Volando alto con Infrarrojo
Probando el valor de la termografía Infrarroja a la Fuerza Aérea de
los Estados Unidos
Por
Mike Delo
Igual
que en la configuración de la manufactura, los datos termográfico
pueden ser utilizados como un suplemento a las operaciones de
mantenimiento de un avión tanto en el taller como en vuelo. Los
sistemas del avión tales como eléctrico, propulsión, ambiental,
estática pitot y fluido hidráulico/neumático, pueden ser
inspeccionados utilizando un aparato termal infrarrojo (IR). Los
sistemas del avión utilizan mecanismos electro-hidráulicos,
electromecánicos y electro-neumáticos, que, si están accesibles,
pueden ser diagnosticados para los defectos que utilizan la
tecnología infrarroja. Ya que los termógrafos son imágenes del
calor, el principio de medida esta basado en el hecho que cualquier
objeto físico que irradia energía en longitudes de ondas infrarrojas
dentro de la porción de infrarrojo del espectro electromagnético
puede ser graficada con equipo infrarrojo. Los sistemas probados con
infrarrojo son vigorizados para localizar fallas y datos valiosos
pueden ser reunidos, archivados y referenciados para comparaciones
futuras.
Con la
cooperación del Laboratorio Air Warfare Battle Lab (AWB) de la
Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF), la Misión Térmica
Infrarroja (MTI) demostró que los datos termográfico pueden ser
reunidos, pueden ser valorados y utilizados como un suplemento a
operaciones actuales de mantenimiento del avión. El programa fue
denominado "Ayuda de Diagnostico Termográfico para el Mantenimiento
del Avión" o "TDAM". El objetivo primario fue de demostrar que una
cámara infrarroja comercial recién retirada de los anaqueles de la
tienda, podía ser utilizada como un localizador de fallas valioso
para el mantenimiento del avión para la USAF. El cámara térmica
M7800 de Mikron®, fue escogida debido al diseño duradero del puño
de fusil, las capacidades funcionales, la calificación de golpe de
30G, el rango de temperatura de -20°C a 500°C y la habilidad de los
aparatos para registrar las imágenes infrarrojas así como imágenes
visuales digitales.
Demostración 1
La
primera demostración sucedió en la Base de la Fuerza Aérea de la
Montaña. Nuestros objetivos fueron de proporcionar verificaciones
operacionales en un accesorio colector de un F 15E. Con el colector
conectado a un soporte de prueba, los técnicos aplicaron presión
hidráulica para simular una condición correcta de "non-bypassing".
La imagen térmica en la Figura 1.1 representa el líquido hidráulico
retenido en el lado correcto. La presión hidráulica entonces fue
amplificada para crear una condición de bypass, que es mostrado con
el líquido hidráulico que fluye por el colector (ver la Figura
1-2).
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Figura 1.1 - Accesorio colector sosteniendo
normalmente.
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Figura 1.2 - Accessorio colector en
condicion de "bypass".
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Demostración
2
El
mismo día se nos pidió también confirmar el atrapamiento de agua
dentro de un tablero de control de vuelo del alerón de un F 15C. El
alerón había sido confirmado previamente con una radiografía.
Utilizando una lámpara de calor, el panel fue calentado
aproximadamente 5 minutos mientras era observado con las cámaras
termales (ver la Figura 2). El equipo de demostración observó la
energía térmica emitida de la concentración de agua dentro del
alerón en el aparato infrarrojo. La imagen infrarroja entonces fue
comparada a la radiografía tomada del mismo alerón, que eran
exactas. La radiografía romo 24 horas para producir, nuestra
demostración infrarroja fue producida en 5 minutos.
Figura 2 - Evidencia de ingreso de agua. Tomo tan
solo 5 minutos detectar con la ayuda de una lampara de calor
mientras que el proceso de rayos X tomo 24 horas.
Demostración 3
La
escuadrón 366 solicitó que el equipo de TDAM creara una maqueta
eléctrica en la que dos de los diodos eléctricos exactos fueran
utilizados para simular los sistemas eléctricos y ambientales del
control en un ambiente del taller. El primer diodo había sido
ciclado al final de su vida útil, aproximadamente 50,000,000 de
veces y el segundo era totalmente nuevo con 0 ciclos. El diodo viejo
mostró claramente temperaturas más altas que el nuevo debido a la
avería de sendas eléctricas internas. Esta observación demostró que
una imagen térmica sencilla de cualquier relevo u otra parte
eléctrica del componente pueden ser identificadas claramente y puede
ser reemplazada, antes de que cualquier funcionamiento defectuoso
grave en tierra o en vuelo ocurra.
