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Enfriamiento de Convicción
ΔT
Cambia con el Viento
Por
John Snell
Muchos
factores influyen las temperaturas de superficies que inspeccionamos con
termografía infrarroja. Uno de los más significativos es el enfriamiento
de convección por viento o corrientes de aire. El hecho de no comprender
completamente la relación compleja entre temperatura en la superficie y
convección puede tener como resultado errores graves de interpretación.
Mientras el impacto del viento es típicamente muy significativo, las
corrientes de aire dentro de muchas plantas son también comunes y, si no
se comprenden, confusas para su interpretación. Un sencillo, pero
convincente, ejemplo es ofrecido aquí y proporciona una oportunidad
valiosa de aprendizaje para todo termografista.
La
Lección
¿Con
qué frecuencia "aprendemos" información pero falla al incorporarlo como
conocimiento? Implicado en el negocio de la instrucción de
Termografístas por casi veinte años, nosotros anticipamos esto
construyendo muchas actividades donde los estudiantes se involucren en
el trabajo para que los puntos claves sean aprendidos y comprendidos en
una manera innegable. Una vez que los estudiantes regresan al trabajo,
sabemos que seguirán aprendiendo y que nuevamente reforzaran al nivel de
intuición por la realidad.
Un
ejemplo excelente vino recientemente a nosotros de uno de nuestros
instructores que realizaba un curso de capacitación de Nivel I en una
central eléctrica grande en la costa del Golfo de México. Durante la
clase, los estudiantes realizaron un ejercicio práctico de campo e
inspección de su subestación grande de distribución. Como a menudo se el
caso por la costa, había una brisa constante de 12 MPH del Golfo. Al
inspeccionar un conjunto de interruptores de circuito rellenos de aceite
(ICA) en el patio de distribución para la central eléctrica (Figura 1),
varios estudiantes encontraron un "lugar de peligro" en el lado de la
carga del buje de la fase-B; mostró claramente una diferencia de
temperatura de 13°F sobre la fase normal. Con las cargas trabajando al
máximo, como estaban, este aumento de temperatura fue tomado como una
preocupación, sin embargo no fue suficiente prioridad para justificar
una acción inmediata. Los estudiantes notaron también una anomalía casi
imperceptible en la Fase-B del lado de la línea que fue indicada por un
ΔT
de sólo 4°F. Ambas anomalías pueden ser vistas en la Figura 2. Ambas
parecían estar relacionadas a una mala conexión en la parte superior del
ensamble del buje.
La
figura 1 - Un conjunto de interruptores de circuitos de 3 fases rellenos
de aceite (ICA) visto del exterior (izquierda) y otro conjunto (derecha)
del interior, con el aceite drenado, mostrando la parte de la estructura
del buje y los contactos.
Los
estudiantes tuvieron serias dudas acerca de la certeza de las
temperaturas que habían medido.
Figura
2 - En esta imagen, tomado durante un viento de 12 MPH, dos problemas
pueden ser vistos; uno es obvio, mientras el otro no es.
El termografista
dio a ambos
prioridad baja.
“¿Qué
si estamos equivocados"? se preguntaban a sí mismos en la clase esa
tarde. Todos sentían que el asignar esa reparación de prioridad tan baja
para un equipo que era importante quizás era un error. Como parte del
curso de Nivel I, acababan de tener una discusión exhaustiva del impacto
de realizar una inspección en el viento. Habían aprendido acerca de cómo
la Ley de Newton del Enfriamiento define las relaciones que impactan la
convección (vea la Figura 3). Supieron que las relaciones que determinan
"H" (velocidad, orientación, superficie, geometría, y viscosidad) fueron
interactivas y complejas. Fue claro que también fue difícil de
cuantificar en una situación de campo como si ellos se hubieran
encontrado sin el software sofisticado y la experiencia para utilizarlo.
Mientras habían escuchado de programas que podrían hacer las
correcciones sencillas para el viento, hicieron caso del aviso del
instructor que las cosas no eran necesariamente así de sencillas.
Su
comprensión intelectual había sido reforzada mientras observaban una
demostración sencilla dentro del aula, con una asombrosa incredulidad.
En la demostración, una corriente de aire de 15 MPH causó que la
temperatura de un calentador de resistencias cayera de 320°F a menos de
140°F en cuestión de minutos. ¿Podría estar sucediendo la misma cosa en
el patio debido a un viento de 15 MPH?
El
instructor de Snell discutió la situación y desafió a la clase a buscar
más profundo y realmente encontrar la verdad acerca de las situaciones
críticas de los ICA´s. Temprano, a la mañana siguiente, se encontraron
otra vez antes de clase, tomaron las cámaras infrarrojas y se dirigieron
al patio. La superficie del Golfo era tan cercana. Las cargas eléctricas
en la planta estuvieron en normal.
Las
condiciones para una inspección
de
seguimiento fueron
perfectas.
Aunque
la mitad de los estudiantes lo esperaba, sinceramente fueron todos, los
que se quedaron impactados por lo que vieron (ver la Figura 4). La
ΔT
de la carga lateral del buje había aumentado de 13°F a 36°F. La conexión
del buje de la línea lateral, que había sido apenas perceptible el día
anterior, ahora mostró una
ΔT
de 14°.
