LA DISTANCIA Y LA VELOCIDAD DEL VIENTO INCIDEN EN LA TERMOGRAFIA

Alfonso Gallegos

Estudiante de la Escuela de Ingeniería de Mantenimiento

Facultad de Ingeniería Mecánica

Escuela Superior Politécnica de Chimborazo

Panamericana Sur km. 1 1/2, Riobamba – Ecuador

//www.espoch.edu.ec/ // amgo123@hotmail.es/

RESUMEN

El presente documento tiene como objetivo principal el análisis de la influencia de la distancia y la velocidad del viento al momento de realizar termografía aplicado en un trasformador trifásico ubicado en las cercanías de la Escuela de Ingeniería de Mantenimiento de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, tomando en cuenta que éste está expuesto a los factores de estudio mencionados, y que a más de estos, también a las propiedades propias de los cuerpos y índices del medio en el cual se tomarán los termogramas, que de la misma forma inciden de manera proporcional.

Con este documento se busca determinar si la distancia teórica es la distancia apropiada para la toma de termogramas y las horas del día propicias para la aplicación de esta técnica predictiva. Y así desarrollar parámetros para la correcta realización de la mencionada técnica.

Palabras clave: Emisividad, velocidad del viento, cámara termográfica humedad relativa, temperatura del medio ambiente, temperatura, modos de falla, distancia, termogramas.

ABSTRACT

This paper's main objective is the analysis of the influence of distance and wind speed at the time of thermography applied in a three phase transformer located near the School of Engineering Maintenance of the Polytechnic School of Chimborazo, taking note that this is exposed to study the factors mentioned, and more than these, also to the specific rates of the bodies and the environment in which the thermograms, which affect the same way be taken proportionally properties.

This paper seeks to determine whether the theoretical distance is the proper distance for taking thermograms hour and conducive to the implementation of this

predictive technique. And develop parameters for the successful implementation of the technique mentioned.

Keywords: Emissivity, wind speed, relative humidity imager, environmental temperature, temperature, failure modes, distance, thermograms.

INTRODUCCIÓN

Partiendo de que La Revolución Industrial trajo la introducción de las máquinas en los procesos productivos, con la finalidad de manufacturar con mayor rapidez, eficiencia y economía; esta también trajo consigo una serie de consecuencias que sufrían dichas máquinas que aparecían después de un tiempo prudencial de producción, conociéndolas ahora como fallos funcionales. El hombre intentando preveer esta dificultosa situación comenzó a realizar actividades que le permitieran a las máquinas continuar funcionando, a partir de la realización de acciones como, cambio de partes, limpieza entre otras, actividades que ahora se las conocen como tareas de mantenimiento.

Pero con el pasar de los años evolucionó la tecnología, las necesidades y el ambiente en general; por tal motivo nace la necesidad de contar con equipos que brinden mejores características de funcionamiento, a fin de lograr una mayor producción. Así que de aquí se determina que el mantenimiento juega un papel de vital importancia para que las máquinas sigan prestando las funciones para las cuales fueron diseñadas, contando hoy en día con el Mantenimiento Correctivo y el Mantenimiento Preventivo, del segundo nace el Mantenimiento Predictivo del que surgen técnicas que nos brindarán la facilidad de detectar los modos de fallo que se puedan presentar en una máquina.

Como es de conocimiento genérico el mantenimiento no alarga la vida útil de los equipos, el mantenimiento nos ayuda que una máquina pueda alcanzar su vida útil estimada.

Como parte del estudio se eligió al transformador para la aplicación de la técnica debido a la altura a la cual este está dispuesto, y por la incidencia directa de los factores de estudio en el mismo. Será necesario el cálculo de la distancia real de la toma de los termogramas.

Y gracias a las facilidades de análisis que nos presta el software SatIrReport se logrará determinar de manera más rápida y eficaz los fallos que se producen al realizar termografía con los factores de estudio antes mencionados.

MATERIALES Y METODOS

Para la medición de las variables de estudio se utilizó un sensor de temperatura y humedad, un anemómetro, un reloj y una cámara termográfica SATIR, se realizó dos tomas con la cámara termográfica a los fusibles y un transformador trifásico respectivamente a una altura de 6,8m.

