UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA “USO DE LA TECNOLOGÍA INFRARROJA (IR) PARA EL MANTENIMIENTO DE SUBESTACIONES CON AISLAMIENTO DE AIRE CONVENCIONAL (AIS) DE ALTA TENSIÓN EN PERÚ” TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO ELECTRICISTA AUTOR: ALFARO MUNARRIZ ALDO ASESORA: MAG. MEZA ZAMATA JESSICA ROSARIO LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA Callao, 2022 PERÚ INFORMACIÓN BÁSICA FACULTAD: INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA UNIDAD DE INVESTIGACIÓN: INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA TÍTULO: “USO DE LA TECNOLOGÍA INFRARROJA (IR) PARA EL MANTENIMIENTO DE SUBESTACIONES CON AISLAMIENTO DE AIRE CONVENCIONAL (AIS) DE ALTA TENSIÓN EN PERÚ” AUTOR: ALDO ALFARO MUNÁRRIZ ORCID: 0000-0001-6309-1948 DNI: 40421070 ASESORA: JESSICA ROSARIO MEZA ZAMATA ORCID: 0000-0002-7999-9464 DNI: 43266709 LUGAR DE EJECUCIÓN: LIMA UNIDAD DE ANÁLISIS: EQUIPAMIENTO SUBESTACIÓN DE ALTA TENSIÓN TIPO DE INVESTIGACIÓN: TECNOLÓGICA - APLICADA ENFOQUE: CUANTITATIVO DISEÑO: EXPERIMENTAL TEMA OCDE: INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA MIEMBROS DEL JURADO DR. SANTIAGO LINDER RUBIÑOS JIMENEZ : PRESIDENTE DR. ADAN ALMIRCAR TEJADA CABANILLAS : SECRETARIO MG. ERNESTO RAMOS TORRES : VOCAL MG. ANTENOR LEVA APAZA : SUPLENTE ASESORA: Mg MEZA ZAMATA, JESSICA ROSARIO N° DE LIBRO FOLIO: FECHA DE APROBACIÓN RESOLUCIÓN DIRECTORAL : 2 : 201 : 25 DE OCTUBRE DEL 2022 : N° 115-2022-DPFIEE https://digital-camscanner.onelink.me/P3GL/g26ffx3k DEDICATORIA Para Alex, Alexandra, Algodón, Analía, Andrea, Andrés, Andrew, Ángela, Báksic, Daysi, Prince, Raquel, Ronaldo y Ronaldinho. AGRADECIMIENTO En primer lugar, agradezco a Dios, sin Él nada tendría sentido. A mis padres Andrés y Daysi, por criarme, apoyarme y soportarme. A mi esposa Raquel, por su amor, el cual me permitió el empujón que me faltaba para terminar la carrera. A mis hijos, hermanos y sobrinas, quienes confiaron en mí en todo momento. Al Dr. Juan Grados, por su orientación al inicio de este trabajo de investigación. A mi asesora, Mg. Jessica Meza, por aportar su experiencia en el desarrollo del presente trabajo. Al ingeniero Daniel Vaillant, una gran persona amiga de mi familia. Aldo Alfaro Munarriz 1 ÍNDICE ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................................ 5 ÍNDICE DE TABLAS .......................................................................................... 6 ÍNDICE DE ECUACIONES ................................................................................ 7 RESUMEN ......................................................................................................... 8 RÉSUMÉ ............................................................................................................ 9 INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 10 I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................... 11 1.1. Determinación del problema ............................................................... 11 1.2. Formulación del problema ................................................................... 12 1.2.1. Problema general ......................................................................... 12 1.2.2. Problemas específicos ................................................................. 12 1.3. Objetivos ............................................................................................. 12 1.3.1. Objetivo general ........................................................................... 12 1.3.2. Objetivos específicos .................................................................... 12 1.4. Justificación ........................................................................................ 13 1.4.1. Justificación teórica ...................................................................... 13 1.4.2. Justificación tecnológica ............................................................... 13 1.4.3. Justificación económica ................................................................ 13 2 1.4.4. Justificación social ........................................................................ 13 1.5. Delimitantes de la investigación .......................................................... 14 II. MARCO TEÓRICO ................................................................................... 15 2.1. Antecedentes del estudio .................................................................... 15 2.1.1. Antecedentes internacionales ...................................................... 15 2.1.2 Antecedentes nacionales ................................................................. 17 2.2. Bases teóricas .................................................................................... 19 2.3. Marco conceptual ................................................................................ 35 2.4. Definición de términos básicos ........................................................... 40 III. HIPÓTESIS Y VARIABLES .................................................................... 42 3.1. Hipótesis (General y específicas) ....................................................... 42 Hipótesis general ...................................................................................... 42 Hipótesis específicas ................................................................................ 42 3.1.1. Operacionalización de variables ...................................................... 42 Mantenimiento de las subestaciones AIS de alta tensión ................................ 42 Variable independiente: ................................................................................... 42 IV. METODOLOGÍA DEL PROYECTO ........................................................ 43 4.1. Diseño metodológico........................................................................... 43 4.2. Método de investigación ..................................................................... 43 3 4.3. Población y muestra ........................................................................... 43 4.4. Lugar de estudio ................................................................................. 43 4.5. Técnicas e instrumentos para la de recolección de datos ............... 43 4.5.1. Instrumentos para la recolección de la información...................... 44 4.6. Análisis y procesamiento de datos ..................................................... 44 4.7. Aspectos éticos de la investigación .................................................... 44 V. RESULTADOS .......................................................................................... 45 5.1. Resultados descriptivos ...................................................................... 45 VI. DISCUSIÓN DE RESULTADOS ............................................................ 59 VII. CONCLUSIONES ................................................................................... 61 VIII. RECOMENDACIONES .......................................................................... 62 IX. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................... 63 X. ANEXOS ................................................................................................... 69 Anexo 1. Matriz de consistencia ................................................................... 69 Anexo 2. Especificaciones técnicas de FLIR T420 ....................................... 71 Anexo 3. Termohigrómetro Fluke 971 .......................................................... 73 Anexo 4. Instructivo de inspección termográfica Omega Perú INT-M-108 ... 74 Anexo 5. Diagrama de planta de patio de llaves de SE Kiman Ayllu 220 kV 77 Anexo 6. Diagrama de planta de SE Chilca 500 kV ..................................... 78 4 Anexo 7. Certificados de calibración de equipos utilizados .......................... 79 Anexo 8. Formato de AST ............................................................................ 82 Anexo 9. Informe de termografía .................................................................. 82 Anexo 10. Informe de termografía ................................................................ 83 Anexo 11. Instructivo de inspección termográfica ........................................ 87 Anexo 12. Entrevistas ................................................................................... 91 5 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Detección termográfica en línea de transmisión ............................... 18 Figura 2. Región IR del Espectro Electromagnético (EEM) ............................. 25 Figura 3. Medida de temperatura corporal de especies, un ejemplo de como la radiación se vuelve visible ............................................................................... 26 Figura 4. Emisividad, reflexión y transmisión de cuerpo negro ........................ 28 Figura 5. Sistema termográfico para ensayos de termografía activa ............... 35 Figura 6.Sistema de adquisición de imágenes por Termografía Infrarroja activa. La posición de la fuente de calor establece si la adquisición se produce en reflexión o en transmisión. ............................................................................... 37 Figura 7. Plano de Disposición de Equipos de Planta de subestación Chilca. . 48 Figura 8. Vista preliminar de termograma. ....................................................... 48 Figura 9. Termograma llevado al software. ...................................................... 49 Figura 10.Termograma llevado a la hoja de Excel del informe ........................ 50 Figura 11. Plano de Disposición de Equipos de Planta de subestación Kiman Ayllu ................................................................................................................. 51 Figura 12. Vista preliminar de termograma. ..................................................... 51 Figura 13. Termograma llevado al software. .................................................... 52 Figura 14. Termograma llevado a la hoja de Excel del informe ....................... 52 6 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Valores de conductividad ................................................................... 22 Tabla 2. Tabla de emisividad de algunos materiales ....................................... 34 Tabla 3. Sistema de valoración de Tº y acciones sugeridas ............................ 40 Tabla 4. EPP requeridos para los trabajos de campo. ..................................... 46 7 ÍNDICE DE ECUACIONES Ecuación 1. Fórmula de de transferencia de calor ........................................... 21 Ecuación 2. Ley de enfriamiento de Newton .................................................... 23 Ecuación 3. Fórmula de coeficiente de convección ......................................... 