¿Qué
había cambiado? Sólo la velocidad del viento. ¡Fue un problema de
convección sencillo de la transferencia del calor - viento reducido
significó enfriamiento reducido! También ahora innegablemente obvio fue
el hecho que ambos problemas provinieron de las malas conexiones
internas de la cabeza del buje, y fueron problemas mucho más graves que
lo que había parecido ser inicialmente. Había algo de duda de que la
calefacción en la fuente de la alta resistencia estuvo más caliente de
lo que apareció en la superficie del buje observado. Posteriormente esa
mañana, absortos por su experiencia de aprendizaje, nuestro fiel grupo
de jóvenes Termografístas hizo una recomendación para planificar futuras
pruebas (análisis ultrasónico y de gas disuelto) y, basado en esos
resultados, hacer la reparación en la próxima oportunidad disponible.
Figura
3 – Ley de Enfriamiento de Newton
Esta es
una experiencia de la que todos podemos aprender, ya sea que seamos
novatos o veteranos. Los Termografístas pueden reconocer que ese
enfriamiento de convección tiene un impacto, pero ¿cómo podemos estimar
lo que será? Desgraciadamente, no es tan sencillo como algunos nos
hubieran creído. La realidad de la transferencia de calor en y alrededor
de un componente en particular es generalmente bastante compleja. Por
esto, los Termografístas deben evitar utilizar cualquier software
sencillo disponible que emplea un solo factor de corrección para todas
las situaciones de convección. Estos programas producirán resultados
que, en toda probabilidad, son inexactos y deben ser considerados
sumamente sospechosos por un termografista capacitado.
Para
hacer correcciones exactas de la temperatura de situaciones auténticas
requieren un análisis detallado, habilidad para moldearlo, y la
confirmación de resultados para cada situación encontrada. Las variables
tales como la forma de los componentes, su orientación, y las
condiciones locales precisas implicadas son todo necesario para un
cálculo exacto de la corrección. ¿Vale todo este esfuerzo? Eso depende
de las consecuencias de tener los datos inexactos contra datos exactos.
Situaciones como este conjunto de ICAs probablemente justifiquen un
análisis cuidadoso dado la variabilidad de las condiciones locales, y
del costo y criticalidad del equipo.
Figura
4 – El mismo conjunto de ICA´s fue reinspeccionado a la mañana
siguiente, esta vez sin viento. Los resultados fueron alarmantes,
resultando en una orden de reparación a la siguiente oportunidad
disponible.
Los
Termografístas siempre deben estar conscientes que los componentes que
inspeccionamos en estas situaciones son enfriados por convección, viento
o las corrientes de aire. Es probable que el enfriamiento, aún para
corrientes de aire tan bajas como 5 MPH, serán suficientemente
significativas que uno o ambas de las siguiente dos cosas serán verdad:
•
Cualquier conexión caliente que usted encuentra durante la convección
estará más caliente cuándo la convección es reducida.
• Usted
puede perder enteramente algunos problemas porque sencillamente están
siendo enfriados debajo del umbral de detección.
Las
inspecciones realizadas a veces cuándo la convección está por encima de
aproximadamente 10 MPH deben ser emprendidas sólo con gran cuidado. La
naturaleza exacta de las conclusiones debe ser verificada en un día de
calma o por otros métodos de prueba. La velocidad del viento debe ser
medida o debe ser estimada en el sitio de la inspección; escuchando el
boletín meteorológico no es suficiente. De hecho, en un caso, los
autores encontraron vientos de 18 MPH en contra del viento al final de
una subestación grande y de sólo 5 MPH a favor del viento al inicio! La
estructura de la subestación en si misma tuvo influencia.
Dos
métodos sencillos pueden rendir una comprensión exacta de condiciones de
convección locales:
•
Utilice la Escala de Viento de Beaufort, una versión simplificada
aparece en la Figura 5, para estimar la velocidad del viento basada en
su efecto en los alrededores.
•
Utilice cualquiera de las nuevas "estaciones de tiempo" portátiles ahora
disponibles en el mercado.
Figura
5 – La escala de viento de Beaufort
Estos
dispositivos notables miden exactamente de manera instantánea, el
máximo, o las velocidades promedio del viento, así como la temperatura
aérea, humedad relativa, el punto de rocío, el índice de calor, y otros
parámetros.
(Para
más
información vea
la Recomendación de Snell).
A
propósito, la historia de nuestros amigos en las Instalaciones de la
Costa del Golfo terminó sin peligro y felizmente. Poco después de la
clase, ellos hicieron otra inspección imprevista por otras razones, y
siguieron la recomendación de los estudiantes para hacer las
reparaciones.
El daño
a las conexiones en ambos bujes fue obvio y extenso, confirmando sus
peores sospechas. Después de que las reparaciones fueran hechas, los
estudiantes tomaron una última imagen térmica para verificar que habían
sido efectivos (ver la Figura 6). ¡Usted puede tener la seguridad de que
el viento no soplaba cuando esta última imagen fue tomada! Habían
aprendido bien su lección y no cometerían el mismo error otra vez.
Figura 6 - Una inspección de seguimiento después de que las reparaciones
fueron hechas, es sumamente recomendado. La imagen térmica, tomada
durante condiciones ideales de carga y ningún viento, claramente muestra
que las reparaciones fueron efectivas.
John
Snell, presidente y fundador de Snell Infrared, le a enseñado a las
personas a utilizar esta extraordinaria tecnología desde 1983. El fue la
primera persona en el mundo en recibir la certificación ASNT Nivel III
en el método termal/infrarrojo y continúa muy activo profesionalmente en
diversos comités de estándares y en conferencias. Para aprender más
sobre termográfica y de Snell Infrared visite http://www.snellinfared.com.
Este
artículo fue presentado originalmente como una presentación en
ThermalSolutions, uno de los eventos pioneros en el mundo de los
Termografístas infrarrojos.
Para mayor
información
de la
conferencia visite
www.thermalsolutions.org |
