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Viendo
ventanas Infrarrojas claramente
Equivocaciones comunes
Por
Martin Robinson
Este artículo fue publicado en
Uptime®
Magazine
en su edición de enero del 2006
La
mayoría de cámaras termográficas están basadas en la tecnología de las
cámaras digitales y por lo tanto requiere de estar directamente en el
sitio para grabar una imagen exacta. Las inspecciones son estorbadas por
los diseños de gabinete que oscurecen los componentes del objetivo para
ser capturado y los Termografístas son puestos en riesgo por tener que
abrir gabinetes o puertas en una tentativa para entrar a los componentes
internos que desean capturar. Aún las evaluaciones de riesgos más
completas y declaraciones de método no pueden evitar los riesgos obvios
implicados.
El uso
de puertos Infrarrojos de Inspección se están convirtiendo en un lugar
más común, de hecho, los fabricantes de paneles eléctricos ahora están
colocando puertos Infrarrojos de inspección, parrillas, pantallas de
malla, etc. en una tentativa para hacer sus paneles infrarrojos
amigables.
Mientras un puerto de inspección infrarrojo queda de manera permanente
en un panel eléctrico, el termografista tiene que dar una cuidadosa
consideración a varios asuntos antes de decidir qué tipo de ventana de
Inspección infrarroja se adapta mejor a sus requisitos individuales. La
ventana ideal infrarroja es una que permitiría pasar toda la radiación
infrarroja con cero pérdidas. Desgraciadamente, con los materiales
actualmente disponibles, no podemos lograr la transmisión perfecta de
100%.
Podemos, sin embargo, podemos acercarnos mucho con algunos materiales
(el revestimiento de Zinc Selenide tiene una tasa de transmisión del
pico infrarrojo de 99%). Tenemos que tratar de mantener los valores de
la emitancia y la reflectancia tan bajo como sea posible para lograr un
valor tan alto d la transmitancia como sea posible. Esto es logrado en
varias maneras tales como materiales de revestimiento con una capa anti
reflectancia para reducir la reflectancia y escoger el material correcto
para la longitud de onda infrarroja más conveniente para su cámara. Sin
embargo una tasa alta de transmisión no es la propiedad más importante
de una ventana Infrarroja, de hecho hay muchos otros factores que pueden
tener un efecto muy perjudicial en los resultados reunidos por las
ventanas infrarrojas.
Tasas
de
Transmisión
El
gráfico en la figura 1 demuestra las tasas de transmisión de los
materiales escogidos y de donde caen en la onda larga (LW longwave por
sus siglas en ingles)) y Onda corta (SW shortwave) las longitudes de
ondas infrarrojas. Usted puede ver que es imprescindible considerar el
tipo de equipo utilizado, como algunas materiales serán inapropiadas
para el uso con una cámara LW (Zafiro Al2O3) y cámaras de SW (Germanio
Ge). Algunos materiales son convenientes para el uso tanto con las
cámaras LW como las SW (ZnSe), aunque estos materiales tienden a ser más
costosos por esa razón.
FIGURA
1 – Tasas de Transmisión de Materiales de ventanas IR
Nota:
Al decidir en las tasas de transmisión de los materiales infrarrojos,
asegúrese que el vendedor cotice contra una longitud de onda conocida.
Nuestra investigación ha mostrado que en el campo de PdM la mayoría de
termografía de LW está en aprox. 9 µM y el SW está en aprox. 4 µM. Usted
debe pedir la transmisión infrarroja en estas longitudes de onda.
La cosa
más importante para recordar con respecto a las tasas de transmisión
infrarroja es que usted debe saber en que tasa de transmisión y longitud
de onda opera su ventana infrarroja. Es irrelevante a la medida si es
99% o 50%, como la cámara/software calculará la temperatura basada en la
tasa de transmisión que usted pone en el cálculo. Por lo tanto usted
debe estar seguro que la tasa de transmisión es correcta.
La
figura 2 muestra cómo las lecturas calculadas de la temperatura cambian
cuando usted varía las tasas de transmisión. Las tasas de transmisión
fueron cambiadas de 99% a 50% utilizando la misma imagen. Esto dio una
diferencia de 11,8 °C. La cosa significativa a notar, otra que la
diferencia de la temperatura, es que la temperatura calculada aumenta
cuando la tasa de transmisión disminuye. Así que, si su tasa de
transmisión es demasiado alta, la temperatura calculada es demasiado
¡baja! Esto causará problemas verdaderos si usted utiliza la temperatura
como los medios de clasificar las fallas o planificar el mantenimiento.