24 Ecuación 4. Longitud de onda del pico de emisión .......................................... 29 Ecuación 5. Ley de Stefan Boltzmann ............................................................. 29 Ecuación 6. Ley de Planck ............................................................................... 30 Ecuación 7. Ley de Kirchoff de termografía infrarroja ...................................... 32 8 RESUMEN El presente trabajo de ingeniería abarca la metodología de trabajo usando la tecnología del infrarrojo (IR) para la toma de muestras termográficas en equipos de patio de subestaciones eléctricas convencionales de alta tensión. La termografía es una herramienta esencial en el mantenimiento predictivo de alta tensión, puesto que ayuda a determinar el estado de los equipos más importantes que conforman una subestación eléctrica, como los transformadores, reactores, interruptores, entre otros, y tomar decisiones en base a los resultados obtenidos. Con capacitación profesional y algo de experiencia un termógrafo puede localizar rápidamente conexiones de alta resistencia, desequilibrios de carga y sobrecarga mientras el sistema está en operación, sin contacto directo con el sistema energizado. La prevención de fallas catastróficas y los apagones no programados a menudo dan resultado un ahorro de costos muy superior al costo del programa y el equipo de prueba. Por tal motivo, se consideró el uso de la tecnología IR como una herramienta indispensable del operador, y se espera que este trabajo sirva como precedente para el mantenimiento en subestaciones de 60 kV, 138 kV y 220 kV con tecnología AIS. 9 RÉSUMÉ Le présent travail d'ingénierie porte sur la méthodologie de travail utilisant la technologie infrarouge (IR) pour le prélèvement d'échantillons thermographiques sur des équipements de cour des sous-stations électriques conventionnelles à haute tension. La thermographie fait partie des outils essentiels de la maintenance prédictive haute tension, car elle permet de déterminer l'état des équipements les plus importants qui composent une sous-station électrique, tels que les transformateurs, les réacteurs, les interrupteurs, entre autres, et de prendre des décisions en fonction des résultats obtenus. Avec une formation professionnelle et une certaine expérience et l'avancement technologique, un thermographe peut rapidement localiser les connexions à haute résistance, pertes d’isolation, les déséquilibres de charge et les surcharges pendant que le système est en fonctionnement, sans contact direct avec le système sous tension. La prévention des dommages aux équipements et des pannes imprévues pour la clientèle, entraîne souvent des économies de coûts bien supérieures au coût du programme de test et de l'équipement. Pour cette raison, l'utilisation de la technologie IR a été considérée comme parmi les outils essentiels pour l'opérateur, et nous esperond que ce travail servira de précédent pour la maintenance des sous-stations 60 kV, 138 kV et 220 kV avec technologie AIS. 10 INTRODUCCIÓN En la actualidad, la misión del mantenimiento de subestaciones de alta tensión, es de brindar una alta confiabilidad y disponibilidad funcional de sus equipos, resguardando la seguridad, salud de las personas, con responsabilidad social y cuidado del medioambiente, optimizando los costos y así brindar una transmisión eléctrica eficiente. El presente proyecto de tesis se enfoca en la importancia de la termografía infrarroja (IR) la realización de mantenimiento de prevención, una técnica que reduce los tiempos de atención de los equipos de potencia en los patios de llaves (AIS) de alta tensión, con el fin de obtener la menor indisponibilidad para el servicio. El modelo planteado propone demostrar, a través del análisis de tomas de muestras termográficas reales en subestaciones, que esta herramienta infrarroja es de vital importancia para el operario de mantenimiento y operación. La termografía infrarroja es una técnica con numerosas aplicaciones en diversos campos técnicos, entre ellos, los sistemas de vapor, rubro de construcción, fines médicos, no obstante, debido al enfoque de la presente investigación, su uso se centró en el sector de servicio eléctrico de alta tensión. 11 I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1. Determinación del problema Los equipos de potencia son considerados elementos primordiales para la conformación de módulos de subestaciones eléctricas, y sus mantenimientos adecuados hacen posible que el fluido eléctrico no se interrumpa, de una manera eficiente y salvaguardando la seguridad de las personas. Entre estos tipos de mantenimiento se encuentra el predictivo, el cual se encarga de comprobar si hay fallas potenciales en los equipos, y que tiene en la termografía infrarroja, uno de los métodos más utilizados por las empresas de operación y mantenimiento de subestaciones eléctricas de alta tensión. La termografía infrarroja (IR) es una técnica mediante la cual se puede realizar la detección y medición de la temperatura de un cuerpo en base de los niveles de radiación ubicada en el espectro IR. La ejecución de la técnica termográfica para el mantenimiento en el sector eléctrico para análisis de sistemas, permite la ubicación de zonas de alta temperatura, falsos puntos de contacto, desbalance de carga entre fases, monitoreo en sistemas mecánicos, etc. De forma sintética, la medición termográfica posee una repercusión grande en diferentes campos de praxis, sobre todo en el sector industrial, área que se ve beneficiada en la reducción de porcentaje de riesgos laborales, disminución con menores costos productivos, mediciones sin necesidad de paro laboral por mantenimiento y sin vulneración física del equipo. Elaborar un instructivo de termografía infrarroja en patios de llaves de subestaciones AIS de alta tensión, ayudará a brindar una alta confiabilidad y disponibilidad funcional de sus equipos, resguardando la seguridad y salud de las personas, con responsabilidad social y cuidado del medio ambiente, optimizando los costos de mantenimiento, bajo una revisión periódica de la 12 gestión basada en la mejora continua, para brindar un buen servicio de transmisión. 1.2. Formulación del problema 1.2.1. Problema general • PG: ¿En qué medida el uso de tecnología infrarroja (IR) aplicada en la termografía, ayudará a mejorar el mantenimiento de las subestaciones AIS de alta tensión en Perú? 1.2.2. Problemas específicos • PE1: ¿Qué parámetros de termografía infrarroja (IR) se debe tener en cuenta en los trabajos de campo? • PE2: ¿Cómo identificar los componentes eléctricos defectuosos con la aplicación de la termografía infrarroja (IR)? • PE3: ¿Qué plan de mantenimiento se debe realizar para determinar el diagnóstico el impacto de la tecnología infrarroja en las subestaciones AIS? 1.3. Objetivos 1.3.1. Objetivo general • OG: Usar de la termografía infrarroja (IR) para mejorar el mantenimiento de las subestaciones AIS de alta tensión en Perú. 1.3.2. Objetivos específicos • OE1: Determinar los parámetros de termografía infrarroja (IR) que se debe tener en cuenta en los trabajos de campo • OE2: Determinar la aplicación de la termografía infrarroja (IR) para la identificación de componentes eléctricos de alta tensión defectuosos • OE3: Elaborar un plan de mantenimiento para determinar el diagnóstico del uso de las tecnologías infrarrojas aplicadas a las subestaciones AIS 13 1.4. Justificación 1.4.1. Justificación teórica El uso de la termografía infrarroja en patios de llaves de subestaciones AIS de alta tensión, ayudará a brindar una alta confiabilidad y disponibilidad funcional de sus equipos, resguardando la seguridad y salud de las personas, con responsabilidad social y cuidado del medio ambiente, optimizando los costos de mantenimiento, bajo una revisión periódica de la gestión basada en la mejora continua, para brindar un buen servicio de transmisión, que proveerá de datos que servirán para perfeccionarlos y ajustarlos en futuros instructivos. La correcta interpretación de las imágenes térmicas debe ser una de las herramientas más importantes dentro del diagnóstico de equipos de potencia en el mantenimiento de subestaciones de alta tensión, pues puede predecir fallos y paralizaciones del fluido eléctrico, que supondrán ahorros en costos no previstos. 1.4.2. Justificación tecnológica La toma termográfica se hace sin la necesidad de dejar sin energía o detener una máquina, sin contacto físico y, como no necesita refrigeración, las cámaras de esta tecnología han disminuido su tamaño y peso, y pueden ser manejadas con facilidad por una persona. 1.4.3. Justificación económica La detección rápida de fallas en los equipos de potencia puede evitar la interrupción del suministro ofreciendo así un mejor servicio y minimizando las pérdidas económicas. 1.4.4. Justificación social La implementación de un adecuado uso de la termografía infrarroja (IR) se soporta en procesos rigurosos y excelentes, seguros para las personas, en equilibrio con el ambiente y socialmente responsables. 14 1.5. Delimitantes de la investigación El horario de tomas termográficas, las condiciones ambientales y operativas, los procedimientos de recopilación de datos inadecuados y una comprensión deficiente de cómo usar esta información son factores muy limitantes. 