco frecuente y la influencia en la mayoría de los casos es ciertamente pequeña. La emisividad de los materiales pueden incrementarse a temperaturas muy elevadas, las temperaturas pueden variar desde la del ambiente hasta 1000 ºC, en dichas condiciones el cambio de emisividad puede ser significativo. Lo único que se puede hacer en estas condiciones es tratar de realizar ensayos de emisividad a temperaturas razonablemente cercanas a la que supongamos puede estar el objeto, es decir; dar una regla general pero si está en un rango de 100°K puede ser suficiente, además si la emisividad cambia normalmente se incrementa, si empezamos con una emisividad elevada no puede presentar un potencial de variación muy grande nunca puede ir por encima de 1.0. Existen muchas tablas de emisividad independientemente de la tabla que consultemos siempre aparecerán los mismos valores, la tabla de emisividad tiene un valor limitado y los valores dependen del tipo de material. Una tabla da estimaciones razonables de emisividad para no metales, si se observa una tabla se encontrará que la mayoría de los no metales tienen una emisividad bastante elevada. La emisividad no presenta variaciones extremas entre diferentes muestras o incluso para una misma muestra del tiempo, como en el caso de los metales. Las tablas de emisividad son poco confiables para los metales, estas podrían llegar hasta un punto de que pueden ser completamente inútiles. Esto es debido por una parte a las dificultades de interpretación. Por ello no se debe confiar absolutamente en los valores que proporcionan las tablas. 1.3.2.2 La emisividad y la absortividad. La capacidad o habilidad de un cuerpo para absorber radiación incidente consiste con su capacidad para emitir su propia energía en forma de radiación. Un cuerpo es bueno para absorber radiación, también es bueno para emitir su propia energía como radiación, y también es cierto lo opuesto a esto. Un mal absorbente opaco es de hecho un buen reflector por lo tanto, un buen reflector será un mal emisor; consecuentemente si se desea mantener algo caliente, el recubrimiento con papel de aluminio puede funcionar de la misma forma que aislarlo con un material de baja conductividad, la baja emisividad permite que se escape menos calor en forma de radiación.

1.3.3 Cuerpo negro y cuerpos reales. Radiación de un cuerpo negro. Un cuerpo negro es un radiador ideal, los cuerpos negros no existen en la vida real, el concepto es útil para aplicar científicamente algunos fenómenos. Los simuladores de cuerpos negros son muy importantes puesto que son utilizados para la calibración de los sistemas de medida de infrarrojos, un simulador de cuerpo negro se comporta de forma muy similar a un cuerpo negro ideal dentro de su aplicación habitual. Cuerpo negro – absorción. Un cuerpo negro ideal absorberá el 100% de la radiación incidente, lo que significa que ni refleja, ni absorbe ninguna radiación como se indica en la Figura 7.

Fig. 7 Cuerpo negro, que absorbe toda la radiación incidente.

Cuerpo negro – emisión. En la Figura 8 nos muestra un cuerpo negro emite el 100% de su energía lo que significa que no existe ningún otro objeto que sea capaz de emitir más energía.

Fig. 8 Cuerpo negro con una eficiencia del 100%.

Cuerpos reales. En las medidas reales durante el trabajo práctico jamás se encontrarán cuerpos negros, el objetivo será cuerpos reales, ya que pueden tener todas las

características de emitir, absorber, reflejar y transmitir radiación infrarroja la mayoría de los objetos no es transparente sino opaco. Cuando se cumplen todas las condiciones estos fenómenos se observarán como se muestra en la Figura 9.

Fig. 9 La radiación saliente de un cuerpo opaco

consiste de radiación emitida y reflejada.

Esto es válido para cuerpos reales no transparentes para este tipo de objetos debemos considerar siempre que del cuerpo sale radiación procedemos de dos fuentes, reflejada y emitida. Esto es muy importante recordar y comprenderlo no solo para ser capaces de medir la temperatura sino también para interpretar correctamente la imagen infrarroja. 1.4 Leyes de la termodinámica. Conocer la ciencia de la termodinámica es muy importante para comprender la transmisión de calor, esta describe el comportamiento del calor mediante una serie de reglas las cuales dependen de cómo se comporta el calor. La termodinámica se ocupa de los sistemas en equilibrio, estos se pueden utilizar para predecir la cantidad de energía requerida para pasar un sistema de un estado de equilibrio a otro, este no puede usarse para predecir qué tan rápido se realizara un intercambio ya que el sistema no se encuentra en equilibrio durante el proceso. La transferencia de calor complementa la primera y segunda ley de la termodinámica al proporcionar reglas experimentales adicionales que se pueden utilizar para establecer la rapidez de la transferencia de energía. En resumen la transferencia de calor describe los requerimientos que se pueden aplicar en los cuerpos y la termodinámica como se lleva a cabo tal transferencia.

La energía en un sistema cerrado (primera y segunda ley de la termodinámica). La primera ley de la termodinámica establece que la energía no puede ser creada o destruida, pero se puede convertir de una forma a otra; esta ley es aplicable al calor y a otras formas de energía tales como eléctricas, mecánicas, químicas, etc. El calor se puede producir convirtiendo alguna otra forma de energía en energía calorífica como por ejemplo: en tostadores, secadoras de cabello, y calentadores de agua; la energía eléctrica se puede convertir en energía calorífica. La segunda ley de la termodinámica establece que el calor fluirá de forma espontánea desde las zonas calientes hacia las más frías y esta es la forma en que se transfiere el calor de un cuerpo a otro. Si analizamos el enunciado dice que el calor fluirá eso no es una posibilidad porque esto solo ocurrirá si existe una diferencia de temperatura entre dos puntos entonces si existirá un flujo de calor. La diferencia de temperatura es lo que produce el flujo de calor, mientras más alta sea la temperatura de un cuerpo más fácil es que se suministre calor a otro. Ley de la conservación de la energía. La suma de la energía total contenida en un sistema cerrado permanece constante. Esta también es conocida como el principio de conservación de la energía es decir, la energía no puede ser creada o destruida solo se transforma. En realidad no existe ningún sistema absolutamente cerrado pero el principio de la conservación de la energía se puede entender fácilmente de los sistemas que no son cerrados si la energía no puede ser creada ni destruida entonces toda la energía que se aporte en un sistema debe poder contabilizarse de alguna forma. 1.5 Temperatura. La temperatura está relacionada con la velocidad medida de las moléculas y átomos que componen la materia. La temperatura ayuda a definir en qué condiciones se encuentra un objeto, contrariamente a la energía que la temperatura es relativa, he indica cómo se

encuentra un objeto en relación a otro, la temperatura es un nivel en una escala mientras que el calor es una medida absoluta. La temperatura no es una forma de energía, la temperatura y la energía están relacionadas pero no son lo mismo, la temperatura de un objeto aumentará o disminuirá (normalmente) cuando la energía térmica de un cuerpo aumente o disminuya, por tanto la temperatura es la consecuencia de más o menos energía. Pero la temperatura no nos indica cuanta energía almacena un cuerpo. La temperatura de un cuerpo nos dice la facilidad que tendrá para ceder calor a otros objetos, lo que no está relacionado con cuanta energía contiene. La temperatura se mide en Kelvin (ºK) o en grados Centígrados (Celsius) (ºC). La sensación de calor o frío al tocar una sustancia depende de su temperatura, de la capacidad de la sustancia para conducir el calor y de otros factores. Aunque, si se procede con cuidado, es posible comparar las temperaturas relativas de dos sustancias mediante el tacto, es imposible evaluar la magnitud absoluta de las temperaturas a partir de reacciones subjetivas. Cuando se aporta calor a una sustancia, no sólo se eleva su temperatura, con lo que proporciona una mayor sensación de calor, sino que se producen alteraciones en varias propiedades físicas que se pueden medir con precisión. Al variar la temperatura, las sustancias se dilatan o se contraen, su resistencia eléctrica cambia y, en el caso de un gas, su presión varía. La temperatura depende de la energía cinética media (o promedio) de las moléculas de una sustancia; según la teoría cinética, la energía puede corresponder a movimientos rotacionales, vibracionales y traslacionales de las partículas de una sustancia. La temperatura, sin embargo, sólo depende del movimiento de traslación de las moléculas. Cero absoluto de temperatura. Se considera que el hecho de la temperatura está relacionada con el movimiento molecular, el mínimo movimiento hace que las moléculas queden prácticamente inmóviles, es decir que no exista en absoluto movimiento; así la temperatura de cero absoluto es ese punto teórico en que las moléculas no se mueven en absoluto. Dicha temperatura no se da en los procesos naturales, ni siquiera en los puntos más obscuros, donde tenemos los puntos naturales más fríos de 2.7 ºK.

El cero absoluto es el punto de comienzo lógico, por lo que se definen las escalas de temperatura absoluta y comenzando en el cero absoluto. La escala Kelvin es el estándar mundial y su unidad es el Kelvin (ºK). Existen otras escalas de temperatura absoluta, pero siempre se utiliza el Kelvin. 1.5.1 Escala de temperaturas. En las escalas relativas de temperatura se utiliza como cero un punto diferente al cero absoluto, por ejemplo el punto de congelación del agua o también quizás el agua salada, el punto de referencia debe ser escogido de forma que pueda ser fácilmente accesible. Las razones para escoger un punto particular de referencia están determinadas por la disciplina en la que trabajaba su inventor. Las escalas relativas de temperatura están convenientemente adaptadas para su uso diario, expresar la temperatura ambiente en Kelvin puede ser incomodo. Las escalas Celsius y Kelvin tienen orígenes diferentes pero las variaciones miden lo mismo, el tamaño de un grado Celsius es igual al tamaño de un grado Kelvin (ºC = ºK); la escala Fahrenheit tiene un tamaño de grado diferente al Celsius o el Kelvin. La conversión entre una temperatura expresada en Kelvin a Celsius o viceversa es realmente muy simple, todo lo que hay que hacer es sumar o restar 273 de acuerdo como se puede observar en la Figura 10, aquí los grados Celsius y Kelvin se transforman fácilmente entre sí puesto que el tamaño de ambas escalas es el mismo. En la actualidad se emplean diferentes escalas de temperatura; entre ellas están la escala Celsius - también conocida como escala centígrada -, la escala Fahrenheit, la escala Kelvin, la escala Ranking o la escala termodinámica internacional (véase Termómetro). En la escala Celsius, el punto de congelación del agua equivale a 0 °C y su punto de ebullición a 100 °C. Esta escala se utiliza en todo el mundo, en particular en el trabajo científico. La escala Fahrenheit se emplea en los países anglosajones para medidas no científicas y en ella el punto de congelación del agua se define como 32 °F y su punto de ebullición como 212 °F. En la escala Kelvin, la escala termodinámica de temperaturas más empleada, el cero se define como el cero absoluto de temperatura, es decir, -273,15 °C. La magnitud de su unidad, llamada kelvin y simbolizada por K, se define como igual a un grado Celsius. Otra escala que emplea el cero absoluto como punto más bajo es la escala Ranking, en la que cada grado de temperatura equivale a un grado en la escala Fahrenheit. En la escala Ranking, el punto de congelación del agua equivale a 492 °R y su punto de ebullición a 672 °R.

Fig. 10 Escalas de temperaturas.

1.5.2 Espectro electromagnético. Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, además de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre éste, como la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación. En la figura 11, se muestra un espectro electromagnético este se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se cree que el límite para la longitud de onda más pequeña posible es la longitud de Planck mientras que el límite máximo sería el tamaño del Universo, aunque formalmente el espectro electromagnético es infinito y continuo.

Fig. 11 Espectro electromagnético.

