Mediciones de calor para el diagnóstico de ascensores

La importancia de la protección contra el calor y el uso de instrumentos de imagen térmica en los sistemas de ascensores.

por David Herres

Los ascensores son conjuntos complejos de componentes eléctricos y mecánicos. Estos componentes producen calor, generalmente debido a la resistencia eléctrica o la fricción mecánica. El exceso de calor se disipa en el espacio adyacente si no se elimina mediante enfriamiento activo. Por lo general, se mantiene el equilibrio, pero si se genera un calor excesivo o si el método de enfriamiento se ve comprometido, se produce un aumento de temperatura en los componentes eléctricos o mecánicos y existe una alta probabilidad de acortar la vida útil o incluso de una falla inmediata.

La reducción de la vida útil de los componentes y las fallas son potencialmente graves para los ascensores, porque no se pueden tolerar las lesiones humanas y las interrupciones del equipo. La temperatura excesiva a veces se eleva a un cierto nivel y encuentra un nuevo equilibrio. O puede aumentar y causar daños irreversibles, resultando en fallas en el equipo y / o incendios catastróficos. Los motores eléctricos a menudo funcionan sin incidentes durante años hasta que la alta temperatura ambiente, la sobrecarga o fallas de fabricación o instalación, aparentemente sin previo aviso, pueden preparar el escenario para un exceso de calor, lo que puede dañar el aislamiento eléctrico dentro del motor, hacer que consuma un exceso de corriente y resultar en aún más calor y eventual falla.

Por supuesto, existen salvaguardias. Los dispositivos de sobrecorriente, como disyuntores y fusibles y, en motores más grandes, sensores de calor integrados en los devanados, deben apagar el sistema antes de que se produzcan daños importantes. Los sistemas de rociadores, la supresión química de incendios y las alarmas contra incendios son efectivos, pero pueden faltar o no funcionar completamente en edificios más antiguos. Aquí es donde los trabajadores de mantenimiento juegan un papel clave. Por lo general, hacen las rondas en cada turno, verificando el equipo en toda la instalación. En una sala de máquinas de ascensores (o en el controlador de movimiento en instalaciones sin sala de máquinas), se debe colocar una hoja de inspección con las medidas pertinentes, la hora, la fecha y las iniciales de los trabajadores. La información contenida en este registro es invaluable para detectar y evaluar tendencias dañinas, y es útil para el diagnóstico y la reparación. El objetivo es detectar las tendencias dañinas más temprano que tarde. Esto requiere instrumentos de medición.

Varios medios para medir temperaturas son útiles en la sala de máquinas de un ascensor, donde se encuentran el motor, el controlador de movimiento y la desconexión eléctrica. Un termómetro de pared (independiente o parte de un termostato de calefacción o refrigeración) proporciona una forma razonablemente precisa y conveniente de determinar la temperatura ambiente. Esta métrica es importante como primer paso. Una sala de máquinas normalmente se enfría mediante uno o más ventiladores, que, por supuesto, deben ventilarse al exterior. A veces, según el clima, el tamaño de la sala de máquinas, la cantidad y el tamaño de los motores y otros factores, se instala un aire acondicionado individual o una ventilación de aire central. Cualquiera de estos puede fallar y necesita ser monitoreado. También se pueden medir fuentes de calor individuales. Se pueden fijar termómetros separados al motor (es): uno en cada extremo de los cojinetes y otro en el centro para medir el calor de los devanados.

Los motores eléctricos a menudo funcionan sin incidentes durante años hasta que la temperatura ambiente alta, la sobrecarga o fallas de fabricación o instalación, aparentemente sin previo aviso, preparan el escenario para un exceso de calor, que puede dañar el aislamiento eléctrico dentro del motor, hacer que consuma un exceso de corriente y provocar un quiebre. más calor y eventual falla.

El controlador del motor y cualquier transformador grande o aparamenta pueden equiparse con sensores de calor con lecturas digitales conectadas al exterior de los gabinetes. Un pequeño termómetro analógico adhesivo es apropiado para el exterior de la caja de engranajes que se utiliza en los accionamientos de motores de elevadores de tracción con engranajes. Para los elevadores hidráulicos, esta ubicación es el exterior del depósito de aceite. Cualquiera de los dispositivos de detección se puede cablear o conectar de forma inalámbrica a una luz de advertencia roja sobre la puerta, justo afuera de la sala de máquinas.