15 II. MARCO TEÓRICO 2.1. Antecedentes del estudio 2.1.1. Antecedentes internacionales (Torres Leones 2021) en su tesis de grado de ingeniero eléctrico mecánico con mención en gestión empresarial industrial de la Universidad Católica de Santiago de Guayaquil presentó un trabajo de investigación, el cual planteó objetivos que brindaron un panorama del impacto de las técnicas termográficas como plan de monitoreo para submódulos de alta tensión y la infraestructura física que los componen, todo ello realizado por medio de técnicas diagrámales de valores de cantidades de calor registradas en los sondeos, las cuales fueron validadas con el fundamento teórico que sustenta su uso dentro de la gestión. Los resultados obtenidos representaron información beneficiosa para realizar un modelo propio de planes de mantenimiento, rangos de valores, y cómo estas se aplican a un caso particular para así ser extrapolado en una posible nueva tesis. (Hernández, Óscar y Pérez 2020) indicaron que el principal enfoque de su investigación fue considerar análisis, caracterización y clasificación de defectos en módulos fotovoltaicos a través del uso de tecnología termográfica infrarroja (IRT) para la detección, identificación y caracterización de defectos en función de patrones de fallas que permitan la consolidación de sistemas más eficaces y seguros. Concluyendo que los enfoques deseables para el uso de esta tecnología es la de inspecciones aéreas de plantas FV, asimismo nos muestra con efectividad el uso de instrumentos externos que se utilizan para la medición termográfica, como es el caso de la cámara Cat S60 montada en un don de reconocimiento DJI Mavic Pro. (Santamaría Holek 2012), gerente de la empresa Tecnología Avanzada para mantenimiento SA, en su ensayo del 2012 sostiene que, en el ámbito de la medición, existen diversas variables que pueden afectar los resultados respecto a medidas de temperatura de los equipos de alta tensión. Entre los principales se encuentran: variación de temperatura entre dos objetos, capacidad conductiva térmica de los materiales evaluados, permisividad térmica del medio, 16 ángulo de mira entre el lector y objeto, factores ambientales, entre muchos otros que varían las medidas infrarrojas reales. Pese a que la medición termográfica posee una simple definición en su concepto, la realidad es una muy distinta, puesto que la omisión de las variables mencionadas puede generar resultados erróneos, mismos que al momento de realizar un plan de mantenimiento, o requerimiento dentro de una empresa, puede desembocar en la errónea forma de tomar el estado estructural de equipos, pérdidas económicas para la empresa, retraso en la optimización de maquinarias, etc. (Serrano Malagón y Núñez Campo Aury Margarita 2011) en su tesis de posgrado, mencionan en la página 46 una conclusión acerca de la implementación de la termografía IR. Misma que refiere la utilidad de las mediciones de calor por termografía, definiéndolas como rápidas, eficaces, no invasivas. Ello aporta a la investigación, debido a que mediante la constatación de la hipótesis de la tesis, se clarifica el buen aporta que supone la implementación de los métodos expuestos a fin de brindar un efectivo plan de mantenimiento. (González Arbesú 2000) comenta que el uso de tecnología de infrarrojos tiene una amplia utilidad para obtención de diagramas de radiación, es también una tecnología que permite entender de mejor forma los fenómenos de radiación. Además de existir aplicaciones prácticas que usan ese tipo de radiación. Concluyendo que la termografía de rayos infrarrojos es una técnica de alta precisión, económica para la aplicación en diferentes ámbitos del diseño de antenas y diagramación. (Weihui Fu 2000), tesista doctoral de la Iowa State University de Estados Unidos, señala que los equipos electromecánicos son vulnerables a fallar en cualquier tiempo y de cualquier modo; a lo largo de los años ha sido complicado determinar el impacto de dichas fallas y las búsquedas de solución, no obstante, es preciso conocerlas a través de análisis, a priori de que el equipo presente fallas. Las cámaras termográficas logran identificar y realizar un diagnóstico previo para 17 realizar avisos de alerta y se pueda elaborar un plan de acción ante la detención de actividades por una falla intempestiva. 2.1.2 Antecedentes nacionales (Bances Vidaurre 2020) en su tesis de grado para obtener el título profesional de ingeniero mecánico eléctrica, realizó una investigación de carácter aplicada y cuasiexperimental tomando como variables: optimización del sistema eléctrico y el plan de mantenimiento predictivo como medio de mejora al proceso de la empresa. En la investigación se observa la forma en la cual se toman de forma análoga ambas variables para realizar un cruce en el titulo proporcionado por el autor. A su vez, se hace mención de la muestra tomada como 3 circuitos del total contabilizados en la empresa Coelvisac. Se ejecutaron las técnicas encuesta, observación y revisión documentaria para determinar si el método fue eficiente. Se obtuvo de los resultados que la detección de fallas tempranas aumentando un 3.5% de disponibilidad de los equipos, gracias a esta técnica de jerarquización de sistemas y equipos. De la investigación presentada se obtiene un alcance de cómo una de las variables, en la investigación "optimización del sistema eléctrico" tiene relación con el mantenimiento que se aborda en la presente investigación. (Poma Vilcahuaman 2012) en su tesis de grado de ingeniero electricista Universidad Nacional del Centro del Perú, muestra su investigación donde se propuso una solución del problema presente en la unidad de mantenimiento de subestaciones ante una falta de procedimiento protocolar. Ante la premisa expuesta, el investigador propuso un instrumento teórico-práctico, mismo del cual se obtuvieron resultados oportunos respecto a las rutinas empleadas, ello permite realizar una mejora efectiva con posibilidades de evolución. A la vez, se determinó que la termografía permite identificar fallas externas en los equipos y ello no es suficiente para emitir juicios exactos sobre fallas internas. Por otro lado, la termografía infrarroja, permitió con precisión ejecutar un mantenimiento planificado con predicción a eventos adversos, con ello se demuestra no solo efectividad en reconocimiento de fallas, sino de ejecución, sin interrupciones al 18 momento de puesta en marcha de los equipos. La presente investigación, realiza un aporte significativo en aras de una correcta viabilidad del tema elegido y brinda una guía de abordaje ante casos particulares, así como de forma genérica la validez de antítesis de formas tradicionales de mantenimiento, demostrando de forma a priori la efectividad de la técnica propuesta. Figura 1. Detección termográfica en línea de transmisión Fuente: (Poma Vilcahuaman 2012) (Farias Pesua 2000) en si tesis de la Universidad Nacional del Callao concluye que la termografía infrarroja ayuda a detectar oportunamente fallas incipientes en los sistemas eléctricos. Su aplicación trae beneficios en ahorros por adquisición de repuestos para el mantenimiento correctivo y la horas - hombre que esto implica. Se evita discontinuidad en el desarrollo normal de los procesos de plantas por paradas inesperadas debidas a fallas eléctricas. Para conocer las condiciones de operación y mantenimiento de subestaciones eléctricas de alta tensión en nuestro país, se ha tomado las exposiciones “Metodologías modernas de mantenimiento aplicado a subestaciones de potencia” Juan Bravo y Carlos Águila - 2016 y “Mantenimiento de sistemas de transmisión eléctrica” Alberto Muñante, realizadas por empresas líderes en el mantenimiento eléctrico en el Perú, como son Omega Perú y Red de Energía del Perú. 19 2.2. Bases teóricas Termodinámica (Fuenzalida 2020) hace mención que la termodinámica es una disciplina de la física pura, mediante la cual se realizan estudio del calor y sus diversas formas de propagación como energía a fin de generar un ciclo de trabajo. Principios de la termodinámica En el libro (Cengel y Boles 2015) muestra que la termodinámica posee 3 principios fundamentales llamados: • Principio cero de la termodinámica: postula que, si existen dos cuerpos (R y S) los cuales se encuentran en estado de equilibrio térmico con un tercer cuerpo (T), se anuncia que el R y S también se encuentran en equilibrio térmico mutuamente. • Primer principio de la termodinámica: anuncia que la energía en sus diversas formas existentes en nuestro medio, no se genera o crea, tampoco se elimina, sino que solo se transforma. • Segundo principio de la termodinámica: sostiene que para alcanzar el equilibrio térmico entre dos cuerpos, ellos tienden a igual su temperatura a un punto denominado de equilibrio. Conservación de energía La primera ley es la de mayor uso práctico de todas las leyes de conservación física, su aplicación en la termografía infrarroja sería la siguiente: Ecuación 1. Conservación de energía en termografía IR A R TT E E E= + + Donde: TIR: Termografía IR 20 EA: Energía absorbe (emite) ER: Energía reflejo ET: Energía que transmite (logra pasar un objeto) Calor (Alomá Chávez y Malaver 2007) definen al calor como la energía térmica transitorio que existe entre dos cuerpos de diferentes temperaturas, posee como unidad principal al Joule representado por la letra J. El Joule también es igual a 1 watt por segundo, por lo que, eléctricamente hablando, es el trabajo realizado por una diferencia de potencial de 1 volt y con una intensidad de 1 Ampere durante 1 tiempo de 1 segundo. Temperatura La temperatura es la medida cuantificable de la energía cinética que presenta un cuerpo por medio de la vibración molecular. También representa la cantidad de energía por molécula, o el promedio de una cantidad de moléculas, por esto, la temperatura es una medida del estado en que se encuentra una sustancia. Instrumentos para medir la temperatura La temperatura es la medida de lo relativamente frío o caliente, que se puede realizar a través de diversos instrumentos de medición, la calidad de la medición va a depender de la precisión de los mismos, a continuación, se mencionan formas de determinar el cambio de la temperatura. • Expansión / contracción. • Cambio de estado. • Voltaje / resistencia. • Cambio químico. • Cambio de tono (sonido). • Respuesta biológica. 21 • Radiación electromagnética. • Cámaras termográficas Radiometría En el portal Web de (Optris [s.f.]) se mencionan a los radiómetros como instrumentos que miden la radiación electromagnética infrarroja, para luego interpretarlos en función de la temperatura, este es el funcionamiento de las cámaras termográficas. Se ha demostrado que la relación entre medición y medida es directamente proporcional. Teoría básica de la transferencia del calor Al observar un cuerpo se aprecia su superficie exterior, mientras que en el interior se origina la energía calorífica de interés. ¿Cuál es la relación entre el interior y el exterior? La energía calorífica puede ser convertida en una forma eléctrica con un elemento que mueve un flujo de electrones: corriente eléctrica, teniendo como unidad el watt – hora (W.h). A mayor temperatura, aumenta la potencia. Formas de transferencia de calor En (Barrera-Ríos et al. 2021) muestra los principales mecanismos de transferencia de calor: • Radiación: ondas electromagnéticas que viajan alrededor del sol. • Conducción: Acción y efecto de conducir, llevar, transportar, guiar, dirigir. • Convección: transferencia de calor, debe haber un líquido Conducción Jean Baptiste Fourier fue un matemático y físico, destacado los aportes sobre la resolución de la ecuación del calor. El flujo de calor q (W o J/s) es la transferencia de calor por rango por conducción a través del material y es proporcional a las siguientes cuatro cantidades: Ecuación 2. Fórmula de de transferencia de calor 22 ( )1 2 T T q k A d . . − = • k: conductividad térmica del material (W/mK o J/smK) – Valor tablas. • A: área de la superficie del material (m2). • T1 – T2: diferencia de temperaturas entre superficies (K o C°). • d: espesor del material (m). Los conductores de calor tienen una alta conductividad térmica, mientras que los aisladores térmicos poseen una baja conductividad térmica. Una tubería o conductor aislado tiene una mayor relación de transferencia de calor longitudinalmente y una menor relación