Todo equipo y/o elemento emite energía desde su superficie. Esta energía se emite en forma de ondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz a través del aire o por cualquier otro medio de conducción. La cantidad de energía esta en relación directa con su temperatura. Entre más caliente esta el objeto, más energía tiende a radiar. La diferencia entre un cuerpo caliente y uno frío es el grado en el cual ambos cuerpos emiten y absorben energía. Si el objeto absorbe más energía que la que radia se le considera frío. Si el objeto emite más energía que la que absorbe se considera que está caliente. La temperatura de los cuerpos determina el tipo de luz que emite, entre mas frío sea el objeto mayor es la longitud de onda en la que brilla. Esta es la energía infrarroja, la cual es invisible al ojo humano, pero a través de equipos apropiados, "cámaras de termografía", podemos "ver" esta energía y transformarla en imágenes visibles. 1.5.3 Descubrimiento de un espectro de luz. Sir Frederick William Hershel, nacido en Alemania 1738, se interesó en verificar cuanto calor pasaba por filtros de diferentes colores al ser observados al sol. En base a ello pudo determinar que los filtros de diferentes colores dejaban pasar diferente nivel de calor. Posteriormente hizo pasar luz del sol por un prisma de vidrio y con esto se formó un espectro (el arco iris - Figura 12).

Fig. 12 Descomposición de la luz por un prisma.

Llevando un control de la temperatura en los diferentes colores del espectro encontró que más allá del rojo, fuera de la radiación visible, la temperatura es más elevada y que esta radiación se comporta de la misma manera desde el punto de vista de refracción, reflexión, absorción y transmisión que la luz visible. Era la primera vez que se demostraba que había una radiación invisible al ojo humano. 1.6 Termografía Infrarroja. Es una técnica que permite detectar y ubicar exactamente en donde existen defectos o en donde se va a presentar una falla, con el empleo de una cámara infrarroja con la cual se detecta la temperatura que presenten o que es emitida por los cuerpos. En el campo de los equipos eléctricos existen lugares donde se puede aplicar la termografía por lo cual podemos dar algunos ejemplos:

� En las cajas de los interruptores (teniendo en cuenta la Legislación vigente que especifica que no pueden estar energizados).

� En los cables de la acometida en donde puede existir un sobrecalentamiento debido a que la carga no está adecuadamente balanceada.

Esta observación también es válida para el conjunto de las tecnologías que se encuentran al servicio del mantenimiento condicional, el análisis puede hacerse o elaborarse de dos formas diferentes:

1.- Por análisis absoluto evaluando la temperatura de superficie en relación al valor teórico Normal. 2.- Por comparación con un valor inicial previamente registrado en condiciones de Funcionamiento normal.

Alguna de las ventajas que se obtienen con el uso de la Termografía son las siguientes:

� Brinda seguridad a la persona que está haciendo las tomas. � El operario de la cámara no hace contacto con la parte o pieza a

inspeccionar. � Ahorra gastos. � Facilita un diagnóstico de la falla. � Reduce el tiempo para encontrar la falla.

1.6.1 Tipos de Termografía. Termografía Cualitativa. La Termografía cualitativa se basa en el análisis de la imagen térmica para revelar y localizar la existencia de anomalías y evaluarlas. Con la Termografía cualitativa se puede utilizar la imagen para encontrar y evaluar posibles problemas. Cuando se realizan análisis cualitativos se observa y analiza de manera rápida la imagen para detectar posibles problemas. Si hay algo sospechoso se analiza con mayor detalle. Termografía Cuantitativa. La Termografía cuantitativa utiliza la medida de temperatura como criterio para determinar la gravedad de un problema y así establecer la prioridad de su reparación. Cuando se localiza una anomalía nos gustaría saber cuál es su gravedad, normalmente no se tiene bastantes recursos para tratar de reparar todos los problemas que se encuentran si ese fuera el caso la Termografía cualitativa sería suficiente y la medida de temperatura no sería realmente necesaria. Este tipo de Termografía nos proporciona criterios de severidad para determinar la gravedad del problema, otros criterios incluyen carga, equipo, importancia en el proceso de producción, seguridad y factores ambientales como la velocidad del viento. En la Tabla 2, se muestra una comparación que existe entre la termografía cualitativa y cuantitativa.

Tabla 2 Comparación de técnicas cualitativa y cuantitativa.

1.7 La Cámara de Termográfica. La cámara infrarroja es un aparato capaz de percibir la radiación infrarroja que emiten los cuerpos, estas radiaciones son transformadas en imágenes luminosas para que el ojo humano pueda visualizarla. Todos los cuerpos tienden a emitir radiaciones, las cuales depende directamente de la temperatura en que se encuentra el cuerpo, es decir, si el cuerpo está caliente emitirá una radiación infrarroja mayor, mientras que si están fríos emitirán menor radiación. A través de una pantalla se visualizan las imágenes, las cuales generalmente son monocromáticas; ya que se usa un tipo de sensor que percibe la longitud de onda infrarroja. Se muestran las áreas menos calientes en negro y las más calientes en blanco esto va a depender de la cámara que se utilice. También existen otros tipos de cámara infrarrojas como son las utilizadas para calcular la temperatura. Estas cámaras procesan las imágenes para que se visualicen de diferentes colores. Sin embargo, los colores mostrados no representan la radiación infrarroja vista; estos son falsos colores, ya que la cámara asigna atendiendo al rango de intensidad de particular longitud de onda infrarroja. La cámara infrarroja tiene varias aplicaciones como es la cartografía, donde se visualiza las partes más frías de la imagen de color azul, las más calientes de color rojo y las intermedias de color naranja o amarillo. Otra aplicación, es que la persona puede ver en las tinieblas, debajo del suelo o a través de humo. Para ocultar cuerpos de esta cámara detectora de temperatura, se puede recubrir con ropa aislante térmica. Sin embargo, estos cuerpos pueden pasar por desapercibido solo por un pequeño intervalo, ya que la ropa poco a poco se va calentando hasta que la cámara lo detecte. Otra opción para evitar que la cámara

detecte al cuerpo es usando papel de aluminio y mojar la ropa, para confundir las lecturas que presente la pantalla. Existen varios tipos de cámaras infrarrojas estás van a depender del tipo de detector infrarrojo que se incorpore: Detectores térmicos: Se basa en la utilización de termopar que aumenta la temperatura al absorber la radiación emitida por el cuerpo, estos transductores convierten directamente la radiación infrarroja captada en una señal eléctrica, cuando la cámara incorpora este tipo de detector se suele denominar cámara piroeléctrica; para la generación de la señal de la cámara precisa realizar la interrupción del haz de infrarrojo de forma continua para la cual utiliza un disco obturador generalmente electromecánico. Detectores fotónicos: Aunque el principio de funcionamiento es muy similar al anterior pero en este caso los sensores convierten directamente la radiación térmica en señal eléctrica sin necesidad de emplear el obturador, esto la hace mucho más compacta que la anterior al no necesitar partes móviles. Tanto los detectores fotónicos como los piroeléctricos trabajan a elevadas temperaturas por ello las cámaras incorporan sistemas de refrigeración autónomos que permiten mantener la temperatura del detector dentro de los límites razonables. Los sistemas de refrigeración de las cámaras modernas son básicamente dos: circuitos cerrados de refrigeración y termopares inversos en el primer caso dentro de las cámaras existen pequeñas instalaciones de ciclo frigorífico las cuales tienen el evaporador próximo a los detectores y el condensador próximo al disipador. En el segundo el efecto de termopar se consigue aplicando tensión a una junta bimetálica de forma que el detector queda próximo al lado frio de la junta y el disipador del lado caliente. Otro parámetro determinante en una cámara infrarroja es la longitud de onda de la radiación que es capaz de capturar, así se pueden distinguir dos tipos de cámara: Cámaras de onda larga: Este tipo de cámara puede capturar radiación térmica con longitudes de onda comprendida entre 8 y 14µm. Tiene una gran cantidad de visión independientemente de la reflexión solar lo que las hace aptas para su utilización en exteriores pero su rango máximo de temperatura no suele alcanzar los 500 ºC. Cámara de onda corta: Puede capturar longitudes de onda entre 2 y 5µm. Alcanza rangos de temperatura de hasta 1500 ºC. pero requiere del empleo de filtros para su aplicación en exteriores. En cuanto a la forma de generar la imagen también existen diferencias constructivas que permiten distinguir dos tipos de cámara:

a) Cámaras de un único detector infrarrojo: Para generar una imagen en la cámara infrarroja basta con un único detector el cual mediante un sistema de barrido electromecánico puede producir todos los puntos necesarios para completarla, este sistema está basado en un espejo móvil accionado electrónicamente y este se denomina “scanning system”. b) Cámaras matriciales: Otra posibilidad para la generación de la imagen es disponer de tantos detectores como puntos de resolución que presenta la imagen este sistema recibe el nombre de “focal plane array systems”. La cámara de infrarrojos es una herramienta muy útil para obtener fácilmente imágenes térmicas de gran precisión, para detectar los "puntos calientes" y detectar las futuras averías, sin necesidad de contacto con los componentes ni con las instalaciones. La medición termográfica. El ensayo de termografía constituye una situación mucho más compleja de lo que se imaginan operadores de termografía poco experimentados. Esta complejidad tiene varios orígenes: la naturaleza física misma de la medición por la cámara, la complejidad del objeto observado (lo llamaremos aquí “sistema” para poner en énfasis su complejidad), la existencia de transferencias de calor entre este sistema y el medioambiente que lo rodea, y la existencia de otras posibles fuentes de calor. Una parte de estas transferencias pueden estar bajo el control del operador (caso de la termografía activa) o totalmente independientes a él (caso de la termografía pasiva). Entonces, se puede decir que la medición termográfica es la unión de tres actores que se interfieren: 1) el operador, en ensayo pasivo o activo, con su sistema para realizar la termografía (cámara, sincronizador, lámparas, etc.), 2) el sistema observado, 3) el medioambiente o entorno. Estas interrelaciones, de la cual se destaca el hecho que la naturaleza de las mismas es térmica, implicando todos los modos de transferencias de calor (radiación, convección y conducción) y la producción de fuentes de calor de diferentes naturalezas. Resulta que no es posible hacer un diagnóstico termográfico de calidad sin tener:

1) Informaciones acerca de la cámara y de sus características metrológicas. 2) Informaciones acerca de la constitución del sistema observado y del

medioambiente (estructuras, materiales, propiedades, etc.). 3) Un mínimo de conocimientos en transferencia de calor.

Los detectores infrarrojos. Hoy en día, casi todas las cámaras infrarrojas contienen detectores cuyo conjunto es denominado FPA (Focal Plane Array, es decir arreglo de plano focal). El número de detectores define el tamaño de las imágenes (número de píxeles). Hay dos tipos de detectores: los detectores cuánticos, generalmente refrigerados, y los microbolómetros, no refrigerados.

Fig. 13 Los actores del acto termográfico y los fenómenos físicos

que intervienen en la medición.

Los primeros son foto detectores acoplados a un substrato que hace la salida eléctrica de la lectura del píxel (ROIC, Read-Out Integrated Circuit). Es lo que se llama hibridación de la óptica con su electrónica. La tasa de actualización puede ser elevada (centenares de Hz - cuadros por segundo). Los segundos son termómetros: cuando un fotón llega, es detectado por el detector mediante un cambio de su temperatura, lo cual hace que la conductividad del material cambia, monitorizándose a través del cambio de una intensidad de corriente de referencia que circula por el dispositivo. El receptor debe estar aislado térmicamente del ROIC y ser eléctricamente conductivo. El hecho de trabajar basándose en un efecto fotoconductivo limita la tasa de actualización generalmente a 25 Hz.

Fig. 14 Los dos tipos de detectores infrarrojos.

1.7.1 Características de la cámara. Las principales características de una cámara infrarroja son: la sensibilidad térmica, la precisión, la resolución espacial, la frecuencia de la imagen. Se examinarán en la perspectiva de aplicaciones de END. Sensibilidad térmica o NETD. La sensibilidad térmica, llamada NETD (Noise Equivalent Temperature Difference, es decir ruido equivalente a la menor temperatura detectable), es muy importante para aplicaciones de END. En efecto, cuanto más bajo es el NETD mejor se puede detectar un contraste térmico significativo observable emergiendo por sobre el ruido del sistema. El NETD de las cámaras bolométricas es del orden de 50 - 100 mK y aquél de las cámaras con detectores cuánticos refrigerados alcanzan un poco menos de 20 mK. Por eso se recomienda la utilización del último tipo de cámara cuando una gran sensibilidad es necesaria. Es necesario llamar la atención sobre el hecho de que la sensibilidad especificada por los fabricantes de cámaras infrarrojas se obtiene solamente con el tiempo de integración máximo. Ahora bien este tiempo de integración no se puede utilizar en todos los casos. En particular es necesario tomar un tiempo más breve cuando el campo observado contiene importantes variaciones de temperatura. Esto se ve en la gráfica siguiente presentando la influencia del tiempo de integración sobre el NETD medio de la cámara CEDIP Jade y en la gráfica 1 donde se comparan las distribuciones de NETD individuales de los píxeles de la misma cámara con tiempos de integración de 200 µs y 400 µs.

