Mantenimiento Predictivo II S 091 Mantenimiento Predictivo II S 09 2 Cualquier cuerpo que se encuentre sobre 0°K, tiene la capacidad de emitir calor, por tanto son fuentes de energía electromagnética. La única diferencia entre la luz visible (entre 400 y 700 nm) y el espectro infrarrojo (entre 700 nm y 1 mm) es la longitud de onda. Mantenimiento Predictivo II S 09 3 E= E => Radiación emitida => Emisividad => Constante de S-B = 5.67 E-12 W/(cm2K4) T => Temperatura en °K 7 6 5 W/cm2 4 3 2 1 0 -1 0 200 400 600 T °K 4 Energía en f(T) 800 1000 1200 Mantenimiento Predictivo II S 09 4 E= 4 Por tanto se debe recordar que las cámaras no detectan temperatura ni calor, detectan radiación térmica. De las variables anteriores se debe concentrar en la emisividad y la temperatura. Si asociamos la emisividad ( ) a un factor de eficiencia, entonces definimos que esta variable : 0 < < 1 Para un cuerpo con =1, la única forma de que la la E = 0 es que T=0, por eso se asegura que cualquier cuerpo con T > 0 °K, produce radiación electromagnética. Con una duplicación de la temperatura el aumento de la radiación es de 16 veces, por lo que para los termógrafos es sabido que un punto ³muy caliente´ irradia una muy considerable cantidad de radiación. Mantenimiento Predictivo II S 09 5 Mantenimiento Predictivo II S 09 6 Mantenimiento Predictivo II S 09 7 http://www.zytemp.com.mx/zytemp/contenido/wp-content/uploads/2007/01/tablas_de_emisividad.pdf Mantenimiento Predictivo II S 09 8 E= 4 Volviendo sobre la emisividad ( ): 0 < <1 El cuerpo con =1 (teórico) se llama cuerpo negro (black body) o radiador universal, toda la radiación que recibe la emite. El cuerpo con =0 (teórico) llamado opaco, por mucho calor que tuviese NO emitiría nada. Los cuerpos reales tienen valores intermedios. Los cuerpos reales, emiten, absorben y transmiten radiación, esto es el fundamento de la Ley de Kirchoff de la radiación. Mantenimiento Predictivo II S 09 9 Ley de Kirchhoff para cuerpos reales Absorbida WE WX Transmitida WINCID Source WV Reflejada Mantenimiento Predictivo II S 09 10 Radiación de cuerpo negro Comportamiento de la radiación en un cuerpo negro Mantenimiento Predictivo II S 09 11 Kirchhoff enuncia el principio del ³cuerpo negro´ luego Planck desarrolla la teoría del quantum (1900) y hace el enunciado de ³ a menor longitud de onda más energía del quantum´ e = hv ; e => energía cuántica; h => Cte de Planck, v => frecuencia Mantenimiento Predictivo II S 09 12 Los cuerpos los clasificamos en función de su capacidad de absorber, emitir y reflejar el calor: CN: =1 ; reflectancia ( ) = 0; transmitancia ( ) = 0; la radiación emitida depende de la temperatura y se muestra constante en toda la curva. C Gris: < 1; obviamente tiene valores de y , pero su carácterística ³utópica´ es que la emisividad permanece constante en todo el espectro, la radiación emitida tiene forma idéntica en toda la curva. C Reales: de onda. < 1, tiene valores de y , estas variables dependen de la longitud Mantenimiento Predictivo II S 09 13 http://www.cida.ve/~briceno/cursos/astrof_observ/clase3/wien.html http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/negro/radiacion/radiacion.htm Los principios del cuerpo negro, cuerpo gris y los cuerpos reales son importantes para entender cómo se comportan los materiales cuando los analizamos con las cámaras infrarrojas. Con base a los principios de Planck y Kirchhoff enuncia su principio del desplazamiento: Lo max = 2897.8 m °K / T Esto es fundamental para saber si una cámara puede o no detectar una temperatura dada. Cámara de Mw Temperatura de 67°C?? Mantenimiento Predictivo II S 09 14 Longitud de onda (m) Rayos gamma Rayos X Ultravioleta Extremo Ultravioleta Cercano Luz Visible Infrarrojo Cercano Infrarrojo Medio Infrarrojo Lejano/submilimétrico Microondas Ultra Alta Frecuencia Radio Muy Alta Frecuencia Radio Onda Corta Radio Onda Media (AM) Radio Onda Larga Radio Muy Baja Frecuencia Radio < 10 pm < 10 nm < 200 nm < 380 nm < 780 nm < 2.5 µm < 50 µm < 1 mm < 30 cm <1 m <10 m <180 m <650 m <10 km >10 km Frecuencia (Hz) >30.0 EHz >30.0 PHz >1.5 PHz >789 THz >384 THz >120 THz >6.00 THz >300 GHz >1.0 GHz >300 MHz >30 MHz >1.7 MHz >650 kHz >30 kHz <30 kHz Energía (J) >19.9E-15 J >19.9E-18 J >993E-21 J >523E-21 J >255E-21 J >79.5E-21 J >3.98E-21 J >199E-24 J >1.99e-24 J >1.99e-25 J >2.05e-26 J >1.13e-27 J >4.31e-28 J >1.98e-29 J <1.99e-29 J Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_electromagn%C3%A9tico" Mantenimiento Predictivo II S 09 15 El espectro infrarrojo es ³mucho´ más amplio que el espectro visible. Mantenimiento Predictivo II S 09 16 La parte del espectro electromagnético que usa el IR se divide en las tres áreas mencionadas, NIR (0,76 y 3 µm) es una de las ventanas más usadas por las cámaras IR, pero es afectada por la radiación solar, igual sucede con le banda intermedia (de 3 a 6 µm) pero es utilizable, luego viene la zona de LWIR (8 y 15 µm) óptimo para uso de cámaras sin filtro o ventana, ideal para cuerpos por debajo de los 100 °C y finalmente está el infrarrojo extremos (XIR entre 15 y 1000 µm) pero entra en conflicto con el espectro de RF, por lo que no es muy utilizado para el uso de instrumentos de medición infrarroja. Mantenimiento Predictivo II S 09 17 Mantenimiento Predictivo II S 09 18 Todo el espectro electromagnético sufre de dos procesos en su entrada a la atmósfera Absorción: Los componentes del aire (CO2, vapor, etc), están a más baja temperatura que las ondas del IR y se convierten en ³conversores selectivos´ de temperatura Dispersión: Es más una redistribución que una pérdida, pero el resultado es similar, las sales, gotas de agus y otras partículas sólidas de la atmósfera redistribuyen el IR y producen una pérdida de contraste entre el blanco y el fondo azul atmosférico. Tipos de detectores Los detectores electromagnéticos son materiales capaces de absorber este tipo de energía entre las longitudes de onda de 1 y 15 µm para convertirla en una señal eléctrica utilizable. Existen básicamente dos tipos: Mantenimiento Predictivo II S 09 19 Térmicos: Son los que reaccionan a los fotones aumentando la energía calórica, se les denomina bolómetros, piroeléctricos, celda de Golay, termocupla y los súperconductores. Cuánticos: Conocidos como detectores semiconductores, al igual que los termales, reaccionan a los fotones, pero lo que hace la energía es excitar los electrones de valencia, pasándolos a la banda de conducción, existen los intrísicos y los extrínsicos. Los más utilizados son de selenio, germanio, cloruro de sodio, diamante, vacío y los polietilenos muy finos. Mantenimiento Predictivo II S 09 20 Desierto de Mojave Spitzer Marte Venus Mantenimiento Predictivo II S 09 21 Algunos ejemplos Mantenimiento Predictivo II S 09 22 Mantenimiento Predictivo II S 09 23 Mantenimiento Predictivo II S 09 24 Mantenimiento Predictivo II S 09 25 Aplicación de estándares en termografía Los entes que se han dado a la tarea de cuidar a los termógrafos son la OSHA por medio de la NFPA 70E ± 70B y NEC y la ASTM E1934 Un estándar de seguridad o salud "requiere condiciones, o la adopción o el uso de uno o más prácticas, los medios, métodos, operaciones, o los procesos, razonablemente necesarios o apropiados para proporcionar empleo o lugares de empleo seguros o saludables". 29 U. S. C. 652(8). Un estándar es creído razonablemente necesario o apropiado dentro del significado de la Sección 652(8) si: Un riesgo significativo de daño material existe en el lugar de trabajo y en el estándar propuesto se reduciría substancialmente o eliminaría ese riesgo del lugar de trabajo. Es tecnológica y económicamente posible Es costo efectivo Es consecuente con una acción previa de una Agencia o apoyado por una justificación razonada para partir de la acción previa de la Agencia Es apoyado por evidencia substancial; y En caso que el estándar es precedido por un estándar de consenso, es capaz de efectuar los propósitos mejor que del Acto de OSH que el estándar que lo precede. NFPA E70, 1970 Mantenimiento Predictivo II S 09 26 Aplicación de estándares en termografía NEC y NFPA 70E NFPA 70E establece requisitos que cada uno de nosotros necesitamos comprender porque las reglas actuales son substancialmente diferente que las del pasado. Hay tres requisitos específicos con respecto a trabajar de termografistas con equipo eléctrico energizado. 1. Las personas que hacen el trabajo deben ser entrenadas y deben ser calificadas. 2. El equipo protector personal (EPP) debe ser utilizado de acuerdo con la exposición al peligro. 