Termografía: clave para mantener la productividad de la industria PROCESOS. Herramienta para el mantenimiento predictivo.

Transcripción

1 24 PROCESOS Termografía: clave para mantener la productividad de la industria * Juan Sebastián Rincón Gerente Confiabilidad y Control de Calidad Equipos y Controles Industriales. Foto: Herramienta para el mantenimiento predictivo. Es posible reducir considerablemente los costos de reparación en planta utilizando la termografía como herramienta para las diferentes etapas del mantenimiento. Esta técnica localiza con exactitud y antelación los potenciales problemas, evita interrumpir los procesos productivos y alarga la vida de los equipos. El análisis termográfico aplicado al mantenimiento y basado en confiabilidad es una técnica que cada vez cobra mayor fuerza en la industria colombiana. Hace algunos años, la mayoría de empresas que requerían medir y controlar el nivel de la temperatura de sus procesos lo hacían a través de servicios outsourcing, hoy en día, los empresarios reconocen el valor de tener sus propias cámaras termografías para realizar el control en el momento que lo precisen. Actualmente, la tecnología termográfica es mucho más asequible y los ingenieros de mantenimiento y de producción son cada vez más conscientes que estos activos no representan un costo sino una inversión, ya que con ellos se pueden detectar fallos en los equipos para programar el mantenimiento, evitar la detención de las

2 PROCESOS 25 para prevenir la degeneración y la pérdida de rendimiento de los sistemas y equipos. Así mismo, ha tenido aplicaciones en otros en campos de investigación y desarrollo, para desarrollo de materiales, para el diagnóstico médico y veterinario, en el sector agrícola y en el desarrollo de materiales, en el área de semiconductores y nanotecnología. Foto: Monitoreo del nivel de un tanque de almacenamiento a través de termografía. máquinas prematuramente y para prolongar la vida útil de la máquina. De hecho, la termografía es clave para mantener la productividad de la empresa, ahorra costos de reparaciones y minimiza el riesgo de accidentes laborales por cortos circuitos o incendios. Esencialmente, infrarrojos La termografía es una técnica que mide la energía infrarroja irradiada de la superficie de un cuerpo, un objeto, material o equipo en cuestión y la convierte en una medida equivalente (una imagen visible llamada termograma), para ello se usan termovisores o cámaras que detectan la energía infrarroja sin contacto con el objeto. Los termovisores utilizados en la termografía emplean un sistema de lentes para enfocar la energía irradiada desde la superficie del objeto, una vez es capturada esta energía es medida por un detector que luego transforma la información en una imagen visible en la pantalla de la cámara, representada por un color diferente o un nivel de escala de grises y rojos. La imagen se puede almacenar en un soporte digital o en video, para su revisión, análisis e informes en una etapa posterior. Esta técnica surge en la esfera militar como parte de la termografía estratégica, para la seguridad y el control de zonas en conflicto y como mecanismo de protección en los enfrentamientos bélicos. A nivel industrial, la termografía es útil, principalmente, para encontrar puntos más calientes de lo normal, lo que generalmente indica desgaste o un posible fallo, en tableros eléctricos y equipos rotativos (motores). Una vez, ya la técnica se consolidó en estos campos empieza a ser utilizada como parte integral de los procesos de manufactura. Por ejemplo, para hacer inspecciones y encontrar fallas en líneas y en trampas de vapor, y para la detección de niveles de tanques y depósitos. También es muy útil en una gran variedad de industrias que emplean hornos y calderas en sus procesos, tuberías refractarias, estufas, incineradores, equipos de craqueo y reactores, en el sector petroquímico y agroindustrial, Gracias a su versatilidad, la termografía también es empleada en las industrias siderúrgica y la metalmecánica, en aplicaciones como: Laminación de acero: en un tren de laminación, una medición continua de la temperatura de formación entre los rodillos individuales optimiza el proceso y garantiza la calidad. El matrizado: dentro del proceso de matrizado, la temperatura de la pieza en bruto necesita ser medida antes que sea formada en caliente. Además, la temperatura debe de ser medida después del formado y antes de ser almacenada. Mantenimiento: dentro de la industria metalúrgica es de gran importancia y ayuda a la detección temprana del desgaste en el revestimiento refractario de vagones torpedos, vagones de escoria y cucharas de colada. El mantenimiento preventivo elimina y reduce el riesgo de perforaciones. Temple por inducción: durante el proceso de endurecimiento por inducción, la supervisión de un tiempo óptimo de temperatura es esencial para lograr la microestructura deseada de metal. Procesos por arranque de viruta: en los procesos de mecanizado es factible colocar una cámara termográfica y analizar la temperatura que genera la herramienta de corte sobre el material que se desbasta para determinar perfiles de temperatura que puedan afectar la estructura del material.