Gráfica 1 Variación del NETD con el tiempo de integración (cámara CEDIP Jade…).

Precisión. Es la medida de cuán precisa es la temperatura medida de un objeto con relación a su verdadera temperatura. Casi todas las cámaras actuales alcanzan precisiones de ± 2°C o ± 2% para los rangos los más extendidos. Conocer esta precisión es importante para la END por termografía pasiva. Resolución espacial. Se le denomina IFOV (Instantaneous Field of View – Campo de visión instantáneo). Se expresa en miliradianes y se trata del área cubierta por un sensor remoto en un determinado momento. Depende del tamaño del detector y de la lente. Esta característica es importante en END cuando se trata de descubrir defectos de tamaño reducido. Frecuencia de la imagen. Las imágenes en tiempo real tienen tasas de actualización de centenares de Hz (cuadros por segundos). Es el caso de las cámaras con matriz de detectores cuánticos refrigerados. Además muchas cámaras actuales ofrecen la posibilidad de reducir el tamaño de las imágenes (windowing) permitiendo constantemente aumentar la tasa de actualización, alcanzando varios millares de Hz. Esta característica es importante cuando el sistema observado es un buen conductor del calor, lo que implica tiempos característicos muy breves.

1.7.2 Utilidades de la cámara para comprender mejor la imagen. El análisis de la imagen térmica implica a menudo el estudio de sus patrones, los patrones térmicos pueden ser a veces difíciles de ver por lo que el instrumento contiene varias utilidades que nos permiten ayudar a comprender mejor la imagen. Las utilidades más importantes para mejorar la compensación de la distribución térmica con la cámara son:

� Ajuste térmico. � Isoterma. � Las paletas de color.

Ajuste térmico: Significa ajustar la escala de colores sobre el cuerpo que se requiere analizar con el objetivo de optimizar el contraste del mismo. Para el ajuste térmico se utilizan los controles de Nivel y Campo de la cámara, hay que fijarlos de forma que todos los colores de la barra de color cubran esa parte de la imagen y solo esa parte, las zonas menos interesantes de la imagen pueden quedar fuera de la escala y por lo tanto se verán normalmente negras o blancas, en la Figura 15 podemos observar el ajuste térmico de color verde y también podemos visualizar en donde se localiza el nivel y el campo.

Fig. 15 Ajuste térmico.

Isoterma: El isoterma sustituye algunos colores de la escala por otro de elevado contraste. El isoterma muestra un intervalo de igual temperatura aparente, los colores en la imagen no presentan temperaturas por sí mismos, el isoterma solo sustituye esos colores por otro color de elevado contraste y por tanto el isoterma tampoco representa temperatura, el isoterma se puede desplazar hacia arriba o hacia abajo en la escala puede ser ensanchada o estrechada según convenga.

El contraste es el elemento clave, si miramos imágenes térmicas débiles hay que ayudar a los ojos a verlas. Podemos utilizar el isoterma para seguir el flujo de calor incluso para descubrir si existe, si el isoterma se extiende uniformemente por toda la superficie del cuerpo significa que no existe flujo de calor a través de la superficie del objeto. También se puede utilizar para determinar la localización exacta del punto más caliente, esta función nos mostrara donde puede haber una fuente de color por debajo de la superficie que estamos mirando; en la Figura 16 podemos observar en diferentes puntos como se presenta el isoterma.

Fig. 16 Isoterma en distintos puntos.

Las paletas de color: La paleta de color de la imagen asigna diferentes colores para marcar niveles específicos de temperatura aparente, la paleta puede dar más o menos colores dependiendo de los que utilicemos. La imagen térmica puede presentarse con un máximo de aproximadamente 256 colores por ejemplo con negro en un extremo de la escala que se irá aclarando paulatinamente en cada uno de los 256 pasos hasta llegar a ser completamente blanco , esto significa que habrá muy poco contraste, con una imagen a color se obtendrá más libertad para utilizar colores lo que nos dará un contraste elevado para dar a la imagen un aspecto suave que no moleste cuando se mira , los

colores deben estar correctamente combinados entre sí; en la Figura 17 podemos observar diferentes tipos de paletas que existen.

Fig. 17 Tipos de paleta.

Selección de la paleta de colores: Para elegir la paleta de colores se propone lo siguiente:

� Utilizar paletas de elevado contraste sobre objetos de bajo contraste térmico.

� Utilizar paletas de bajo contraste sobre objetos de elevado contraste térmico.

1.7.3 Control de la imagen térmica. Los nombres y la forma en que se utilizan los controles pueden ser diferentes pero los principios de utilización siempre son los mismos, se utiliza siempre la terminología más reciente como se indica en la Figura 18.

Fig. 18 La imagen se controla seleccionando el rango

de temperatura y fijando el nivel y el campo.

Rango de temperatura. El rango de temperatura es el ajuste básico, muchos instrumentos tienen de 2 a 5 rangos de temperatura, el rango fija las temperaturas por debajo y por encima de las cuales no se puede medir, contra menos y más anchos sean los rangos más fácil será utilizar el instrumento. Los rangos de temperatura se pueden obtener de diferentes formas alguna mediante la combinación de diferentes métodos; la necesidad de disponer de diferentes rangos de temperatura es la misma que por que las cámaras fotográficas necesitan diferentes aperturas, se debe eliminar la cantidad de radiación que llega al detector si no este se saturara, se sobrecargara de energía. Se utiliza la apertura en los sistemas más antiguos y normalmente se controla con un diafragma mecánico o un botón. El segundo método es intercalando un filtro en la trayectoria de la radiación que limita la cantidad de radiación que llega al detector justo como si fuera unas gafas de sol. El tercer método es electrónico limitando la sensibilidad del detector. Si pretendemos aplicar todos los colores de nuestra paleta al rango entero de temperaturas de la cámara, solo algunos colores corresponderán con las temperaturas de nuestra imagen, así acabaremos teniendo una imagen muy poco verídica por ello se recomienda que fijemos un campo muy ancho y variar el nivel hasta que aparezca la imagen.

Nivel y campo. Campo: Es la parte del rango de temperatura que estamos utilizando, otra forma de llamarlo es contraste térmico, podemos hacer el campo más ancho o más estrecho, muchos sistemas muestran 256 colores esto es por razones técnicas y también practicas el ojo humano es incapaz de diferenciar más colores en la misma imagen aunque las pantallas normalmente pueden mostrar más; en la figura 19 podemos observar claramente en donde se encuentra localizado el nivel y el campo.

Fig. 19 Nivel y Campo.

El Nivel: Es el punto medio del campo como lo estamos observando en este caso sería 15.59 ºC, otra forma de entender el nivel es como el brillo térmico. 1.7.4 Captura de una imagen. La captura de una imagen se realiza congelando, almacenando o mediante las dos en orden consecutivo, para el informe la imagen debe ser primero congelada en la cámara para después ser transferida a un ordenador y generar en el fichero de informe para su posterior impresión. Existen tres reglas generales independientes de la cámara que estemos ocupando, tres cosas nunca se pueden modificar después de congelar o almacenar la imagen:

� Rango de temperatura. � Enfoque óptico. � Composición.

Rango de temperatura: Tenemos que fijar un rango de temperatura que incluya lo que pretendemos medir, es decir; un ejemplo no podemos esperar medir mili-volts si fijamos el rango en kilo-volts.

Enfoque óptico: Este es muy importante no solo porque una imagen mal enfocada dice poco, si no porque aparece muy poco, los reportes que se realizan después de la inspección es donde se da la impresión del trabajo que sea realizado, por eso la precisión de medida se ve afectada por nuestro enfoque, dicho en pocas palabras malas imágenes producen malas lecturas de temperatura.

Fig. 20 Enfoque óptico.

En la Figura 20 podemos observar que en el termograma se capturó en diferentes enfoques ópticos, los cuales puede llegar a caer en una interpretación errónea. Composición: La composición de la imagen se refiere a varias cosas, tiene que ver en primer lugar en la forma en cómo se presenta el objetivo en la imagen. No se tiene que poner muy lejos en una esquina, ni tampoco demasiado cerca de manera que no se corte parte de la información importante. El error más común en los principiantes es permanecer demasiado lejos del cuerpo. Lo más aconsejable es que se coloque más cerca, tomando en cuenta de que se debe mantener a una distancia donde se encuentre seguro. Si uno se coloca demasiado lejos del objeto no se podrá medir la temperatura adecuadamente; un ejemplo de esto se puede observa en la Figura 21 en donde se puede ver como se capturó la imagen muy cerca en la Figura (a) y muy lejos en la Figura (b).

Fig. 21 Composición de una imagen.

1.8 Funciones y medida de la cámara. La cámara contiene diferentes funciones de medida, así como variantes de algunas de ellas, las más importantes que se consideran son:

� Isoterma. � Medidor puntual. � Área. � Variación lineal.

Isoterma: Como habíamos mencionado anteriormente el isoterma sustituye los valores de la escala por otros de mayor contraste, normalmente muestra un intervalo de igual intensidad de radiación (temperatura aparente) con una cierta anchura, también resulta adecuado para analizar imágenes. El isoterma es adecuado para análisis durante el trabajo práctico porque puede mostrar distribuciones térmicas y como medir la temperatura en diferentes zonas de la imagen. Si se mide un punto, el isoterma nos mostrará todos los puntos que alcanza el mismo nivel de temperatura. Medidor Puntual: Una cruz marca la posición del medidor puntual, algunas cámaras tienen un medidor puntual en la que el tamaño indica la zona en la que se mide. El medidor puntual también puede ser utilizado para localizar el punto más caliente en una zona, si situamos el medidor puntual en una zona caliente sin utilizar el isoterma como herramienta de ayuda es posible que no midamos realmente la temperatura más elevada. Es muy útil para informes porque muestra por sí mismo el punto donde se realiza la medida. Área: Esta función da el valor máximo, mínimo o promedio dentro de un rectángulo o círculo, lo más práctico de esta función es que elimina la necesidad de un ajuste muy fino para determinar la temperatura más alta o más baja además muestra la temperatura pero no la posición del punto más caliente o más frío.

Muchos termógrafos utilizan un área de tamaño pequeño mientras estudian la imagen para obtener lecturas de temperaturas rápidas. Variación de temperatura: Esta función muestra la curva de temperatura sobre una línea trazada sobre la imagen, esta es muy adecuada para analizar distribuciones térmicas y es útil para los informes, sirve para comprender mejor lo que se está explicando si no es así es mejor evitarla por que ocupa mucho espacio en la imagen. Detectores y pixel. La imagen de la cámara representa la zona a la que se observa el campo de visión, la cual está compuesta de pixeles, es decir; es una abreviatura de elemento de imagen.

Fig. 22 Detectores de pixel.

Cada pixel tiene un cierto tamaño en la imagen, llamada el IFOV, es decir campo instantáneo de visión, como se indica en la Figura 22; el IFOV es una medida angular que se expresa en miliradianes o mrad. Algunas veces se expresa como la relación entre la distancia y el tamaño del punto, en el plano focal de la matriz de la cámara, o FPA cada pixel es generado por el propio elemento del detector en el FPA. Así no es el tamaño físico del detector en el que reside la resolución geométrica o espacial en su lugar es la distancia entre el punto medio de cada detector lo que se conoce como pitch. No importa el tamaño del IFOV si el cuerpo del objeto es demasiado pequeño para generar una señal cuando la radiación incide sobre el detector, esto no es posible percibirlo como se muestra en la Figura 23.

Fig. 23 Tamaño del cuerpo versus tamaño del pixel.

