Este documento presenta información sobre termografía y medición de temperatura. Explica conceptos clave como emisividad, transferencia de calor, longitud de onda infrarroja y comportamiento de la radiación térmica. También describe el funcionamiento básico de una cámara termográfica y algunas de sus aplicaciones comunes como detección de fallas eléctricas y análisis de procesos industriales.
1. S l i F UKE T fí
Soluciones FLUKE en Termografía y
Medición de Temperatura
Medición de Temperatura
Ing Miguel Mendoza
Soporte y Preventa Fluke
Tel. (656) 627 0099
E-mail: miguel.mendoza@dominionmexico.com.mx
2. Agenda
¿Que tanto sabe usted de Termografía?
• ¿Que tanto sabe usted de Termografía?
• Teoría Básica de Infrarrojos
– Que es termografía
Que es termografía
– Conducción, Convección y Radiación
– Espectro electromagnético
– Sistema infrarrojo
– Energía emitida, transmitida y reflejada (ε y RTC)
Resolución óptica
– Resolución óptica
• Cámara termográfica Ti25
– Contenido del paquete
Contenido del paquete
– Especificaciones
– Operación
2
8. ¿Que es termografía?
• Utiliza “cámaras”
electrónicas para detectar
energía radiante o calorífica
energía radiante o calorífica
producida por una imagen
visual llamada termo grama
g
(o fotografía térmica)
• Algunas cámaras deducen la temperatura basadas en la
cantidad de radiación detectada
• Termografía es una poderosa herramienta para resolver
problemas de mantenimiento en maquinaria y en la
construcción
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 8
9. Cámara termográfica
Que es una cámara termográfica?
Las cámaras termográficas son instrumentos que crean
imágenes de calor en vez de luz. Estas miden energía
infrarroja (IR) y convierten los datos en imágenes
correspondientes a su temperatura
correspondientes a su temperatura.
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 9
10. Beneficios de la termografía
El d di i i i f j di i á id
El uso de dispositivos infrarrojos proveen mediciones rápidas, seguras y con
exactitud de los objetos en:
– Movimiento ó muy calientes
Movimiento ó muy calientes
– Difíciles de alcanzar
– Imposibles de apagar
– Imposibles de apagar
– Peligrosos al contacto
Donde el contacto puede
– Donde el contacto puede
dañar, contaminar o
cambiar su temperatura
p
También nos ayuda a localizar muchos problemas en sus primeras etapas por lo
regular antes que sean vistos o encontrados por cualquier otro método.
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11. Calor Vs. Temperatura
• El CALOR es solo una forma particular de energía. Cuando un
objeto cambia su temperatura energía calorífica es trasferida
• La TEMPERATURA es una medición del calentamiento relativo
de un material comparado con alguna referencia conocida
11
12. Temperatura
• Es la medición que nos permite saber que tan caliente o frío se
encuentra un cuerpo con respecto a una referencia conocida
• Las escalas Celsius y Kelvin utilizan la misma división,
mientras que Fahrenheit y Rankine utilizan una más pequeña
ºC = (ºF – 32) / 1.8
ºF = (ºC * 1 8) + 32
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 12
ºF = (ºC * 1.8) + 32
13. Calor
• Es una forma en que la energía es presentada
• Cuando un objeto cambia su temperatura es por que energía
j p p q g
calorífica es transferida
• Es importante pensar en calor como una cantidad de energía,
dada en Calorías o BTUs
• Una caloría es la cantidad de
energía requerida para elevar
la temperatura de un gramo
de agua un grado centígrado
de agua un grado centígrado
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14. Transferencia de calor
• En un sistema cerrado la energía total es constante. Ley de la
conservación de la energía.
• El calor siempre es transferido de caliente a frío hasta que un
equilibrio sea alcanzado
• En termografía usualmente
se encuentran dos estados
de transferencia de energía:
de transferencia de energía:
– Estado Estable
– Estado Cambiante
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15. Métodos de transferencia de calor
• Existen tres métodos para la transferencia de energía calorífica:
C d ió C ió R di ió
Conducción Convección Radiación
Ts
Temperature
of heated
surface
SURFACE
*Solidos* *Solidos y Gases* *Ondas
Electromagnéticas*
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 15
16. Transferencia por conducción
• Es la transferencia de calor de una molécula a otra en un sólido
y algunas veces a un líquido. Depende de:
– La conductividad de material
Dif i d t t
– Diferencia de temperatura
– Área sobre la cual la energía es transferida
Q = k/L * ∆T * A
Q = Calor transferido
k = Conductividad térmica
L = Espesor del material
A = Área
∆
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 16
∆T = Diferencia de temp.
