Tecnicas predictivas: la termografía infrarroja y su aplicación en centrales de ciclo combinado 

La Termografía Infrarroja es la técnica de producir una imagen visible a partir de radiación infrarroja invisible (para el ojo humano) emitida por objetos de acuerdo a su temperatura superficial. La gran variedad de aplicaciones, su versatilidad y su facilidad de manejo hacen de ella una técnica imprescindible en el mantenimiento de una CTCC. 

Inspección termográfica de un transformador

 

La cámara termográfica es la herramienta que realiza esta transformación de radiación invisible en imagen visible. Estas cámaras miden la temperatura de cualquier objeto o superficie, y producen una imagen con colores que refleja la distribución de temperaturas. La imagen producida por una cámara infrarroja es llamada Termografía o Termograma.

Esta técnica, de haber sido asociada a costosas aplicaciones militares y científicas, se ha convertido en una técnica común y con una gran cantidad de aplicaciones industriales. A través de imágenes térmicas es posible "observar" el escape de energía de una tubería o edificio, detectar el fallo de un circuito eléctrico antes de que cause una grave avería o evitar el gripaje de un rodamiento. 

La termografía permite detectar, sin contacto físico con el elemento bajo análisis, cualquier falla que se manifieste en un cambio de la temperatura de su superficie, midiendo los niveles de radiación dentro del espectro infrarrojo.

En general, un fallo electromecánico antes de producirse se manifiesta generando e intercambiando calor. Este calor se traduce habitualmente en una elevación de temperatura que puede ser súbita, pero, por lo general y dependiendo del objeto, comienza a manifestar pequeñas variaciones.

Si es posible detectar, comparar y determinar dicha variación, entonces se pueden detectar fallos que comienzan a gestarse y que pueden producir en el futuro cercano o a mediano plazo una parada de planta y/o un siniestro afectando personas e instalaciones. Esto permite la reducción de los tiempos de parada al minimizar la probabilidad de paradas imprevistas, no programadas, gracias a su aporte en cuanto a la planificación de las reparaciones y del mantenimiento. 

La inspección termográfica en sistemas eléctricos tiene como objetivo detectar componentes defectuosos basándose en la elevación de la temperatura como consecuencia de un aumento anormal de su resistencia óhmica. Entre las causas que originan estos defectos, entre otras, pueden mencionarse:

  • Conexiones con apriete insuficiente 
  • Conexiones afectadas por corrosión 
  • Suciedad en conexiones y/o en contactos 
  • Degradación de los materiales aislantes 

 

En cuanto a aplicaciones mecánicas, muchos equipos mecánicos presentan síntomas en forma de elevación de temperatura antes de producirse un fallo. Así, los rodamientos, los cojinetes de fricción, los rodetes de bombas, los motores eléctricos, las cajas reductoras de velocidad con engranajes, los frenos, etc., manifiestan fallos de forma prematura con una elevación de la temperatura de su superficie.

 

Termografía de válvulas de un grupo hidráulico

Termografía de válvulas de un grupo hidráulico

 

Todo equipo y/o elemento emite energía desde su superficie. Esta energía se emite en forma de ondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz a través del aire o por cualquier otro medio de conducción. 

 

Termografía en un depósito

Termografía en un depósito

 

La cantidad de energía está en relación directa con su temperatura. Cuanto más caliente está el objeto, mayor cantidad de energía emite, y menor longitud de onda tiene esa energía. En general, esa emisión se hace en longitudes de onda menores que la correspondiente al color rojo, que es la menor que es capaz de captar el ojo humano. El espectro de emisión, es pues, infrarrojo y por tanto invisible. La cámara termográfica permite “ver” esa energía, transformándola en imágenes visibles

 

Sir William Hershel, descubridor de la radiación infrarroja

 

El descubridor de la radiación infrarroja fue Sir Frederick William Hershel, nacido en Alemania 1738, quien se interesó en verificar cuanto calor pasaba por filtros de diferentes colores al ser observados al sol. Sir Willian pudo determinar que los filtros de diferentes colores dejaban pasar diferente nivel de calor. Posteriormente hizo pasar luz del sol por un prisma de vidrio y con esto se formó un espectro (el arco iris). Llevando un control de la temperatura en los diferentes colores del espectro encontró que mas allá del rojo, fuera de la radiación visible, la temperatura es mas elevada y que esta radiación se comporta de la misma manera desde el punto de vista de refracción, reflexión, absorción y transmisión que la luz visible. Era la primera vez que se demostraba que había una radiación invisible al ojo humano.

