Evaluación de imágenes térmicas

Este artículo trata el tema de la evaluación de imágenes térmicas..

1 – Evaluación de imágenes térmicas – Los beneficios y ventajas de las mediciones radiométricas de temperatura.

Uno cámara térmica radiométrica Mide la temperatura de una superficie interpretando la intensidad de una señal infrarroja que llega a la cámara..

Agregar funcionalidad radiométrica a una cámara puede brindar a los técnicos la capacidad de guardar imágenes para análisis posteriores a la inspección y medir con precisión las temperaturas de píxeles individuales en la imagen.. Agregar imágenes radiométricas permite a los técnicos capturar datos de temperatura en cada píxel de una imagen.. De este modo, los técnicos pueden analizar y enviar informes e imágenes detallados que examinan los datos de temperatura en toda la imagen., proporcionando resultados cuantificables.

2 – Evaluación de imágenes térmicas – Termografía cualitativa vs.. Cuantitativo

La capacidad de detectar y visualizar energía infrarroja con cámaras térmicas tiene enormes beneficios para los usuarios. Durante la última década, especialmente, innovaciones de tamaño, Peso y costo de las cámaras térmicas., junto con actualizaciones de factor de forma, software de análisis y procesamiento de datos, hizo que esta tecnología fuera invaluable de maneras imprevistas.

Con tantas opciones – desde sistemas de cámaras aéreas no tripuladas para búsqueda y rescate hasta cámaras ópticas de imágenes de gases para detectar emisiones fugitivas – Es importante centrarse en los factores clave al seleccionar la herramienta térmica adecuada para su trabajo.. Para comenzar, La pregunta es si los datos cualitativos o cuantitativos son fundamentales..

Evaluación de imágenes térmicas – Termografía cualitativa

Para algunas aplicaciones, el operador sólo necesita termografía o datos infrarrojos representados como una imagen visual, Interpretar la escena e identificar la fuente de un problema o la necesidad de una reparación.. Este método de termografía cualitativa proporciona la pista visual necesaria para actuar..

Evaluación de imágenes térmicas – Figura 1 – Termografía cualitativa – Fuga de metano por una válvula.

La obtención de imágenes ópticas de gas es una tecnología cualitativa que revela fugas de gas..

Un uso valioso de la termografía cualitativa implica operaciones de búsqueda y rescate utilizando una cámara térmica conectada a un sistema aéreo no tripulado. (UAS). En este escenario, Los investigadores utilizan la cámara para localizar formas humanas cálidas que se destacan sobre un fondo más frío del paisaje.. Las imágenes térmicas son particularmente útiles de noche o en otras situaciones de baja visibilidad que desafían el ojo humano o las cámaras de luz visible.; no es necesario identificar temperaturas específicas.

Esta misma necesidad cualitativa también puede aplicarse a los sistemas avanzados de asistencia al conductor. (ADA) o vehículos autónomos. En este caso, el objetivo es similar: la capacidad de identificar objetos específicos en la carretera, especialmente personas y animales grandes, que los conductores quieren evitar en situaciones de baja visibilidad.

Evaluación de imágenes térmicas – Termografía cuantitativa

Por otro lado, Hay ocasiones en las que una simple imagen térmica no es suficiente para interpretar la escena. En estos escenarios, la capacidad de detectar y registrar la temperatura de cada píxel es vital para el éxito de la misión. En estos casos, Es importante utilizar una cámara térmica radiométrica. – lo que significa que la cámara es capaz de medir la temperatura de una superficie determinada interpretando la intensidad de la señal infrarroja que llega a la cámara.

Con funcionalidad radiométrica en la cámara., Los termógrafos pueden guardar datos para el análisis de imágenes después de la inspección.. El software compatible puede medir con precisión las temperaturas de los píxeles de la imagen individuales en los datos., Un proceso crítico para la inspección industrial.. Ya sea que estén mirando paneles eléctricos, techos, paneles solares, subestaciones o cultivos, Los inspectores de termografía pueden analizar los datos de temperatura después de la inspección y enviar informes e imágenes detallados que proporcionan resultados cuantificables y procesables..

Evaluación de imágenes térmicas – Figura 2 – Termografía cuantitativa

La tecnología radiométrica térmica también desempeña un papel crucial en la monitorización del estado y las inspecciones mecánicas., porque no sólo puede identificar puntos calientes o fríos anómalos, sino que también proporciona la capa adicional de datos de temperatura necesarios para diagnosticar correctamente problemas potenciales. Estos puntos calientes o fríos pueden significar una falla o posible falla en un sistema eléctrico., mecánicos o críticos para las instalaciones. De facto, La identificación temprana de estos problemas permite a los técnicos programar reparaciones o reemplazos sin la necesidad de costosos tiempos de inactividad..