del centro a su superficie que un no aislado. La cantidad de calor transferido se incrementa cuando el grosor disminuye. Con infrarrojo solo podemos ver la superficie del material que se está examinando, es decir, se observa la primera milésima de pulgada del objeto, no a través del mismo. Diferentes materiales conducen calor de diferente forma, por ejemplo, el cobre es más conductivo que el concreto. Tabla 1. Valores de conductividad Material Conductividad W/mK Cobre 380 Aluminio 237 Acero 50 Hormigón 2.5 Vidrio 0.6 – 1 Cerámica 0.80 Madera 0.13 XPS 0.035 – 0.045 Lana de roca 0.035 – 0.039 23 EPS 0.032 – 0.035 PUR/PIR/PU 0.021 – 0.035 Fuente: (Hermindo Prieto 2014) De la Tabla 1, se deduce que diferentes materiales conducen calor de diferente forma, por ejemplo, el cobre es más conductivo que el concreto. Diferencia de temperatura A medida que la variación de temperatura (∆T) aumenta o disminuye, ocurrirá lo mismo con la transferencia de calor. La Ley de enfriamiento de Newton sanuncia que la variación de valores de temperatura y su medio, tiende a cero; el calor en la unidad de medida de tiempo entrante o saliente del cuerpo establece una dependencia proporcional a la variación de temperatura. De (Ferrándiz, Arrieta y Martínez 2013), se hace mención la ecuación 1: Ecuación 3. Ley de enfriamiento de Newton SQ h(T T )A= − Donde: • Q: flujo de calor (W) • h: coeficiente de convección (W/m2K) (dependerá de un fluido) • A: área del cuerpo en contacto con el fluido (m2) • Ts: temperatura de la superficie del cuerpo (K) • T∞: temperatura del fluido a cierta distancia del cuerpo (K) Convección La variación de temperatura interna de un material en estado líquido o gaseoso genera movimiento interno en las moléculas del fluido, el proceso del movimiento y su transferencia de calor de un fluido a otro se denomina convención 24 La cuantificación del coeficiente de convección (h), depende de parámetros del fluido (Alberto Supo-Quispe, Aruhuanca-Cartagena y Beatriz Butrón-Pinazo III 2021): • Velocidad del flujo • Orientación del flujo • Condición de la superficie • Geometría • Viscosidad Para superficies verticales en contacto con el aire, según menciona (Martínez 1992) , “h” está determinado por: Ecuación 4. Fórmula de coeficiente de convección ( ) 1/4 h 1,77 T=  Existen dos tipos de convección: • Libre o natural: cuando el flujo es inducido por las fuerzas de flotabilidad, las cuales surgen de las diferencias en la densidad. • Forzada: cuando el flujo es obligado a moverse por un medio externo. A mayor velocidad del viento, mayor es la relación de pérdida de calor debido a la convección, por lo que la temperatura leída por un termómetro será parcialmente baja. Grandes tanques llenos con fluidos de gran masa térmica, pierden más calor total debido a la convección que a las pequeñas conexiones eléctricas. A medida que los líquidos se evaporan extraen calor de los alrededores, superficies húmedas serán típicamente más frías, lo que hará que los patrones térmicos sean más difíciles de entender. Transigente de calentamiento y contraste 25 Las condiciones ambientales pueden ayudar a producir un contraste térmico. La masa térmica y la conductividad afectarán la cantidad de carga de calor y de enfriamiento. La cámara de onda corta puede ver por dentro de las flamas y gases muy densos, mientras que las de onda larga ven en las flamas una barrera, siendo la primera más cara que la segunda. Radiación La radiación es la emisión continua de energía desde la superficie de todos los cuerpos, se encuentra en forma de ondas electromagnéticas que se propagan a través de la luz y el vacío, a diferencia de la conducción y la convección, que requieren de la presencia de la materia. Es la transferencia de calor que realiza el sol aquí en la tierra. El espectro infrarrojo IR Figura 2. Región IR del Espectro Electromagnético (EEM) Fuente: (Land Instruments International 2004) El infrarrojo es una forma de energía con ondas de alta frecuencia del espectro electromagnético ubicado entre la luz visible y las ondas de radio, después del color rojo. 26 Los termogramas fueron obtenidos por primera vez en 1840, como resultado de la investigación iniciada por el astrónomo alemán inglés William Herschel (1738 – 1822), investigador que, durante el año 1800, dio hallazgo al espectro infrarrojo, un tipo de radiación no perceptible al ojo humano por su ubicación en el espectro de menor energía que la luz roja, mediante su efecto en un termómetro. La denominación de ultrarroja, indica que la frecuencia está situada más allá del rojo en el rango del EEM. El nombre de infrarroja hace referencia a la frecuencia de la luz en ese valor, es tanto menor cuanto más se avanza a lo largo de la totalidad del espectro de la luz visible desde el extremo violeta del rojo). A mediados de 1800, el investigador escocés James Maxwell reconoció que tanto la radiación infrarroja como la luz visible eran de naturaleza ondular dentro del especto electromagnético. En la actualidad se conoce que hay ondas electromagnéticas de variadas frecuencias y longitudes de onda que se desplazan a la velocidad de la luz, incluyendo el infrarrojo. La diferencia entre la luz visible y el infrarrojo es la longitud de onda, siendo el IR más largo. La radiación infrarroja La radiación infrarroja no es tangible al sentido de la vista, pero su existencia es demostrable mediante su detección por sensores de temperatura en forma de radiación térmica en las superficies de análisis, la cual puede ser medida fácilmente por medio de un radiómetro, específicamente cuando la temperatura de un cuerpo es diferente a la de su entorno. (Luis Suárez Castañeda et al. 2012) Figura 3. Medida de temperatura corporal de especies, un ejemplo de como la radiación se vuelve visible 27 Fuente: (Mártil 2016) La radiación infrarroja empieza a longitudes de onda más largas que la de la luz roja visible, de 0,8 µm a 1000 µm (0,1 cm), rango en el que se encuentran el short wave (2-5 µm) y el long wave (8 y 12 µm), las dos regiones de interés para la termografía debido a que el aire presenta en ellas la más alta transmisión de la radiación en el infrarrojo. (Donohoe et al. 2014) Propiedades de la energía infrarroja • Es emitida por todos los objetos por encima del cero absoluto en el valor de (-276,12 °C, 0 K). • Generada por la aceleración de partículas cargadas eléctricamente. • Conforme un objeto se calienta, su actividad molecular se incrementa. • Irradia más energía. Cuerpo negro Un objeto que emite el máximo posible de energía radiada para su temperatura, se conoce como cuerpo negro, el cual en la práctica ninguno se comporta de esa manera, por lo que se llamará un emisor ideal. En base a este emisor ideal, se considerarán todos los efectos físicos y parámetros técnicos que puedan modificarlo. El cuerpo negro absorbe totalmente cualquier radiación electromagnética de cualquier longitud de onda y emite una "radiación negra", la cual está completamente en acuerdo con la Ley de Radiación de Planck. Este cuerpo ideal tiene las siguientes características: 28 • Emitancia = 1 • Reflectancia = 0 • Transmitancia = 0 Figura 4. Emisividad, reflexión y transmisión de cuerpo negro Fuente: (Knospe 2017) Ley de Kirchoff Durante la segundad mitad del siglo XIX, la experiencia había mostrado que los objetos parecen absorber más o menos calor dependiendo de qué tan oscura o clara pareciera ser la coloración de la superficie. En 1862, el destacado físico alemán Gustav Kirchhoff, estableció que un buen absorbente térmico es un buen radiador y que el cuerpo negro proporciona un estándar de comparación para las fuentes de radiación. La suma de la radiación saliendo de un objeto es igual a 1. Ley de Wien Según (Das 2002), la ley de la física que especifica que hay una relación inversa entre la longitud de onda en la que se produce el pico de emisión de un cuerpo negro y su temperatura. 29 Cuanto mayor sea la temperatura de un cuerpo negro, menor es la longitud de onda en la cual emite y, por lo tanto, tienda al área del espectro de luz visible. Los objetos con mayor medida de temperatura emiten gran parte de su radiación en forma de longitudes de onda más cortas y por lo tanto parecerán más azules, mientras que los de menor temperatura lo hacen a través de ondas más largas y parecerán más rojos. Ecuación 5. Longitud de onda del pico de emisión max 2897,6 µm / T = Λ max : longitud de onda del pico de emisión T: Temperatura del cuerpo negro (K) Ley de Stefan - Boltzmann En 1884, Stefan y Botlzmann, ambos físicos concluyeron en su análisis cuantitativo teórico, que la cantidad total de energía radiada por un cuerpo negro es proporcional a su temperatura absoluta elevado a la cuata potencia. Ecuación 6. Ley de Stefan Boltzmann 4E T=  • E: energía emitida. T: temperatura. • ε: emitancia. • σ: Constante de Stefan – Boltzmann 5,6704 x 10-8 W/m2 * K4 Esto significa que la radiación emitida aumenta con la temperatura y depende directamente de la emisividad y la temperatura absoluta. Ley de radiación de Planck 30 (Alemany, Blanco y Torregrosa 2013) explicaron que la ley de radiación de Planck describe cuantitativamente la distribución espectral de la radiación térmica de un cuerpo negro a una temperatura definida. Según la teoría de Planck, la energía es igual: Ecuación 7. Ley de Planck E h =   • h: 6,626 x 10-27 erg/s (constante de Planck) • v: frecuencia erg/s = 10-7 watts Durante una inspección infrarroja, la mayoría de los objetos se encuentran a temperatura ambiente. • La radiación emitida varía continuamente con la longitud de onda. • A menor longitud de onda, la magnitud de la radiación emitida incrementa con el aumento de la temperatura. • La región espectral en la que la radiación de se concentra, depende de la temperatura, considerando entonces que aparece más radiación en longitudes de onda cortas con aumentos de temperatura. Termografía infrarroja (Jaramillo et al. 2019) en su artículo científico definen a la termografía infrarroja (TI) como un método no destructivo utilizado para la inspección de elementos sin necesidad de interactuar de forma directa con ellos. El mantenimiento El objetivo del mantenimiento es brindar una alta confiabilidad y disponibilidad funcional de los equipos, resguardando la seguridad y salud de las personas, con responsabilidad social y cuidado del medio ambiente, optimizando los costos de mantenimiento, bajo un modelo de gestión basado en la mejora continua, para brindar un buen servicio de transmisión. 