FIGURA
2 – Transmisión vs. Temperatura
Propiedades Mecánicas
de los
materiales
De la
figura 3, usted puede ver que las propiedades físicas de los materiales
varían considerablemente. Otras áreas que usted necesita considerar
son:
Consideraciones ambientales
¿Es la
ventana para uso interior o exterior? ¿Será sometida a condiciones
ambientales severas? (UV, lluvia, nieve, agua salada, ácidos o
alcalinos, temperaturas extremas, etc.)
Consideraciones Operacionales
Algunas
materiales son menos sólidos que otros, el número de la dureza de Knoop
indica la resistencia a la penetración local. Los materiales sólidos
tales como el Zafiro (Al2O3) tiene un número alto; los materiales
frágiles como el Fluoruro de Bario tienen un número bajo. Por lo tanto,
los operarios deben tener una seria consideración a los ambientes de
operación en los que piensan utilizar las ventanas infrarrojas como el
escoger el material equivocado sería un ejercicio muy costoso!
|
Material |
Símbolo Químico |
Largo de onda |
Reflexión
(dos capas) |
Dureza de Knoop |
Soluble al agua |
|
Fluoruro de Calcio |
CaF2 |
0.13 – 10 |
5 % |
158 |
Si |
|
Zafiro |
AI203 |
0.15 - 5.5 |
14 % |
2000 |
No |
|
Polímero IR |
N/A |
0.15 – 22 |
21 % |
n/A |
No |
|
Germanio |
Ge |
1.8 – 23 |
53 % |
780 |
No |
|
Selenoide de Zinc |
ZnSe |
0.5-22 |
29 % |
120 |
No |
|
Fluoruro de Bario |
BaF2 |
0.15 – 12.5 |
7 % |
82 |
Si |
FIGURA
3 – Comparación de las propiedades de los Materiales IR
Nota:
Los fabricantes le dan demasiada importancia a proporcionar un material
con un valor infrarrojo muy alto de transmitancia a las ventanas IR. Más
consideración debe ser dada a las condiciones ambientales y
operacionales en las que la ventana será utilizada. Usted quiere una
ventana que será funcional para la vida del panel en donde es colocada.
Nunca cambie propiedades mecánicas por tasas infrarrojas más altas de
transmisión. Usted no las necesita, pero necesita una ventana que
durará.
Emisividad o Emitancia
La
emisividad de un objeto es la proporción de energía resplandeciente
emitida por ese objeto dividido por la energía resplandeciente que un
cuerpo negro emitiría en esa misma temperatura. Si la emitancia es la
misma en todas las longitudes de ondas, el objeto es llamado un cuerpo
gris. Algunas materiales industriales cambian su emisividad con la
temperatura y a veces con otras variables también. La Emisividad siempre
iguala la absorción e iguala también 1 menos la suma de la reflectancia
y transmitancia (E = UN = 1 - T - R).
Los
gabinetes eléctricos, están llenos de materiales diferentes de
emisividad variable pueden variar de 0,95 a 0,15 y, como se indico,
estos valores pueden cambiar con el tiempo y la temperatura. ¡La figura
4 muestra, al igual que con la transmisión, como las temperaturas
calculadas se pueden afectar adversamente si usted las obtiene mal y, al
igual que con la transmisión, si su emisividad es demasiada alta, la
temperatura es demasiado baja! Por lo tanto es imprescindible que el
termografista sepa la emisividad de los componentes del objetivo dentro
del panel. Otro método utilizado por los Termografístas es cubrir o
revestir todos objetivos con un material de un emisividad conocida
(ejemplo. cinta aislante, pintura de barbacoa, etc).
FIGURA
5 - Emisividad vs. Temperatura
La
figura 4 ilustra las lecturas cómo las temperaturas calculadas cambian
cuando usted varía las tasas de emisividad. Las tasas de emisividad
fueron cambiadas de 99% a 50% utilizando la misma imagen. Esto dio una
diferencia de 12,2 °C
Nota:
El peor caso sería de obtener el emisividad y la transmisión totalmente
equivocada. En el ejemplo mostrado en la figura 4, la temperatura con la
emisividad y transmisión puesta a 0,95 es 39,1 °C. Si ahora cambia la
configuración de emisividad y transmisión a 0,50 la temperatura
calculada ahora cambia a 73,6 °C, un aumento de 34,5 °C - casi dos veces
la temperatura aparente original. Otra vez, apenas al igual que con la
transmisión, esto causará verdaderos problemas si utiliza la temperatura
como los medios de clasificar las reparaciones o planificar el
mantenimiento.