3 Evaluación de imágenes térmicas – Funcionalidades de las cámaras térmicas radiométricas

Las cámaras térmicas radiométricas suelen incluir funciones útiles, como un medidor de temperatura puntual que el usuario puede mover o cambiar de tamaño para adaptarse mejor a aplicaciones específicas, o múltiples medidores de temperatura puntual que miden rangos de temperatura en diferentes partes de la escena. Esto puede ser crucial para identificar la fuente de calor superior al normal., lo que puede indicar problemas eléctricos, mecánico u operativo.

Evaluación de imágenes térmicas – Figura 3 – Imagen de cámara térmica radiométrica

A pesar del uso generalizado de la termografía radiométrica, Es importante reconocer que puede haber variaciones en la temperatura real al capturar datos de temperatura sin contacto.. La detección remota de la temperatura de una superficie depende de la capacidad de compensar con precisión las características de la superficie., Interferencia atmosférica y el propio sistema de imágenes.. la emisividad, o la capacidad del objeto para emitir infrarrojos, y reflectividad, o la forma en que la superficie refleja los infrarrojos, puede influir y reducir la precisión general de la temperatura registrada en dos grados Celsius o más. La mayoría de las cámaras termográficas proporcionan configuraciones de compensación que pueden tener en cuenta estas características de la superficie y mejorar la precisión general de la medición..

4 – Evaluación de imágenes térmicas – Funciones avanzadas de las cámaras térmicas radiométricas

Algunas de las ventajas de las cámaras radiométricas avanzadas incluyen:

• Precisión mejorada (rendimiento típico del orden de +5º C o 5% en estado de alta ganancia, varía ligeramente en todo el rango de temperatura de funcionamiento)
• Medidor puntual móvil y redimensionable (El usuario puede seleccionar las coordenadas para cualquier ubicación en la matriz.)
• Datos adicionales del medidor de puntos (promedio, desviación estándar, valor mínimo y máximo)
• Datos digitales lineales sobre la temperatura de la escena. (operando en tiempo real, Los valores de píxeles en datos digitales corresponden a la temperatura de la escena.)
• Información detallada de temperatura (los usuarios obtienen información sobre la temperatura por píxel de los objetos en la escena)
• Precisión de temperatura (Permite compensar la emisividad de los parámetros externos de la escena. – una medida de la eficiencia de una superficie para emitir energía térmica en relación con una fuente de cuerpo negro perfecto – y por transmisión de ventana, para determinar la temperatura con mayor precisión)
• Funcionalidad de métricas de imagen (permite a los usuarios consultar la cámara para obtener datos de temperatura de la escena a través de un comando en serie, como el máximo, la desviación mínima y estándar para regiones definidas por el usuario).
• Algunas cámaras con tecnología radiométrica avanzada incluso tienen la capacidad de compensar las variaciones de temperatura de la cámara.. Esto permite a los usuarios recibir resultados estabilizados y normalizados., resultando en un “video de temperatura estable”; una escena con una determinada temperatura siempre corresponderá a un determinado valor digital en el vídeo, independientemente de la temperatura de la cámara.

Es importante distinguir las mediciones de temperatura de las mediciones infrarrojas de superficie porque las mediciones radiométricas deben restringirse a materiales ópticamente opacos.. Metales y materiales orgánicos. (como la gente) son generalmente completamente opacos y las mediciones radiométricas deben poder determinar su temperatura superficial.

La detección remota de la temperatura de una superficie depende de la capacidad de compensar con precisión las características de la superficie., Interferencia atmosférica y el propio sistema de imágenes.. Las características de la superficie que influyen en la medición de la temperatura son la emisividad y la reflectividad de la superficie en longitudes de onda del espectro infrarrojo..

5 – Evaluación de imágenes térmicas – Herramientas de medición

Herramienta Punto

La herramienta de puntos es una herramienta de medición de temperatura que muestra la lectura de temperatura de un punto específico en la imagen.. Esta herramienta es útil cuando es necesario medir la temperatura de un área específica de la imagen con alta precisión..

Evaluación de imágenes térmicas – Figura 4 – La herramienta de puntos

caja de herramientas

La herramienta de cuadro muestra la temperatura mínima., máximo y promedio dentro de un área rectangular seleccionada de la imagen. Es particularmente útil al medir la temperatura de un área grande de la imagen..