31 Existen 3 técnicas de mantenimiento utilizadas en las subestaciones de alta tensión en el Perú: • Preventivo: es todo aquel que se realiza sobre un ítem que se encuentran en condiciones normales de operación, con el objetivo de reducir la probabilidad de falla o degradación de funcionamiento pudiéndose prevenir y programar. • Predictivo: es todo aquel que permite garantizar una calidad de servicio deseada, de un ítem sobre la base de la aplicación sistemática de técnicas de análisis, utilizándose medios de supervisión o de muestreo, para reducir al mínimo el mantenimiento preventivo y disminuir el mantenimiento correctivo. • Correctivo: es el mantenimiento efectuado luego de ocurrida una avería y destinado a volver a colocar un ítem en condiciones de ejecutar una función requerida. Las tecnologías predictivas más usadas son: • Análisis de vibraciones • Análisis de soluciones aceitosas • Espectro de corriente • Ondas de ultrasonido • Termografía infrarroja Concepto de Termografía infrarroja La termografía infrarroja es un método que hace posible la visualización de la radiación emitida de un cuerpo, transformándola en una señal eléctrica cuantitativa, lo cual permite localizar la parte calentada anormalmente de un equipo o una instalación productiva, y medir ópticamente la temperatura del punto caliente sin perturbar el estado del objeto. Recordar según Kirchhoff, que lo emitido más lo transmitido más lo reflejado debe ser 1, sabiendo que en el mundo real T = 0, por lo tanto: 32 Ecuación 8. Ley de Kirchoff de termografía infrarroja E R 1+ = Radiosidad Las cámaras termográficas infrarrojas captan la radiación total, mas no las diferencia como tal: emitida, transmitida, reflejada, atmósfera y absorbida. El infrarrojo no pasa a través de la contaminación. Transmitancia La transmitancia infrarroja de un material es el porcentaje de radiación infrarroja que es transmitida a través de él. Transmisores: • Germanio (Ge) • NaCl (Sal) • Diamante • Vacío • Aire • Irtran (ZnS) • Irtran 1 (MgF2) • Plásticos delgados • Silicio (Si) • Vidrio de trisulfato de arsénico (As2S3) • Zafiro (Al2O3) Medias por transmitancia: • Cerca: 0,92. • Lejos: 0,94. 33 Debido a la influencia de la emisividad y de las variaciones de fondo, las lecturas de temperatura sin corrección de un radiómetro infrarrojo son conocidas como temperaturas aparentes. Emisividad Es la proporción de radiación térmica emitida por una superficie u objeto debido a una diferencia de temperatura determinada, y que toma valores entre 0 y 1. • Cuerpo negro: 1 (ideal) • Reflector perfecto: 0 • Cuerpo real < 1 La emitancia o absorción, es una medida de la eficiencia con la cual un objeto o superficie emite radiación infrarroja. También es la razón entre la energía emitida por un cuerpo y la que emitiría un cuerpo negro a la misma temperatura. En las superficies no brillantes existirá una alta emisividad, siendo la medición de la temperatura confiable. Estos son algunos de los materiales de ese tipo: • Plantas, animales, seres humanos • Cinta eléctrica negra • Asfalto • Agua • Suelo • Pinturas no metálicas • Hule En las superficies de baja emisividad, existirá alta reflexión térmica, deberá tenerse en cuenta el fondo y será difícil medir las temperaturas radiométricas con precisión por debajo de 0,6. 34 Cuando se tenga objetos de baja emisividad, deberá cubrirse el objeto con material de alta emitancia, como pintura, tape o aquadag. También ayudará a subir la emisividad lijar la superficie. La emisividad puede cambiar por material, superficie, longitud de onda y temperatura, mientras que la emitancia puede cambiar con el ángulo de visión, por lo que la mejor forma de tomar los registros termográficos, se debe trabajar tan cerca de la perpendicular como sea posible. Las reflexiones influyen significativamente cuando el operador se mueve, por lo que depende también del ángulo de visión. Materiales reflectivos: • Reflectores especulares: vidrio, cerámica vidriosa, metales pulidos y limpios, plásticos con superficies lisas. • Reflectores difusos: madera y yeso. Tabla 2. Tabla de emisividad de algunos materiales Fuente: (Knospe 2017) 35 2.3. Marco conceptual Termografía La técnica de termografía posibilita la captación de ondas IR por medio del uso de equipo fotográfico térmico. Por medio de los equipos es posible convertir la irradiación del cuerpo de forma visible al ojo humano, la generación tangible al sentido de la vista se representa por medio de imagen de la cantidad de calor en la superficie del cuerpo en estudio Tipos de termografía Termografía activa y pasiva En la etapa de inspección térmica, los objetos estudiados pueden ser de dos clases: activos o pasivos. Se definen, los cuerpos que de forma innata generan calor sin intervención externa, de forma contraria, aquellos que, ante una reacción de suministro o sumidero, establecen flujo de calor. Figura 5. Sistema termográfico para ensayos de termografía activa Fuente: (Empresa AVIO [s. f.]) En la evaluación de tales especímenes, la sincronización y control temporal de la inspección son críticos pues podría alcanzarse el equilibrio térmico sin que las anormalidades lleguen a mostrarse. Igualmente hay que tener la precaución de evitar producir daños por estrés térmico en las piezas durante la excitación externa. En virtud de lo anterior, la termografía infrarroja (TI) puede ser activa o 36 pasiva. La última recoge aquellos casos en los que no se usa ninguna estimulación de calentamiento o enfriamiento externo para provocar un flujo de calor en el cuerpo inspeccionado. Sin embargo, la TI activa utiliza estímulos externos para inducir un contraste térmico relevante en el objeto bajo inspección. En la termografía pasiva, los materiales y estructuras bajo inspección se encuentran a temperaturas diferentes a la del ambiente, mostrando un patrón de temperaturas típico por el hecho de estar involucrados en procesos que producen calor. Una diferencia respecto a la temperatura normal de trabajo (referencia) del objeto sugiere un comportamiento anormal del mismo. Ello es debido al principio de conservación de la energía, la primera ley de la termodinámica, donde se recoge que cualquier proceso consume energía liberando calor según la ley de la entropía. La TI pasiva captura información de temperatura en tiempo real desde una distancia segura sin ninguna interacción con el objeto. La clave reside en la diferencia de temperatura con respecto al entorno, de lo que se pueden obtener evidencias cualitativas del estado de un objeto (el análisis cuantitativo requiere de modelados térmicos de los objetos). Así, por ejemplo, se monitoriza edificaciones (localización de pérdidas de calor y humedades) o se emplea en mantenimiento preventivo, electrónica, medicina y veterinaria, elaboración de componentes y procesos industriales, detección de fuegos, fugas o detección de objetivos (militar). En la termografía activa, a través de la estimulación externa, se provoca un flujo de calor interno en el objeto bajo estudio, permitiendo evaluar especies a temperatura atmosférica. El termograma obtenido presenta un patrón térmico que posibilita una caracterización cuantitativa del interior del espécimen. Así pueden detectarse laminaciones o inclusiones (las cuales representan variaciones en la conducción interna de calor), corrosiones, fisuras, desencolados de materiales o estimar propiedades térmicas de materiales, o estudiar daños por impactos, entre otras aplicaciones. Por su importancia en END, en la Figura 1.20 se ilustra el proceso de adquisición de imágenes por TI activa mediante un ejemplo de inspección de defectos internos en un objeto. Primero, se produce un contraste térmico en la superficie de la muestra bajo inspección. En general, este contraste se obtiene tras el envío de un frente de calor si bien la utilización de un frente frío es igualmente válida. 37 Esto puede lograrse sea en régimen transitorio (con un impulso de energía) o en régimen permanente (con el envío de ondas periódicas), dependiendo de la aplicación. De igual manera, la adquisición de imágenes puede realizarse en reflexión (del mismo lado) o en transmisión (lado contrario). En general, el modo reflexión es utilizado para defectos internos relativamente cercanos a la superficie, mientras que el modo transmisión lo es para defectos profundos siempre y cuando se tenga acceso a los dos lados de la pieza Figura 6.Sistema de adquisición de imágenes por Termografía Infrarroja activa. La posición de la fuente de calor establece si la adquisición se produce en reflexión o en transmisión. Fuente:(Guerrero Mena 2013) La cámara termográfica Se necesita enfocar bien para que se pueda medir con exactitud, todo sistema óptico tiene sus límites en su capacidad de resolución, especialmente cuando las cosas son pequeñas. El siguiente es un breve recuento de la evolución de las cámaras de termografía infrarroja:(Serrano Malagón y Núñez Campo Aury Margarita 2011) 38 • 1958: Se desarrolla la primera cámara de IR con fines de la milicia en el país de Suecia • 1965: Se crea el primer escáner portable de modelo 750 y carga de baterías para inspecciones industriales • 1975: Se diseña el primer sistema IR compatible con televisión • 1978: La empresa AGA diseña el nuevo modelo 780, el cual fue fabricado con un registro de señales analógicas • 1980: Jenoptik diseña la primera cámara de sondeo IR con aditamento de detector simple para ser usado en el sector comercio • 1993: primera cámara con Matriz de Plano Focal (FPA, focal plane array) de alta resolución por FLIR • 1997: AGEMA desarrolla la Agema 570, la primera cámara de IR con detector FPA no refrigerada en el mercado • 2000: creación de ThermaCAM PM 695; la primera cámara de infrarrojos que produce tanto una imagen térmica como visual. Por FLIR • 2002: Indigo Systems introduce la cámara infrarroja más pequeña del mercado: La Omega • 2006: Flir Systems introduce en el mercado la ThermaCAM P640. La primera cámara infrarroja portátil en el mundo que incorpora un detector de matriz de plano focal de 640x480 píxeles y produce imágenes ultra nítidas. Introduce la serie ThermoVision SC6000, especialmente desarrollada para I&D • 2007: VarioCAM® HiRes versión Research, primera cámara termográfica con capacidad de generación de imágenes térmicas infrarrojas de 1.2 Mega Pixeles. Por JENOPTIK Factores que influyen en la medición • Ambientales: entorno, viento, lluvias, efectos solares y temperatura de referencia (background) • Mediciones directas vs indirectas • Indirecta: se observa una superficie en frente del objeto de interés • Distancia al objetivo / distancia 39 • Tamaño del objetivo • Si el objetivo es más pequeño que el mínimo tamaño medible, el objetivo será promediado sobre un pixel detector, el objetivo podría no ser visto ni medida su temperatura en forma exacta • Emisividad • Enfoque. • FORD: Enfoque, Rango de temperatura adecuado y buena distancia. ¿Cuándo se debe hacer una inspección y qué se debe inspeccionar? • Determine la frecuencia basada en la experiencia y la coordinación. • Haga una línea de fondo de inspección infrarroja sobre un equipo nuevo y reparado. • Determine qué equipos son los críticos, esto lo puede hacer en base a la importancia de cada equipo, el proceso al cual pertenece, frecuencia de uso, entre otros. • Puede determinar diferentes rutas vs diferentes frecuencias de inspección. Información que debe contener un reporte termográfico • Información relacionada con el equipo inspeccionado: localización, ubicación, nombre concreto del equipo. • Datos sobre el momento de la toma: fecha, hora, nombre de archivo. • Información correspondiente a las variables involucradas en la toma: emisividad, humedad, distancia, temperatura ambiental, carga de inspección y demás variables que permita el software. • Imagen infrarroja, imagen visual, comentarios de voz. • Parámetros de los objetos medidos. • Descripción del equipo y sugerencia de acción clara y concisa, sin omitir datos importantes. • Severidad del problema: desarrollo de directrices y establecimiento de prioridades para que el mantenimiento predictivo enfoque sus esfuerzos en aquellos puntos realmente críticos. 