18. Capacitancia térmica
• Es la habilidad de un material para almacenar energía
• La capacitancia térmica puede tanto confundir como ayudar en
f
inspecciones debido a que afecta la velocidad en que cambia la
temperatura
• Entre más denso es un material mayor es su capacitancia
• Entre más denso es un material mayor es su capacitancia
térmica
– La temperatura en las paredes
de un tanque pueden diferir
si están en contacto con un
si están en contacto con un
material de alta capacitancia
vs un material de baja capa-
citancia (aire)
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 18
( )
19. Capacitancia térmica
Es la habilidad de un material para almacenar calor y describe la
capacidad de los materiales para cambiar de temperatura.
Esta habilidad depende directamente de la densidad del material y
Esta habilidad depende directamente de la densidad del material y
de su calor específico
– Algunos materiales como
el agua se calientan o se
e agua se ca e ta o se
enfrían lentamente,
mientras que otros como
el aire cambian su
temperatura rápidamente
Termografía Ti30/Ti20 19
20. Diferencia de temperatura ∆T
• Cuando ∆T se incrementa también la transferencia se
incrementa
• Cuando ∆T se decrementa también la transferencia se
decrementa
• Cuando no existe ∆T
no existe transferencia
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 20
22. Transferencia por convección
• Se presenta principalmente en fluidos y durante este proceso el
calor es transferido por conducción de una molécula a otra
después de haberse mezclado.
Q h * ∆T * A
Q = h * ∆T * A
Q = Calor transferido
h = Coeficiente de convectividad
A = Área
∆T = Diferencia de temp.
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 22
23. Coeficiente de convección “h”
• El coeficiente de convección depende de:
– Velocidad del flujo
– Orientación de flujo
– Condición de la superficie
– Geometría
Viscosidad
– Viscosidad
• No es simple de cuantificar
No es simple de cuantificar
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 23
24. Tipos de convección
• Convección natural. Ocurre debido a los cambios en la densidad
del fluido
• Convección forzada. Es provocada por una fuerza externa como
el viento, una bomba ó un ventilador
• La regla de oro de la convección es:
– Viento a 10 mph puede reducir
la ∆T a la mitad
– Viento a 15 mph puede reducir
Viento a 15 mph puede reducir
la ∆T en 2/3
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 24
25. La Conveccion es poderosa
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 25
26. Transferencia por radiación
• La radiación infrarroja es radiación electromagnética con
longitudes de onda mas largas que la luz visible pero más cortas
que las microondas
– Viaja a la velocidad de la (3 x 108 m/s)
– Viaja en línea recta en
forma de onda
forma de onda
– Todos los objetos arriba
del cero absoluto (0ºK)
di i f j
radian infrarrojos
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 26
27. Propiedades de la IR
• Todos los objetos emiten radiación infrarroja
• No es dañina
• No puede ser vista por el ojo humano pero si puede sentirse en
la piel
• Cualquier objeto con temperatura arriba del cero absoluto (-
273ºK) emite radiación infrarroja
• Los objetos emiten radiación infrarroja en distintas longitudes de
onda
• Entre mayor es la temperatura mas corta es la longitud de onda
y mayor es la radiación emitida
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 27
28. Calor y luz visible
• Cuando un objeto alcanza aproximadamente 644ºC luz visible
es emitida
• La luz visible tiene mas corta longitud de onda que la radiación
infrarroja
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 28
29. Espectro electromagnético
VISIBLE
G
TV
Onda en mm
UV Infrared
X-rays
Gamma
Rays
Radio
EHF SHF UHF VHF HF MF LF VLF
0.1A 1A 100A 1µ 100µ 1cm
1mm 1m 1km 100km
Longitud de onda
g
1000 C
30
20
15
10
8
6
4
3
2
1.5
1
0.8
0.6
0.4
VISIBLE
30
Longitud de onda en µm
Region de medición infrarroja
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 29
Region de medición infrarroja
30. Radiación térmica infrarroja
•La energía infrarroja es emitida desde un objeto como una onda
electromagnética.