3 26 PROCESOS el usuario considera que, simplemente es adquirir un buen equipo y escanear el proceso. No obstante, resulta que los operadores necesitan estar capacitados y conocer los distintos materiales y circunstancias que influyen en las lecturas de temperatura de la cámara termográfica. Foto: En la producción de acero el análisis termográfico es muy útil para controlar las temperaturas superficiales del proceso de laminación, matrizado y temple. Soldadura: la termografía es empleada para controlar el perfil de temperatura del cordón de soldadura y observar como es el comportamiento del mismo. De hecho, la Facultad de Ingeniería Industrial de la Universidad Javeriana, con uno de sus grupos de investigación de ergonomía, está utilizando actualmente esta técnica para analizar el estrés térmico que genera la radiación ultravioleta de los procesos de soldadura sobre el operario, con el fin de controlar y proponer medidas para reducir la fatiga térmica de estos trabajadores. Después del tiempo, la temperatura es la segunda variable más medida a nivel mundial. De hecho, es difícil encontrar un proceso industrial en donde la temperatura no tenga ninguna participación directa o indirecta. Inspección de moldes: para el control de la temperatura superficial de la cavidad de moldes metálicos de inyección de plásticos o metales no ferrosos que deben ser precalentados antes del vaciado del material. Algunos de los factores más importantes que influyen en las lecturas de temperatura y que necesitan ser configurados previamente para realizar un análisis correcto son los siguientes: 1. Conductividad térmica: los distintos materiales tienen propiedades térmicas diferentes. Por ejemplo, el aislamiento se suele calentar lentamente, mientras que los metales se suelen calentar rápidamente. Esto se denomina conductividad térmica. La diferencia en la conductividad térmica de dos materiales puede provocar importantes diferencias de temperatura en ciertas situaciones. 2. Emisividad: para leer bien las temperaturas, hay que tener en cuenta un importante factor: la emisividad. La cual se define como la capacidad que tiene un cuerpo para emitir infrarrojos. Depende en gran medida de las propiedades de los materiales del cuerpo. Esta variable se puede ajustar en los equipos de termografía con base en las tablas de emisividad entregadas por el fabricante. Es muy importante establecer la emisividad correcta en la cámara o, de lo contrario, las mediciones de temperatura no serán correctas. 3. Reflexión: algunos materiales reflejan la radiación térmica del mismo modo que un espejo refleja la luz visible. Entre estos están los metales no oxidados, especialmente si se han pulido. Las reflexiones pueden provocar una interpretación incorrecta de la termografía. Así, por ejemplo, la reflexión de la radiación térmica del propio operador podría indicar falsos puntos calientes. Por lo tanto, el operador debe elegir cuidadosamente el ángulo desde el que la cámara termográfica apunta al objeto, Principales errores al realizar mediciones termográficas Normalmente y por norma internacional, quien hace el juzgamiento es un termógrafo acreditado de nivel dos y quien toma la termografía es un termógrafo acreditado nivel uno, pero muchas empresas no tienen su personal capacitado en termografía, y lo que hacen es adquirir el equipo y se quedan con la capacitación operativa del equipo, con la capacitación en el manejo de la cámara y no van un poco más allá. En efecto, e nivel industrial, existe un fuerte desconocimiento en la interpretación termografica, algunas veces Foto: En el país existen diferentes compañías que capacitan y certifican termógrafos nivel uno y dos, entre ellas Equipos y Controles Industriales, con el apoyo del Infrared Training Center ITC.