40 • Listado de normas e instituciones que han aportado estudios y directrices. Conclusiones de los reportes termográficos • Una práctica escrita explica detalladamente los procedimientos para todos los niveles de termógrafos. • Los informes de revisión infrarroja son una parte importante en un programa bueno de mantenimiento predictivo. • La generación de informe se hace más fácil con las nuevas cámaras infrarrojas. • Las bases de datos realmente pueden ayudarle a mantener la pista de su infrarrojo y otros datos. Parámetros de medición en equipos de patio La clasificación de los puntos de conexión con calentamiento anormal observados en la inspección, se determina con base en el valor de temperatura evaluado en condiciones de mayor transferencia, al tipo de conexión y la ubicación del punto afectado. Tabla 3. Sistema de valoración de Tº y acciones sugeridas Fuente: («ANSI/NETA MTS - 2007 - International Electrical Testing Association» 2007) 2.4. Definición de términos básicos - Mantenimiento predictivo: es un proceso operativo que permite la mejora de la calidad de los servicios que se pretenden ofertar por medio de técnicas de monitoreo para reducir operaciones innecesarias que Relevancia Normal Leve Grave Muy Crítica Menor igual a 1°C 1°C a 3°C Tabla N°1: Sistema de valoración de T° y acciones sugeridas según ANSI/NETA MTS-2007 3°C a 15°C Mayor a 15°C Acción Recomendada No es necesaria ninguna actuación hasta el próximo estudio predictivo. Realizar un seguimiento para ver la evolución del punto caliente. Actuar lo antes posible, se aprovechará e corte más inmediato para corregir el problema. Interrumpir el suministro eléctrico inmediatamente para corregir el problema. Diferencia de Temperatura 41 puedan incurrir en mala gestión de tiempos, gastos que signifiquen pérdidas. es todo aquel que permite garantizar una calidad de servicio deseada, de un ítem sobre la base de la aplicación sistemática de técnicas de análisis, utilizándose medios de supervisión o de muestreo, para reducir al mínimo el mantenimiento preventivo y disminuir el mantenimiento correctivo. - Infrarrojo: forma de energía con ondas de alta frecuencia del espectro electromagnético ubicado entre la luz visible y las ondas de radio, después del color rojo. - Emisividad: proporción de radiación térmica emitida por una superficie u objeto debido a una diferencia de temperatura determinada - Monitoreo: actividad ejecutada manual o automáticamente, para observar el estado de un ítem. - Energía: capacidad de realizar un trabajo, es decir, para hacer cualquier cosa que implique un cambio (un movimiento, una variación de temperatura, una transmisión de ondas, etc.). - Calor: energía en tránsito que siempre fluye de una zona de mayor a menor temperatura. - Temperatura: magnitud utilizada para medir la energía cinética de un sistema termodinámico. - Conducción: Acción y efecto de conducir, llevar, transportar, guiar, dirigir. - Convección: transferencia de calor, debe haber un líquido. 42 III. HIPÓTESIS Y VARIABLES 3.1. Hipótesis (General y específicas) Hipótesis general • Hipótesis alternativa (HI): El uso de la tecnología infrarroja (IR) aplicada la termografía, ayudará a mejorar el mantenimiento de las subestaciones AIS de alta tensión en Perú. • Hipótesis nula (HO): El uso de la tecnología infrarroja (IR) aplicada la termografía, no ayudará a mejorar el mantenimiento de las subestaciones AIS de alta tensión en Perú. Hipótesis específicas • HE1: El uso de la termografía infrarroja (IR) deberá tener en cuenta ciertos parámetros para una adecuada medida en los trabajos de campo. • HE2: El uso de la termografía infrarroja ayudará a identificar los componentes eléctricos defectuosos en un patio de llaves de alta tensión. • HE3: El plan de mantenimiento permitirá determinar el impacto del uso de tecnología infrarroja aplicada a las subestaciones AIS 3.1.1. Operacionalización de variables Variable dependiente (VD): Mantenimiento de las subestaciones AIS de alta tensión Variable independiente: Uso de tecnología infrarroja (IR) aplicada en la termografía 43 IV. METODOLOGÍA DEL PROYECTO 4.1. Diseño metodológico Tipo mixta – campo (según Santiago Zorrilla – 1993 “Metodología de la investigación”). Mixta: recopila información teórica y práctica. Campo: debido a que se levanta información del terreno. 4.2. Método de investigación Metodología experimental: su objetivo es conocer las causas de los fenómenos, los cómo y los porqués de los mismos, es decir, poder establecer relaciones de causa - efecto entre sus variables. Todas las ingenierías se han formado bajo este método. Metodología observacional: describir fenómenos que ocurren en ambientes naturales o de laboratorio sin intervención del investigador. El investigador debe observar estos comportamientos y hacer los ajustes necesarios. 4.3. Población y muestra Equipos de patio principales de alta tensión. 4.4. Lugar de estudio Subestaciones AIS de alta tensión. 4.5. Técnicas e instrumentos para la de recolección de datos Las técnicas de recolección de datos que se utilizarán en la presente investigación serán la observación, la recopilación y la entrevista, siendo la recolección de datos por medio de la toma de muestras con un dispositivo. 44 4.5.1. Instrumentos para la recolección de la información Recursos: los equipos utilizados fueron 01 cámara termográfica infrarroja, 01 termohigrómetro, 01 distanciómetro y una laptop. Documentación aplicable: para el desarrollo de esta investigación se utilizó las normas ANSI/NETA MTS-2007, instructivo de mantenimiento de la empresa OMEGA PERÚ INT-M-108 “Inspección termográfica”, diagrama unifilar y plano de planta del patio de llaves de la subestación intervenida. Software: FLIR Professional Tools. Entrevista: especialistas en el sector de operación y mantenimiento fueron entrevistados sobre su experiencia con la termografía infrarroja en subestaciones de alta tensión. 4.6. Análisis y procesamiento de datos El análisis y procesamiento de datos que se presenta es a través de la interpretación de los parámetros que arroja el software de la cámara termográfica, con ayuda de las normas ANSI/NETA. La información de las entrevistas se recogió por correo electrónico. 4.7. Aspectos éticos de la investigación El presente proyecto se perfila como una investigación bajo todas las normativas que incurra cada etapa de su desarrollo. 45 V. RESULTADOS 5.1. Resultados descriptivos Se analizaron 02 tomas termográficas realizadas en dos equipos de potencia y se entrevistaron a 05 especialistas en el área de Operación y Mantenimiento de alta tensión, de las empresas Omega Perú y REP. Análisis de termografía en subestaciones Para el primer resultado de esta investigación, se analizaron 02 tomas termográficas realizadas a 02 equipos de patio en las subestaciones Chilca 500 kV (Lima) y Kiman Ayllu 220 kV (Ancash). Los primeros pasos para realizar estas inspecciones fueron haber recibido una certificación de capacitación por parte de una empresa especialista en termografía, para saber manipular la cámara y no cometer errores que podrían perjudicar la toma de resultados. Se tomó en cuenta ciertas condiciones en gabinete: • El cronograma del Plan de Mantenimiento Anual de la empresa de OyM (PMA). • Las comunicaciones respectivas entre el jefe de Mantenimiento, el operador de la subestación y el especialista termógrafo. • El trabajo no debe realizarse en temporada de lluvias, la subestación debe estar en servicio y realizarse en una hora donde haya máxima demanda. • Contar con los certificados de calibración de la cámara termográfica y del termohigrómetro, y la hoja de instrucciones del fabricante. • Contar con el Instructivo de Inspección Termográfica. • Contar con el plano de planta de la subestación. • Definir un plan de ruta de tomas termográficas. Se tomó en cuenta ciertas condiciones en campo: • Contar con el permiso de trabajo del Centro de Control. 46 • Realizar el llenado del Análisis de Trabajo Seguro (ATS). • Verificar que los materiales, equipos, EPP y herramientas estén completos en el punto de la actividad. • Recibir la charla de seguridad de 5 min, o darla al personal de apoyo, si es que lo hubiera. • Prender la cámara termográfica con el lente cubierto, enfocar bien el objeto, insertar la distancia, emisividad (0,85 según tabla 1), humedad y temperatura ambiente, medidas con el termohigrómetro y distanciómetro. • Proceder con la inspección termográfica, teniendo en cuenta los accesorios metálicos de los equipos de patio, en la cual se establezcan comparaciones térmicas entre las fases “R”, “S” y “T”, referidos a la visualización y variación entre los componentes bajo condiciones similares de operación (terminales, grapas, uniones, bifilares, entorches, grillos, acometidas, contactos, conductores, entre otros). • Descargar la información recabada en campo y subirla a la nube. • Cerrar el permiso de trabajo. Tabla 4. EPP requeridos para los trabajos de campo. Fuente: Omega Perú Ambas actividades fueron realizadas de noche con una cámara FLIR T420 N° de serie 62115474, y complementadas por dos equipos adicionales: un termohigrómetro FLUKE modelo 971 N° de serie 30770928, para la toma de temperatura ambiente y humedad; y un distanciómetro para medir la distancia a los equipos a medir. 