Masurarea temperaturilor in infrarosu
2
Cuprins
1. Masurari in infrarosu (IR)2. Notiuni de termoviziune3. Aplicatii ale termoviziunii
3.1. Aplicatii: Instalatii electrice3.2. Aplicatii: Echipamente electrice3.3. Aplicatii: Sisteme mecanice3.4. Aplicatii: Sisteme distributie abur3.5. Aplicatii: Constructii3.6. Aplicatii: Placi de circuite imprimate
4. Etapele unei inspectii
1. Masurari in infrarosu (IR)
4
1. Masurari in infrarosu (IR)
• Majoritatea defectelor determina modificari ale temperaturii
• Imaginea termica pune la dispozitie o harta clara a modificarilor de temperatura
• Analiza acestora necesita cunostinte privind principiile IR si date despre instalatia monitorizata
5
1. Masurari in infrarosu (IR)
• Masurarea temperaturii in IR– se face rapid, precis si in conditii de siguranta
• Masurari la distanta– Contact periculos (sisteme electrice)– Dificil de atins (sisteme HVAC)– Obiecte in miscare (Viteza < 500ms)
• Masurari fara contact– Echipamente / componente in miscare– Obiecte foarte fierbinti (industria metalurgica)– Acolo unde contactul ar determina o stricare, contaminare sau
modificare a temperaturii (industria alimentara &chimica)
6
1. Masurari in infrarosu (IR)
• Masurari calitative– Nu ai nevoie sa cunosti temperatura – Nu e nevoie sa reglati emisivitatea– Foarte intuitiva– Este usor sa detectezi abaterile de la
normal
• Masurari cantitative– Necesita radiometrie (citirea
temperaturii)– Posibilitatea de comparare in vederea
stabilirii unor limite– Evidentiaza chiar variatii minore– Masurarea se face in conditii cunoscute
(sarcina, conditii atmosferice)
2. Notiuni de termoviziune
8
2. Notiuni de termoviziune
• Moduri de transfer a caldurii– Conductie (solide)– Convectie (fluide)– Radiatie
• Conductia depinde de:– izolatia termica
9
2. Notiuni de termoviziune
• Convectia depinde de:– Viteza curentului de aer / fluid– Orientarea suprafetei fata de curent– Starea suprafetei– Vascozitatea aerului / fluidului– Diferenta de temperatura intre suprafata si aer / fluid
10
• Radiatia– Poate avea loc in vid– Toate solidele si lichidelor radiaza energie (caldura) spre mediul
inconjurator– Se petrece cu viteza luminii
2. Notiuni de termoviziune
Sursa de temperatura
Reflexie (R)
Transmisie (T)
Absorbtie (A) si emisie (ε)
11
Radiatia corpului negru functie de Lungimea de unda & Temperatura
0.1 1 10 1001
10
100
1 103
1 104
1 105
1 106
1 107
1 108
1 109
WAVELENGTH (um)
BLA
CK
BO
DY
R
ELA
TIV
E R
AD
IAT
ED PO
WER
SUN
2000C
1000C
500C
200C
25C
λmax T = 2898 μm-K
2. Notiuni de termoviziune
12
Gamma raze X UV Vizibil Termic Microunde Radio
.4 .7 2 6 8 15
ShortWave IR
LongWave IR
Lungimea de unda in µm
Near IR
Camerele de termoviziune si termometrele IR lucreaza in domeniul 8-14 µm
2. Notiuni de termoviziune
• Spectrul electromagnetic
13Fereastra 8 - 14 µm evita absorbtia atmosferica.
2. Notiuni de termoviziune
• Transmisivitatea pentru o distanta de 1 m aer la 32 °C si 75% umiditate
14
R + A + T = 1
pentru materiale cu T=0 R + A = 1
si cum A = ε
rezulta ε + R = 1
R = Reflexie
A = Absorbtie / emisie
T = Transmisie
2. Notiuni de termoviziune
• Emisivitatea arata eficienta unui material de a emiteradiatie IR
• Emisivitatea (ε) ia valori in intervalul [ 0,1 ]
Emisivitatea depinde de:- tipul materialului (metal, sticla, plastic etc) - tipul suprafetei (lucioasa, mata, abraziva)
15
• Gri
• Ironbow
• Curcubeu
• Paleta de culori a camerei de termoviziune Fluke Ti30
2. Notiuni de termoviziune
16
2. Notiuni de termoviziune
• Un exemplu practic...
Pot vedea un punct fierbinteDar nu-l pot masura De aceea, ma apropii de tinta
3. Aplicatii ale termoviziunii
18
3. Aplicatii ale termoviziunii
• Aplicatii in mentenanta predictiva– Instalatii electrice – Echipamente electrice– Sisteme mecanice
• Aplicatii de proces– Sisteme distributie abur– Instalatii de incalzire (constructii)– Echipamente electronice (PCB-uri)
19
3. Aplicatii ale termoviziunii
• Temperatura superficiala
• Surse de caldura interne – Rezistenata anormala a
conexiunilor electrice– Frecari mecanice– Lipsuri sau defecte al stratului
izolator
• Care este relatia intretemperatura suprafetei pe care o vizualizam si sursa de caldurainterna?