Evaluación de imágenes térmicas – Figura 5 – la herramienta de caja

Herramienta de máscara de medición

La herramienta de máscara de medición se utiliza para capturar y medir formas más complejas en la imagen.. Esta herramienta muestra la temperatura mínima., la temperatura máxima y la temperatura promedio dentro de una forma de imagen seleccionada, lo que lo hace ideal para medir objetos de formas irregulares.

Evaluación de imágenes térmicas – Figura 6 – La herramienta de máscara

Herramienta Línea

La herramienta de línea muestra la temperatura mínima, la temperatura máxima y la temperatura media en la línea seleccionada. Es particularmente útil para medir variaciones de temperatura a lo largo de un camino específico..

Evaluación de imágenes térmicas – Figura 7 – La herramienta de línea

Herramienta Línea poligonal

La herramienta Línea poligonal es similar a la herramienta Línea., pero le permite medir las variaciones de temperatura a lo largo de una serie de líneas conectadas dibujadas en la imagen. Muestra la temperatura mínima., la temperatura máxima y la temperatura media dentro de la línea poligonal.

Evaluación de imágenes térmicas – Figura 8 – La herramienta de línea poligonal

Herramienta delta

La herramienta delta se utiliza para calcular la diferencia entre dos mediciones de temperatura o entre una medición de temperatura y una temperatura fija conocida como temperatura de referencia.. Esta herramienta es particularmente útil para medir variaciones de temperatura a lo largo del tiempo o para comparar dos áreas diferentes en la imagen..

Evaluación de imágenes térmicas – Figura 9 – La herramienta delta

A continuación puedes ver un vídeo sobre el análisis de imágenes en termografía..

6 – Evaluación de imágenes térmicas – Ajuste de nivel y amplitud.

El nivel y la amplitud se pueden ajustar usando las barras debajo de la imagen.. También puede ajustar automáticamente la escala e ingresar números específicos para la temperatura máxima y mínima., si lo desea.

Evaluación de imágenes térmicas – Figura 10 – El nivel y la amplitud se pueden ajustar.

7 – Evaluación de imágenes térmicas – Corrección de distancia (atmosférico) y emisividad

la emisividad, La temperatura reflejada y otros parámetros del objeto se pueden ajustar en la tabla a la derecha de la imagen.. Estos parámetros tienen un impacto en la precisión de las mediciones de temperatura.. Haga clic en Mostrar todo para mostrar la temperatura atmosférica., humedad, parámetros de distancia y óptica externa.

Evaluación de imágenes térmicas – Figura 11 – la emisividad, La temperatura reflejada y otros parámetros del objeto se pueden ajustar..

8 – Evaluación de imágenes térmicas – Directrices para la interpretación de imágenes

Desde el punto de vista del equipamiento, La interpretación de imágenes térmicas es esencialmente un proceso de comparación de temperaturas y patrones aparentes de la superficie con imágenes de referencia representativas de criterios de referencia ideales., representante de los criterios de diseño ideales, fabricación, instalación, operación y mantenimiento. Esta comparación también puede ser necesaria antes y después de una actividad de mantenimiento..

Una vez finalizada la comparación e identificación de posibles anomalías, El análisis generalmente toma la forma de comparar temperaturas y patrones con aquellos consistentes con fallas y modos de falla conocidos..

Cuando la termografía se utiliza con el propósito de seguimiento del estado de las máquinas, Es necesario conocer detalladamente las condiciones operativas y ambientales de la máquina en el momento de cada inspección., Dado que muchos cambios en los patrones térmicos dependen de las condiciones de funcionamiento y/o del entorno..

Comprender el diseño de los equipos es esencial para comprender la carga sobre los componentes., que puede ser el principal contribuyente al patrón térmico.. en un caso, una carga normal puede generar una temperatura excesiva, mientras que una aplicación de carga anormal puede generar una temperatura aceptable. Un ejemplo típico de esta situación es cuando el calor generado por la fricción en una zona de carga de un rodamiento no es excesivo., pero está en el lugar equivocado, indicando posibles fallos, como montaje incorrecto o desalineación de la unidad de tracción.

Al analizar sistemas de máquinas, es necesario adoptar un enfoque termodinámico combinado con un enfoque analítico que considere el sistema de la máquina como un todo y no como componentes individuales. Este enfoque termodinámico considera el sistema de la máquina desde el punto de vista de la producción de calor., Pérdida de calor y calor incidente., así como conducir, convección y radiación.