La mayoría de los ascensores modernos funcionan con potentes motores eléctricos trifásicos, que consumen una cantidad sustancial de corriente. Los conductores portadores de corriente ingresan a la sala de máquinas y terminan en los terminales de desconexión, entrada y salida del variador de frecuencia y del motor. En la instalación inicial, estas terminaciones se aprietan con precisión de acuerdo con las especificaciones basadas en el tamaño, el tipo de metal (cobre o aluminio) y, en última instancia, la clasificación del motor (en amperios). Si están demasiado apretados, las roscas pueden dañarse y, con el tiempo, se aflojarán. Si están demasiado flojos, se sobrecalentarán o formarán un arco bajo una carga pesada, creando un gran calor y corrosión. Al funcionar con voltaje reducido o una fase caída, los devanados del motor se convierten en elementos térmicos y presentan la posibilidad de un incendio eléctrico.

Además del motor, otros dispositivos eléctricos producen calor como un subproducto natural de su función prevista. Una resistencia conectada en serie entre la fuente de alimentación y la carga provoca una reducción de la corriente en el circuito, y la resistencia disipa el exceso de energía en forma de calor. Los semiconductores, como componentes discretos o incrustados en circuitos integrados (CI) también disipan el calor. Todos tienen en común el hecho de que demasiado calor los destruirá rápidamente. Un componente puede parecer carbonizado o distorsionado físicamente, pero a menudo funciona como un dispositivo de sobrecorriente, abriendo el circuito antes de que ocurra un daño visible.

El cableado defectuoso y las uniones de soldadura en frío introducen resistencias no deseadas, puntos calientes y una disipación de calor excesiva en las placas de circuito, el cableado que las conecta y el cableado de la fuente de alimentación. Este calor puede dañar los componentes pequeños montados en la superficie, particularmente los circuitos integrados. Los condensadores electrolíticos, que se utilizan donde se requiere alta capacitancia, a veces fallan. La alta capacitancia en un paquete relativamente pequeño se logra mediante una capa electrolítica muy delgada. Este es un producto electroquímico que se forma la primera vez que se aplica voltaje. Su desventaja es que es propenso al envejecimiento y la capa electrolítica se daña fácilmente. Cuando esto sucede, hay una resistencia paralela y una disipación de calor anormal.

Un controlador de movimiento de ascensor normalmente contiene varias placas de circuito impreso, cada una con muchos componentes activos e inactivos. Muchos técnicos tocan cada componente para estimar la temperatura. Un componente que está excesivamente caliente probablemente tenga un corto interno, y si está frío, el corto se ha resuelto en un abierto. Sin embargo, es posible que esté temporalmente fuera del circuito, que el suministro de energía no ingrese al componente o que el retorno a tierra haya perdido continuidad. Los últimos dispositivos semiconductores complementarios de óxido metálico operan a un voltaje más bajo y no disipan una cantidad perceptible de calor.

Estimar la disipación de calor por contacto tiene la desventaja de que puede entrar en contacto inadvertidamente con una superficie energizada. Si bien la mayoría de los componentes de la placa de circuito operan a voltajes bajos e intrínsecamente seguros, siempre es posible que una falla externa esté aplicando un voltaje más alto al componente, creando una situación peligrosa. Una buena solución es utilizar una sonda de temperatura aislada eléctricamente y un multímetro diseñado para tal fin. La lectura digital mostrará la temperatura exacta en grados Celsius o Fahrenheit.

La gestión del calor es fundamental en esta era de miniaturización electrónica, en la que se graban grandes cantidades (a menudo millones) de componentes en pequeños sustratos de silicio y se ensamblan como circuitos integrados. Los componentes discretos a menudo tienen un tamaño insuficiente intencionalmente; para compensar, se colocan disipadores de calor con aletas para extraer el exceso de calor.

Los componentes y las placas de circuito deben ubicarse teniendo en cuenta la distribución eficiente del calor. Siempre que no haya una temperatura ambiente anormalmente alta o acumulación de polvo en el exterior del gabinete o un mal funcionamiento de un ventilador de enfriamiento, el dispositivo seguirá funcionando.

La herramienta más avanzada para encontrar puntos de acceso es la cámara termográfica, que muestra una imagen infrarroja del dispositivo bajo investigación en tiempo real. Alternativamente, puede crear y mostrar una fotografía digital que se puede descargar en formato JPEG, donde se puede guardar y analizar, imprimir o enviar por correo electrónico.