3.1. Aplicatii: Instalatii electrice
21
3.1. Aplicatii: Instalatii electrice
• Mentenanta electrica
• Supraincalzirea unei conexiuni este cauzata de: – Sarcina dezechilibrata, armonici, I(L2) > I(L1,L3)– Sau rezistenta electrica crescuta R(L2) > R(L1,L3) cauzata de
oxidare, coroziune, slabire a conexiunii
• Temperatura ~ P = R x I²– P = puterea electrica in W,– R = rezistenta de contact in Ohm, – I = curentul in A, – L1-L3 = fazele AC
Este important sa se documenteze si conditiile de incarcare ale componentei, nu numai supraincalzirea din momentul inspectiei
22
3.1. Aplicatii: Instalatii electrice
• Mentenanta electrica
• Standardele locale definesc temperaturile maxime si nivelurile de risc (ex. in Germania: DIN VDE 0100)
• Temperaturile trebuie recalculate pentru o sarcina standardizata (ex. 50% sarcina) pentru a decide nivelul de risc:
– A: ΔT < 5 K se tine sub observatie si se repara in cadrul proximei mentenante planificate
– B: ΔT 5-30 K reparatie cat mai repede cu putinta. – C: ΔT > 30 K se repara imediat in functie de incarcarea
previzibila a sistemului
23
3.1. Aplicatii: Instalatii electrice
• Mentenanta electrica
• dTreal = Tmas – Tamb
• dT50%incarcare = dTreal (I50%incarcare/Imasurat)2
• Exemplu: Tmas = 33°C, Tamb = 25°C, Imas = 20% incarcare,
• dTreal = 33°C – 25°C = 8 °C• dT50%incarcare = 8 °C x (50/20)² = 8 °C x 6.25 = 50 °C
• Concluzie: Nivel de eroare C !!
Este necesara precizie in masurare, deoarece eroarea va fi multiplicata cu patratul raportului de sarcina (in cazul acesta cu 6,25 )!!
24
• Care va fi temperatura la o incarcare de 80%?
Exemplu: Tmas = 45°C, Tamb = 35°CImas = 40% load
•• dTdTrealreal = T= Tmasuratamasurata –– TTambientambient
•• dTdT80%incarcare80%incarcare = dT= dTreala reala (I(I80%incarcare80%incarcare/I/Imasuratamasurata))22
• dTreala = 45°C – 35°C = 10°C dT 80%incarcare = 10°C x (80/40)² = 10°C x 4 = 40°C
Concluzia: la o incarcare dubla diferenta de temperatura va fi de 4 ori mai mare
3.1. Aplicatii: Instalatii electrice
25
3.1. Aplicatii: Instalatii electrice
• Inspectii electrice– Incarcarea trebuie sa fie cel putin 40% din incarcarea maxima,
cel putin o jumatate de ora! – Nu efectuati niciodata o inspectie electrica atunci cand
incarcarea este sub 20% din incarcarea maxima!– Daca incarcarea variaza rapid, incercati la o incarcare medie din
ultimele 2 ore! – La o incarcare de 40%, temperatura de 45°C a unui cablu nu
reprezinta un pericol– La o incarcare de 80% temperatura va creste la aprox. 75°C,
peste temperatura maxima admisa de 70°C pentru cablurile din PVC!
– La o incarcare de 20% in timpul inspectiei, eventualele defectevor determina o diferenta foarte mica fata de mediul ambient !
26
Temperatura unei componente nu este o informatie esentiala pentru un inginer de mentenanta. Informatia esentiala este data de valoarea reala si starea posibila in viitor!!
• Clasificare
3.1. Aplicatii: Instalatii electrice
27
Gravitatea defectelor dupa prima reparatie
327%
219%
154%
123
Controlul reparatiilor este esential pentru obtinerea de feed back din partea inginerului de mentenanta in vederea imbunatatirii activitatii
de mentenanta
• Importanta controlului repetat
3.1. Aplicatii: Instalatii electrice
28
3.1. Aplicatii: Instalatii electrice
29
Conexiuni electrice:• Identificarea contactelor slabitesau corodate
Sisteme electrice:• Identificarea nesimetriilor sau
suprasarcinilor
Motoare electrice:• Identificarea starii cuplajelor
mecanice, bobinajului, conexiunilor etc.
3.1. Aplicatii: Instalatii electrice
30
• Ghidul NETA (InterNational Electrical Testing Association) impune o actiune imediata atunci cand:
– diferenta de temperatura (DT) dintre componenteleelectrice similare in conditii de incarcare similara > 15 °C
– DT intre o componenta si mediul ambiant > 30 °C
3.1. Aplicatii: Instalatii electrice
31
3.1. Aplicatii: Instalatii electrice
• Prevenirea incendiilor
Cel mai recent raport al U.S. FireAdministration, analizand informatiileobtinute in 2001 estimeaza ca 8.7 %dintre incendiile din afara locuintelor au fost cauzate de echipamentul de distributie a energiei electrice
32
• Contact imperfect, nesimetrie sau suprasarcina?
