1. Introducción
La fiabilidad de los dispositivos de distribución y los equipos completos de baja tensión (CBT) es una condición crítica para el funcionamiento continuo de las empresas industriales. La mayoría de las paradas accidentales en la producción se deben a sobrecalentamientos locales en las zonas de conexiones eléctricas. Las pérdidas térmicas en las conexiones de contacto provocan una degradación acelerada de la aislación, la aparición de cortocircuitos entre fases y el fallo total del equipo eléctrico. Según la estadística del mantenimiento técnico, hasta el 60% de los fallos de los sistemas eléctricos están relacionados con una resistencia de contacto elevada en las zonas de contacto.
La termografía infrarroja (control termográfico) es un método eficaz de control no destructivo (CND), que permite detectar campos térmicos anómalos sin interrumpir el proceso productivo. Como Ingeniero Jefe de UNITEC-D GmbH, destaco la necesidad de implementar un monitoreo termográfico regular según los estándares internacionales y nacionales. Esto asegura la minimización del indicador MTTR (Mean Time to Repair) y la maximización del MTBF (Mean Time Between Failures) para los nodos críticos.
2. Principios fundamentales de termografía
El método se basa en la registración de radiación infrarroja, que emite cualquier objeto con temperatura superior al cero absoluto (-273.15 °C). La intensidad de la radiación está determinada por la ley de Stefan-Boltzmann y la ley de Planck. Durante el proceso de verificación de circuitos eléctricos, la corriente eléctrica ($I$) encuentra una resistencia transitoria ($R$) en los puntos de conexión de barras, terminales de cables o dispositivos de conmutación.
La cantidad de calor liberado por unidad de tiempo está descrita por la ley de Joule-Lenz:
P = I² × R
De:
P— potencia de pérdidas térmicas (W);I— corriente eléctrica a través de la unión (A);R— resistencia de contacto (Ω).
Aumento de la resistencia debido a la debilidad del ensamblaje con tornillos, corrosión o oxidación inevitablemente conduce a un aumento local de temperatura ($T$). La cámara infrarroja convierte la radiación térmica en una imagen termográfica visible (termograma) con distribución de temperaturas en tiempo real.
3. Especificaciones técnicas y estándares
Para garantizar la exactitud y repetibilidad de los resultados de las mediciones es necesario estrictamente cumplir con los documentos normativos vigentes:
- IEC 60839-1-1 / ISO 18434-1: Estado de las máquinas y diagnóstico. Termografía. Parte 1: Procedimientos generales.
- ISO 10878: Control no destructivo. Control termográfico. Glosario de términos.
- DSTU EN 13187: Características térmicas de edificios. Detección cualitativa de inhomogeneidades térmicas en estructuras envolventes (estándar de contacto para metodología de medición).
- NFPA 70B: Práctica recomendada de mantenimiento eléctrico (incluye criterios detallados de evaluación del calentamiento).
De acuerdo con los estándares, los parámetros básicos de configuración del termógrafo son el coeficiente de emisividad ($\varepsilon$), la temperatura del medio ambiente ($T_{amb}$), la distancia al objeto y la humedad relativa del aire. Para barras de cobre sin recubrimiento $\varepsilon \approx 0.1 - 0.3$ (requiere la aplicación de marcadores o cintas con emisividad conocida $\varepsilon = 0.95$), mientras que para superficies pintadas o oxidadas $\varepsilon \approx 0.85 - 0.95$.
4. Criterios de selección de equipos y parámetros de dimensionamiento
La precisión de medición depende directamente de la resolución de los detectores del termógrafo y de sus características ópticas. Para trabajos dentro de cajas eléctricas (НКП) se requieren dispositivos con una resolución de matriz no menor a 320×240 píxeles y una sensibilidad térmica (NETD) menor a 0.05 °C (50 mK) a 30 °C.
| Parámetro | Nivel básico (Diagnóstico) | Estándar industrial (UNITEC-D) | Alta precisión (Investigación científica) |
|---|---|---|---|
| Resolución de la matriz infrarroja | 160 × 120 píxeles | 320 × 240 píxeles | 640 × 480 píxeles |
| Sensibilidad térmica (NETD) | < 0,08 °C (80 мК) | < 0,04 °C (40 мК) | < 0,03 °C (30 мК) |
| Rango de medición de temperaturas | -20 °C ... +250 °C | -20 °C ... +650 °C | -40 °C ... +1500 °C |
| Rango espectral | 7.5 – 14 мкм | 7.5 – 14 мкм | 7.5 – 14 мкм |
| Error de medición | ± 2% o ± 2 °C | ± 1,5% o ± 1,5 °C | ± 1% o ± 1 °C |
5. Mejores prácticas de montaje y realización de mediciones
Para obtener datos fiables durante la inspección de cuadros eléctricos en condiciones de producción es necesario cumplir con el régimen:
- Carga en el sistema: Las mediciones se realizan al cargar el equipo no menos del 40% del valor nominal de corriente ($I_{nom}$). Según la fórmula de Joule-Lenz, los defectos pueden no manifestarse con carga reducida.
- Seguridad del personal: El operador debe tener permiso para trabajar en instalaciones eléctricas de hasta y superiores a 1000 V (según las normas locales de protección laboral), utilizar medios de protección individual (MPI) contra arco eléctrico (protector facial, ropa con propiedades ignífugas).