Los cuadros representan el elemento detector, el IFOV, en el cuadro de la derecha el cuerpo es demasiado pequeño para cubrir un elemento detector, pueda crear o no una señal diferente del elemento que tiene al lado esto depende de lo caliente que se encuentre comparado con su entorno, pero si crea una señal la información procede del mismo no será demasiado útil porque todo lo que se observa será un detector mostrando una temperatura diferente al elemento adyacente y no se podrá de interpretar como una imagen inteligible del objeto y por tanto la medida de temperatura del objeto será ciertamente imposible. Calibración de una cámara infrarroja. Como muchos otros dispositivos de medida, la cámara necesita ser calibrada para medir correctamente la temperatura; la calidad de la medida no puede ser mayor que la de la calibración, por tanto una buena calibración es fundamental y es algo que compramos con el equipo y que más tarde utilizaremos. La calibración de la cámara se realiza en un laboratorio bajo condiciones ambientales controladas con un gran número de fuentes de referencia de cuerpo negro, las fuentes de referencia son simuladoras de un cuerpo negro con una emisividad muy elevada cercana a 1.0, las fuentes están certificadas según los estándares internacionales. Las fuentes de referencia de un cuerpo negro están distribuidas en un semicírculo, la cámara se fije en medio de una mesa rotatoria conectada a un sistema de control automático de la estación de calibración como se muestra en la Figura 24.

Fig. 24 Mirando fuentes de referencias.

La cámara se apunta a las fuentes de referencia una detrás de otra y cada fuente de referencia genera una señal en la cámara el valor de esta señal es registrado para cada temperatura.

Fig. 25 Obtención de una curva de calibración.

En la Figura 25 muestra los puntos de nivel de señal y la lectura de temperatura son representados en un diagrama y ajustados a una curva, esta curva se carga en la memoria de la cámara y será utilizada para relacionar la radiación con la temperatura así como una potencia de radiación incide sobre el detector y causa la señal de un nivel especifico la curva será utilizada para convertir dicha señal a correspondiente temperatura.

1.9 Parámetros de Inspección en una Termografía Infrarroja. Un parámetro de inspección es una serie de mediciones que nos van a ayudar a localizar el origen de una falla. La cámara de infrarrojos toma imágenes y nos mide la radiación infrarroja emitida por algún objeto. Ya que la radiación se considera una función de la temperatura la superficie del objeto, hace que la cámara calcule y visualice esa temperatura. Aunque la radiación que es medida por la cámara no depende únicamente de la temperatura del objeto, sino que es una función de la emisividad. La radiación que proviene tanto del objeto como de la radiación reflejada se ve influida por la absorción de la atmosfera. Para medir la temperatura con cierta precisión, es necesario que se compensen los efectos de diversas fuentes de radiación distintas para que la cámara realice automáticamente el proceso anterior requiere que se le proporcionen ciertos datos: La distancia entre el objeto y la cámara, la emisividad del objeto, la temperatura aparente reflejada, la humedad relativa y la temperatura de la atmosfera. La emisividad es uno de los parámetros más importantes que se debe ajustar correctamente, ya que, es una medida de la radiación emitida por algún cuerpo que es comparada con un cuerpo negro perfecto con la misma temperatura. La emisividad en los metales es baja pero en cuanto se aumenta la temperatura la emisividad tiende a aumentar. Distancia entre la cámara y el objeto. La distancia entre la cámara y el objeto es contemplada desde el lente frontal de la cámara hasta el objeto, esta distancia va con respecto al modelo de la cámara en este modelo su distancia máxima en la que se debe realizar la toma de la imagen es de 20 metros, ya que si se toma a mayor distancia esta toma obtendrá datos erróneos del equipo a inspeccionar. Este parámetro es útil para la compensación en el caso en que la radiación del objeto es absorbida por la atmosfera entre la cámara y el objeto, como la radiación de la atmosfera que es detectada por la cámara. Humedad relativa. Se debe establecer el valor apropiado de la humedad relativa, ya que la cámara realiza la compensación del índice de transmisión dependiente de la humedad

relativa en la atmosfera, por lo que se considera que para distancias cortas y una humedad normal, se utiliza el valor de un 50% para la humedad relativa. La mayoría de las cámaras infrarrojas son de fácil manejo así como también cuentan con diferentes características que las hacen mejores, si hablamos de la marca y el modelo. La información que nos brindan estas cámaras es de mucha importancia, si hablamos económicamente en un largo plazo se observa que se pueden ahorrar grandes gastos. Los equipos o dispositivos que se emplean regularmente en algunas instalaciones eléctricas, no tienen el mismo tiempo de vida, esto se debe en gran parte a que están expuestos en medios en los cuales a veces los niveles de contaminación son excesivos, lo anterior va ocasionando en éstos un deterioro y por consecuencia va a haber alteraciones en las características que los distinguían, así como también, llevan de la mano la generación y provocación de fallas. Ante todo el termógrafo debe de estar bien informado de las características con las que cuenta su equipo de trabajo (que en este caso sería la cámara termográfica), de tener bien estudiadas las características de los equipos o dispositivos a los que se les realizará una inspección termográfica, debido a que estas mismas características pueden llevar a un mal diagnóstico. Y para que el termógrafo lleve a cabo correctamente esta inspección es necesario que tenga una planeación de sobre cómo es que va a ir analizando el lugar, esto se refiere a que las cámaras termográficas, para que estas hagan un buen enfoque del objeto deben de tener en cuenta que tienen una distancia mínima de enfoque, lo que significa que el termógrafo debe de estar por lo menos a la distancia mínima que indica la cámara y lo anterior viene siendo lo que es la distancia de trabajo. El termógrafo al momento de enfocar una imagen debe de buscar puntos de referencia sobre la superficie del objeto para establecer una mejor definición. Mediante mediciones cualitativas la mayoría de los usuarios de cámaras infrarrojas se basan para poder identificar ciertas fallas que se pueden presentar, recordando que en una medición cualitativa no se toma en cuenta la temperatura que es reflejada por el medio ambiente, ya que es considerada con un valor de 1, así como también no importa el área medida y la distancia del objeto, no olvidando así que como las mediciones cualitativas se basan en temperaturas aparentes,

también la emisividad se considera 1, para que no haya alguna alteración en los rangos a ajustar. Para medir la emisividad de los cuerpos presentes en el lugar a inspeccionar, con anterioridad se tuvo que haber hecho una investigación con respecto del tipo de material con que está fabricado el objeto que se quiere analizar. Pero no se debe de descartar que entonces aquí si se van a tomar valores reales de temperatura; el termógrafo tiene que ir modificando el valor de la emisividad en la cámara infrarroja basándose en la investigación que fue hecha con anterioridad para conocer la emisividad del material. 1.9.1 Detección de los distintos puntos calientes en los equipos eléctricos. Los puntos calientes son considerados uno de los problemas más comunes, tanto en las instalaciones como en los equipos eléctricos. La detección de puntos calientes dentro de los equipos eléctricos se basa en la comparación de la temperatura a la que se encuentran con respecto a la que deben de estar en operación normal. En dado caso en el que se encuentre una anomalía (diferencia de temperaturas) estos puntos serán más evidentes. Los puntos calientes deben ser registrados, valorados y evaluados cuidadosamente, ya que pueden presentarse altas temperaturas en condiciones normales de operación por lo que se puede realizar un diagnóstico erróneo. Para que se puedan detectar los puntos calientes en conexiones de subestaciones o instalaciones eléctricas, los equipos de Termografía hacen la conversión de energía radiante, que se encuentra en la región de los infrarrojos a imágenes térmicas, en donde los niveles de temperatura se representan por una gama de colores. Los puntos calientes deben ser detectados, medidos y corregidos, ya que estos pueden ocasionar daños parciales o totales de instalaciones o equipos eléctricos, teniendo así una pérdida del servicio eléctrico. Se debe de tener presente que aunque ya se hayan corregido los puntos calientes, la eliminación de estos no es permanente, manteniéndose de forma latente su reaparición con respecto a las condiciones de operación.

Cuando la detección de un punto caliente se percibe a simple vista, es porque hay una temperatura excesiva, teniéndose como consecuencia el deterioro de los elementos de la instalación. Algunos de los problemas que se pueden presentar en los equipos son los siguientes:

� Detección de conexiones eléctricas sueltas o con corrosión. � Detección de desequilibrios y sobrecargas eléctricas. � Detección de conexiones eléctricas sueltas o con corrosión.

Cuando se presenta una resistencia elevada indica que posiblemente exista corrosión en las conexiones o que estas se encuentren flojas. Los llamados puntos calientes suelen aparecer en estas conexiones como las zonas más calientes. Si no se corrige este tipo de problemas como lo es un sobrecalentamiento a la larga se puede llegar a ocasionar problemas severos en el suministro eléctrico al usuario, esto aproximadamente tardaría en ocurrir en un cierto lapso de tiempo.

Fig. 26 Detección de una conexión floja.

En la Figura 26 se observa una conexión floja en el conductor que se encuentra en el centro ya que este presenta más temperatura que los demás. Un pequeño desequilibrio de tensión puede deteriorar las conexiones reduciendo con esto la tensión suministrada. Esto hace que los equipos requieran más corriente provocando con esto que salgan prematuramente de operación. Por otro lado un desequilibrio de tensión reduce todas las operaciones del suministro a una sola fase así mismo la corriente se dirigirá al conductor del neutro provocando que los equipos trabajen al máximo. En un desequilibrio se puede detectar:

� Cargas desiguales. � Calentamiento de los conductores.

� Cada fase este a diferente temperatura.

Fig. 27 Desequilibrio de conductores.

En la Figura 27 se observa un desequilibrio en el primer conductor de izquierda a derecha, este presenta una mayor temperatura a comparación de los demás. Una sobrecarga es causada en muchos casos por cables defectuosos o descargas eléctricas estas fallas pueden poner en peligro al usuario, este puede causar daño en los equipos, cuando la corriente de un alimentador excede el máximo de su capacidad las corrientes buscan otra ruta.

Fig. 28 Sobrecarga o mala conexión.

En la Figura 28 podemos observar una sobrecarga en el conductor central ya que este presenta más temperatura que los demás. En un desequilibrio se puede detectar:

� Los excesos hacen que se calienten los conductores.

1.9.2 Técnicas de inspección termográfica. Para realizar una muy buena inspección termográfica es necesario que el termógrafo (operador de la cámara termográfica) conozca muy bien la forma cómo se opera la cámara, conociendo las características de funcionamiento de esta, para así hacer más simple el manejo al momento de hacer las lecturas con la cámara. Los siguientes consejos son de mucha importancia para poder llevar a cabo un excelente análisis en la toma de imágenes térmicas:

� Primero que nada la persona que va a realizar una inspección termográfica, deberá tener información básica sobre esta, para que tenga claro lo que está realizando.

� Tener presente la emisividad que disipan los equipos a inspeccionar o analizar, así como también la de los materiales que lo componen.

� Tener a la mano cual es la sensibilidad térmica, la resolución espacial, la frecuencia de imagen, es decir; tener las características con las que cuentan la cámara infrarroja.

� Así como también seleccionar la paleta de color que sea de gusto del operador (pero se recomienda utilizar para principiantes la Grayscale, y esto se debe a que a simple vista si se utiliza el otro tipo de paletas de color que serían el Rainbow e Ironbow, no se podría apreciar un cambio de temperatura, pues el ojo humano no lo percibiría a simple vista).

� Una vez que ya se tiene organizada la información se procede a analizar las imágenes.

La cámara trae consigo un software en el cual se visualiza foto por foto y al mismo tiempo se puede ir observando las diferentes temperaturas que presentó el equipo en el momento preciso de la toma. También cabe mencionar que existen otras técnicas más precisas, las cuales son:

� Simulación temporal (promedio de imágenes). � Suma espacial (promedio de píxeles).

1.9.3 Factores que intervienen en una inspección termográfica. Cuando se quiere hacer una inspección termográfica, no siempre se llevará a cabo en las mismas circunstancias, pues eso va a depender del ambiente en el que se vaya a realizar. Los factores que afectan e intervienen en una inspección termográfica son los siguientes:

� El viento: Se debe tomar en cuenta el efecto que este presenta en el ambiente donde se lleva a cabo la medición, pues muchas de las veces al hacer la toma no salen los valores esperados, y es por esto que se debe de corregir los valores con el factor de corrección, esto dicho de otra manera es: la temperatura que se midió debe ser multiplicada por el factor de corrección, y así obtendremos la temperatura correcta, pues con esto se elimina el efecto refrigerante que presenta el viento sobre el equipo de prueba.