Demostración 4
Esta
demostración fue realizada utilizando un banco de diez resistencias
en línea. Para propósitos de prueba, una resistencia fue instalada
intencionalmente hacia atrás y otra fue deliberadamente
cortocircuitada a tierra, con el resto para ser conectada
correctamente. Un milliamp de corriente fue aplicado al circuito y
las temperaturas térmicas más altas del lugar fueron fáciles y
aparentemente en ambas resistencias inducidos con defectos.
Demostración 5 y 6
La
demostración 5 fue una prueba en un motor a reacción de Pratt y
Whitney F100-PW-200. El motor se puso a trabajar en ralentí mientras
las imágenes térmicas fueron tomadas y fueron aumentadas al
dispositivo de poscombustión total para la observación adicional en
RPM más altas. El enfoque principal del equipo de demostración fue
capturar los sistemas de purga de aire y de anti congelamiento así
como los componentes exteriores del motor con el generador de
imágenes. La purga de aire y el anti congelamiento son operaciones
esenciales para la seguridad del avión. Las secciones delanteras de
la cala del motor son conductos anti hielo (mostrado en la Figura 3)
y sistemas aéreos de purga operaban bajo condiciones normales, pero
si había un escape en los ductos, mostrarían en el termógrafo como
una pluma térmica grande. Es importante notar que las firmas de
calor presentes en este termógrafo son sólo debido al cambio del
flujo aéreo como aumenta en la temperatura cuando va más despacio al
entrar al sistema.
Figura 3 - Seccion
delantera del ducto de anti congelamiento.
La
etapa decimotercera de aire purgado puede ser observada en la cámara
térmica al ser presurizada y la actuación apropiada de la válvula
anti hielo en sus posiciones abiertas y cerrada (ver la Figura 4.1).
Cuándo las cámaras fueron llevadas de nuevo a la sala de pruebas
para la reunión de informe y evaluación, una firma anormal de calor
(ver la Figura 4.2) fue advertida en el lateral del Pratt y Whitney
F100-PW-200. Los ingenieros de Pratt y Whitney fueron notificados y
fueron consultados acerca de la discrepancia. Ellos investigaron
inmediatamente la anormalidad. Un barómetro fue utilizado por un
técnico de Pratt y Whitney para ver la capa interna del escudo
contra el calor del motor en busca de una perforación u otra fuente
posible de discrepancia. Después de varios diagnósticos técnicos
fueron realizados, la conclusión fue que un pequeño residuo de
aceite había estado presente fuera del compartimiento del motor, por
consiguiente generando la firma de calor.
Figura 4.1 - La etapa 13 de
la purga de aire.
Figura 4.2 - Pluma normal de
escape de motor con la anomalía de la temperatura destacada dentro
de la flecha roja en el termógrafo.
Demostración
7, 8, 9
El
objetivo de la Demostración 7 fue evaluar el uso de la tecnología
infrarroja en un F-15E Strike Eagle en pleno vuelo. Las imágenes
térmicas de numerosos paneles fueron tomadas operando en niveles
normales en el espectro infrarrojo (ver la Figura 5). Los paneles
malos serían revelados por temperaturas más altas que la base de
referencia, por lo tanto aislando el defecto evitando el tiempo de
inactividad operacional. Después de una de las verificaciones
ambientales con la válvula de fase final, detectamos un pequeño
escape alrededor del sello de la válvula. Descargando las imágenes a
un computadora personal con un programa de software de Mikron®,
pudimos encontrar un escape filtrando las temperaturas más bajas a
través de la función de isotermo (Figura 6). El aire del ambiente
que rodea los objetivos puede alterar las interpretaciones y al
descargar las imágenes al software permite al usuario filtrar el
ambiente y las temperaturas ambientales. El equipo de demostración
determinó también que el infrarrojo puede detectar fugas en la
cabina del piloto durante la verificación de la presurización de la
cubierta. Cada punto de escape fue revelado. El técnico se
encontraba por el marco de cala del motor, y podía oír la corriente
de aire, pero no podía sentirla. El aparato fue utilizado para
verificar el escape alrededor de la cubierta (ver la Figura 7).