A más de esto se tomará tres termogramas, más, a un intervalo aproximado de dos horas de diferencia para notar la influencia que tienen los factores de estudio sobre los cuerpos al momento de realizar termografía, estos serán tomados a una distancia más alejada a la que se tomó en referencia utilizando los mismos instrumentos de medida para garantizar el proceso.

Se calculará el progreso que han tenido esas variables medidas respecto al tiempo y se las comparará individualmente para notar su variabilidad.

CÁLCULO DE LA DISTANCIA REAL DE TOMA DE TERMOGRAMAS

B’

Esquema representativo de la disposición del transformador y los fusibles.

Como resultado de la extracción de triángulos necesarios para el cálculo tenemos los siguientes:

a=√2,52+42=4,7m ~ 5m

a1=√2,52+1,22=2,7m ~ 3m

a2=√122+62=13,4m ~ 13m

a3=√62+82=10m ~ 10m

Donde:

a= Distancia para termograma referencial del transformador.

a1= Distancia para el termograma referencial de los fusibles.

a2= Distancia experimental para termogramas del transformador.

a3= Distancia experimental para termogramas de los fusibles.

COMPORTAMIENTO CLIMÁTICO DEL VIERNES 2015-02-06

Como es de conocimiento local, el clima en la Ciudad de Riobamba posee características peculiares de comportamiento errático, haciéndolo susceptible a fallas en las predicciones, a continuación se detallará el comportamiento climatológico del día Viernes 2015-01-06 en base a las variables medidas con el anemómetro y el sensor de humedad y temperatura. En la tabla1 se contabilizan todas las variables disponiéndolas por orden de la hora en la que fueron tomadas.

Hora Humedad Relativa

Temperatura Ambiente (°C)

Velocidad del Viento (m/s)

11H00 48% 20,1 1,6 (Referencial)

11H10 45% 20,9 2,5 (Experimental)

13H00 25% 35,1 2,6 (Experimental)

15H00 39% 22,6 2,1 (Experimental)

tabla1.

11H00 11H10 13H00 15H000

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Velocidad del Viento (m/s) vs Tiempo

La velocidad del viento tuvo un crecimiento de las 11H00 hasta las 13h00 de 1,6 m/s a 2,6 m/s, posterior a esta a las 15h00 decreció hasta 2,1 m/s perdiendo 0,4 puntos de velocidad.

11H00 11H10 13H00 15H000%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

Humedad Relativa vs Tiempo

La humedad relativa se comportó de manera decreciente a partir de las 11H00 hasta las 13H00 de 48% a 25%, posterior a este tuvo un incremento hasta el 39% a las 15H00.

11H00 11H10 13H00 15H0005

10152025303540

Temperatura Ambiente (°C) vs Tiempo

En cuanto a la temperatura ambiental esta se mantuvo casi constante de las 11H00 a las 11H10 teniendo un ligero incremento de 20,1°C a 20,9°C, después se registró un crecimiento en la temperatura a las 13H00 de 35,1°C, concluyendo con un decremento a las 15H00 de 22,6°C en la temperatura del Medio Ambiente.

COMPORTAMIENTO CLIMÁTICO DE LA CIUDAD DE RIOBAMBA SEGÚN The timeNOW

Según la página de internet The timeNOW nos indica que la velocidad del viento será de 3 km/h proveniente del sur, con una humedad relativa del 82%, a una temperatura de 12°C, estos datos representan a la media de comportamiento climático presente el día viernes 2015-01-06, dato que se encuentra fuera de los rangos de medida tomados equipos de medición.

EQUIPOS ANALIZADOS EN EL ESTUDIO

Transformador Trifásico

El transformador trifásico ubicado en las cercanías a la Escuela de Ingeniería de Mantenimiento es un transformador reductor de 50 Kw y 13.8 Kv en el primario y 220v de fase a fase y 127v de fase a neutro en el secundario.

Este presenta una conexión delta-estrella, la cual es la conexión más utilizada en el medio. El aceite que este posee este transformador es de origen nafteno de bajo punto de fluidez

y con un tratamiento de hidrogeno. Este aceite sirve como aislante, y tiene una alta resistencia a la oxidación, también poseen altas propiedades refrigerantes debido a tu baja viscosidad.