47 Cámara FLIR • Cámara de infrarrojos de alto rendimiento con cámara visual • Pantalla táctil • Conectividad Wi-Fi • Lentes intercambiables • Mejora de imagen con MSX® • Orientación automática Para el análisis, se utilizó la tabla del sistema de valoración de temperatura recomendada por la norma ANSI/NETA MTS-2007 (ver Tabla 3). Las especificaciones de temperatura varían según el tipo exacto de equipo. Incluso en la misma clase de equipo (es decir, cables) hay varias clasificaciones de temperatura. La calefacción generalmente está relacionada con el cuadrado de la corriente; por lo tanto, la corriente de carga tendrá un gran impacto en DT. A falta de consenso estándares para DT, los valores en esta tabla proporcionarán pautas razonables. Según, (Velásquez Fabricio Ismael Sánchez Gavilanes Edwin Paúl y González 2018). La clasificación de los nodos conectivos que presentan comportamiento anormal observados durante el monitoreo, se realiza el cálculo mediante el valor de temperatura medido en condiciones de máxima transferencia, la clase de conexión y la zona hallada de punto observado Termografía en pararrayos de reactor PRE-5281 – SE Chilca 500 kV 48 Figura 7. Plano de Disposición de Equipos de Planta de subestación Chilca. Fuente: Elaboración propia Figura 8. Vista preliminar de termograma. Fuente: Elaboración propia 49 Figura 9. Termograma llevado al software. Fuente: OMEGA PERÚ Operación y mantenimiento. En el termograma se aprecia que: • Los conectores entre el pararrayos y el interruptor, tienen las temperaturas de las fases “R”, “S” y “T” de 23,1 °C, 22,7 °C y 22,6 °C. • La gama de colores representa un rango de temperaturas entre 16,7 °C y 29,9 °C. 50 Figura 10.Termograma llevado a la hoja de Excel del informe Fuente: OMEGA PERÚ Operación y mantenimiento. En el informe del termograma se aprecia que: • La emisividad por tablas se determinó en 0,85. • La temperatura de ambiente medida por el termohigrómetro fue 23,7 °C. • La humedad relativa medida por el termohigrómetro fue 42%. • La distancia a la fase más lejana medida por el distanciómetro fue de 20 m. • El delta de temperatura de las fases más alto es de 0,5 °C, que según la tabla ANSI/NETA MTS-2007, tiene un grado de relevancia normal. • Se recomienda la próxima toma termográfica en un año. 10 Emisividad: 0.85 Temp. Ambiente: 23.70°C Humedad: 80.0% Distancia: 20m ∆Temp: (R) – (S) = 0.4°C ∆Temp: (S) – (T) = 0.1°C ∆Temp: (R) – (T) = 0.5°C Pararrayos PRE-5281 (Conectores lado INT-5281) Fase R: 23.1°C Fase S: 22.7°C Fase T: 22.6°C Grado de Relevancia: Normal R S T 51 Termografía en transformador de corriente TCL-512 – SE Kiman Ayllu 220 kV Figura 11. Plano de Disposición de Equipos de Planta de subestación Kiman Ayllu Fuente: Elaboración propia Figura 12. Vista preliminar de termograma. Fuente: OMEGA PERÚ Operación y mantenimiento. 52 Figura 13. Termograma llevado al software. Fuente: OMEGA PERÚ Operación y mantenimiento. En el termograma se aprecia que: • Los conectores entre el pararrayos y el interruptor, tienen las temperaturas de las fases “R”, “S” y “T” de 32,9 °C, 30,3 °C y 27,2 °C. • La gama de colores representa un rango de temperaturas entre 0 °C y 50 °C. Figura 14. Termograma llevado a la hoja de Excel del informe 59 Grado de Relevancia: Grave Transformador de corriente TCL-512 (conectores lado INT-512) Fase R: 32.9°C Fase S: 30.3°C Fase T: 27.2°C Emisividad: 0.85 Temp. Ambiente: 8.0°C Humedad: 61.0% Distancia: 15m ∆Temp: (R) – (S) = 2.6°C ∆Temp: (S) – (T) = 3.1°C ∆Temp: (R) – (T) = 5.7°C 53 Fuente: OMEGA PERÚ Operación y mantenimiento. En el informe del termograma se aprecia que: • La emisividad por tablas se determinó en 0,85. • La temperatura de ambiente medida por el termohigrómetro fue 8 °C. • La humedad relativa medida por el termohigrómetro fue 61%. • La distancia a la fase más lejana medida por el distanciómetro fue de 15 m. • El delta de temperatura de las fases más alto es de 5,7 °C, que según la tabla ANSI/NETA MTS-2007, tiene un grado de relevancia grave. • Actuar lo antes posible, se aprovechará corte inmediato para corregir el problema. Entrevistas a los especialistas en Operación y Mantenimiento Se entrevistó a un exgerente de Operación y Mantenimiento de Omega Perú, Daniel Vaillant; al jefe de mantenimiento de Omega Perú, Hervi Gutiérrez, un analista de mantenimiento de alta tensión de REP, Williams Chávez; un supervisor de pruebas de mantenimiento de alta tensión de Omega Perú, José Alanoca; y un ingeniero especialista en pruebas eléctricas en patios de alta tensión de T&D Electric, Víctor Céspedes, los cuales brindan y brindaron servicios a subestaciones de alta tensión importantes en el Perú, tales como Chilca 500 kV, Yarabamba 500 kV, Poroma 500 kV, Independencia 220 kV, Kiman Ayllu 220 kV, entre otras. La finalidad de esta entrevista fue, en base a su experiencia en el sector eléctrico de alta tensión, reforzar la importancia de la termografía infrarroja en el mantenimiento predictivo de equipos de patio de subestaciones AIS. DANIEL VAILLANT (SENIOR PARTNER CON AEDILES CAPITAL, PRESIDENTE DE CIGRE PERU, CONSULTOR DE INFRAESTRUCTURAS ELÉCTRICAS, INGENIERO EXGERENTE GENERAL DE OMEGA PERÚ OYM) • ¿En qué medida el uso de la termografía mejora el mantenimiento en 54 las subestaciones AIS de alta tensión en Perú? “Porque detecta previamente un avanzado deterioro de los equipos y se utiliza a distancia con estos energizados. Con el avance de la tecnología, ahora estas cámaras con más pequeñas, menos caras y con un nivel de precisión mucho más alto, lo que permite también tener un seguimiento del avance del fenómeno detectado”. • ¿Qué plan de mantenimiento se debe realizar para determinar un buen diagnóstico termográfico en los equipos de patio de estas subestaciones? “Es una pregunta bien amplia, un plan de mantenimiento de subestaciones debe tener en cuenta todos los aspectos que puedan afectarla, desde la concepción hasta temas ambientales como la contaminación industrial, natural y por salinidad del mar; temperatura, terremotos, frecuencias de los temblores y las condiciones de operación. Operando con muchas maniobras, con o sin fallas, y eso desde la puesta en servicio para que se haga un seguimiento anual. También se debe prever un sistema para el archivamiento y tratamiento de las informaciones, algo que ya existe en la industria: un sistema experto que puede recibir este tipo de información. La termografía es muy importante en este plan de mantenimiento”. • En sus años de experiencia como gerente de mantenimiento, ¿Cuál ha sido la evolución de la termografía en el mantenimiento predictivo de estas subestaciones? “Actualmente la tecnología hace que el acceso a las informaciones tenga un avance significativo, hace 10 años, una cámara termográfica era un equipo muy caro, frágil y de manipulación complicada, tanto que la compra de una se veía como una inversión difícil de justificar. 55 Hoy día es una herramienta casi común, de fácil uso y más precisa. Ya estamos empezando a tener cámaras que pueden dar informaciones numéricas, rellenando bases de datos, comunicándose globalmente con otras y que pueden ser transportadas con un dron. Ahora el desafío a futuro no estará tanto en tener las informaciones, si no en estar en la capacidad de tratarlas y pasar de tener informaciones de data a informaciones para la toma de decisiones, las cuales serían analizadas directamente por un sistema experto que programaría el mantenimiento”. HERVI GUTIÉRREZ VÉLIZ (JEFE DE MANTENIMIENTO DE OMEGA PERÚ) • ¿Es importante la termografía en subestaciones AIS de alta tensión? “Afirmativo, ya que es parte del mantenimiento predictivo”. • ¿En qué medida el uso de la termografía mejorara el mantenimiento en estas subestaciones? “La termografía nos ayuda a evidenciar futuras posibles fallas por puntos calientes y ahorrar costos en mantenimientos correctivos”. • ¿Cuáles son la hora y condiciones de potencia nominal adecuadas a la que se debe tomar la termografía? Es importante realizar la termografía cuando se tenga la mayor potencia nominal de la instalación a medir, es indiferente la hora. • ¿Qué debe tener en cuenta un operador para realizar un buen análisis de las tomas termográficas? “La distancia de la toma termográfica debe ser similar entre equipos a comparar, configurar el valor de la emisividad del material a medir, 56 debemos comparar equipos con las mismas características y condiciones ambientales”. WILLIAM LÓPEZ CHÁVEZ (ANALISTA DE MANTENIMIENTO DE ALTA TENSIÓN REP) • ¿Qué hay que hacer al prender la cámara termográfica? “La distancia de la toma termográfica debe ser similar entre equipos a comparar, configurar el valor de la emisividad del material a medir, debemos comparar equipos con las mismas características y condiciones ambientales., emisividad, humedad y temperatura. Para programar la distancia, emisividad y humedad se debe de ingresar a ajustes de cambios, después para insertar la distancia esta debe de tomarse con un equipo (distanciómetro) e insertar la distancia real al objetivo; al insertar la emisividad esta debe de ser de acuerdo con el material a medir; al insertar la humedad esta debe de medirse con un equipo (termohigrómetro) y colocar la humedad en la que se encuentra la zona donde se mide”. La distancia de la toma termográfica debe ser similar entre equipos a comparar, configurar el valor de la emisividad del material a medir, debemos comparar equipos con las mismas características y condiciones ambientales. • ¿A qué distancia se debe hacer las tomas? “La distancia en la que se debe de realizar las tomas depende de factores como la resolución, el campo de visión instantáneo, las lentes, el tamaño del objeto, etc”. • ¿Cuál es la hora a la que se debe tomar la termografía? “La hora en la que se debe tomar la termografía es en el rango de 18:00 a 20:00 horas donde la demanda es máxima en la hora punta”. JOSÉ ALANOCA ARI (SUPERVISOR DE MANTENIMIENTO DE ALTA TENSIÓN OMEGA PERÚ) 57 • ¿Es importante la termografía en subestaciones AIS de alta tensión? “Sí es importante, nos ayuda a identificar puntos calientes ya sea por mal torqueo (ajuste en los equipos de patio) de conectores, suciedad en el aislamiento o sobrecargas”. • ¿Cómo se programan la distancia, la emisividad, humedad, antes de realizar una toma termográfica en equipos de patio? “La emisividad va a depender del material al cual se quiera medir la temperatura, en caso de equipos de patio, metal a la intemperie es de 0,85, la humedad se consigue con un termohigrómetro y la distancia depende de dónde estás tomando la foto, nosotros lo hacemos a 20 metros, ya que de esa distancia nos permite enfocar la totalidad del equipo”. • ¿Cuáles son la hora y condiciones de potencia nominal adecuadas a la que se debe tomar la termografía? “Considerar cuando la hora es de máxima demanda o mayor carga del equipo a medir, evitar lluvia, nieve y humedad muy elevada, estos factores climáticos afectan la medición”. • ¿Qué hay que tener en cuenta para realizar un buen análisis de las tomas termográficas? “El material al cual estás midiendo para colocar la emisividad adecuada, colocar la distancia donde tomas la foto, colocar la humedad y temperatura del medio, tomar las fotos cuando el equipo esté a mayor carga del día”. VÍCTOR CÉSPEDES SANTILLÁN (INGENIERO ESPECIALISTA EN PRUEBAS DE ALTA TENSIÓN T&D ELECTRIC) • ¿Qué hay que hacer al prender la cámara termográfica? 