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La Nota Energética

Las ventanas infrarrojas y su utilidad en el mantenimiento predictivo y preventivo

Qué son las ventanas infrarrojas

Una Ventana Infrarroja (IR) es un dispositivo hecho de un material transmisivo a la radiación infrarroja (IR) utilizado para separar ambientes de condiciones diferentes en cuanto presiones, temperaturas, humedades, y contaminaciones, manteniendo dichos sistemas cerrados y protegidos, permitiendo que pase la energía radiante emitida por los objetos confinados y  mediante el uso de cámaras termográficas poder detectar con seguridad para el termógrafo la condición de falla que puedan tener permitiendo actualizar los programas de mantenimiento predictivo y preventivo para garantizar la confiabilidad y seguridad de operación de los equipos.

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Ventanas o mirillas infrarrojas

Materiales de las Ventanas IR y su transmisividad

Existen varios tipos de materiales para utilizar en ventanas IR. La selección específica usualmente está orientada según la aplicación, las condiciones ambientales, temperatura, la longitud de onda y consideraciones de costos. Por ejemplo, si se requiere la utilización de una ventana para detectar altas temperaturas en un ambiente que supere los 150°C, que es una condición exigente, hay que ser cuidadosos para seleccionar el material adecuado. Es importante tener en cuenta también el ambiente en que va a trabajar la ventana, pues materiales diferentes pueden reaccionar de manera diferente a ambientes industriales húmedos, ácidos o alcalinos, e incluso se comportan de manera diferente a los esfuerzos mecánicos como los generados por vibraciones. Los diferentes materiales tiene también diferentes transmisividades y es necesario tener en cuenta que éstas no son constantes para todos los rangos de temperatura ni en todo el rango espectral IR donde se usan las cámaras termográficas, tanto en longitudes de onda media MW(3μ a 5μ) como en longitudes de onda larga LW(8μ a 15μ). Aunque existen varios materiales que tienen muy buena transmisividad en el rango de longitudes de onda IR, como el diamante y el Cloruro de Sodio (NaCl) entre otros, sin embargo desde el punto de vista práctico y dependiendo de la aplicación, los materiales que tienen buena transmisividad en el rango IR son los siguientes:

  1. Fluoruro de calcio (CaF2)
  2. Zafiro (Al2O3)
  3. Polímero IR
  4. Seleniuro de Zinc (ZnSe)
  5. Germanio (Ge)
  6. Fluoruro de Bario (BaF2
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Materiales de las ventanas infrarrojas

Campo de visión a través de una Ventana IR

Se define como campo de visión, Field of View (FOV) de una cámara termográfica como el ángulo tanto horizontal como vertical del lente de la misma. El valor típico del FOV de una cámara termográfica es de 24°x22°, sin embargo dependiendo del fabricante las cámaras pueden tener diferentes campos de visión. Así que, se recomienda hacer los cálculos basados en lentes estándar (ya que un lente de gran angular quizás no esté disponible). Se debe notar que el cálculo asume que el FOV empieza en la cubierta del panel y se extiende a distancia (d), de la cubierta del panel hasta los componentes objetivo, es decir su profundidad. La longitud a lo largo de ese FOV es una distancia (D). D se calcula multiplicando la distancia (d) por el tangente de la mitad del ángulo del lente y duplicando el resultado. Teniendo en cuenta lo anterior, se requiere previamente seleccionar el diámetro de la ventana y hacer los cálculos correspondientes para ver que tanto se puede cubrir en D, dependiendo del campo de visión de la cámara (FOV) y del diámetro de la ventana.

Debe tenerse especial cuidado en lo cálculos para garantizar el cubrimiento de todos los tramos vertical y horizontal, aprovechando que la cámara se puede separar un poco de la ventana, y que además, a través de la ventana IR la cámara puede ampliar su visión si se inclina hacia arriba y hacia abajo como también hacia los lados, circunstancia que según la experiencia triplica la visión de la cámara permitiendo mediante este factor de 3 ampliar su visión al interior del tablero que se esté inspeccionando, lo cual es un factor definitivo para seleccionar el diámetro adecuado de una Ventana IR, incluso se puede llegar a la decisión de requerirse más de una ventana en un mismo Gabinete.