3.1. Aplicatii: Instalatii electrice
33
3.1. Aplicatii: Instalatii electrice
• Contact imperfect, nesimetrie sau suprasarcina?
34
3.1. Aplicatii: Instalatii electrice
• Dezechilibru sau suprasarcina?
– In ce loc este rezistenta mai mare? La contactul din stangasau la cel din dreapta?
– Un punct fierbinte nu este in mod necesar datorat unei conexiunidefecte
3.2. Aplicatii: Echipamente electrice
36
3.2. Aplicatii: Echipamente electrice
• Imaginea termica a unui motor electric
37
3.2. Aplicatii: Echipamente electrice
• Imaginea termica a unui motor electric
38
• Banda rulanta actionata de motoare electrice
3.2. Aplicatii: Echipamente electrice
39
3.2. Aplicatii: Echipamente electrice
• Conexiunile unui motor – Creaza probleme datorita
vibratiilor– Sunt dificil de inspectat– Este periculoasa deschiderea
capacului atunci cand sunt in sarcina
• Solutie– utilizati o plasa metalica in loc
de capac plin
40
Motoare electrice•Temperatura maxima depasita cu:
– +10° C– +20° C– +30° C
•Viata izolatie redusa cu:– 50%– 75%– 88%
NotaNota: Temperatura carcasei este uzual mai mica cu 10°C decat temperatura infasurarilor!
3.2. Aplicatii: Echipamente electrice
3.3. Aplicatii: Sisteme mecanice
42
3.3. Aplicatii: Sisteme mecanice
• Inspectarea lagarelor
Modificati echipamentul de protectie si capacelesistemelor de conveier si a componentelor de actionare in asa fel incat sa fie posibila inspectia termografica a lagarelor si a cuplajelor .
Luati in considerare utilizarea unor ferestre mici de vizitare, inchise cu capace cu balamale sau utilizarea unei plase in loc de metal plin
43
3.3. Aplicatii: Sisteme mecanice
• Inspectarea lagarelor
Transfer de caldura catre elementulde cuplare din dreapta
Incalzirea motorului datorita debituluiinsuficient de aer pentru racire saudatorita unei dezalinieri
44
3.3. Aplicatii: Sisteme mecanice
• Inspectarea tuturor acestor role nou instalate din punct de vedereal vibratiilor ar dura prea mult timp
• Consecinte posibile:– Intreruperea productiei pentru mai
multe ore– Costuri mari de reparatie in garantie
pentru antreprenor
• Solutia: inspectia in IR chiar in timpul probelor de punere in functiune
3.4. Aplicatii: Sisteme distributie abur
46
Cand functioneaza corect, asa ca in acest exemplu, imaginea termica a trapei de abur trebuie sa evidentiezeo schimbare brusca de temperatura
3.4. Aplicatii: Sisteme distributie abur
47
Trapa de abur intr-o fabrica de zahar. Camera de termoviziune arata o functionarecorecta (sus) si una defectuoasa (jos)Sunt afisate diferentele de temperatura pentru “intarirea” imaginii in IR
Trapa de abur intr-o fabrica de zahar. Aceasta imagine in IR arata cum aburuldepaseste o valva cu scurgeri
3.4. Aplicatii: Sisteme distributie abur
3.5. Aplicatii: Constructii
49
Radiatoarele din interior si ferestrele pierd > 5 C spre mediul ambiant
Se inspecteaza constructiile pt. mai multe motive:
– Verificarea izolarii– Localizarea scurgerilor de aer– Verificari structurale– Infiltrarea umiditatii– Detectarea mucegaiului
3.5. Aplicatii: Constructii
50
3.5. Aplicatii: Constructii
Radiatorul ancastrat prezinta o caderede 30 grade. E necesara aerisirea.
51
3.5. Aplicatii: Constructii
• Termografia ajuta la evidentierea scurgerilor si face vizibila distributia reala pentru sistemele de incalzireincastrate in podea
52
3.6. Aplicatii: Placi de circuite imprimate
• Testarea placilor– In timpul functionarii– Ne asigura ca placa este proiectata si functioneaza corect
• Temperatura mare ne poate indica– Subdimensionarea traseelor parcurse de curenti mari– Subdimensionarea radiatoarelor– Lipiri defectuoase– Componente care nu functioneaza corect
4. Etapele unei inspectii
54
Pas 1. Creerea liniei de baza (referentialul)
4. Etapele unei inspectii
55
Pas 2. Desfasurarea inspectiei
Efectuatiinstantanee noisi comparatipentru a vedeadaca compozitia, distanta sunt la fel
Incarcatimodul de desfasurarein camera IR
Descarcati informatiile noi in PC
4. Etapele unei inspectii
56
Pas 3. Tendinte – specificati optiunile
4. Etapele unei inspectii
57
Pas 4. Vizualizati si analizati tendintele temperaturii
4. Etapele unei inspectii