Las cámaras termográficas han existido durante mucho tiempo, pero los modelos recientes tienen características nuevas y avanzadas con excelentes capacidades. Son excelentes herramientas de diagnóstico y mantenimiento. Los técnicos de ascensores pueden obtener imágenes rápidamente de todos los motores de transmisión, transmisiones de frecuencia variable, poleas y cojinetes, placas de circuito de controlador de movimiento, terminaciones eléctricas, mecanismos de puertas, depósitos hidráulicos y otros componentes eléctricos y mecánicos. Los puntos críticos son evidentes de inmediato, a menudo antes de que ocurran daños graves.

Fluke fabrica varios modelos de cámaras termográficas, con precios muy variados. Una buena opción para el mantenimiento preventivo y el diagnóstico de ascensores es la cámara termográfica de bolsillo Fluke PTi120 de 9 Hz. A diferencia de otros modelos, este instrumento es lo suficientemente compacto como para caber en el bolsillo de una camisa, pero duradero y
bien sellado contra la contaminación y la humedad. El usuario puede visualizar imágenes infrarrojas en tiempo real o, en el modo de cámara, estas imágenes se pueden guardar en la memoria del instrumento. Además, utilizando el cable USB incluido y el software gratuito, las imágenes infrarrojas se pueden guardar como archivos JPEG.

El PTi120 tiene un conector de 3.5 pulgadas. Pantalla táctil LCD. Se puede acceder fácilmente a sus numerosas funciones y extensos menús tocando en la pantalla. Para capturar una imagen térmica precisa y legible, después de encenderlo, se debe dejar que el instrumento se caliente durante 3-5 minutos. Continúe durante un mínimo de 10 minutos si las mediciones precisas son esenciales para su aplicación.

Una característica sorprendente es que el generador de imágenes también funciona como una cámara digital de luz visible convencional. Fluke llama a esta combinación IR-Fusion. Si el usuario pasa el dedo por la pantalla táctil de derecha a izquierda, la imagen infrarroja se transforma en una imagen de luz visible continua y los dos modos se combinan progresivamente a medida que avanza el dedo. El generador de imágenes se autocalibra de -4 a + 302 ° F (-20 a + 150 ° C). Se producirá una imagen significativa, independientemente de si el usuario está buscando ligeras variaciones de temperatura en una placa de circuito o un motor que se calienta muy por encima del punto de ebullición del agua.
Una barra vertical a la derecha de la pantalla muestra la gama de colores que componen la imagen actual. De forma predeterminada, el blanco y el naranja representan el extremo caliente del espectro de temperatura; el negro y el azul representan el final frío. Por encima y por debajo de esta barra de color están las temperaturas máxima y mínima en la imagen actual. En la parte superior central está la temperatura en el centro de la pantalla, marcada con un ícono en forma de cruz. El usuario puede apuntar la cámara para una lectura de temperatura específica.

La barra de menú horizontal aparece en la parte superior con un solo toque en la pantalla. Aquí, hay seis elementos de menú representados por pequeños iconos. De izquierda a derecha, son:

• "Memoria", que permite al usuario agregar una nota a varias imágenes.
• "IR-Fusion", que muestra una barra que muestra el porcentaje de luz térmica frente a la luz visible en la imagen.
• “Paleta”, que permite al usuario alterar los colores utilizados para representar varias temperaturas: hay esquemas de colores alternativos, con el actual indicado.
• Indicadores de temperatura, que se pueden activar y desactivar: "Temperatura puntual", "Punto central", "Escala" y "Barra de estado"
• "Antorcha", que controla el foco LED incorporado
• "Configuración", que incluye "Escanear ID de activo", que permite al usuario escanear el código de barras de un objeto; “Fluke Connect”, que permite al usuario guardar imágenes en Fluke Connect Cloud; "Emparejar Hotspot con Fluke Connect"; "Guardar imágenes en una carpeta compartida"; "Configuración de infrarrojos"; “Emisividad, temperatura de fondo y transmisividad” en porcentaje; y "Configuración del dispositivo", que permite al usuario alternar formatos de archivo (IS2 o JPEG), establecer unidades, hora, fecha e idioma, y ​​"Restablecer el procesador de imágenes" a los valores predeterminados de fábrica.

La gestión del calor es fundamental en esta era de miniaturización electrónica, en la que se graban grandes cantidades (a menudo millones) de componentes en pequeños sustratos de silicio y se ensamblan como circuitos integrados.

el objeto, es probable que el instrumento no se haya calentado lo suficiente o se esté sujetando de tal manera que su lente esté bloqueada. Para obtener la mejor imagen térmica, "IR-Fusion" debe activarse deslizando un dedo aproximadamente un cuarto por la pantalla (proporcionando una imagen con aproximadamente un 25% de luz visible).