L t d t d
•Los componentes de esta onda son:
– Amplitud (A)
– Longitud de Onda (λ)
Longitud de Onda (λ)
λ
A
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 30
31. Radiación de un emisor perfecto
9
1 10
8
1 10
9
SUN
λmax T = 2898 µm-K
1 10
6
1 10
7
DIATED
POWER
SUN
2000C
1 10
4
1 10
5
RELATIVE
RAD
2000C
1000C
100
1 10
3
BLACKBODY
500C
200C
0 1 1 10 100
1
10
25C
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 31
0.1 1 10 100
WAVELENGTH (um)
Aplicaciones generales 8 – 14 um
Alta temp. 1 – 2 um
32. Longitudes de onda comunes
• Aplicaciones generales 8 a 14 µm
• Respuesta de longitudes de onda para aplicaciones únicas
– Plastico delgado 3 µm
– Plastico grueso 7 µm
– Vidrio 5 um
– Alta temperatura 1µm
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33. Comportamiento IR
Emisividad, reflectividad, transmisividad
R+T+E = 1
R+T+E = 1
R = Energía Reflejada
T E í T itid
T = Energía Transmitida
E = Energía Emitida
Energía reflejada
Energía Transmitida
Energía Emitida
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34. Ecuación Stefan-Boltzmann
• La intensidad de la radiación emitida desde un objeto es
determinada por la ecuación de Stefan-Boltzmann.
• La radiación es proporcional a la cuarta potencia de la
temperatura absoluta de la fuente y a su emisividad.
є = Emisividad
W = ε * S * T4 S = Constante Stefan-Boltzmann
T = Temperatura absoluta
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 34
35. ¿Que es la emisividad?
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 35
36. ¿Que es la emisividad?
• La emisividad mide la habilidad de los objetos para absorber y
emitir energía radiada
• Los valores de emisividad real son típicamente obtenidos en
tablas o determinados experimentalmente.
• Una superficie teniendo una emisividad de “0.0” se considera
como un reflector perfecto
• Una superficie teniendo una emisividad de “1.0” se considera
como un cuerpo negro
Si fi i d l i ifi
• Si una superficie es de color negro no significa que sea un
cuerpo negro (ε = 1.0)
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37. Emisividad y cuerpos negros
Cuerpo Negro
Cuerpo Negro
Ideal
“Cuerpo Real”
I
I
I
T
ε
ε
I
I
R
ε
I
ε
ε
ε
I
Absorbe y emite perfectamente
la energía
Alguna energía es
reflejada y transmitida
Emisividad (ε ) < 1
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 37
Emisividad (ε ) =1
38. Ejemplos de cuerpos grises
• Goma negra
– R = 0.05; T = 0.00; E = 0.95
• Plástico delgado
– R = 0.05; T = 0.80; E = 0.15
• Aluminio
– R = 0.88; T = 0.00; E = 0.12
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 38
39. Tabla de emisividad (No metálicos)
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 39
40. Tabla de emisividad (Metálicos)
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 40
41. Métodos de comparación
• Existen dos métodos de comparación para determinara la
emisividad:
– Determine la temperatura del objeto utilizando un RTD o un termopar,
mida la temperatura del objeto con el sensor IR y ajuste la emisividad
p j y j
hasta que alcance el valor correcto de temperatura
– Si es posible aplique pintura lisa negra sobre una porción de la superficie
– Si es posible, aplique pintura lisa negra sobre una porción de la superficie
del objeto. La emisividad de la pintura debe ser aproximadamente 0.98.
Mida la temperatura de la parte pintada con emisividad ajustada en 0.98.
Finalmente mida la temperatura adyacente al objeto y ajuste la emisividad
Finalmente mida la temperatura adyacente al objeto y ajuste la emisividad
hasta que la temperatura sea la misma
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 41
42. ¿ Son las mismas temperaturas ?