 

Ventajas y desventajas de la termografía infrarroja

Entre las ventajas de esta técnica, podemos citar:

  • La inspección se realiza a distancia sin contacto físico con el elemento en condiciones normales de funcionamiento, lo cual nos permite medir, desde una distancia de seguridad, altas temperaturas o bien registrar las temperaturas de una línea de alta tensión sin tener que parar ningún equipo
  • Se trata de una técnica que permite la identificación precisa del elemento defectuoso, a diferencia de la pirometría que es una medida de temperatura de un punto. 
  • Es aplicable a  diferentes equipos eléctricos y mecánicos: bornes de transformadores, transformadores de intensidad, interruptores, cables y piezas de conexión, motores, reductores, acoplamientos, tuberías, aislamientos, etc. 
  • Los sensores presentan un tiempo de respuesta muy pequeño a la radiación térmica incidente, con lo cual la medida es prácticamente instantánea. Esto permite cuantificar la gravedad del defecto y la repercusión de las variaciones de carga sobre el mismo para posibilitar programar las necesidades de mantenimiento en el momento más oportuno (que puede ir desde el simple seguimiento a una limitación de carga o a una intervención inmediata antes de que el defecto pueda producir una parada imprevista). 
  • El sistema de barrido óptico que incorporan los sistemas de termografía, nos permite inspeccionar grandes extensiones, y grabar en un soporte magnético la imagen de interés. La imagen termográfica registrada puede analizarse a posteriori, para tratarla con el software adecuado.

 

Entre las desventajas y/o inconvenientes, hay que considerar las siguientes:

  • Capacidad limitada para la identificación de defectos internos si éstos no se manifiesta externamente en forma de temperatura. 
  • Los reflejos solares pueden enmascarar o confundir defectos. Debido a las interferencias solares, puede ser necesario realizar ciertas lecturas críticas durante la noche o en días nublados
  • El estado de carga del elemento bajo análisis puede influir en la determinación de las anomalías. 

 

 Aplicaciones de la termografía

 

Aplicaciones de la termografía en una central de ciclo combinado

Las termografías pueden ser aplicadas en cualquier situación donde un problema o condición pueda ser visualizado por medio de una diferencia de temperatura. Una termografía puede tener aplicación en cualquier área siempre y cuando esta tenga que ver con variación de temperatura 

Los puntos de aplicación más importantes de una termografía son los siguientes:

  • Inspección de la subestación eléctrica 
  • Inspección de transformadores
  • Inspección de las líneas eléctricas de alta tensión
  • Inspección de embarrados y de cabinas de control de motores (CCM)
  • Localización de fallas internas laminares en el núcleo del estator del generador
  • Inspección del estado de los equipos de excitación del generador
  • Inspección del estado de escobillas, en motores y en generador
  • Inspección de motores eléctricos en el sistema de refrigeración, de alimentación de caldera y sistema compresión de gas (rodamientos, cojinetes, acoplamientos y alineación
  • Inspección de tuberías del ciclo agua-vapor de caldera, para comprobar daños o defectos de aislamiento
  • Inspección del aislamiento del cuerpo de la caldera
  • Inspección de intercambiadores de calor
  • Inspección del condensador
  • Inspección de trampas de vapor
  • Detección de fugas de gas

 

Imagen termográfica de una tubería que conduce vapor

 tubería que conduce vapor

 

Proceso de inspección

En el proceso de inspección termográfica es posible definir, en general, las siguientes etapas:

  1. Planificación de la inspección en los períodos en los que las condiciones son más desfavorables (alta carga, máxima velocidad de giro, etc.) 
  2. Evaluación y clasificación de los calentamientos detectados. 
  3. Emisión de informes, con identificación de las fallas y el grado de urgencia para su reparación 
  4. Seguimiento de la reparación 
  5. Revisión termográfica para evaluar la efectividad del mantenimiento correctivo realizado. 

 

Guía de actuación

Como primera aproximación, pueden tomarse como referencia las siguientes variaciones sobre la temperatura habitual, a fin de determinar un programa de

reparación:

  • Hasta 20ºC. Indica problemas, pero la reparación no es urgente. Se puede efectuar en paradas programadas.
  • 20ºC a 40ºC. Indica que la reparación requerida es urgente dentro de los 30 días.
  • 40ºC y más. Indica una condición de emergencia. La reparación, se debe realizar de inmediato.

 

Para más información sobre termografía…

En la página de RENOVETEC www.renovetec.com puedes ampliar la información sobre técnicas termográficas, e incluso descargarte un curso gratuito de termografía

 

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