58 “Asegurarnos que las baterías estén con la carga necesaria para trabajar sin inconvenientes, tomar medidas de los parámetros que requiere la cámara e iniciar con la configuración e identificar los puntos que se requieren para realizar la termografía y ubicar los mejores ángulos”. • ¿Cómo se programan la distancia, la emisividad, humedad, antes de realizar una toma termográfica en equipos de patio? “La programación depende de cada equipo, para determinar la distancia se usa un distanciómetro que tomará medida al punto que se requiere realizar la termografía. El factor de emisividad para material de equipos de patio es 0,85. Para la humedad se hará uso de un termohigrómetro, el cual tomará registro en tiempo real por lo que se debe realizar la reconfiguración cada cierto intervalo de tiempo o para cada toma”. • ¿A qué distancia se debe hacer las tomas? “La distancia es en referencia al mejor ángulo en que se pueda realizar la toma de la imagen termográfica, respetando las distancias mínimas de seguridad según el nivel de tensión de la subestación a intervenir.”. • ¿Qué EPP son los adecuados para la toma termográfica? “Casco, guantes, lentes, barbiquejo, ropa antiflama y zapatos dieléctricos”. • ¿Cuál es la hora adecuada para tomar la temorgafía? “El mejor horario para realizar este tipo de pruebas es en el de mayor demanda, máxima carga, el cual pondrá a la instalación en su máxima temperatura, habitualmente de noche.” 59 VI. DISCUSIÓN DE RESULTADOS Se obtuvo los resultados respecto a ambas variables, en el caso de la variable dependiente, mantenimiento de las subestaciones AIS de alta tensión, se demostró que, a través de un correcto análisis de las muestras termográficas y amparados en lo que dicta la norma ANSI/NETA MTS-2007, se pudo determinar si el equipo presenta alguna falla que podría dañar el servicio de transmisión o algún equipo que dependa de él. Con respecto a la variable independiente, uso de la tecnología infrarroja aplicada a la termografía, el resultado obtenido en ambas tomas termográficas (Chilca y Kiman Ayllu), pudo determinar el estado funcional de los equipos de potencia intervenidos, a través de un diagnóstico que servirá para determinar los nuevos pasos a seguir para que estos equipos no cesen en su operación y causen así pérdidas económicas y materiales para la empresa de operación y mantenimiento. El resultado de las entrevistas a los expertos en mantenimiento de subestaciones de alta tensión, reveló que la termografía infrarroja utilizada en el mantenimiento de subestaciones AIS de alta tensión, es una herramienta de inspección altamente eficaz para determinar un diagnóstico adecuado de sus equipos de potencia. Daniel Vaillant, Exgerente de la empresa Omega Perú OyM sostuvo que: “la cámara termográfica detecta el deterioro de los equipos de una subestación y cuenta con la ventaja de ser utilizados a distancia”. También sostuvo que la tecnología ha hecho que la cámara termográfica sea más fácil de operar y precisa, y que un drone puede manobrarla para llegar a sitios antes inaccesibles: “Ya estamos empezando a tener cámaras que pueden dar informaciones numéricas, rellenando bases de datos, comunicándose globalmente con otras y que pueden ser transportadas con un drone”. 60 Finalizó sosteniendo que a futuro un sistema experto procesaría el programa de mantenimiento de las subestaciones, en donde el análisis termográfico podría ser responsabilidad no de un operario, si no de una máquina: “ Ahora el desafío a futuro no estará tanto en tener las informaciones, si no en estar en la capacidad de tratarlas y pasar de tener informaciones de data a informaciones para la toma de decisiones, las cuales serían analizadas directamente por un sistema experto que programaría el mantenimiento”. Alberto Muñante, Exgerente de la empresa ISA REP sostuvo que: Hervi Gutiérrez, Ingeniero de mantenimiento de Omega Perú sostuvo que: Noemy Luna, Ingenieria de mantenimiento de Omega Perú sostuvo que: Williams López, sostuvo que, para el inicio de una toma termográfica, los equipos que complementan a la cámara termográfica son el termohigrómetro y distanciómetro: “…después para insertar la distancia esta debe de tomarse con un equipo (distanciómetro) e insertar la distancia real al objetivo; al insertar la emisividad esta debe de ser de acuerdo con el material a medir; al insertar la humedad esta debe de medirse con un equipo (termohigrómetro) y colocar la humedad en la que se encuentra la zona donde se mide”. Víctor Céspedes, Ingeniero de mantenimiento de T&D Electric, sostuvo que: Con estas premisas, queda validada la hipótesis (Hi): “El uso de la tecnología infrarroja (IR) aplicada la termografía, ayudará a mejorar el mantenimiento de las subestaciones AIS de alta tensión en Perú” y deja nula la hipótesis (Ho): “El uso de la tecnología infrarroja (IR) aplicada la termografía, NO ayudará a mejorar el mantenimiento de las subestaciones AIS de alta tensión en Perú”. 61 VII. CONCLUSIONES • La termografía infrarroja (IR) es una herramienta altamente eficaz para el operario de subestaciones eléctricas AIS de alta tensión, quien con un adecuado análisis de los termogramas obtenidos, puede detectar las fallas potenciales de sus equipos de patio más importantes, lo que evitará la interrupción del suministro ofreciendo así un mejor servicio y minimizando las pérdidas económicas. • La implementación de un adecuado uso de la termografía infrarroja (IR) se soporta en procesos rigurosos y excelentes, seguros para las personas, en equilibrio con el ambiente y socialmente responsables. • Las cámaras termográficas han tenido un avance significativo en los últimos 10 años: antes era un equipo muy caro, frágil y de manipulación complicada, tanto que la compra de una se veía como una inversión difícil de justificar, mientras que hoy en día es una herramienta casi común, de fácil uso y más precisa. • Los especialistas encuestados concluyen, en base a su experiencia, que el uso de la tecnología infrarroja (IR) aplicada la termografía, ayuda a mejorar el mantenimiento de las subestaciones AIS de alta tensión en Perú. 62 VIII. RECOMENDACIONES • Para realizar un correcto informe de termografía de subestaciones AIS de alta tensión, se debe haber recibido una certificación por parte de una empresa especialista en termografía, conocer las condiciones ambientales y de operación de la subestación a inspeccionar, conocer y contar con la documentación previa y durante la visita a campo, conocer los riesgos de su labor, y realizar un buen análisis de los parámetros encontrados en campo. 63 IX. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALBERTO SUPO-QUISPE, L.I., ARUHUANCA-CARTAGENA, J.I. y BEATRIZ BUTRÓN-PINAZO III, S., 2021. Determinación del coeficiente convectivo de transferencia de calor (Hc) en la evaluación del equipo de convección forzada. Polo del Conocimiento: Revista científico - profesional, ISSN-e 2550-682X, Vol. 6, No. 3, 2021, págs. 374-389 [en línea], vol. 6, no. 3, pp. 374-389. [Consulta: 27 septiembre 2022]. ISSN 2550-682X. DOI 10.23857/pc.v6i3.2376. 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Matriz de consistencia INSTRUCTIVO PARA LA TERMOGRAFÍA INFRARROJA DE EQUIPOS DE PATIO EN SUBESTACIONES ELÉCTRICAS DE ALTA TENSIÓN CON TECNOLOGÍA AIS PROBLEMAS OBJETIVOS HIPÓTESIS VARIABLES DIMENSIONES INDICADORES DISEÑO METODOLÓGICO PROBLEMA GENERAL OBJETIVO GENERAL HIPÓTESIS GENERAL DEPENDIENTE 1. Tipo y diseño de investigación ¿En qué medida el uso de tecnología infrarroja (IR) aplicada en la termografía, ayudará a mejorar el mantenimiento de las subestaciones AIS de alta tensión en Perú? Usar de la termografía infrarroja (IR) para mejorar el mantenimiento de las subestaciones AIS de alta tensión en Perú. *Hipótesis alternativa (Hi): El uso de la tecnología infrarroja (IR) aplicada la termografía, ayudará a mejorar el mantenimiento de las subestaciones AIS de alta tensión en Perú. *Hipótesis nula (Ho): El uso de la tecnología infrarroja (IR) aplicada la termografía, no ayudará a mejorar el mantenimiento de las subestaciones AIS de alta tensión en Perú. Mantenimiento de las subestaciones AIS de alta tensión Detección de puntos calientes Alta temperatura Tipo mixta - campo, teórica y práctica. Detección de fallas potenciales Anomalías en la variación de temperatura 2. Método de investigación Detección de falsos contactos Bajas temperaturas Experimental y observacional. Detección de desbalance entre fases Desequilibrio en el delta de temperatura 3. Población y muestra PROBLEMAS ESPECÍFICOS OBJETIVOS ESPECÍFICOS HIPÓTESIS ESPECÍFICAS INDEPENDIENTES DIMENSIONES INDICADORES Equipos de patio principales de alta tensión. 70 ¿Qué parámetros de termografía infrarroja (IR) se debe tener en cuenta en los trabajos de campo? Determinar los parámetros de termografía infrarroja (IR) que se debe tener en cuenta en los trabajos de campo El uso de la termografía infrarroja (IR) deberá tener en cuenta ciertos parámetros para una adecuada medida en los trabajos de campo. Uso de tecnología infrarroja (IR) aplicada en la termografía Emisividad <0,6 - 1> 4. Lugar de estudio y periodo desarrollado. Distancia hasta 25 m. Subestaciones AIS de alta tensión, Lima 2019. ¿Cómo identificar los componentes eléctricos defectuosos con la aplicación de la termografía infrarroja (IR)? Determinar la aplicación de la termografía infrarroja (IR) para la identificación de componentes eléctricos de alta tensión defectuosos El uso de la termografía infrarroja ayudará a identificar los componentes eléctricos defectuosos en un patio de llaves de alta tensión Temperatura atmosférica Depende de la tempratura del objeto y la emisividad. 5. Técnicas e instrumentos de recolección de datos. Humedad relativa < 100% Estadística y descriptible. Siendo la recolección de datos por medio de la toma de muestras con un dispositivo. ¿Qué plan de mantenimiento se debe realizar para determinar el diagnóstico el impacto de la tecnología infrarroja en las subestaciones AIS? Elaborar un plan de mantenimiento para determinar el diagnóstico del uso de las tecnologías infrarrojas aplicadas a las subestaciones AIS El plan de mantenimiento permitirá determinar el impacto del uso de tecnología infrarroja aplicada a las subestaciones AIS 71 Anexo 2. Especificaciones técnicas de FLIR T420 72 73 Anexo 3. Termohigrómetro Fluke 971 74 Anexo 4. Instructivo de inspección termográfica Omega Perú INT-M-108 75 76 77 Anexo 5. Diagrama de planta de patio de llaves de SE Kiman Ayllu 220 kV 78 Anexo 6. Diagrama de planta de SE Chilca 500 kV 79 Anexo 7. Certificados de calibración de equipos utilizados 80 81 82 Anexo 8. Formato de AST Anexo 9. Informe de termografía 83 Anexo 10. Informe de termografía 84 85 86 87 Anexo 11. Instructivo de inspección termográfica 88 89 90 91 Anexo 12. Entrevistas 92 93 94 95 Página en blanco