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Cámaras termográficas por infrarrojos: Un manual para los técnicos de sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado

 
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¿Alguna vez le ha hervido la sangre por un costoso fallo que se ha producido después de efectuar una rutina de mantenimiento? ¿Alguna vez ha deseado tener una bola de cristal donde ver el futuro o sencillamente para ver sucesos que ni los equipos de medida tradicionales ni su mirada pueden desvelar? En comparación con los equipos de medida tradicionales, las cámaras termográficas simplemente parecen tener la cualidad de predicción de las bolas de cristal. Al llevar nuestras capacidades de visión más allá del espectro visible hasta el espectro de calor radiado, empezamos a vislumbrar las cualidades de predicción que verdaderamente nos pronostican las probabilidades futuras.

Las cámaras termográficas funcionan en el espectro de infrarrojos y siguen las mismas leyes que los termómetros por infrarrojos, pero las similitudes se acaban ahí. Los termómetros por infrarrojos informan de la temperatura media de un punto. Las cámaras termográficas por infrarrojos son parecidas a las cámaras digitales y, en la práctica, son cámaras por infrarrojos. Una pantalla LCD muestra una 'película' de la imagen infrarroja cuando el usuario selecciona la imagen, enfoca y, a continuación, dispara para registrar la imagen. Además de resaltar las variaciones de temperatura y los puntos calientes en tiempo real en la pantalla LCD, las cámaras termográficas incluyen ahora IR-Fusion®*, una tecnología que combina una imagen de luz visible o visual con una imagen térmica para una identificación, un análisis y una gestión de imágenes mejores. A pesar de todo esto, no somos conscientes de la capacidad de la tecnología termográfica hasta que la imagen registrada se descarga en una computadora, se analiza con el software suministrado y se almacena en una base de datos comparativa junto con unas descripciones, unas notas y una fotografía real para comparar la imagen infrarroja con la imagen digital. En el programa informático la imagen puede revelar puntos específicos de temperatura, una serie de lecturas de temperatura y las temperaturas mínima-máxima-media de una zona seleccionada de la imagen, permite ajustar la emisividad y la reflectancia, permite ajustar el nivel y la ganancia, permite cambiar la paleta (de colores, escala de grises o hierro, el cual es una paleta de colores con tonos más suaves), etc.

La termografía está ganando una reputación incalculable en el diagnóstico y el mantenimiento predictivo en sectores como el de distribución eléctrica, mantenimiento de plantas, plantas petroquímicas y aplicaciones de procesos, solo por nombrar algunos. ¿Qué sector es más adecuado para la termografía aparte del sector de los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado de dinámica térmica? Los sectores de análisis térmico dinámico de las piezas móviles (motores, rodamientos, poleas y cintas), calidad de los circuitos eléctricos (motores de arranque y contactores, interruptores de desconexión, fusibles, barras colectoras y conexiones eléctricas), pérdida o ganancia de calor en conductos, pérdida o ganancia de calor en cerramientos acondicionados, filtraciones de tejados con membrana grabada, estado de funcionamiento del compresor (temperaturas de calor relativo, sumidero, succión y descarga y, funcionamiento del descargador o de la derivación del gas caliente), análisis de los colectores de vapor, radiadores y convectores, bucles radiantes o cualquier procedimiento que pueda revelar la integridad del proceso mediante temperaturas comparativas. La gama completa de aplicaciones de las cámaras termográficas en los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado solo se puede conocer cuando estos instrumentos estén en manos de la creatividad de los técnicos de sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado.

Uso de una cámara termográfica

Un técnico de sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado que interpreta una imagen térmica es similar a un médico que interpreta una imagen de rayos X o de resonancia magnética. Puede parecer que esto no augura nada bueno, pero ya cuenta con la experiencia y los conocimientos en sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado para saber qué anda buscando. Solamente hay que añadir varios conceptos sobre la naturaleza de la termografía y listo.

