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