Los principales ejemplos incluyen la transferencia de calor a lo largo de un eje a un rodamiento desde otra fuente de calor., o sea, engranajes, fugas en sellos/prensas de vapor o fluido de proceso caliente.

Consideración de tales fuentes., antes de determinar las características de falla de la máquina o componente, Garantiza que el equilibrio térmico de la máquina se considere como un sistema y no como un fallo de un componente específico..

Un proceso típico de identificación de defectos que se puede utilizar se especifica en ISO 18434-1.

Después de completar este proceso, Es posible que también sea necesario implementar las siguientes acciones adicionales

1. Aplicar un análisis confirmatorio utilizando una técnica alternativa., Si es necesario;
2. Determinar acciones correctivas..

9 – Evaluación de imágenes térmicas – Evaluación de la gravedad de las anomalías térmicas.

temperatura absoluta

Para determinar la urgencia de las intervenciones es necesario realizar un análisis de la gravedad de las anomalías térmicas encontradas.. Desafortunadamente, se sabe poco sobre la relación entre temperatura y tiempo., Para la aparición de fallos causados ​​por alta resistencia en pequeñas superficies de contacto.. Sin embargo, pueden tomarse como límites de temperatura y como datos de análisis inicial., valores de temperatura, en que metales (utilizado en conductores y conexiones) oxidar, recocer o fundir. Por ejemplo:

• La temperatura del cobre no debe exceder los 80° C., porque a partir de esta temperatura, La tasa de oxidación del cobre en presencia de aire aumenta rápidamente y puede producir un calentamiento local excesivo y acumulativo en conexiones y contactos.. Basado en este hecho, Las normas del Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos – AIEE y de los Fabricantes Eléctricos Nacionales – NEMA especifican los límites de funcionamiento., para conductores desnudos, un aumento de temperatura de 30°C por encima de una temperatura ambiente de 40°C.

Para muchas aleaciones utilizadas en conductores y conexiones., El recocido puede ocurrir si la temperatura permanece por encima de 93 ° C durante un período de 30 días. Después del recocido, Se produce un cambio en las características del material., con pérdida de resistencia, lo que aumenta considerablemente la probabilidad de fallos. Además, temperaturas superiores a 93° C, Puede degradar compuestos comúnmente utilizados para proteger las conexiones de la oxidación., acelerando el proceso de envejecimiento y disminuyendo la vida útil de la conexión.

Evaluación de imágenes térmicas – Figura 12 – Evaluación por temperatura medida

Temperatura relativa

La mayoría de las normas y directrices internacionales basan sus criterios para evaluar la gravedad de las anomalías térmicas en, en el aumento de temperatura por encima de una temperatura de referencia (componente similar y bajo la misma carga, Dgolpear), o por encima de la temperatura ambiente (DTamb).

La Tabla hace una comparativa entre algunas de las Normas más conocidas.

mesa 1 – Comparación de criterios de severidad de algunos estándares internacionales.

Gravedad	Árbitro.	NETA1 (°C)	MARINA DE EE. UU.2 (°C)	NMAC3 (°C)	Nuclear4 (°C)	CES5 (°C)
Bajo	ΔTref	1 - 3	10 - 24	0,5 - 8	5 - 15	14 - 20
	ΔTamb	1 - 10
Promedio	ΔTref	4 - 15	25 - 39	9 - 28	16 - 35	21 - 60
	ΔTamb	11 - 20
alta	ΔTref	ESO	40 - 69	29 - 56	36 - 75
	ΔTamb	21 - 40
Crítica	ΔTref	> 15	> 70	> 56	> 75	> 61
	ΔTamb	> 40

1. NETA – NETA MTS-2001, “Especificaciones de Pruebas de Mantenimiento para Sistemas de Distribución de Energía Eléctrica”, NETA – Asociación Internacional de Pruebas Eléctricas,
2. MARINA DE EE.UU. – MIL-STD-2194 (SH) “Procedimiento de estudio de imágenes térmicas infrarrojas para equipos eléctricos”; Comando de sistemas marítimos navales 02/1988;
3. NMAC – Centro de Aplicaciones de Mantenimiento Nuclear – Guía de Termografía Infrarroja (NP-6973), Centro de informes de investigación EPRI.
4. Nuclear – Directrices de la industria nuclear – (IR-F/H/V-200, Rdo. 1); (Rogers, 2002).
5. Directrices CES – Cableado eléctrico aéreo;

Aún refiriéndose a la tabla anterior., la acción a tomar y el plazo para ejecutarla se definen como se describe a continuación:

• Baja gravedad – Verificar en el próximo mantenimiento programado.
  • Gravedad media – Corregir en el próximo mantenimiento programado.
  • Alta gravedad – Intervención urgente observando las restricciones operativas del Sistema.
  • Gravedad crítica – Intervención inmediata.