3. La evaluación del Destello de Arco debe ser realizada para determinar el nivel apropiado de PPE requerido. Estos requisitos se acercan rápidamente a la corriente principal y nosotros somos responsables para su uso. El NEC y NFPA 70E son muy específicos en sus requisitos para "personas calificadas". La mayor parte de ustedes conocen el ASNT, la Sociedad Norteamericana para Pruebas no destructivas (ASNT por sus siglas en ingles). ASNT establece las calificaciones estándares para establecer los requisitos de la educación y la capacitación del personal implicado en pruebas no destructivas incluyendo pruebas infrarrojas y térmicas. El estándar de ASNT relacionado a los termografistas es el SNT-TC-1A. Este estándar es una guía rigurosa para nosotros al establecer los requisitos de las personas implicadas en muchas áreas de pruebas no destructivas, incluyendo termografía infrarroja. Los dos requisitos específicos para la conformidad con SNT-TC-1A son que tenemos una práctica escrita que describe nuestros requisitos y que llevamos registros documentando de nuestros requisitos de acuerdo con nuestra práctica escrita. Mantenimiento Predictivo II S 09 27 NFPA 70B Los cuatro pasos básicos que deben ser tomados en la planificación y el desarrollo de un programa de mantenimiento preventivo eléctrico que sea efectivo, en su forma más sencilla, son: 1. Compile una lista de todos los sistemas y equipos. 2. Determine cuáles equipos y sistemas son los más críticos y más importantes. 3. Desarrolle un sistema para mantener al ritmo de qué es lo que se necesita terminar. 4. Capacite al personal para el trabajo que necesita realizar, o contrate a empresas externas para realizar los servicios especiales que son requeridos. Según NFPA 70B los elementos claves son: 1. Las inspecciones infrarrojas deben ser realizadas por personal entrenado y calificado. 2. Las inspecciones infrarrojas deben ser realizadas utilizando cámaras infrarrojas (los radiómetros no son adecuados para identificar anomalías). 3. Las inspecciones infrarrojas de sistemas eléctricos energizados deben ser realizadas anualmente, o más a menudo como se crea apropiado para su criticidad y seguridad. 4. La carga eléctrica y las condiciones ambientes deben ser tomadas en cuenta. 5. Los cercos del equipo deben estar abiertos para una vista directa de los componentes eléctricos siempre que sea posible. 6. Las especificaciones de pruebas de mantenimiento de NETA para Equipos y Sistemas de Distribución de Energía Eléctrica sugieren diferencias de temperatura para el uso al establecer la criticidad de las anomalías observadas. 7. Una base de datos es recomendada para facilitar el seguimiento de la condición del equipo con el tiempo y comparar las condiciones actuales y pasadas. Mantenimiento Predictivo II S 09 28 ASTM E1934 ASTM está activa en la comunidad infrarroja y publica varios estándares relacionados al uso de cámaras infrarrojas y, en particular, publica el E1934 ± Guía Estándar para Examinar Equipo Eléctrico y Mecánico con Termografía Infrarroja. Mientras NFPA 70B proporciona unas cuantas guías sencillas (pero cruciales) para el termógrafo, ASTM E1934 proporciona direcciones mucho más detalladas para la metodología apropiada para realizar una inspección infrarroja. Parte de los elementos clave de E1934 incluyen: 1. Compile una lista de todos los sistemas y equipos que serán inspeccionados. (Ibid NFPA 70B) 2. Un sistema de informe es recomendado para facilitar la cobertura de anomalías y dar seguimiento a la condición del equipo con el tiempo para comparar las condiciones actuales con las pasadas. 3. Un termógrafo calificado debe realizar inspecciones infrarrojas de equipo eléctrico energizado y debe ser asistido por un electricista con licencia, ingeniero profesional u otra persona que conoce el equipo y está calificado para trabajar en equipo eléctrico energizado. 4. Las inspecciones infrarrojas deben ser realizadas con cámaras infrarrojas (los radiómetros no son adecuados). ± Ibid NFPA 70B 5. La carga eléctrica y las condiciones ambientales deben ser consideradas. (Ibid NFPA 70B) 6. Los cercos del equipo deben ser abiertos para una vista directa de los componentes eléctricos siempre que sea posible. (Ibid NFPA 70B) 7. Una escala subjetiva de priorización debe ser establecida para juzgar la criticidad de las anomalías observadas. Mantenimiento Predictivo II S 09 29 Composición Rango FOV Mantenimiento Predictivo II S 09 30 Composición Rango FOV Mantenimiento Predictivo II S 09 31 Composición Rango FOV Mantenimiento Predictivo II S 09 32