Figura 5 - Paneles de relevo en condicion normal.
Figura 6 - Fuga del sello de
la valvula.
Figura 7 - Fuga de
presurizacion simulada en la cabina.
Demostración 10
La
demostración 10 se enfoco en el sistema hidráulico durante las
verificaciones de encendido. El fracaso hidráulico significa la
pérdida de la función del control del vuelo, equipo muy valioso y
posiblemente pérdida de la vida. Los sistemas de control de vuelo
fueron una parte importante de la demostración porque es fácil de
ver el estado operacional de algún componente hidráulico accesible.
Es esencialmente importante que la mayoría de los aviones militares
tengan sistemas de respaldo aislado y redundante. Un sistema
hidráulico transmite la energía por medio del flujo líquido bajo
presión que impulsa un pistón encerrado dentro de un activador
mecánico. La fricción reduce el movimiento y la velocidad del
pistón, luchando el activador mecánico. Cuándo la presión del aceite
en ambos lados del pistón llega a ser baja (aceite lubricante), la
fricción excesiva puede ser detectada en forma de calor. El fracaso
del activador puede ser predicho si el usuario está adecuadamente
capacitado para reconocer el problema. Las inspecciones de fase son
ideales para localizar algún componente mecánico defectuoso. La
válvula de control de flujo o la posición de la válvula del selector
pueden ser detectadas al monitorear las temperaturas diferenciales a
ambos lados de la válvula con un aparato infrarrojo. Los escapes
hidráulicos pueden ser detectados y pueden ser localizados
exactamente con muy poca capacitación o experiencia debido a la
temperatura diferencial entre el líquido que escapa y el líquido
todavía bajo presión en la línea. Durante una inspección de los
estabilizadores verticales derecho e izquierdo, fue inmediatamente
aparente que los activadores tuvieron dos firmas térmicas
completamente diferentes. El derecho fue encontrado que estaba
pasando internamente y fue reemplazado inmediatamente.
Demostración 11
La
demostración 11 fue determinar la eficacia del termógrafo en el
sistema de propulsiones. Un F-15E Strike Eagle en pleno
funcionamiento fue establecido en la línea de vuelo para ver el
motor trabajando en su proceso de poscombustión. Un aparato fue
posicionado para capturar el sistema operando de la cara inferior
del jet mientras el segundo capturaba el evento en un ángulo de 45°
a una distancia de 15 a 20 pies. Durante el proceso de poscombustión,
la imagen térmica representa los anillos del rocío de combustible en
perfecta unisonancia en cada etapa de aumento (ver la Figura 8). Los
patrones de la temperatura de la pluma están en un indicar simétrico
perfecto del avión indicando que el sistema opera normalmente. Los
paneles estuvieron también abiertos en la cara inferior del jet que
revela los componentes operacionales del motor. Una cámara térmica
fue puesta para capturar el líquido hidráulico que circula
apropiadamente a través del motor y sus componentes de sistema
operativo. Infrarrojo resultó un instrumento muy valioso para la
localización de fallas para el sistema de propulsión.
Figura 8 - Imagen termal del rocio de combustible.
Conclusiones
La
misión Térmica y la base en la Montaña demostraron exitosamente los
beneficios del programa de TDAM a la Fuerza Aérea de Estados Unidos
y eventualmente podrá ser utilizada finalmente para escribir un
estándar para el mantenimiento de avión del inventario entero.
Mostramos que proporcionando los conceptos y la metodología
apropiados, el personal de mantenimiento de avión puede utilizar
infrarrojo como una valiosa ayuda de diagnóstico y reducir mucho la
cantidad de horas-hombres invertidas en la localización de fallas
para la discrepancia con programas actuales de mantenimiento. Esta
misma tecnología puede ser utilizada en sus instalaciones para
reducir el tiempo de inactividad, aumento de producción, mejorar la
calidad de sus productos y reducir los regresos del producto.
Agradecimiento
Un
agradecimiento especial a Greg Stockton de Stockton Infrared
Thermographic Services, Inc., Randleman, NC, por su ayuda en editar
este articulo.
Michael Delo es Vice Presidente de Mission Thermal Infrared, Inc.,
Aurora, IL. Para mas información sobre el programa de TDAM mande un
correo electrónico a mike@missionthermal.com