Si este tipo de transformadores se los expone a una temperatura no mayor a 40°C la temperatura máxima en sus arrollamientos será de 65°C. La carcasa que presenta este equipo es de acero cuyo valor de Emisividad es de 0,96, valor que debe ser tomado en cuenta para efectos de análisis y corrección en el software.

Fusibles

Los fusibles son dispositivos de protección contra altas corrientes o cortocircuitos, estos básicamente aíslan al transformador de la carga y viceversa, su principio de funcionamiento es básicamente servir de sacrificio al momento de un malfuncionamiento eléctrico, es decir estos recién la corriente de cortocircuito se queman y abren el circuito o desconectándolo.

Los fusibles dispuestos debajo del transformador son fusibles (aM) se usan principalmente para el arranque de motores, puesto que estos absorben las intensidades del arranque de los mismos. La Emisividad del recubrimiento del fusible es de arena de cuarzo cuyo valor de Emisividad es 0.93, valor que se debe tomar en cuenta para los análisis y respectivas correcciones en el software.

TOMA DE TERMOGRAMAS

Termogramas Tabla de datos

Nombre Fusibles (Ref)Max Temp 22,8 °CAmbient Temp 20,1 °CEmissivity 0,93Distance 3mShooting Time 11H00Relative Humidity 48%C1:Max Temp 19,9 °CC2:Max Temp 21,5 °CC3:Max Temp 20,7 °C

Nombre Transformador (Ref)

Max Temp 27,1 °CAmbient Temp 20,1 °CEmissivity 0,96Distance 5mShooting Time 11H00Relative Humidity 48%

Nombre Fusibles (Exp)Ambient Temp 20,9 °CEmissivity 0,93Distance 10mShooting Time 11H10Relative Humidity 45%Max Temp 24,8 °CC1:Max Temp 24,1 °CC2:Max Temp 24,1 °CC3:Max Temp 23,8 °C

Nombre Transformador (Exp)Max Temp 26,5 °CAmbient Temp 20,9 °CEmissivity 0,96Distance 13mShooting Time 11H10Relative Humidity 45%

Nombre Fusibles (Exp)Ambient Temp 35,1 °CEmissivity 0,93Max Temp 39,1 °CDistance 10m

Relative Humidity 25%Shooting Time 13H00C1:Max Temp 36,4 °CC2:Max Temp 37,1 °CC3:Max Temp 32,6 °C

Nombre Transformador (Exp)

Max Temp 36,8 °CAmbient Temp 35,1 °CEmissivity 0,96Distance 13mShooting Time 13H00Relative Humidity 25%C4:Max Temp 31,8 °C

Nombre Fusibles (Exp)Ambient Temp 22,6 °CEmissivity 0,93Max Temp 28,8 °CDistance 10mRelative Humidity 39%Shooting Time 15H00C1:Max Temp 28,2 °CC2:Max Temp 28,6 °CC3:Max Temp 25,9 °C

Nombre Transformador (Exp)Ambient Temp 22,6 °CEmissivity 0,96Distance 13mShooting Time 15H00Relative Humidity 39%Max Temp 31,5 °C

ANÁLISIS DE LOS DATOS OBTENIDOS

FUSIBLES 11H00 11H10 13H00 15H00°T Termograma

(Serie 1)22,8 24,8 39,1 28,8

°T Fusible 1 19,9 24,1 36,4 28,2

(Serie 2)°T Fusible 2

(Serie 3)21,5 24,1 37,1 28,6

°T Fusible 3 (Serie 4)

20,7 23,8 32,6 25,9

Tabla 2.

11H00 11H10 13H00 15H0005

10152025303540

Variación de °T de fusibles

Series1Series2Series3Series4

°T (°

C)

TRANSFORMADOR 11H00 11H10 13H00 15H00°T Transformador (Serie 1) 27,1 26,5 31,8 31,5

Tabla 3.

11H00 11H10 13H00 15H000

5

10

15

20

25

30

35

Variación de °T del transformador

Series1

°T (°

C)

La variabilidad en los fusibles y el transformador es visible en cuanto a las temperaturas máximas es relativamente norma, tomando en cuenta la temperatura del ambiente Humedad relativa, velocidad del viento y distancia presente a esas horas de medición. Tomando en cuenta que para el transformador se le debe agregar un aproximado de 20°C debido a que la temperatura dentro del transformador es mayor, esto de acuerdo a las normas de FAG para lubricantes.