Posisionando sus ventanas de IR
Una vez
que usted ha decidido el material que va mejor con sus requisitos de
ambiente operacional, el próximo paso es decidir donde quiere
posicionar sus ventanas IR. El termografista debe identificar primero
los componentes del objetivo que él desea medir durante su programa de
inspección. Una vez que esto ha sido completado las siguientes áreas
necesitarán de investigación antes de completar las especificaciones de
ventanas IR:
FIGURA
5 - Campo de visión de calculo estándar con ángulo de visión compuesto
Campo de
visión
El
diámetro de la ventana necesario es una función del campo de vista del
lente y la distancia desde la ventana al componente en el que el
termografista necesita ver. Tradicionalmente, el campo total de la vista
es calculado multiplicando dos veces la distancia por la tangente de la
mitad el ángulo.
Los
cálculos de la figura 5 muestran eso, utilizando un lente de 82° FOV en
un plano compuesto, hasta 8,41 pies cuadrados pueden ser vistos dentro
del panel. Sin embargo, durante una inspección que un termografista no
tiene una cámara en un ángulo fijo, y puede manipular una cámara a
varios ángulos al examinar una ventana IR. Esto aumenta substancialmente
el campo de la vista. Recomendamos que el ángulo de la cámara de la
incidencia donde posiblemente nunca exceda 30 grados de un objetivo
perpendicular, que iguala a aumentar el FOV por arriba a aprox. 3 veces.
Recomendamos que si usted necesita trabajar a ángulos extremos, usted
debe considerar utilizar lentes angulares más anchos si es posible).
La
Figura 6 muestra como el FOV es aumentado al multiplicar el FOV
calculado hasta 3 veces.
Aunque
estas figuras puedan parecer impresionantes, el operario debe tener en
cuenta que es poco práctico utilizar un factor de la multiplicación por
encima de 3, como poner en correlación las imágenes a sus posiciones
verdaderas dentro de los paneles puede causar problemas y dar resultados
pobres debido a ángulos extremos, obstrucciones internas, etc. Por lo
tanto se aconseja que un factor máximo de multiplicación de 2 sea
utilizado para mantener la integridad de la imagen e identificar
cualquier ubicación de la falla.
Espacios Libres dieléctricos
Un área
muy importante de preocupación es la distancia segura máxima entre la
ventana IR y algún componente vivo; esto es llamado el espacio libre
dieléctrico. El espacio libre dieléctrico, mínimo y recomendado es así:
5 Kv de
Equipo no menos de 4 pulgadas!!
15 Kv
de Equipo no menos de 6 pulgadas!!
Debe
notarse que bajo ninguna circunstancia los espacios libres mínimos no
pueden ser cedidos.
FIGURA
6 – Campo estándar de visión calculada sin ningún arreglo en el ángulo
de visión
Rangos de presión
El
operador debe estar enterado de cualquier rango de IP dentro de los
paneles en el alcance del esquema; bajo ninguna circunstancia se debe
comprometer la integridad del panel. Si el panel es un panel de rango IP
entonces la ventana escogida de IR debe empatar ese valor de IP
(preferiblemente mayor), de otro modo asuntos relacionados con la
seguridad y la garantía pueden surgir.
Certificaciones
Si el
panel que piensa instalar en la ventana lleva cualquier marca de
certificación entonces, donde razonablemente sea practicable, estas no
deben ser violadas de ninguna manera. En el caso de un panel con
certificación UL, usted sólo debe considerar utilizar componentes UL
reconocidos; una cuestión que se pregunta regularmente es cómo la
instalación de ventanas afecta el estado de UL del panel?
• El
componente (en este caso, la ventana IR) puede ser instalada en el campo
o en la fábrica. El asunto es la lista del producto en el campo que será
instalada. Instalar este producto en el campo no anula la marca de la
lista. Los clientes a menudo modifican los ensambles que son UL
enlistados y marcados. Ninguna modificación hecha en el campo es
cubierta por una marca existente de UL. Por lo tanto, UL no es
responsable de la certificación de estas listas.
•
Cuándo cambios son hechos a la lista de ensambles que afectan la
calificación del equipo, UL hará una inspección de campo del equipo
modificado para re-certificar el equipo, asegurándose de que cumple con
los requisitos de UL. Un cliente puede solicitar que esto sea realizado.
La ventana IR tendrá que ser añadida al procedimiento de UL para ese
aparato. Si no es cubierto en el procedimiento de UL entonces UL no
re-certifica.