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 42
43. ¡Alta y baja emisividad!
*>48.4°C
48.0
42 0
44.0
46.0
38.0
40.0
42.0
34.0
36.0
*<31.8°C
32.0
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44. Angulo de Vision
• Trabaje tan cerca de la
perpendicular como le sea posible.
• Este atento a los cambios de
temperatura radiante devido a
p
• Cambios en el angulo de vision
• Variaciones de forma de su objetivo
• Orillas de Objetos curvos a menudo
parecen estar a temperaturas
diferentes
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 44
45. Mediciones en vidrio
• El vidrio cuenta con una región de transición entre 3 y 5
micrones, haciendo posible medir tanto la superficie como
debajo de ella
0.2 mm (10 Mil)
1.0
P di t t
1 5 mm (60 Mil)
.8
.6
sión
Para medir temperaturas a
través del vidrio utilice
sensores de 1, 2.2, o 3.9 µm
1.5 mm (60 Mil)
.4
Transmis
Para medir temperaturas en
la superficie del vidrio utilice
6 mm (240 Mil)
.2 sensores de 5 o 7.9 µm
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 45
2 3 4 5 6 8
Longitud de onda (micrones)
46. Mediciones en plástico
• Para la medición en plásticos es importante seleccionar la banda
de medición donde la transmisión se aproxime a cero (3.43 µm
para Polyethyleno; 7.9 µm para Polyester)
n
%
100
Polyethylene
0.03 mm (1 mil)
Polyester
nsmission
90
80
70
60
50
40
30
( )
0.13 mm (5 mils)
100
90
80
70
60
50
mission
%
Polyester
0.03 mm (1 mil)
Wavelength in Microns
Tran
20
10
0
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
40
30
20
10
0
Transm
Wavelength in Microns
0.13 mm (5 mils)
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 46
Wavelength in Microns
47. En caso de lluvia o polvo
• La gran mayoría de las cámaras termográficas cuentan con un
rango espectral de 7 a 14 µm por lo que puede utilizar un bolsa
de plástico muy delgado para hacer mediciones en caso de
lluvia
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 47
49. Resolución
• La resolución de la cámara depende de:
– Detector (160 x 120)
– Lentes
R t ó ti
– Ruta óptica
• Dos tipo de resolución
• Dos tipo de resolución
son los más comunes:
– Espacial (IFOV)
– Medición (IFOVmeas)
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 49
50. Campo de visión (FOV e IFOV)
Sensor
Campo de visión (FOV)
Lente
Distancia al blanco
Blanco
Campo de visión instantáneo (IFOV)
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 50
51. Campo de visión
• El termino campo de visión (FOV) describe el área total que es
vista por la cámara cuando se utiliza un lente especifico
( O )
• El término campo de visión instantáneo (IFOV) es utilizado para
describir la resolución espacial instantánea, ó el objeto más
pequeño que puede ser visto por el sistema a una distancia
pequeño que puede ser visto por el sistema a una distancia
dada.
• Medición del campo de visión instantáneo (IFOVmeas) es
utilizado para describir la resolución de la medición radiométrica
• IFOV e IFOVmeas son generalmente especificados en mRad
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 51
52. Resolución espacial
• Es la habilidad para resolver detalles
• Tamaño del detector, los lentes y la distancia definen el tamaño
, y
mínimo de lo que se puede ver
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 52
53. Resolución espacial
Ti30 = 1.9 mRad (500:1)
Ti20 = 2.8 mRad (350:1)
Ti20 2.8 mRad (350:1)
d d
Puede ser capaz de ver
los objetos, pero...
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 53
54. Resolución de medición
Ti30 = 11 mRad (90:1)
Ti20 = 20 mRad (75:1)
( )
..pueden estar muy pequeños o
muy distantes para medirlos
muy distantes para medirlos
con precisión
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 54
55. Un ejemplo Real
Puedo ver el punto caliente
¡ Pero no puedo medirlo!
Cuando me acerco
¡puedo medirlo!
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 55
56. Sensibilidad térmica o NETD
• Noise Equivalent Temperature Difference (NEDT)
(Ruido Equivalente a la Diferenciade Temperatura)
(Ruido Equivalente a la Diferenciade Temperatura)
• La variación equivalente a la diferencia de temperatura (NETD) es la
sensibilidad térmica, es decir, la diferencia mínima de temperatura que el
sistema puede medir.