� La lluvia y la nieve: Lo que provocan estas condiciones, es que hacen un

deterioro en las imágenes pues por muchas características que tengan las cámaras termográficas, la radiación infrarroja que tiene la cámara no penetra la nieve ni las gotas de agua, pues lo que haría la cámara seria medir, no la temperatura del equipo de prueba, sino la temperatura que presentan tanto la nieve como la lluvia.

� La distancia del objeto: Siempre se debe de configurar bien la distancia a

la que se quiera hacer o realizar la inspección, pues si ya se especificó esta distancia, y se hace a otra distancia, entonces lo que provocamos son unas ligeras diferencias de los valores y esto puede traer como consecuencia que medición de las temperaturas no sean las correspondientes con las que presenta realmente el equipo de prueba.

� El tamaño del objeto: Las características que presenta la cámara

especificará cual es el rango mínimo en la que la cámara infrarroja pueda hacer una toma de temperatura correcta.

1.9.4 Criterio de clasificación de fallos. Lo primordial para evitar errores es conocer los conceptos básicos de lo que trata la transferencia de calor como son: convección, conducción y radiación vistas en este capítulo y que factores son los que pueden provocar estos errores.

La utilidad de criterios de clasificación de fallos nos ofrece una aproximación sistemática al establecimiento de prioridades de reparación, si clasificamos las anomalías que hemos encontrado seremos capaces de abordar primero las más graves. Los criterios deben ser acordes con los recursos de que dispone para corregir los problemas, deben generar una distribución razonable de anomalías entre las diferentes categorías que define. Antes de clasificar las anomalías, una corrección de la carga, viento, etc., será necesaria una medida directa o indirecta. Un buen criterio de clasificación debe cumplir dos cuestiones:

� Debe ser operativo, es decir que acción llevar a cabo cuando se cumple condiciones específicas.

� Debe especificar bajo qué condiciones y para qué es válido. Delta “T” Una delta T es una medida de diferencia de temperatura entre la temperatura actual del componente estropeado y alguna temperatura de referencia. La medida Delta T es utilizada para determinar cuánto se aleja la anomalía del valor normal, a esto le llamamos una medida cuantitativa y cualitativa. Se necesita establecer una referencia de lo que se considera como normal, algunas veces se utilizan especificaciones del fabricante o datos históricos.

Tabla 3 Criterio de fallos de acuerdo a su gravedad de un problema.

Verde CLASE “0”

Sin anomalía Ninguna acción

Amarillo CLASE “1”

Fallo de nivel bajo

Una anomalía que requiere un monitoreo pero que se reparara cuando sea

conveniente

Anaranjado CLASE “2”

Fallo de nivel medio

Reparación tan pronto sea posible

Rojo CLASE “3”

Fallo grave Reparación inmediata

1.9.5 Campos térmicos difíciles de interpretar. En la termografía hay un gran número de cuestiones que pueden causar error en una interpretación respecto a los termogramas y/o imágenes infrarrojas, los factores que más intervienen son los siguientes:

� Reflejos y fuentes puntuales. � Diferencias de emisividad.

Es inevitable que no existan los reflejos, siempre habrá algo que se refleje sobre el objeto que uno está observando, para conseguir una imagen más fácil de interpretar se debe realizar una toma donde la superficie irradie de forma uniforme sobre nuestro objeto si no es así entonces tener el reflejo de una fuente puntual, lo que normalmente llamamos un reflejo es más que un punto con radiación saliente muy diferente del área de alrededor lo cual vendría siendo un reflejo puntual. Este puede estar más caliente o más frio que el área que esta alrededor del objeto. Estos reflejos pueden ser muy molestos porque puede parecer una anomalía, además puede haber muchas y muy diferentes no solo el sol puede ser un factor o la única causa; los ángulos de entrada y salida de una flexión perpendicular son siempre iguales esto nos puede ayudar a localizar el reflejo de una fuente puntual y sobre todo a evitarlo.

Fig. 29 Los ángulos de entrada y salida de una

reflexión especular son exactamente iguales.

Si la superficie es difusa será disperso y saldrá de la superficie no como un haz concentrado si no en todas direcciones a si el reflejo de la fuente puntual será mucho más débil. Muchas fuentes reflejan mucho más en el infrarrojo que en el visible, esto supone que una superficie que aparece difusa en el espectro visual puede comportarse como un espejo en el infrarrojo.

Para evitar los reflejos puntuales se debe de tomar en cuenta lo siguiente: � No situarse directamente en frente del objeto, debemos evitarnos

reflejarnos nosotros mismos. � Movernos alrededor si el punto caliente también se mueve se

trata de un reflejo. � Utilizar que el ángulo de incidencia y el de salida son iguales con

el objetivo de determinar la fuente de esa forma podemos evitarla.

� Buscar partes del objeto con alta emisividad, estos muestran menos reflejos y una temperatura aparente más cercana a la real.

La diferencia de emisividades se puede observar con un cambio brusco en la imagen térmica aunque no se modifique la temperatura real. Las zonas pintadas mostraran una temperatura más cercana a la real.

CCaappííttuulloo IIII SSiittuuaacciióónn aaccttuuaall ddeell ppllaanntteeaammiieennttoo ddeell pprroobblleemmaa..

2.1 Departamento de Proyectos Eléctricos. Es un departamento auxiliar dentro de Manufacturas Kaltex, en donde se realizan proyectos eléctricos mediante cálculos y diseños. Es donde se lleva a cabo este proyecto, donde se analizo la oportunidad de reducir costos de termografía, de la póliza de seguro y de mejorar las técnicas de mantenimiento preventivo de sus equipos críticos de producción que minimicen los tiempos de paro de producción. También se hace la observación que en el Grupo Kaltex existe un campo de aplicación muy amplio de la termografía que actualmente no se está aprovechando. 2.2 Análisis Termográficos en Manufacturas Kaltex. En Manufacturas kaltex actualmente se lleva a cabo un programa anual de termografía, únicamente para interruptores termomagnéticos ejecutada por la aseguradora Zurich; su póliza y estudios termográficos son costosos y se desarrollan en 51 días promedio, el costo anual por este servicio es aproximadamente de $42,853.00 dólares con la adquisición de la cámara se dejaría de tener el costo de este servicio. 2.3 Datos de Producción. Se hace mención de la importancia tan grande que tiene el departamento de mantenimiento, al considerar que su responsabilidad es de mantener siempre la disponibilidad de los equipos y mantenerlos en buenas condiciones para evitar los paros de producción. En la siguiente tabla se da un ejemplo de un cálculo estimado en la producción de un hilo para mezclilla 100 % algodón NE 8/1 open-end. También se pretende dar una idea de la importancia que tiene el mantenimiento, pues como se puede ver, son grandes las cantidades de producción y que en casos de falla son de igual manera, grandes las pérdidas que pueden ocasionarse en un lapso corto de tiempo (producción/hora) y que se pueden prevenir mediante un estudio termográfico.

Tabla 4 Producción en las plantas 03 y 04. (Hilo para mezclilla 100 % alg. NE 8/1 open-end.)

PLANTA DEPARTAMENTO PRODUCCIÓN POR

MÁQUINA (MTS./HRA.) NO. DE

MÁQUINAS TOTAL

PTA. 03 (Tejido)*

TELAR SULZER 10.23 622 6,363.06

PLANTA DEPARTAMENTO PRODUCCIÓN POR

MÁQUINA (KG./HRA.) NO. DE

MÁQUINAS TOTAL

PTA. 04 (Hilatura)*

BATIENTES 1,000 5 5,000.00

CARDAS 50 84 4,200.00

ESTIRADORES 170 56 9,520.00

OPEN - END 65 29 1,885.00

VELOCES 75 14 1,050.00

TROCILES 34 60 2,040.00

CONERAS 24 115 2,760.00

26,455.00

2.4 Departamentos críticos de producción. En el siguiente esquema se muestran los departamentos más críticos que pueden ocasionar pérdidas considerables en la producción. También se puede apreciar el extenso campo de aplicación termográfico en Manufacturas Kaltex y su importancia con el proceso.

SUBESTACIONES PRINCIPALES DE CADA PLANTA.

SUBESTACIONES DERIVADAS

COMPRESORES DE AIRE Instalados de forma que todos abastecen todas las áreas.

CENTRALES DE AIRE Cada departamento tiene sus centrales y las condiciones por departamento son independientes a las demás.

Se requiere para los procesos de tejido (teñido y engomado).

De acuerdo al proceso se continúa con los departamentos siguientes.

DEPARTAMENTOS DE HILATURA Y DE TEJIDO

El número de estas depende de las plantas por su proceso y producción.

GENERADORES DE VAPOR (CALDERAS)

De 23 KV a 440 V, 220V y 127V.

2.5 Datos de Mantenimiento de Motores. Como referencia en el departamento de motores se tiene el siguiente historial del año 2010.

Tabla 5 Costos de Servicio a Motores Eléctricos en el 2010. CONCEPTO PLANTAS CANTIDAD COSTO

Servicio de conservación preventiva

Tepeji, México y San Juan del Río

4,651 $ 1,441,677.90

Servicio de Bobinado (correctivo)

Tepeji, México y San Juan del Río

730 $ 1,031,579.13

TOTAL

5,381 $ 2,473,257.03

Con los datos de la tabla anterior se estima que el 60% de los motores bobinados corresponde a fallas mecánicas. Por lo tanto se tiene que el Costo de los motores bobinados es de $618,947.47 pesos, pues bien con la aplicación de la termografía se obtendría una reducción estimada del 25%, que equivaldría a $154,736.86 pesos, anuales.

CCAAPPÍÍTTUULLOO IIIIII.. PPrrooppuueessttaa ddee SSoolluucciióónn aall PPllaanntteeaammiieennttoo ddeell PPrroobblleemmaa..

Se sabe que los equipos eléctricos que se utilizan en la industria, han traído beneficios, facilitando considerablemente los procesos, sin embargo, es importante destacar que debido al rápido crecimiento de la industria, éste se debe acompañar por un análisis sobre la capacidad de carga de la instalación eléctrica, para determinar si la instalación está en condiciones de resistir incrementos en el consumo de energía eléctrica y que se corra el riesgo de accidentes que pongan en peligro la vida y la seguridad de la inversión.

Lamentablemente son pocos los propietarios que reconocen que la demanda de energía eléctrica en la industria se ha incrementado sustancialmente en espacios de trabajo, no es común que las personas reconozcan que al paso del tiempo se produce un desgaste natural desde el mismo momento en que se instalan y esto va a depender de la carga del circuito y del mantenimiento realizado a cada equipo. 3.1 Propuesta de solución. En Manufacturas Kaltex por ser una empresa grande y por tener equipo de suma importancia en sus procesos, tales como Subestaciones eléctricas, Batientes, Calderas, Centrales de aire, Compresores, etc., significativamente se propone extender los servicios de termografía en todo el grupo, con recursos de la misma empresa, adquiriendo una cámara termográfica que sustituya el servicio de Zurich y explotar al máximo las áreas donde sea aplicable esta técnica termografica; así mismo brindarles un Mantenimiento Preventivo Termográfico que garantice la continuidad de producción en sus equipos. Por mencionar algunas de las ventajas que justifican la adquisición de una cámara termografica:

� Localizar los problemas rápidamente, sin necesidad de interrupción. � Reducir el coste de las interrupciones graves, no programadas de la

energía. � Reducir al mínimo el tiempo del mantenimiento preventivo y maximizar la

eficacia de localización de averías. � Prevenir el error prematuramente y ampliar la vida del equipo. � Identificar el equipo potencialmente peligroso.

� Reducir las primas de seguro y los pagos deducibles. 3.2 Desarrollo del proyecto. El proyecto contempla el siguiente cuadro metodológico:

3.2.1 Reducción económica de la aseguradora Zurich. Los servicios por parte de la aseguradora Zurich se realizan en dos periodos cada año, en cada una de las plantas de Manufacturas Kaltex. Estos estudios tienen un costo estimado de $21,426.50 dólares por cada semestre para todo el grupo Kaltex y si consideramos que son 2 visitas por año, entonces si se sustituye este servicio en su totalidad por Kaltex se estima un ahorro significativo de $42,853.00 dólares anuales. Parar dejar de contar con el servicio de termografía se requiere cubrir y cumplir con los requerimientos de Zurich y entregar los reportes requeridos, considerando

- Proponer proyecto, alternativas, objetivos, justificación y metas.