• En
los casos donde la ventana de infrarrojo no es la parte de una lista del
producto UL, hay otra opción, la evaluación de campo por UL. Desde que
la ventana de infrarrojo es un componente reconocido de UL, UL debe
poder proporcionar una marca de UL que verificaría el producto
modificado que ha sido evaluado. Sin embargo, esto probablemente no
sería requerido en la mayoría de los casos.
Diseño
de ventana IR
El
termografista ahora tiene toda la información que requiere y ahora solo
le falta tomar una decisión final. Esta es, el diseño o el tipo de
ventana IR que piensa utilizar. Una ventana IR suena más complicado de
lo que es realmente. Aunque hay varios tipos de ventanas disponibles, no
hay nada que detenga al termografista de diseñar una ventana para el uso
de alguna inspección particular que él puede desear completar. Una
ventana IR es básicamente un cristal óptico y algo que lo sostiene. Hay
innumerables fabricantes de óptica disponibles para el termografista y
la mayoría de las compañías de óptica podrán aconsejar el mejor cristal
a utilizar para la tarea particular en mano.
Puede
decidir no utilizar un cristal, si el componente en que usted esta
interesado es alguna distancia de la cubierta y la parrilla protectora
puede ser utilizado en lugar del cristal. Sin embargo, debe asegurarse
que la parrilla sea IP2X certificada, esto es que el tamaño de la
parrilla debe ofrecer protección contra objetos ajenos con diámetros más
grandes que 12 mm. Este método puede reducir apreciablemente los gastos
de capital requerido y tiene los beneficios adicionales de permitir las
inspecciones ultrasónicas de los paneles de control así como las
inspecciones termográficas.
Ahora
es tiempo de decidir sobre el diseño del portador óptico. El campo de
visión, el equipo del lente y el tamaño de la ventana son todas
funciones del diseño y deben cubrir todos los parámetros requeridos
antes de que el portador es fabricado. Usted debe incluir también una
cubierta protectora en el diseño ya que los cristales son muy costosos y
a veces muy frágiles. Esté enterado que al adoptar este enfoque la
ventana IR no ha sido probada ni es certificada (como discutido en
certificaciones) a ningún estándar reconocido y la aprobación local debe
ser obtenida para certificar su uso.
Si
usted decide no implicarse en este proceso hay varios fabricantes que
venden ventanas probadas y certificadas de IR y podrán aconsejarle en la
mejor ventana para adaptarse a su aplicación y sus especificaciones
particulares.
FIGURA
7 – Ejemplos de puertos de visión IR
Adaptando una ventana IR
Antes
de adaptar una ventana IR en cualquier componente es importante que el
termografista se asegure que todas regulaciones de construcción,
eléctricas y de salud locales y normas de seguridad son estrictamente
cumplidas y no son quebrantadas de ninguna manera.
Los
siguientes puntos se deben incluir estrictamente al adaptar una ventana
IR:
1. La
ventana IR debe ser instalada y proveerla de servicio por personal
eléctrico calificado.
2.
Desconecte la fuente de energía antes de trabajar dentro o fuera del
equipo.
3.
Siempre utilice un aparato clasificado apropiadamente para confirmar que
toda las Fuentes de energía están desconectadas
4. Una
vez que la ventana ha sido adaptada, coloque nuevamente en su lugar
todas las puertas y cubiertas antes de encender nuevamente el equipo
RECUERDE QUE EL NO CUMPLIR CON ESTAS INSTRUCCIONES TENDRA COMO RESULTADO
LA MUERTE O UNA HERIDA GRAVE.
El
adaptar las ventanas IR apropiadamente, interrumpirán las operaciones
diarias de una compañía, por lo tanto asegúrese de planificar su
instalación durante los cierres planificados.
Utilizando ventanas IR
Una
cosa importante para recordar cuando se usan ventanas IR es identificar
la ventana con un número único. Esto será invaluable, especialmente
cuando tiene múltiples ventanas en paneles eléctricos, etc. Es también
conveniente identificar el tipo y la longitud de onda del cristal. Los
datos más esenciales para registrar es la tasa de la transmisión del
cristal y también la emisividad del componente o los componentes que
usted mide por la ventana IR. La manera más efectiva de utilizar
ventanas es, donde sea posible, preparar todos los componentes que van a
ser inspeccionados con cinta aislante o pintura para que tengan la misma
emisividad. De esta manera, todos los componentes que serán
inspeccionados tendrán la misma tasa de transmisión y las lecturas de
emisividad, consecuentemente los resultados reunidos serán más exactos.