– Es especificada a 30ºC
– El NETD de la Ti10 es 200 mK
El NETD d l Ti25 100 K
– El NETD de la Ti25 es 100 mK
– El NETD de la Ti40 es 80 mK
– El NETD de la Ti50 es 50 mK
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 56
57. ¿Por qué radiométrica?
• Una cámara radiométrica
muestra la temperatura
en cada uno de los pixeles
de la pantalla
Ejemplo: La Ti25 se pueden
tener hasta 19,200 mediciones
independientes
independientes
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 57
58. Calibración de termómetros infrarrojos
• Los equipos Hart Scientific para calibración de termómetros
infrarrojos modelos 9132 y 9133 ofrecen calibración desde los –
30ºC hasta los 500ºC con una emisividad fija de 0.95 en dos
equipos completamente portátiles.
Soluciones en Termografía - David R. González 58
59. Tecnología “IR-Fusion”
• Es la fusión de imágenes en espectro visible e infrarrojo en una
sola pantalla
• Esta tecnología ayuda a identificar y reportar componentes
sospechosos
• Existen 5 modos de visión:
– Infrarrojo completo
Vi ibl t
– Visible competo
– Imagen en imagen
– Mezclado
Mezclado
– Alarma IR/Visible
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 59
60. Modos de visión “IR-Fusion”
• La tecnología IR-Fusión captura simultáneamente pixel por pixel
las imágenes en luz infrarroja y visible permitiendo la
optimización de 5 diferentes modos de visión en la cámara y el
software
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 60
Infrarrojo completo Visible completo Imagen en imagen
61. Modos de visión “IR-Fusion”
Mezclado Alarma IR/Visible
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 61
62. Campo de visión FOV IR/Visible
Escena del objetivo
Sensor
'
Visible
q
Sensor IR
Distancia al objetivo
El FOV visible es aproximadamente el doble que el FOV infrarrojo
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 62
El FOV visible es aproximadamente el doble que el FOV infrarrojo
63. L á Fl k Ti
Las nuevas cámaras Fluke Ti
Un paquete completo que incluye:
• Software de análisis y reporte
SmartView™ (con actualizaciones
SmartView™ (con actualizaciones
gratuitas)
• Estuche rígido y suave para transporte
• Correa ajustable para la mano
• Tarjeta de memoria SD de 2 GB
L t d i SD
• Lector de memorias SD
• Batería recargable interna
• Cargador/fuente de alimentación AC
63
Cargador/fuente de alimentación AC
64. Fluke Ti40 y Ti45
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 64
65. Software - Fluke SmartView
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 65
71. Centro de Control de Motores
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 71
72. Tableros Electricos
R i bi I i
Retirar cubiertas Interiores
Verifique las cargas
- Desbalances
- Falsos contactos electricos
- Falsos contactos mecanicos
A i
- Armonicos
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 72
73. Aplicaciones eléctricas (Cont.)
¡ FRIO ! Tambien puede ser malo
Componentes frios pueden indicar
bl
problemas:
- Bajo nivel de aceite o flujo restringido
j j g
en tubos de enfriamiento
- Fusibles quemados
- Una sola fase
Una sola fase
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 73
81. Rodamientos pequeños
Ningun otro metodo es tan efectivo
o rapido para rodamientos pequeños
o rapido para rodamientos pequeños
Falla en rodamientos puede resultar
en fuego, esfuerzo mecanico,
en fuego, esfuerzo mecanico,
desgaste de bandas y aumento la
carga electrica
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 81
83. Mas Aplicaciones
Edifi i
- Edificios
- Humedad en Techos
- Deteccion de fugas de aire
- Deteccion de fugas de aire
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 83
85. Aplicaciones en edificios
Inspeccionamos edificios
por muchas razones
Verificacion de aislamientos
Verificacion de aislamientos
Detectar fugas de aire
Desempeño de edificios
Verificacion estructural
Verificacion estructural
Entradas de humedad
¡Solucion de problemas!
Soluciones en Termografía - Miguel Mendoza 85