ANALIZAR PROBLEMÁTICA, ANTECEDENTES Y ALTERNATIVAS.

MARCO TEORICO

RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN

- Requisitos de la aseguradora. - Información del proceso. - Datos de producción. - Etc.

CAMPO DE APLICACIÓN DE LA TERMOGRAFÍA

SELECCIÓN DEL EQUIPO TERMOGRÁFICO

- Análisis de equipos críticos para termografía. - Explorar la aplicación de termografía.

PROGRAMAS DE MANTENIMIENTO

- Proponer modelo y características de la cámara.

ANÁLISIS DE COSTO - BENEFICIO

- Elaboración de programas termográficos en todas las áreas: mecánicas, eléctricas, etc.

PERFIL DEL TÉCNICO (TERMOGRÁFO)

PROCESO

que el principal objetivo de esto es el descuento en la póliza y reducir el costo del servicio. Requisitos de Zurich.

� No tiene inconveniente en que sea directamente Manufacturas Kaltex quien haga los estudios de termografía.

� Proponen recomendar el equipo que quieren adquirir para que cumpla con las especificaciones mínimas requeridas, apoyar en la capacitación y certificación de los termógrafos.

� Proponen que el primer año continúen con la termografía por lo menos en el primer semestre y para los años subsecuentes ya no habrá necesidad de que ellos intervengan.

� Solicitan que todos los años se les envié un reporte para comprobar que las revisiones sigan vigentes.

En la póliza ya esta considerado el descuento máximo, por la utilización de la termografía, de hecho es obligación de Manufacturas Kaltex mantener este programa vigente y con estándares de calidad optima para poder conservar este descuento. 3.2.2 Campo de Aplicación de la Cámara Termográfica.

De manera general y en conjunto con personal del departamento de mantenimiento de motores y de otros departamentos, se hará un estudio minucioso del campo potencial de aplicación de la termografía en Manufacturas Kaltex que permita justificar la adquisición de la cámara termográfica.

Se considera realizar estudios termográficos en todos y cada uno de los departamentos de Manufacturas Kaltex, por su amplio campo de aplicación en sus procesos, ya que cuenta con una extensa variedad de maquinaria. Termografía en instalaciones eléctricas y mecánicas. Las causas de las anomalías eléctricas más frecuentes son: incremento de resistividad por malos contactos, elevado consumo, armónicos, desequilibrio de fases, etc. En cuanto a fallos mecánicos se puede señalar: rozamientos por defectos constructivos, falta de lubricación, desgaste de material, factores del entorno, un mantenimiento inadecuado, sobrecarga mecánica, etc.

Inspección Eléctrica de Termografía en: � Interruptores electromagnéticos. � Transformadores. � Puntos de conexión. � Tableros eléctricos. � Instalaciones eléctricas. � Otros.

Algunas de las aplicaciones más habituales en una Inspección Mecánica:

� Motores eléctricos. � Bombas. � Ventiladores. � Compresores. � Rodamientos. � Bandas. � Sistemas mecánicos. � Maquinaria textil.

Fig. 30 Inspección termográfica a motores.

En la figura 30 podemos ver que en la muestra No.1 un claro calentamiento interno en los devanados del motor, la muestra No.2 es una referencia de las temperaturas normales de operación a la que operan ambos motores (cabe mencionar que con una simple diferencia de 10 ºC entre motores similares y a la

misma carga de operación, se esta reduciendo al 50% la vida útil de aquel que presenta el calentamiento). La cámara infrarroja nos permite localizar aquellos equipos y componentes que estén presentando alguna anomalía térmica de un modo rápido y eficaz, seleccionando así nuestras prioridades en el mantenimiento. La Termografía en sistemas térmicos y refractarios. La eficiencia energética de las instalaciones industriales se ha convertido en una actuación de gran interés para alcanzar los márgenes energéticos sostenibles, generando ahorros económicos a través del ahorro energético y la reducción de emisiones de CO2 a la atmósfera. En consecuencia, estas medidas generan un ahorro económico significativo. La Termografía infrarroja puede determinar, ágil y eficazmente, la condición global de aislamientos o refractarios tanto en aplicaciones de frío como de calor. Inspección de aislamiento de refractarios donde se puede llevar acabo la termografía en Manufacturas Kaltex:

� Calderas. � Cámaras frigoríficas. � Conductos de refrigeración. � Tuberías de vapor. � Impermeabilizantes. � Tanques. � Vaporizadores. � Entre otros.

3.2.3 Características de las Cámara Termográfica requerida.

Se determinaron las características de la cámara requerida para proponer los modelos que más se recomienden de acuerdo a las necesidades de la empresa. La cámara que se recomienda por obvia razón es Flir System por ser la empresa dedicada a diseñar cámaras térmicas y son los más desarrollados en la investigación acerca de la termografía infrarroja.

La parte mas importante al seleccionar una cámara termográfica es el detector, entre mas grande sea este, mayor será la capacidad de análisis con la que cuente el equipo y por ende se mejoran el resultado de las inspecciones realizadas; es por ello que contar con un detector de 307,200 pixeles permitirá realizar cualquier aplicación relacionada con el campo de la tomografía infrarroja, reduciendo notablemente aquellos factores que influyen en una inspección como lo son: reflejos térmicos, clima (interior-exterior), distancia (caída de temperatura), rango de temperatura, etc. Siempre será fundamental que dentro de las herramientas que seleccionamos para el área de mantenimiento predictivo se dispongan de los equipos que nos arrojen el valor ó resultado mas preciso, ya que una mala interpretación de una anomalía podría generar un problema con perdidas mayores de lo que podríamos suponer un ahorro. El modelo P640 cuenta con la mayor capacidad de análisis que nos pueda brindar un equipo de termografía infrarroja, su costo se ve justificado desde el momento en que sabemos que los trabajos realizados con la misma nos presentan el mayor grado de confiabilidad que podamos tener en la industria. Las características de la cámara infrarroja que se requiere. De acuerdo con los requerimientos de Zurich y las necesidades de Kaltex la cámara debe cubrir los siguientes rubros:

� Resolución – No menor a 76,800 píxeles. � Marca – FLIR, esta marca es la que maneja Zurich y además la

recomienda. � Funcionalidad – De la cámara y el programa. � Precisión – Igual a +/-2% � Precio – Depende del tipo de cámara. � Tipo de cámara – 100% Radiométrica. � Modelo – Reciente (de la Marca FLIR seria la serie T o P). � Temperatura – Arriba de 650°C (que cubra todas las aplicaciones).

Fig. 31 Cámara termográfica Flir Mod. P640

De cuerdo a las características y a las necesidades que requiere la empresa se proponen 2 opciones en la compra de la cámara termográfica. Esta decisión de compra se deja a la consideración de la misma directiva.

Tabla 6 Comparación y características de los modelos de la cámara termográfica.

CARACTERÍSTICAS MODELO DE CÁMARAS

Óptica FlirT400 FlirP640

Resolución del Detector (Pixeles) 320 x 240

(76,800 pixeles) 640 x 480

(307,200 pixeles)

Sensibilidad térmica (NETD) 0.05°C a 30°C 55mk

Tipo de detector Matriz de plano focal, con

microbolometro no refrigerado de 320x240px

Matriz de plano focal, con microbolometro no

refrigerado de 640x480px

Banda espectral 7.5 µm a 13 µm 7.5 µm a 13 µm

Medida de la temperatura

Rango calibrado de la temperatura

-20°C a 1200°C -40°C a 1500°C

Precisión ±2°C / 2% ±2°C / 2%

Corrección de medición Temp. Amb reflejado y

emisividad TAR, emisividad, óptica, transm. Atm y vent.ext

Otras especificaciones

Pantalla digital 3.5", táctil Viewfinder y LCD 5.6"

Cámara digital de luz visible incorporada

si, 3.1Mp si, 3.2Mp

Modos de Imagen Térmica, visual y fusión Térmica, visual y fusión

Software incluido Quick Report 1.2 Quick Report 1.2

Software opcional Reporter 8.3 pro Reporter 8.3 pro

Soporte de almacenamiento Tarjeta SD extraíble de

2Gb

Tarjeta SD extraíble de 2Gb y Memo RAM

embutida

Interface USB, conex auriculares, sal

video std, SD card USB-B, USB miniB, IrDA, Fire wire output, SD card

Garantía (años) 2 2

Diseño ambiental y mecánico

Protección IP54 IP54 IEC60529

Peso del equipo 880 g 1.7kg

Temperatura de trabajo de -15°C a +50°C de -15°C a +50°C

Temperatura de almacenamiento de -40°C a +70°C de -40°C a +70°C

Humedad relativa IEC 68-2-30, 95% de

humedad IEC 68-2-30, 95% de

humedad

Tamaño de la cámara 106x201x125mm 120x145x220mm

Resistencia al impacto 25G IEC60068-2-29 25G IEC60068-2-29

Resistencia a la vibración 2G IEC60068-2-6 2G IEC60068-2-6

Costo Paquete ( USD ) Incluye equipo, Software y la certificación de un técnico

$44,156.63 $64,207.23

3.2.4 Programas termográficos.

Dependiendo del campo de aplicación de la termografía más crítico ya sea por su impacto económico o por el nivel de riesgo se elaboraran los programas de termografía requeridos para su desarrollo en todas las plantas de Grupo Kaltex con la ayuda de los técnicos especializados en cada una de las áreas eléctrica, mecánica, etc.

En este proyecto estará considerado también desarrollar el programa de termografía que actualmente hace Zurich por lo que será necesario contar con su aceptación y requerimientos para la entrega de los reportes y otras aplicaciones de la cámara para obtener todos los beneficios.

3.2.5 Perfil del Técnico requerido.

Para el desarrollo de los programas de termografía se alistará a un técnico que será certificado como termógrafo, quien será el responsable de cumplir con los requerimientos de este proyecto.

Aquí es muy importante resaltar que un personal mientras más preparado esté, mejores resultados va a obtener con respecto a las anomalías que se presenten en los equipos, por lo cual los conocimientos son los que estaría vendiendo.

El departamento de proyectos eléctricos deberá de seleccionar al personal de la misma empresa que tenga los conocimientos suficientes para llevar a cabo una inspección termográfica y que también cuente con una suficiente experiencia en el campo laboral. Se debe de tener en cuenta que cuando se van mejorando las técnicas de mantenimiento en conjunto con una capacitación constante, se logra una mayor productividad y se reducen los costos del mismo. Requisitos del técnico-termografo:

� Conocimientos básicos de termografía. � Conocer bien las características de los equipos o dispositivos a estudiar. � Conocimientos acerca de la cámara y de sus características metrológicas. � Conocimientos de computación.

3.3 Proceso de Inspección Termográfica.

En el proceso de inspección termográfica es posible definir, en general, las siguientes etapas:

� Planificación de la inspección en los períodos de máxima demanda. � Evaluación y clasificación de los calentamientos detectados. � Emisión de informes, con identificación de las fallas y el grado de urgencia

para su reparación. � Seguimiento de la reparación. � Revisión termográfica para evaluar la efectividad del mantenimiento

correctivo realizado.

CCaappííttuulloo IIVV.. AAnnáálliissiiss CCoossttoo––BBeenneeffiicciioo

4.1 Análisis de costos en una Termografía. Es muy importante fijar los costos directos e indirectos en un mantenimiento predictivo como lo es la termografía infrarroja, ya que de esta manera, en forma práctica se pueda determinar las variables que intervienen en un análisis de precios unitarios y globales de un presupuesto. Primero debemos analizar la forma recomendada para integrar los precios unitarios que sirven para fijar los montos de un contrato, los cuales están formados por:

1.- CÁMARA INFRARROJA.

CONCEPTO CANTIDAD UNIDAD PRECIO

UNITARIO (USD) COSTO TOTAL

Cámara Flir System modelo SC640 1 Pza. 64,207.00 64,207.00

SUBTOTAL $64,207.00

2.- CAJA DE HERRAMIENTAS.