4 PROCESOS 27 con el fin de evitar dichas reflexiones. Si el material de la superficie del objeto tiene una baja emisividad, como el metal no oxidado mencionado anteriormente, y existe una gran diferencia de temperatura entre el objeto y la temperatura ambiente, la reflexión de la temperatura ambiente influirá en las lecturas de temperatura de la cámara termográfica. 4. Condiciones meteorológicas: la temperatura ambiente puede tener una gran influencia en las lecturas de temperatura. Una elevada temperatura ambiente puede ocultar puntos calientes al calentar todo el objeto, mientras que una temperatura ambiente baja podría enfriar los puntos calientes hasta una temperatura inferior a un umbral determinado previamente. Como es obvio, la luz solar directa también puede tener una gran influencia, no obstante, tanto la luz solar directa como las sombras pueden influir en el patrón térmico incluso varias horas después de que haya terminado la exposición a la luz solar. Otro factor meteorológico que se debe tener en cuenta es el viento. Los flujos de aire refrigeran el material de la superficie, reduciendo las diferencias de temperatura entre las áreas calientes y las frías. Otro factor evidente que puede inutilizar la inspección por termografía es la lluvia, que enfría el material de la superficie. Incluso cuando acaba de llover, la evaporación del agua enfría el material de la superficie. Como es lógico, esto puede provocar patrones térmicos incorrectos. 5. Sistemas de calefacción y ventilación: Las influencias externas en la temperatura de la superficie también se pueden encontrar en el interior. La temperatura ambiente puede influir sobre la temperatura de la superficie del objeto, pero también hay otro factor: el control del clima. Los sistemas de calefacción crean diferencias de temperatura que pueden generar patrones térmicos incorrectos. Cómo encontrar la mejor solución? Los desarrolladores de termovisores ofrecen equipos portátiles y fijos; los primeros le dan gran versatilidad al usuario de llevarlo a cualquier lugar de la planta para hacer la termografía en el momento que se necesite. Mientras que un equipo fijo es utilizado para hacer termografía 7/24 donde es indispensable monitorear un proceso de manera continua las 24 horas del día y los siete días de la semana. Específicamente, en el segmento portátil existen diferentes gamas (baja, media y gama alta), las cuales ofrecen lecturas en diferentes rangos de temperatura, resolución y sensibilidad, a mayor gama más alta es la capacidad de captura y mayor es la sensibilidad del equipo. Existen básicamente cinco requisitos esenciales que se deben evaluar al investigar una combinación apropiada de la cámara termográfica, el software y la formación: 1. Resolución de la cámara / calidad de la imagen: la calidad de la imagen o resolución de la cámara es un factor importante. Los modelos básicos más económicos tienen una resolución de 60 x 60 píxeles, mientras que los modelos avanzados de alta gama tienen una resolución de 640 x 480 píxeles. Las cámaras Foto: termográficas con una resolución de 320 x 240 o 640 x 480 píxeles ofrecen una calidad de imagen superior. Para inspecciones más avanzadas, la resolución de 640 x 480 píxeles se está convirtiendo en la referencia para los termógrafos profesionales. Una cámara con 640 x 480 píxeles tiene puntos de medición en una imagen, cuatro veces más que una cámara con 320 x 240 píxeles y puntos de medición. No solo mejora la precisión de la medición, sino que también existe una gran diferencia en la calidad de la imagen. Una alta resolución ayuda a ver, medir e interpretar con mayor precisión. Mediante una cámara con una resolución mayor, se puede cubrir un objeto de mayor tamaño en una sola imagen. Con una resolución inferior, se necesitan más imágenes para cubrir la misma zona con el mismo nivel de detalle. 2. Sensibilidad térmica: la sensibilidad térmica define la magnitud de una diferencia de temperatura que la cámara puede detectar. Mientras mejor sea la sensibilidad térmica, menor será la diferencia de temperatura mínima que la cámara termográfica puede captar y mostrar. Por lo general, la sensibilidad térmica se describe en ºC o mk. Las cámaras termográficas más avanzadas para mantenimiento predictivo tendrán una sensibilidad térmica de 0,03 C (30 mk). Las cámaras termograficas pueden conectarse a un teléfono inteligente o a un tablet mediante Wi-Fi para procesar y compartir resultados, así como para utilizar los dispositivos como control remoto.