Análisis costo - beneficio

Los estudios de tiempo indican que las inspecciones tradicionales de paneles abiertos consumen mucho tiempo. El costo de las horas de trabajo fácilmente superan los $160.000.00 (0,30 SMMLV) por panel (Ver tabla 4). Vestirse y desvestirse con EPP es otra tarea costosa que acompaña a las inspecciones tradicionales El uso de ventanas virtualmente elimina todo el tiempo de espera y de EPP, y se puede usar casi el 100% en la inspección como tal. Esto significa que se ahorra más de un 90% del tiempo típicamente requerido para ejecutar inspecciones termográficas tradicionales (Ver Tabla 5). Por el ahorro de horas de trabajo que ofrecen las ventanas IR, la mayoría de programas de ventanas ofrecen un ROI desde el primer o segundo ciclo de inspección.

Costo-beneficio sin Ventana IR
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Costo-beneficio con Ventana IR

Mitos sobre el uso de las Ventanas IR

¿La Ventana IR protege a las personas de explosión por arco eléctrico?

Las ventanas IR no pretende proteger al usuario de las consecuencias de un arco eléctrico, lo que se pretende es eliminar adicionales causas de arco eléctrico durante la inspección y reemplazar una actividad de alto riesgo por una estrategia de eliminación o reducción del riesgo durante la inspección. Las ventanas IR permiten inspecciones a paneles eléctricos cerrados cumpliendo los mandatos de NFPA y RETIE, de mantener el sistema “cerrado y protegido” para eliminar el riesgo en cuanto a sea posible en contraposición contra otros métodos ya agotados.

¿Instalar ventanas IR convierte a un panel eléctrico clasificado como no resistente al arco eléctrico a un equipo resistente al arco eléctrico? ¿Las ventanas deben tener una clasificación contra arco?

Es el panel eléctrico no sus componentes individuales los que deben cumplir la clasificación de las normas en el sentido de que su diseño debe permitir la mitigación y re direccionamiento de la onda explosiva. Ni las ventanas IR ni las mirillas de inspección visual, ni los medidores y accesorios del panel eléctrico deben ser resistentes al arco eléctrico, simplemente no deben interferir con cualquier mecanismo de seguridad y deben cumplir con los aislamientos requeridos por las normas. Los pernos de un panel eléctrico tienen la función de sostener las cubiertas mas no son resistentes al arco eléctrico pues no existe material que soporte los elevados esfuerzos mecánicos generados por las presiones de una expansión de más de 67.000 veces de los metales especialmente el cobre que ocurre durante un evento catastrófico de arco eléctrico. El panel debe ser diseñado únicamente para re direccionar y mitigar los efectos de una explosión causada por un arco eléctrico. La inspección a paneles eléctricos cerrados mediante la utilización de ventanas IR elimina el 99,9% de las causas de arco eléctrico durante la inspección. Por tanto el beneficio sustancial que nos da el uso de ventanas IR es el cumplimiento de NFPA 70E y RETIE enfocado en la reducción del riesgo de un accidente por arco eléctrico.

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Ventanas o mirillas infrarrojas

Conclusiones

  • La Ventana IR es un dispositivo que tiene por objeto mitigar el riesgo de arco eléctrico en un 99,9% durante la inspección termográfica, cumplimiento de las normas NFPA y RETIE.
  • Existen varios materiales pero en aplicaciones industriales los materiales viables por razones económicas y ambientales son el Polímero IR traslúcido y no traslúcido al visible, y el Fluoruro de Calcio (CaF2).
  • Los desempeños de estos dos materiales son bien diferentes siendo el polímero una opción con mejor resistencia a los ambientes alcalinos, húmedos y ácidos, con una muy buena establead de la transmisividad en el tiempo.
  • La Ventanas IR son normalmente circulares pero al utilizar polímero se pueden construir en formas rectangulares de dimensiones estandarizadas o la medida de las necesidades, incluso se acomoda a formas curvas.
  • La instalación es rápida y sencilla, sin embargo se tiene que medir en campo la transmisividad de la ventana, ajustar consecuentemente la emisividad en la cámara, tener en cuenta el FOV de la cámara a utilizar y garantizar el cubrimiento de todos los componentes al interior de los paneles eléctricos, y recoger la máxima información posible y documentarla al momento de la instalación.
  • Las ventanas deben cumplir normas IEEE, UL, y la clasificación IP del tablero eléctrico.
  • La ventanas IR dan un rápido retorno sobre la inversión ROI.


Depto. Técnico / Iriss
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