CONCEPTO CANTIDAD UNIDAD

PRECIO UNITARIO (USD)

COSTO TOTAL

Juego de Desarmadores (planos y de cruz)

1 Jgo. 25.82 25.82

Pinzas Eléctricas 1 Pza. 10.15 10.15

Pinzas de Punta 1 Pza. 7.78 7.78

Llaves Mixtas 1 Jgo. 14.96 14.96

Juego de Dados 1 Jgo. 14.73 14.73

Matraca 1 Pza. 10.14 10.14

Martillo 1 Pza. 8.47 8.47

Cutter 2 Pza. 1.81 3.61

Cinta aislante 3 Pza. 2.84 8.53

Juego de Llaves Allen 1 Jgo. 10.64 10.64

SUBTOTAL $114.85

3.- EQUIPO DE PROTECCIÓN PERSONAL.

CONCEPTO CANTIDAD UNIDAD

PRECIO UNITARIO (USD)

COSTO TOTAL

Camisolas 2 Pza. 12.08 24.15

Casco 1 Pza. 12.11 12.11

Gafas de Seguridad 2 Pza. 2.05 4.10

Calzado Dieléctrico 2 Pza. 28.61 57.22

Guantes 2 Pza. 4.71 9.41

Detector de Potencial 1 Pza. 26.09 26.09

SUBTOTAL $133.08

4.- TRANSPORTE.

CONCEPTO CANTIDAD UNIDAD PRECIO

UNITARIO (USD) COSTO TOTAL

Vehículo 1 Pza. 10,489.08 10,489.08

Gasolina 1040 Lts. 0.76 785.22

SUBTOTAL $11,274.30

5.- EQUIPO Y MOBILIARIO.

CONCEPTO CANTIDAD UNIDAD

PRECIO UNITARIO (USD)

COSTO TOTAL

Computadora 1 Pza. 1,471.88 1,471.88

Impresora 1 Pza. 322.53 322.53

Gabinetes Metálicos de 4 Cajones 1 Pza. 208.84 208.84

SUBTOTAL $1,794.41

6.- HONORARIOS.

PERSONAL

SALARIO / MENSUAL

SALARIO /ANUAL (USD)

Personal Técnico (Termógrafo) 833.46 10,001.53

Capturista 677.32 8,127.87

SUBTOTAL $18,129.40

7.- OTROS.

CONCEPTO CANTIDAD UNIDAD

PRECIO UNITARIO (USD)

COSTO TOTAL

Papelería 1 Pza. 864.50 864.50

SUBTOTAL $864.50

8.- PRESUPUESTO GLOBAL.

CONCEPTO SUBTOTAL

CAMARA INFRARROJA 64,207.00

CAJA DE HARRAMIENTAS 114.85

EQUIPO DE PROTECCION PERSONAL 133.08

TRANSPORTE 11,274.30

EQUIPO Y MOBILIARIO 1,794.41

HONORARIOS 18,129.40

OTROS 864.50

TOTAL (USD) $96,517.54

4.2 Análisis de Costo-Beneficio de una Cámara Termografía.

CONCEPTO UNIDAD MODELO DE CÁMARAS

OPC. 1 OPC. 2

Inversión FlirT400 FlirP640

Costo Paquete USD Incluye el equipo, Software y la certificación de un técnico

USD (único) 44,156.00 64,207.00

Equipo administrativo (Laptop, impresora, etc.)

USD/AÑO 1,794.00 1,794.00

Herramientas y Equipo de protección USD/AÑO 1,909.00 1,909.00

Total USD/AÑO 47,859.00 67,910.00

Gastos Operación Anual

Salario Técnico Especialista USD/AÑO 18,129.00 18,129.00

Gastos Administrativos USD/AÑO 4,000.00 4,000.00

Transporte USD/AÑO 11,274.00 11,274.00

Total USD/AÑO 33,403.00 33,403.00

Costos Reducidos

Servicio de Termografía Zurich USD/AÑO 42,853.00 42,853.00

Viáticos de Zurich (51 días) USD/AÑO 2,549.00 2,549.00

Ahorro de motores (25 % del gasto actual)

USD/AÑO 12,428.00 12,428.00

Ahorro en inspecciones eléctricas USD/AÑO

Ahorro en inspecciones mecánica USD/AÑO

Ahorro en inspecciones de aislamientos de refractarios.

USD/AÑO

Ahorro Anual USD/AÑO 57,830.00 57,830.00

Retorno de Inversión (sin considerar el dinero en el tiempo)

USD/AÑO 1.4 1.8

* En este análisis no están cuantificados los ahorros de todas las aplicaciones

debido a que no se cuenta con información suficiente para su desarrollo ni tampoco se tiene una referencia que permita hacerlo. De acuerdo con el análisis económico, el retorno de inversión de una cámara termográfica de los modelos FlirT400 y de FlirP640 oscila entre 1.4 y 1.8 años aproximadamente. Se hace mención que los costos son estimados con el costo actual del dólar ($12.45 pesos).

CCOONNCCLLUUSSIIOONNEESS

Mediante este proyecto se concluye la importancia de la termografía, al adquirir el equipo se podrán detectar fallas que comienzan a gestarse y que pueden producir una parada de planta y/o un siniestro afectando personas e instalaciones. Permitirá la reducción de los tiempos de parada al minimizar la probabilidad de salidas de servicio imprevistas, no programadas, gracias a su aporte en cuanto a la planificación de las reparaciones y del mantenimiento. Al emplear este equipo se obtendrán reducciones de costos, incluyen ahorros de energía, protección de los equipos, velocidad de inspección y diagnóstico, verificación rápida y sencilla de la reparación, etc. Cabe mencionar que los principios mencionados en este proyecto, permiten al investigador aplicar la técnica a una variedad enorme de problemas diferentes, lo que compensa el costo importante de la inversión hecha al comprar el equipo. Con ayuda del software que se utiliza en la Termografía se puede tener un mejor panorama de las imágenes para poder dar un criterio más amplio, es decir; tener más argumentos para poder determinar si se presenta una anomalía o no. Estas técnicas se pueden emplear en cualquier equipo electromecánico ya que la metodología es de alguna manera universal y mejora las técnicas de mantenimiento preventivo, garantizando la disponibilidad y seguridad de los equipos. Por otra parte al hacer el análisis de costo-beneficio, Indudablemente que las cámaras termográficas son costosas, más sin embargo se comprueba que son muy rentables y que vale la pena invertir en su compra por los grandes beneficios y ahorros significativos que se obtienen a corto plazo. No es posible por el momento poder llevar a cabo un análisis de los beneficios globales de la termografía en Manufacturas Kaltex debido a que actualmente no se tiene un programa que permita ver las ventajas reales, por lo que, en este proyecto se están haciendo estimaciones muy conservadoras de los beneficios en función de la cantidad de equipos con que se cuenta. El campo potencial de aplicación es muy amplio y con una adecuada estructura y planeación de los programas de termografÍa se pueden obtener los resultados esperados.

Se sugiere la compra del equipo por la magnitud del grupo Kaltex, sabiendo que cada estudio termográfico que realiza Zurich, es costoso. Existen 2 modelos de cámaras, que se recomiendan por su calidad y que además cubre las necesidades de la empresa. Al adquirir la cámara, se deberá dar seguimiento a este proyecto para desarrollar los programas de termografía en todas y cada una de las áreas del grupo donde estos apliquen, así mismo reclutar y capacitar al personal que cubrirá el perfil de termógrafo para Manufacturas Kaltex.

GGLLOOSSAARRIIOO Anomalía: Cualquier irregularidad, como una anomalía térmica en una superficie de otra manera isotérmica., cualquier indicio de que se desvíe de lo que se espera. Calibración: Procedimiento en el que se determinan y comparan las lecturas de un instrumento (valores reales) y las de un instrumento de referencia (valores nominales).El resultado indica si las lecturas reales de un instrumento se sitúan dentro de los límites permisibles. Cámara térmica de infrarrojos: Es un instrumento o sistema que convierte la energía radiante de entrada de infrarrojos de una superficie de destino a un mapa térmico, o termograma, en el que los tonos de color o escala de grises puede estar relacionado con la distribución de temperaturas en la superficie. Cero absoluto: El cero absoluto es -273.15°C (°Kelvin = -459.69°F).Todo cuerpo emite energía térmica por encima del cero absoluto. Conducción: Es la forma que transmite el calor en cuerpos sólidos, se calienta un cuerpo, las moléculas que reciben directamente el calor aumenta su vibración y chocan con las que rodean; estas a su vez hacen lo mismo con sus vecinas hasta que todas las moléculas del cuerpo se agitan, por esta razón, si el extremo de una varilla metálica se calienta una flama, transcurre cierto tiempo para el calor llegue a otro extremo. Convección: Transporte de calor en cualquier fluido en el que la energía térmica pasa de un sólido a un líquido o gas a consecuencia del transporte de partículas. Cuerpo gris: Objeto que emite una fracción fija de la cantidad de energía correspondiente a un cuerpo negro en cada longitud de onda. Cuerpo negro: Objeto que no refleja ninguna radiación. Toda la radiación que emite se debe a su propia temperatura. Detector: El detector recibe la radiación infrarroja y la convierte en una señal eléctrica. El tamaño del detector se especifica. Emisividad (ε): Es la medida de la capacidad de un material de emitir (propagar) radiación infrarroja. La emisividad varía según las propiedades de la superficie, el

material y, en algunas materias, también según la temperatura del objeto. Energía térmica: Es el movimiento de las partículas que constituyen la materia. Un cuerpo a baja temperatura tendrá menos energía térmica que otro que esté a mayor temperatura. Escalas absolutas: Cualquier escala de temperatura cuyo cero corresponde con el cero absoluto. Escalas relativas: Es una forma de energía que se manifiesta como el incremento de temperatura, las cuales toman como referencia cierto fenómeno físico conocido, como la congelación y ebullición del agua. Espectro infrarrojo: Se fundamenta en la absorción de la radiación IR por las moléculas en vibración. Una molécula absorberá la energía de un haz de luz infrarroja cuando dicha energía incidente sea igual a la necesaria para que se dé una transición vibraciones de las moléculas. Es decir, la molécula comienza a vibrar de una determinada manera gracias a la energía que se le suministra mediante luz infrarroja. FOV: Siglas del inglés Field Of View ángulo horizontal visible a través de un lente de infrarrojos. IFOV: Siglas del inglés Instantaneous Field Of View (campo de visión instantáneo); medida de resolución geométrica de una cámara de infrarrojos. Imagen térmica: Imagen que muestra la distribución de la temperatura en las superficies de los objetos mediante diferentes colores y diferentes valores de temperatura. Las imágenes térmicas se toman con una cámara termográfica. Nivel: Valor central de la escala de temperatura expresado normalmente como valor de una señal. NETD: Sigas del inglés Noise equivalent difference (diferencia de temperatura equivalente al ruido), Medida del nivel del ruido de la imagen de una cámara de infrarrojos. Paleta de colores: El contraste de una imagen térmica puede variar en calidad, dependiendo de la tarea de medición y la paleta configurada. La paleta de colores se puede personalizar mediante el software de análisis después de memorizar la imagen térmica. Tenga en cuenta siempre la interpretación de la imagen térmica

cuando configurar la paleta. Intuitivamente, el rojo y el amarillo se asocian con el calor; el verde y el azul con el frío. Pixel (elemento de imagen): se trata de un punto individual perteneciente a una imagen. Rango: Limite 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. Reflexión (ρ): Es capacidad de un material de reflejar la radiación infrarroja. La reflexión depende de las propiedades de la superficie, la temperatura y el tipo de material. Temperatura: Magnitud física que caracteriza de manera objetiva la sensación subjetiva de calor o frio producido por el contacto de un cuerpo. Temperatura Aparente Reflejada: Es la lectura no compensada a partir de una cámara infrarroja, que contiene toda la radiación incidente sobre el instrumento independientemente de su fuente. Termografía: Proceso de toma de una imagen usando una tecnología de medición que visualiza la radiación de calor o la distribución de temperatura de la superficie de los objetos mediante una cámara termográfica. Transmisión (T): Es la medida de la capacidad de un material de permitirá la radiación infrarroja a travesarlo, dependiendo de su grosor y del tipo de material. Muchos materiales son impermeables a la radiación infrarroja de onda larga. Radiación: Transferencia de energía en forma ondulatoria de un cuerpo caliente a un cuerpo relativamente frio, independientemente de cualquier materia existente entre ambos cuerpos. NETD (Noise Equivalent Temperature Difference): Es decir ruido equivalente a la menor temperatura detectable). Isoterma: El isoterma sustituye algunos colores de la escala por otro de elevado contraste.