La radiación por infrarrojos va más allá del espectro de radiación visible. Nuestros ojos reciben la luz radiada que se refleja en superficies o que se emiten desde determinadas fuentes y nuestro cerebro la interpreta. La radiación por infrarrojos es calor que irradia un material o que se refleja en el mismo; es una radiación que nuestros ojos no ven. Nuestra piel es el mejor sensor de la radiación por infrarrojos. Sentimos la radiación procedente del fuego. Sentimos la ausencia de radiación cuando estamos de pie junto a una pared fría. Una cámara termográfica interpreta el calor radiado o reflejado por infrarrojos mediante la asignación de una graduación visible de colores o una escala de grises a un retrato radiado de la escena. La paleta de colores muestra los puntos calientes en blanco y de rojo-naranja-amarillo-verde-azul-añil-violeta a negro cuanto más fría es la temperatura. La paleta de escala de grises también muestra los puntos calientes en blanco y, a medida que disminuyen las temperaturas, se produce un oscurecimiento progresivo de los tonos de gris hasta el negro, siendo éste el punto más frío. Esto nos permite ver una representación visual del espectro de infrarrojos que nuestros ojos no son capaces de ver. Lo que aparentemente parece una desconexión en un estado de funcionamiento normal se puede revelar como que el polo L2 está funcionando unos 21 °C más caliente (rojo) que el polo L1 (azul). Cargas idénticas, pero temperaturas diferentes. Esta desconexión tiene un problema que no se veía. La cámara termográfica toma una 'imagen' de todo el dispositivo y sus conexiones eléctricas con temperaturas comparativas. Todos los materiales del mundo absorben, reflejan y transmiten radiación infrarroja en función de sus propiedades físicas.

Radiación infrarroja = absorción + reflexión + transmisión

Cualquier radiación infrarroja absorbida se emite por igual. No hemos encontrado materiales que absorban y emitan perfectamente toda la radiación infrarroja. Un material que absorbe toda la radiación infrarroja se denomina 'cuerpo negro' y tiene una emisividad de uno (1). La mayoría de los materiales de interés que hemos encontrado se denominan 'cuerpos grises' dado que no son emisores perfectos; cercanos quizá, pero no perfectos. La transmisión a través de elementos sólidos siempre se puede ignorar en el trabajo de campo, con la excepción de las películas de vidrio y plástico, a las que se denomina 'cuerpos no grises'. Esto simplifica nuestra fórmula de trabajo a:

Emisividad = 1 - reflectancia

La reflectancia es inversamente proporcional a la emisividad. Cuanta más radiación infrarroja refleje un objeto, menos radiación emite. La reflectancia se puede juzgar relativamente según nuestras determinaciones visuales de la reflectancia. El cromo pulido tiene una reflectancia muy alta y una emisividad muy baja. El acero inoxidable cepillado tiene menos reflectancia y más emisividad. El latón y el cobre deslustrado tienen aún menos reflectancia con una emisividad proporcionalmente mayor. La mayoría de las superficies pintadas tienen una gran emisividad y una reflectancia insignificante.

'Calidad frente a cantidad'

La mayor parte de las tareas de termografía son cualitativas en vez de cuantitativas. La exactitud de la temperatura es cuantitativa, mientras que la relatividad de la temperatura es cualitativa. Al visualizar un contactor, por ejemplo, el interés reside en la diferencia de temperatura de los 12 puntos de contacto. ¿Tienen todas las conexiones eléctricas la misma temperatura (T1-L1, T2-L2 y T3-L3)? ¿Son las temperaturas coherentes entre los contactos fijos y los móviles (T1C-L1C, T2C-L2C y T3C-L3C)? Al ver un punto de temperatura elevada, pensamos en una conexión eléctrica deficiente o en un fallo en los puntos de contacto sin preocuparnos de que la temperatura registrada estaba fuera del intervalo por un leve porcentaje. Las superficies pintadas tienen una alta emisividad y un margen muy pequeño de error cuantitativo. Por lo tanto, nuestra imagen térmica de un compresor, un motor, unos rodamientos, unos colectores de vapor, unos transformadores, etc. tenderá a ser bastante exacta sin tener que seguir los pasos necesarios para ajustar con exactitud la emisividad de la cámara termográfica.

Ajuste de la emisividad

Las cámaras termográficas tienen ajustes de emisividad y reflectancia. Ambas son fáciles de medir y de compensar cuando la necesidad de lecturas cuantitativas supera a la de lecturas cualitativas.

Para realizar ajustes de emisividad, una banda de cinta aislante negra se puede adherir a una superficie y, las superficies con cinta y sin cinta se pueden medir con la cámara termográfica. La emisividad estará ajustada cuando la temperatura de la superficie sin cinta sea igual a la de la superficie con cinta. En el caso de superficies con alta temperatura, se puede emplear una sonda de temperatura de contacto para medir la temperatura de la superficie y, a continuación, se puede ajustar la emisividad hasta que la temperatura por infrarrojos equivalga a la de contacto. También dispone de gráficos que enumeran la emisividad…

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