Como es de conocimiento específico la distancia óptima para la toma de un termograma debe ser de 1m, en el caso de estudio se cuenta con distancias de: 5m, 3m, 13m, 10m, datos que se ingresaron en la corrección de parámetros de termografía en el software SatIrReport dicha corrección varió de manera drástica los valores pertenecientes al Spam térmico en un rango de hasta - 30°C en los límites inferiores, denotando un error evidente, es decir la influencia de la distancia es crucial al momento de realizar termografía.

El viento es un refrigerante usado en varios tipos de transformadores, usualmente en los transformadores de potencial se lo usa como refrigerante de refuerzo, dependiendo de la velocidad de este y la temperatura del ambiente puede incidir en un rango de ±20°C al Spam térmico del termograma, convirtiéndolo también en un error al momento de aplicar la técnica predictiva.

La humedad relativa y la temperatura medioambiental son parámetros casi inversamente proporcionales y van de la mano, para que la temperatura medioambiental sea la ideal deberá estar por debajo de los 30°C preferencialmente, puesto que en conjunto con la influencia del viento y la exposición a la radiación solar, cualquier medida o técnica similar a la termografía nos arrojara valores errados.

CONCLUSIONES

Los principales parámetros para una correcta aplicación de la técnica predictiva son:

- El enfoque es el primer paso y el más importante, puesto que mientras mejor enfocada este nuestra cámara será más fácil identificar los puntos calientes, detalles u anomalías que pueda presentar un termograma, y saber con facilidad a que región o parte del cuerpo de estudio pertenece.

- Tomar el termograma a un rango de entre 1m a 3m.- Realizar la captura del termograma preferentemente a un ángulo de 90° del

cuerpo, puede ser admisible hasta 75° del mismo.- En caso de realizar termografía en campo abierto, realizarlo cuando la

temperatura medioambiental este por debajo de los 30°C.- Al realizar termografía en campo abierto la incidencia del viento de ser

menor al 1.0 m/s, y que preferencialmente el día se encuentre parcialmente nublado.

- Realizando un termograma a una distancia menor el pixelaje de la cámara beneficiara el análisis puesto que una parte del cuerpo estará contenido en la termografía, en cambio al tomar un termograma a distancias lejanas todo el cuerpo en cuestión puede caber en un pequeño porcentajes de pixeles dificultando así el análisis.

- Realizando un termograma a una distancia menor el pixelaje de la cámara beneficiara el análisis puesto que una parte del cuerpo estará contenido en la termografía, en cambio al tomar un termograma a distancias lejanas todo

el cuerpo en cuestión puede caber en un pequeño porcentajes de pixeles dificultando así el análisis.

Los transformadores son equipos que trabajan a regímenes casi extremos de trabajo, debido a la exposición de todos los factores antes mencionados, la aplicación de la termografía en estos beneficiaría excesivamente a una compañía puesto que se pueda detectar a tiempo los modos de fallo más comunes en este, evitando así que se transformen en fallos funcionales, entre los más variados tenemos, falta de refrigeración del aceite dieléctrico, bajo aislamiento en los bushings que salen del transformador en las líneas cercanas a estas, sobrecalentamiento en los arrollamientos.

El transformador ubicado en las cercanías a la Escuela de Ingeniería de Mantenimiento, usado como objeto de estudio se encuentra aún en condiciones de normal funcionamiento, noto una elevación de temperatura en el tercer fusible que puede ser un mal ajuste del conductor al fusible o una falla propia del fusible, se determina esto debido a que la temperatura de los conductores antes y después de los fusibles es constante y equitativamente la misma, por tal motivo se descarta la sobrecarga o la mala elección del calibre del conductor.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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2. JOSE O. VALDERRAMA (2010) “Preparación de un artículo para ser publicado en la Revista Internacional de Formación Universitaria”

3. CASTRO Y CONSTANZO (2000) “Utilización de la termografía en la detección de fallas en las redes eléctricas desde el aire”

4. HERNADEZ E. (2015) “Mantenimiento Predictivo; Termografía”