La aplicación de las normas mencionadas anteriormente debe hacerse con precaución., cuando en subestaciones en ambientes abiertos, visto que, Los criterios de gravedad se basan en lecturas de temperatura. (delta t) y no tener en cuenta las diversas influencias conocidas. Siendo así, puede conducir a análisis erróneos y diagnósticos erróneos.

Evaluación de imágenes térmicas – Figura 13 – Evaluación por temperatura relativa

10 – Evaluación de imágenes térmicas – Flujo de decisiones de intervención

Existe un método que utiliza varias preguntas., Dirigido al inspector de termografía., cuyo propósito es evaluar, a través de las respuestas proporcionadas, La gravedad de las anomalías térmicas dependiendo de los diversos factores relevantes para una inspección termográfica.. De esta evaluación, Se definen la acción a tomar y el plazo para llevarla a cabo.. Basado en este método y enfocado a subestaciones de alta tensión., en ambientes abiertos, se hicieron las siguientes preguntas.

Estado 1

• Hay calentamiento visible o derretimiento evidente.?
  • La temperatura absoluta es superior a 93° C.? (Mediciones realizadas en superficies de alta emisividad cercanas a la fuente de calor.).
  • El delta T entre la anomalía térmica y una temperatura de referencia. (componente similar y bajo la misma carga, ΔTref) es superior a 35° C? (Mediciones realizadas en superficies de alta emisividad cercanas a la fuente de calor.).
  • El calentamiento es de origen interno y el delta T entre la anomalía térmica y la temperatura de referencia. (componente similar y bajo la misma carga, Dgolpear) es superior a 10°C? (Conexiones dentro de dispositivos llenos de aceite, pararrayos, conectores prensados, etcétera).

Si alguna de las preguntas tiene una respuesta positiva, existe una alta probabilidad de fracaso y las acciones a tomar pueden ser:

• Intervenir inmediatamente.
  • Supervisar el componente continuamente hasta que sea posible la intervención..

Si ninguna de las preguntas tiene respuesta positiva, el inspector de termografía responderá al Estado 2.

Estado 2

• El delta T entre la anomalía térmica y una temperatura de referencia. (componente similar y bajo la misma carga, ΔTref) es superior a 10°C? (Mediciones realizadas en superficies de alta emisividad cercanas a la fuente de calor.).
  • Existe la posibilidad de que la corriente de carga se duplique antes de la reparación.?
  • La emisividad del componente es muy baja.?
  • La velocidad del viento es mayor que 10 kilómetros por hora? (Mediciones de la velocidad del viento tomadas cerca de la anomalía.).
  • Hay un historial de fallas para este componente.?
  • El componente está sujeto a un ciclo de trabajo severo.? (Vibración excesiva, polvo, contaminación, Agentes corrosivos o fluctuación de carga.).

Si dos o más preguntas, tener una respuesta positiva, La anomalía térmica se clasifica como de probabilidad moderada de falla.. En este caso, una evaluación por parte de la dirección de mantenimiento o de la subestación., ayudará a definir qué acción se debe tomar.

Las siguientes preguntas ayudan con esta tarea.:

• Existe un gran riesgo de lesiones personales si se produce la falla.?
  • ¿Cuál es la importancia del equipo? / circuito del sistema en el momento actual?
  • Existe la posibilidad de reducir el riesgo de falla mediante maniobras del circuito y/o reducir la corriente de carga.?
  • Hay personal y repuestos disponibles para reparaciones dentro del plazo establecido para la intervención.?

Basado en respuestas, las acciones pueden ser:

• Intervenir con urgencia respetando las restricciones operativas del Sistema..
  • Corregir en el próximo mantenimiento programado.
  • Supervise el componente periódicamente hasta que sea posible la reparación..
  • Realizar otras pruebas de diagnóstico.
  • Reducir la corriente de carga del componente.

Estado 3

Si una o ninguna pregunta del Estado 2 tener una respuesta positiva, la anomalía se clasifica como de baja probabilidad de falla y las acciones pueden ser las siguientes:

• Corregir en el próximo mantenimiento programado.
  • Verificar en el próximo mantenimiento programado.
  • Realizar otras pruebas de diagnóstico.