5 28 PROCESOS La capacidad de detectar estas diferencias de temperatura en minutos es importante en la mayoría de las aplicaciones termográficas. Una sensibilidad alta de la cámara es particularmente importante en aplicaciones de mantenimiento predictivo en las que las diferencias de temperatura son pequeñas. Estas pequeñas diferencias de temperatura pueden aportar información esencial para diagnosticar el problema y planificar nuevas acciones. Los equipos de gama baja tienen una sensibilidad que oscila de 0 C a 250 C; la gama media de -20 C hasta 650 C y los de gama alta de -20 C hasta 2000 C 3. Precisión: Todas las mediciones pueden presentar errores y, desafortunadamente, las mediciones de temperatura con termografía no son una excepción. Aquí es donde la precisión termográfica entra en acción. En los documentos técnicos de termografía, la precisión se expresa en porcentajes y en grados centígrados. Este es el margen de error en el que operará la cámara. La temperatura medida puede variar desde la temperatura real al porcentaje mencionado o la temperatura absoluta, la que sea mayor. El estándar del sector actual para la precisión es de ±2% / ±2 C. Las cámaras termográficas más avanzadas obtienen una puntuación aún mejor: ±1% / ±1 C. 4. Funciones de la cámara: un aspecto sumamente importante es elegir una cámara con diferentes funcionalidades, para que el operador puede realizar una inspección precisa fácilmente. Dentro de las funciones claves en las cámaras están: Emisividad y reflexión: la emisividad se define como la capacidad que tiene un cuerpo para emitir infrarrojos, mientras la reflexión tiene que ver con el reflejo de la radiación térmica que tienen los materiales, del mismo modo que un espejo refleja la luz visible. Ambas, dependen en gran medida de las propiedades de los materiales del cuerpo La capacidad de definir la reflexión y la emisividad marca una gran diferencia. Al adquirir una cámara termográfica es recomendable que se asegure de que estas funciones se incluyen en el diseño. Intervalo y corrección de niveles manual: otra importante función de la cámara es la opción de definir manualmente el intervalo y el nivel de las termografías mostradas. Sin esta función, la cámara detectará automáticamente las temperaturas máxima y mínima de toda la escena y mostrará todas las temperaturas en ese intervalo. Sin embargo, en ocasiones, el operador solo está interesado en una pequeña parte de esa escala de temperaturas. Por ejemplo: un operador que inspecciona las líneas de transmisión eléctricas en un día frío. Fusión térmica: esta función permite al operador combinar sin problemas dos imágenes definiendo parámetros de temperatura dentro de los que se muestran datos térmicos y fuera de los cuales se muestra la foto digital. Esto permite aislar problemas, identificar mejor los componentes que se deben reemplazar y crear informes sobre los mismos y realizar reparaciones más eficientes. Mediante la función Imagen en imagen, el operador puede combinar imágenes de la cámara digital y la cámara termográfica. Imagen en imagen: mediante la función Imagen en imagen, el operador puede combinar imágenes de la cámara digital y la cámara termográfica. La imagen combinada muestra un recuadro sobre la foto digital con una sección de la termografía que se puede desplazar y cambiar de tamaño. Esto permite al operador localizar mejor los problemas. Iluminación LED: aunque una cámara termográfica no necesita luz de ningún tipo para producir termografías nítidas, es recomendable elegir una cámara con una luz integrada. Disponer de una luz en la cámara garantiza que la cámara digital integrada de luz visible pueda producir imágenes claras, necesarias para aprovechar al máximo las funciones Imagen en imagen y Fusión térmica, independientemente de las condiciones de iluminación. 5. Software: tras realizar la inspección, es probable que tenga que presentar los resultados de la misma a sus responsables o clientes. El análisis de termografías y la creación de informes de inspección completos son tareas importantes. Es recomendable que se asegure de que su cámara termográfica incluye un paquete de software básico que le permita hacer esto. *Autor Juan Sebastián Rincón. Ingeniero Mecánico y de Manufactura Especialista en Sistemas Gerenciales de Ingeniería de la Pontificia Universidad Javeriana de Bogotá y Especialista en Inteligencia de Negocios de la Pontificia Universidad Bolivariana de Medellín. Con 5 años de experiencia en Dptos de mantenimiento, producción, operaciones y proyectos de ingeniería en empresas de los sectores químico y siderúrgico. Actualmente se desempeña como Gerente del Dpto. de Confiabilidad y Control Calidad en Equipos y Controles Industriales desarrollando soluciones para la industria con técnicas predictivas basadas en condición como termografía y alineación láser de ejes y vibraciones. Adicionalmente dentro de los departamentos de control de calidad de procesos en las industrias llevando soluciones en metrología dimensional como parte de los procesos de control de calidad. jrincon@eci.com.co / / PBX: (57-1) Foto:

6 PROCESOS 29 Fácil y rápido acceso Todos los poveedores Único directorio sectorial Especializado del sector - Metalmecánico - Metalúrgico - Siderúrgico Maquinaria, herramienta, insumo y servicio La página es visitada por más de 2000 lectores al mes Para mayor información: info@metalactual.com Pbx: (57 1) Fax: (57 1)