- Retirar las tapas protectoras: Antes del escaneo es necesario abrir las tapas protectoras de los gabinetes. Si las panelas son de policarbonato sólido, se debe tener en cuenta su capacidad para reflejar o absorber la radiación infrarroja (muchos ventanas estándar no permiten el espectro infrarrojo).
- Ángulo de visión: El ángulo entre el eje óptico del termógrafo y la superficie a examinar debe estar lo más cercano posible a 90°, pero no menor de 60°, para evitar reflexiones erróneas de superficies vecinas.
6. Tipos de fallos y análisis de las causas raíz (RCA)
El control termográfico permite clasificar los defectos según el grado de su criticidad. A continuación se muestran los principales tipos de defectos que se detectan en los gabinetes eléctricos:
- Debilitación de los uniones de tornillo de las barras: Indicio visual en la termografía — mancha localizada de temperatura elevada en forma de «gotita» alrededor del punto de fijación. Causa principal: deformaciones térmicas cíclicas, ausencia de arandelas elásticas (grovers), no cumplimiento del momento de apriete (par de torsión) según la instrucción del fabricante.
- Defecto de contactos de los interruptores automáticos o desconexores: Sobrecalentamiento de uno de los polos. Causa principal: desgaste de las cámaras de extinción de arco, erosión de las superficies de contacto de aleación de plata, exceso del número de ciclos de conmutación nominal.
- Sobrecarga de fase (desbalance de corriente): Calentamiento uniforme del cable o barra de una fase determinada a lo largo de toda su longitud. Causa principal: distribución desigual de los consumidores monofásicos en las fases de la red de distribución.
7. Mantenimiento predictivo (PdM) y monitoreo del estado
La integración de termografía en el sistema de gestión del mantenimiento técnico de la empresa (CMMS) se basa en la determinación de la diferencia de temperaturas ($\Delta T$). La evaluación del grado de peligrosidad se realiza mediante la metodología de comparación de la diferencia de temperaturas entre el elemento defectuoso y el elemento de referencia ($T_{ref}$) o mediante la comparación con la temperatura del entorno ($T_{amb}$).
Criterios de evaluación basados en la diferencia de temperatura (según las recomendaciones NFPA 70B):
- $\Delta T < 10$ °C: Deficit insignificante. Requiere monitoreo durante la siguiente inspección programada.
- $10$ °C $\le \Delta T < 25$ °C: Defecto medio. Es necesario planificar la reparación durante el próximo mantenimiento técnico.
- $25$ °C $\le \Delta T < 40$ °C: Defecto grave. Se requiere reparación fuera del plan dentro de 48 horas.
- $\Delta T \ge 40$ °C: Estado crítico de emergencia. Parada inmediata del equipo y eliminación de la falla para prevenir incendios.
8. Matriz comparativa de métodos de diagnóstico de conexiones eléctricas
Para una estrategia completa de confiabilidad, la termografía se utiliza en combinación con otros métodos de control. En la tabla a continuación se presenta una comparación de metodologías líderes de diagnóstico.
| Método de diagnóstico | Principio físico | Ventajas | Limitaciones | Recomendada periodicidad |
|---|---|---|---|---|
| Termografía infrarroja | Registro de radiación térmica (IR) | A distancia, sin apagado del equipo, alta velocidad de escaneo | Dependencia del carga, influencia de la radiación reflejada | Trimestralmente / mensualmente para componentes críticos |
| Medición de resistencia transitoria (microóhmetro) | Método de caída de tensión (esquema de 4 hilos de Kelvin) | Definición exacta del valor absoluto de la resistencia ($R$) | Requiere desconexión completa y desmontaje del protección | Durante la reparación planificada anual (PPR) |
| Control ultrasónico (UDC) | Detección de sonido de alta frecuencia proveniente de descargas corona o chispa | Detección temprana de descargas parciales y microchispa | Requiere un operador experimentado, sensible a ruidos externos | Cada medio año |
| Control visual y mecánico (momento de apriete) | Control de par de apriete con herramienta dinamométrica | Eliminación directa del riesgo de debilitamiento del fijado | Solo cuando esté completamente desenergizado, trabajo intensivo | Una vez al año |
9. Conclusión
El control termográfico de los tableros eléctricos es un instrumento vital para garantizar la fiabilidad y la seguridad contra incendios en las empresas industriales de Ucrania. El uso sistemático de la diagnóstica infrarroja en combinación con criterios claros de evaluación de anomalías térmicas permite evitar paros imprevistos del equipo.
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10. Referencia
- ISO 18434-1:2008. Monitoreo y diagnóstico de maquinaria — Termografía — Parte 1: Procedimientos generales.
- NFPA 70B. Práctica Recomendada para la Mantenimiento de Equipos Eléctricos. National Fire Protection Association.
- IEC 60947-1. Instalaciones eléctricas de baja tensión y equipos de control — Parte 1: Normas generales.
- DSТU EN 13187:2001. Características térmicas de edificios. Detección cualitativa de inhomogeneidades térmicas en estructuras envolventes. Método de termografía infrarroja.
- Manual de Mantenimiento Industrial Informa. Mejores Prácticas de Termografía en Sistemas de Distribución Eléctrica, 2021.