Debe
ser advertido que es posible que haya múltiples objetivos por la ventana
IR. Estos necesitan ser registrados en la etiqueta de identificación. El
método más común de localizar los objetivos requeridos es utilizando el
método de la cara de reloj, (ejemplo: las conexiones de la Barra de Bus
a las 4 horas, etc). Todos estos datos pueden ser colocados en
etiquetas, los ejemplos son mostrados en la figura 8.
FIGURA
8 – Ejemplo de etiquetas de identificación de ventanas IR
Alternativas a las ventanas IR
La
razón por la que nosotros como Termografístas queremos utilizar ventanas
IR se han discutido en este artículo, sin embargo a veces nosotros no
seremos capaces de aplicar su uso, y la necesidad de ver algunos otros
métodos para facilitar una medición directa de la temperatura.
 
FIGURA
9 – Cubiertas de transformador FIGURA 10 – Panel de
switches aislantes
Diseños
de paneles y pantallas modificados
Algunos
fabricantes de paneles han pensado en esto y han incluido cubiertas
ligeras de diamantes. Estas son cubiertas que tienen una serie de hoyos
en la cubierta, permitiendo al termografista ver los componentes dentro
del panel para tomar las lecturas directas de la temperatura. Esto es
mejor que tomar las temperaturas indirectas de las cubiertas. Aunque
usted puede detectar las temperaturas altas, el inconveniente principal
con este tipo de paneles es que es muy difícil de identificar
precisamente donde las temperaturas altas están.
Alternativa
de
lentes
especiales
También
hay lentes especiales disponibles que permiten tomar imágenes por un
hoyo pequeño en el panel. La punta del lente tiene un diámetro pequeño
(aprox. 16 mm) y un FOV ancho, el ejemplo representado del "Spyglass"
tiene un 53°H X 40°V (66° Diagonal) FOV y un alcance de enfoque de 4” a
45”. Esto permite a los componentes ser vistos fácilmente y no tienen un
efecto perjudicial en la integridad estructural del panel
inspeccionado.
Resumen
Para un
termografista hay muchos beneficios al utilizar ventanas IR. La lectura
directa de temperatura siempre será el medio preferido para reunir
información, especialmente en maquinaria crítica de la planta. Las
ventanas IR son una ventaja en cualquier programa de inspección y
quitan la necesidad de:
•
Evaluaciones Complejas de riesgo y declaraciones de métodos antes de
"abrir un panel" para su inspección.
• Abrir
los paneles y exponer la mano de obra a componentes vivos potencialmente
peligrosos.
•
Permisos para aislar y cerrar los paneles.
•
Volver a arrancar la planta después del cierre.
FIGURA
11 – Lentes “Spyglass” (foto cortesía de Mikron)
Los
beneficios adicionales por utilizar ventanas IR son:
•
Mejores resultados de la inspección termográfica, ya que son medidas
directas de la
temperatura.
•
Mejora de la confiabilidad de la planta.
• Lugar
de trabajo más seguro para el termografista.
•
Reduce la cantidad de tiempo y costos implicados en una inspección
termográfica, ya que no se requiere de ningún cierre.
Las
ventanas IR hacen nuestro trabajo más seguro, más rápido y más exacto,
pero sólo cuando son instaladas y utilizadas correctamente. Si no se
tiene especial cuidado a los asuntos comentados en este artículo el
puerto de inspección dará resultados inexactos que llevan a un
diagnóstico pobre, anulando así la razón de adaptarlos en primer lugar.
Martin
Robinson es el propietario único de G M Tecnologies. El es el diseñador
y el fabricante de los Sistema de Ventana Infrarroja IRISES y accesorios
de termografistas. Martin es consejero de varias compañías grandes de
paneles de interruptores en ventanas infrarrojas. Es miembro del grupo
de trabajo de termógrafos del British Institute of Non Destructive
Testing (BINDT) , actualmente implicado en establecer el ISO para los
estándares de capacitación para los termografistas en el Reino Unido.
Martin es un analista de Vibración nivel 2 y un termografista nivel 3.
Antes
de abrir G M Tecnologies, Martin estuvo en el Ejército durante 16 años.
Despues trabajó para Ford Motor Company como ingeniero diesel en sus
motores de prototipo a suministradores de componentes por todo el mundo.
Fue durante esta época que fue introducido al IR - en catalizadores de
Escape y múltiple, lo utilizó en todos sus proyectos R&D y quedo
enganchado!
Martin
vive en Chelmsford, Reino Unido, donde esta felizmente casado. Él y su
esposa Debbie son los orgullosos padres de ocho hijos. |