BBIIBBLLIIOOGGRRAAFFÍÍAA YY FFUUEENNTTEESS DDEE IINNFFOORRMMAACCIIÓÓNN

Christie J. Geankoplis., (1998). Procesos de transporte y operaciones unitarias, 3a Edición. México: University of Minesota. Fluke, “Guía de Aplicaciones de la Termografia en Mantenimiento Industrial”. Flir Systems, “Manual del Curso de Termografia Infrarroja Nivel 1”. James R. Welty., (1988). Fundamentos de transferencia de momento calor y masa. Capítulo 24 Editorial Limusa. J. P. Holman, (1998). Transferencia de calor, Compañía Editorial Continental, S.A. DE C.V., México. Kern Donald Q., (1997). Procesos de transferencia de calor. Vigésima novena edición, Compañía Editorial Continental, S.A. DE C.V., México, 1997. Kurt C. Rolle Y Virgilio González Y Pozo, “Termodinámica”, Sexta Edición, Pearson, Prentice Hall. Manriquez Valadez J. Ángel, Transferencia de calor”, segunda edición, Alfaomega. Mantenimiento predictivo de instalaciones eléctricas basado en termografía de infrarrojos.mht Puyans L. Garcell, (1988). Transferencia de cantidad de movimiento calor y masa. Capítulo 5 Editorial Pueblo y Educación. Habana Cuba. Testo AG, “Termografía Guía de Bolsillo”.

ÍÍNNDDIICCEE DDEE FFIIGGUURRAASS

PPáágg..

Fig. 1 El físico británico James Prescott Joule centró sus investigaciones en los campos de la electricidad y la termodinámica. . . . . 8 Fig. 2 Circulación en el interior de un fluido; el fluido más frio es el más oscuro. 12 Fig. 3 Transmisión de calor por radiación. . . . . . 12 Fig. 4 Las tres fuentes de radiación salientes de un cuerpo. . . . 14 Fig. 5 La misma temperatura pero diferente emisividad. . . . 15 Fig. 6 Un objeto emite radiación térmica en todas direcciones. . . 15 Fig. 7 Cuerpo negro, que absorbe toda la radiación incidente. . . 19 Fig. 8 Cuerpo negro con una eficiencia del 100%. . . . . 19 Fig. 9 La radiación saliente de un cuerpo opaco consiste de radiación emitida y reflejada. . . . . . . . . . 20 Fig. 10 Escalas de temperaturas. . . . . . . 24 Fig. 11 Espectro electromagnético. . . . . . . 25 Fig. 12 Descomposición de un espectro de luz. . . . . 26 Fig. 13 Los actores del acto termográfico y los fenómenos físicos que intervienen en la medición. . . . . . . . 31 Fig. 14 Los dos tipos de detectores infrarrojos. . . . . 32 Fig. 15 Ajuste térmico. . . . . . . . . 34 Fig. 16 Isoterma en distintos puntos. . . . . . . 35 Fig. 17 Tipos de paleta. . . . . . . . . 36 Fig. 18 La imagen se controla seleccionando el rango de temperatura y fijando el nivel y el campo. . . . . . . . . 37 Fig. 19 Nivel y Campo. . . . . . . . . 38 Fig. 20 - Enfoque óptico. . . . . . . . . 39 Fig. 21 Composición de una imagen. . . . . . . 40 Fig. 22 Detectores de pixel. . . . . . . . 41 Fig. 23 Tamaño del cuerpo versus tamaño del pixel. . . . . 42 Fig. 24 Mirando fuentes de referencias. . . . . . . 43 Fig. 25 Obtención de una curva de calibración. . . . . 43 Fig. 26 Detección de una conexión floja. . . . . . 47 Fig. 27 Desequilibrio de conductores. . . . . . . 48 Fig. 28 Sobrecarga o mala conexión. . . . . . . 48 Fig. 29 Los ángulos de entrada y salida de una reflexión especular son exactamente iguales. . . . . . . . . 52 Fig. 30 Inspección termográfica a motores. . . . . . 60 Fig. 31 Cámara termográfica Flir Mod. P640. . . . . . 63

ÍÍNNDDIICCEE DDEE TTAABBLLAASS,, GGRRÁÁFFIICCAASS YY AANNEEXXOOSS..

PPáágg..

Tabla 1 Valores de conductividad para algunos materiales, éstos valores pueden modificarse con la temperatura y otros factores. . . . 10 Tabla 2 Comparación de técnicas cualitativa y cuantitativa. . . . 28 Tabla 3 Criterio de fallos de acuerdo a su gravedad de un problema. . 51 Tabla 4 Producción en las plantas 03 y 04. (Hilo para mezclilla 100 % alg. NE 8/1 open-end.) . . . . . . . . . 55 Tabla 5 Costos de Servicio a Motores Eléctricos en el 2010. . . 66

Tabla 6 Comparación y características de los modelos de la cámara termográfica. . . . . . . . . . . 63

Gráfica 1 Variación del NETD con el tiempo de integración (Cámara CEDIP Jade…). . . . . . . . . 33 Anexo 1. Normas ISO referentes a los trabajos y certificaciones en termografía infrarroja. . . . . . . . . . . 78 Anexo 2. Tabla de valores de emisividad de materiales comunes. . . . 80

AANNEEXXOOSS

ANEXO 1. Normas ISO referentes a los trabajos y certificaciones en termografía infrarroja. ISO18434-1:2008 Condición de vigilancia y diagnóstico de máquinas - Termografía - Parte 1: Procedimientos generales. Proporciona una introducción a la aplicación de Termografía infrarroja (IRT) a condición de la maquinaria de vigilancia y diagnóstico, donde la “maquinaria” incluye auxiliares tales como válvulas, el fluido eléctrico y aparatos y relacionados con el intercambiador de calor. Introduce la terminología de IRT en lo que respecta a la condición de supervisión y diagnóstico de máquinas, se describen los tipos de procedimientos IRT y sus méritos; se dan orientaciones sobre el establecimiento de criterios de evaluación de la gravedad de las anomalías señaladas por IRT; esboza los métodos y requisitos para llevar a cabo IRT de máquinas, incluidas las recomendaciones sobre seguridad; proporciona información sobre la interpretación de los datos y criterios de evaluación y requisitos de presentación de informes; establece procedimientos para determinar la compensación de temperatura aparente refleja emisividad, y atenuar los medios de comunicación, cuando se mide la temperatura de la superficie de un objetivo cuantitativo con una cámara IRT. ISO18436-1:2004 Condición de vigilancia y diagnóstico de máquinas - Requisitos de formación y certificación del personal - Parte 1: Requisitos para organismos de certificación y el proceso de certificación. Define los requisitos para los organismos que operan sistemas de certificación para el personal que realice la maquinaria condición de vigilancia, identificar las fallas de máquinas, y recomendar medidas correctivas. Los procedimientos para la certificación de la condición de supervisión y diagnóstico de personal se especifican. ISO/FDIS18436-7 Condición de vigilancia y diagnóstico de máquinas - Requisitos para la calificación y evaluación de personal - Parte 7: Comportamiento térmico. ISO 18436-7:2008 Se especifican los requisitos para la calificación y evaluación de personal que realizan las máquinas condición de supervisión y diagnóstico mediante termografía

infrarroja. Un certificado o declaración de conformidad con la norma ISO 18436-7:2008 proporcionará el reconocimiento de las calificaciones y competencias de las personas para realizar las mediciones térmicas y análisis de condición para las máquinas portátiles de vigilancia usando los equipos de imágenes térmicas. Este procedimiento no podrá aplicarse a equipos especializados u otras situaciones concretas. ISO/9712:2005 Prueba no destructiva – Calificación y certificación del personal ISO 9712:2005 especifica la calificación y certificación del personal que participa en ensayos no destructivos (END). Se aplica a la competencia en uno o varios de los siguientes métodos: las pruebas de emisiones acústicas; pruebas de corrientes de Foucault; infrarrojos termográficos; pruebas de fugas (pruebas de presión hidráulica excluidos); pruebas de partículas magnéticas; ensayos con líquidos penetrantes, pruebas radiográficas; pruebas de ultrasonidos; pruebas visuales (visual directo sin ayuda visual y pruebas de ensayos llevados a cabo durante la aplicación de otro método END se excluyen). ISO/DIS18436-8 Condición de vigilancia y diagnóstico de máquinas - Requisitos de formación y certificación del personal - Parte 8: Comportamiento térmico. ISO 18436-8 recomienda que los candidatos han probado percepción de colores con los criterios de la prueba del Test de Ishihara, donde se podrá exigir a los empleadores para determinar si el incumplimiento de los requisitos de esta prueba afectará a la capacidad del candidato para llevar a cabo análisis sobre IRT datos usando paletas de colores. No superar el Test de Ishihara podrá exigir al candidato a utilizar una paleta monocroma. ANEXO 2. Tabla de valores de emisividad de materiales comunes.

Material Emisividad*

Aluminio, pulido 0.05

Aluminio, superficie rugosa 0.07

Aluminio, muy oxidado 0.25

Placa de amianto 0.96

Tela de amianto 0.78

Papel de amianto 0.94

Pizarra de amianto 0.96

Latón, mate, deslustrado 0.22

Latón, pulido 0.03

Ladrillo, común 0.85

Ladrillo, vidriado, basto 0.85

Ladrillo, refractario, basto 0.94

Bronce. poroso, basto 0.55

Bronce, pulido 0.10

Carbono, purificado 0.80

Hierro fundido, fundición esbozada 0.81

Hierro fundido, pulido 0.21

Carbón, en polvo 0.96

Cromo, pulido 0.10

Arcilla, cocida 0.91

Hormigón 0.54

Cobre, pulido 0.01

Cobre, bruñido comercial 0.07

Cobre, oxidado 0.65

Cobre, negro oxidado 0.88

Cinta aislante, plástico negro 0.95

Esmalte** 0.90

Formica 0.93

Terreno congelado 0.93

Vidrio 0.92

Vidrio, escarchado 0.96

Oro, pulido 0.02

Hielo 0.97

Hierro, laminado en caliente 0.77

Hierro, oxidado 0.74

Hierro, chapa, galvanizado, oxidado 0.28

Hierro, brillante, grabado 0.16

Hierro, forjado, pulido 0.28

Barniz, Baquelita 0.93

Barniz, negro, mate 0.97

Barniz, negro, brillante 0.87

Barniz, blanco 0.87

Hollín 0.96

Plomo, gris 0.28

Plomo, oxidado 0.63

Plomo, rojo, en polvo 0.93

Plomo, brillante 0.08

Mercurio, puro 0.10

Níquel, en hierro fundido 0.05

Níquel, puro pulido 0.05

Pintura, acabado en plata** 0.31

Pintura, óleo, media 0.94

Papel, negro, brillante 0.90

Papel, negro, mate 0.94

Papel, blanco 0.90

Platino, puro, pulido 0.08

Porcelana, vidriada 0.92

Cuarzo 0.93

Goma 0.93

Laca, negra, mate 0.91

Laca, negra, brillante 0.82

Nieve 0.80

Acero, galvanizado 0.28

Acero, muy oxidado 0.88

Acero, recién laminado 0.24

Acero, superficie rugosa 0.96

Acero, rojo oxidado 0.69

Acero, chapa, niquelado 0.11

Acero, chapa, laminado 0.56

Papel de alquitrán 0.92

Estaño, bruñido 0.05

Tungsteno 0.05

Agua 0.98

Zinc, chapa 0.20

* Las emisividades de casi cualquier material se miden a 0 °C pero no difieren significativamente a temperatura. ** La pintura con acabado en Plata se mide a 25 °C y la temperatura de esmalte a 27 °C