Dado que la radiación infrarroja es emitida por todos los objetos con una temperatura superior al cero absoluto, no se requiere luz del día para capturar una imagen termográfica. Esto está de acuerdo con la ley de radiación del cuerpo negro. La radiación del cuerpo negro varía con la frecuencia que se relaciona con la temperatura del cuerpo, lo que hace posible la obtención de imágenes térmicas. Una imagen de varios colores correspondiente a su mapa de temperatura puede verse en tiempo real o capturarse digitalmente porque diferentes áreas de la superficie del objeto o paisaje se encuentran a diferentes temperaturas. Este mapa es muy útil en el análisis de una máquina en funcionamiento.

La intensidad de la radiación del cuerpo negro varía con la temperatura. Puede ser menor de lo esperado para un cuerpo dado debido al concepto de emisividad, que es la relación entre el resplandor real y el resplandor teórico del cuerpo negro. Por definición, la emisividad está entre 0 y 1. Un cuerpo negro solo es verdaderamente negro cuando su emisividad es 1 y absorbe toda la radiación que le incide. La radiación incluye componentes de alta frecuencia fuera del espectro visual, como los rayos X. La emisividad es un producto no solo del cuerpo, sino de la interfaz entre este y el material adyacente, generalmente un gas.

La cámara termográfica se autocalibra en función de la emisividad de la superficie que se mide. Al tocar la pantalla de la cámara termográfica PTi120 una vez, se muestra el menú principal; luego, al tocar el ícono de ajustes, se muestra "Configuración". Aquí, el tercer elemento del menú es "Configuración de infrarrojos". En la parte superior está la emisividad, con una nota de que la cinta aislante es 0.95. Lo que esto significa es que si un trozo corto de cinta aislante negra se pega en un objeto para ser fotografiado, el color como se ve en la pantalla del generador de imágenes corresponderá a una emisividad de 0.95. En ocasiones, la cinta negra no es factible debido a problemas de acceso o temperatura. Por esta razón, el generador de imágenes enumera otros materiales comunes con sus emisividades de la siguiente manera. Observe que los óxidos de cobre y aluminio tienen emisividades sustancialmente más altas que los metales puros: 

• Agua y piel: 0.98
• Pintura: 0.94
• Caucho: 0.93
• Porcelana esmaltada: 0.92
• Hormigón: 0.92
• Papel: 0.90
• Ladrillo: 0.85
• Óxido de cobre: ​​0.65
• Cemento: 0.56
• Óxido de aluminio: 0.25
• Acero inoxidable: 0.10
• Aluminio metalizado: 0.05
• Cobre metálico: 0.02

La emisividad es el concepto que define el calentamiento planetario (global). La temperatura de la superficie de la tierra en cualquier lugar dado y el promedio global está determinada por la radiación solar absorbida, el calor emitido por el núcleo y la radiación térmica emitida. Tanto la composición de la superficie como la atmosférica son críticas.

Una de las primeras aplicaciones de la cámara termográfica fue en la extinción de incendios para determinar la ubicación de puntos calientes a través del humo, en la oscuridad y detrás de barreras permeables al calor. Estos instrumentos altamente sensibles pueden detectar el calor corporal para que los rescatistas puedan localizar a las personas atrapadas en los escombros o perdidas en la naturaleza en una noche fría.

La cámara muestra diferencias de temperatura, por lo que los objetos a la misma temperatura se representan con el mismo color. Esto plantea una limitación, porque los límites entre tales objetos no están claramente definidos. Un usuario de cámara termográfica PTi120 puede resolver este problema aprovechando IR-Fusion para combinar imágenes de luz visible e infrarroja para mayor claridad. IR-Fusion también se puede utilizar en varias proporciones para mejorar muchas imágenes térmicas.

La cámara termográfica es un instrumento muy versátil que permite al usuario adquirir grandes cantidades de información relacionada con el calor en una amplia variedad de escalas de temperatura. Se puede usar para encontrar de manera no invasiva tuberías calientes detrás de las superficies de los edificios, determinar la ubicación de una fuga de agua caliente debajo de una losa de concreto, detectar fugas de gas de cualquier tipo y hacer pequeñas fugas en
tuberías de rociadores de sistema seco fácilmente visibles.

La termografía es más útil para el diagnóstico eléctrico y mecánico y, dado que es rápida y no intrusiva, los técnicos están más inclinados que nunca a utilizar la cámara termográfica. Un buen enfoque es tomar imágenes de la maquinaria del ascensor en funcionamiento normal y guardar las imágenes para realizar una comparación periódica.