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  • SIEF Semana Internacional das Engenharias da FAHOR

    Bases tericas de inspeo termogrfica para aplicao em componentes eltricos

    Cristian Paluchowski (FAHOR) cp000551@fahor.com.br

    Francine Steffenello (FAHOR) fp000401@fahor.com.br

    Matias Steffenello (FAHOR) ms000510@fahor.com.br

    Tiago Franken (FAHOR) tf000503@fahor.com.br

    Carla Beatriz Spohr (FAHOR) spohrcarlab@fahor.com.br

    Resumo

    A termografia vem sendo amplamente utilizada como mtodo para monitorar a temperatura dos componentes, com o objetivo de detectar os problemas trmicos destes em seu estagio inicial, evitando as paradas desnecessrias dos equipamentos. Esta tcnica est fundamentada no mtodo preditivo de manuteno, com propsito de aumentar a confiabilidade dos equipamentos. A aplicao da termografia, tal como conhecida hoje, com termovisores portteis pesando no mais de 02 kg, conta com tecnologia capaz de detectar e converter em tempo real a radiao infravermelha, em imagens visveis, devido a diversos estudos e descobertas, das quais algumas das mais importantes ocorreram a partir da descoberta da radiao infravermelha, sendo que o primeiro detector baseado na interao direta entre os ftons da radiao infravermelha foi desenvolvido em meados de 1917. A gerao de imagens trmicas pode ser usada em aplicaes tais como a inspeo de equipamentos eltricos, processos e no diagnstico de construes. Para a correta interpretao e coleta de dados, importante revisar conceitos bsicos relacionados a aplicaes fsicas, principalmente relacionadas a calor, temperatura e os mtodos de conduo de calor. Dentro da prtica termogrfica, os componentes que envolvam eletricidade tm a maior aplicao, sendo importante ressaltar que nos estudos realizados at o momento, a utilizao da termografia como ferramenta de manuteno preditiva tem sido crescente, assim como o campo de aplicao da tcnica e a tecnologia empregada. Este trabalho traz um estudo de caso, onde demonstra a aplicao da metodologia de estudo em maquinas industriais utilizando a termografia. Palavras chave: Termografia, Preditiva, Temperatura, Radiao infravermelha.

    mailto:cp000551@fahor.com.brmailto:fp000401@fahor.com.brmailto:ms000510@fahor.com.brmailto:tf000503@fahor.com.brmailto:spohrcarlab@fahor.com.br

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    1. Introduo

    A utilizao da termografia, um ensaio no destrutivo que tem seu principio na leitura trmica, atravs da radiao infravermelha emitida pelos objetos, est fundamentado no mtodo preditivo de manuteno, com propsito de aumentar a confiabilidade dos equipamentos, ou seja, o equipamento estar disponvel para executar determinado trabalho, mantendo suas funes continuamente quando este for solicitado. Considerando que toda quebra em equipamentos provocada por disfuno em componentes, apresenta anteriormente um sintoma de falha, detectar a alterao da temperatura normal de operao dos componentes eltricos, tem sido uma prtica bastante utilizada pelas industrias, e a aplicao da termografia utilizada como mtodo para monitorar a temperatura dos componentes, evitando aquecimento excessivo e possveis falhas.

    Este artigo tem como objetivo, esclarecer os princpios da termografia e suas aplicaes, analisando a tcnica termografica como forma precisa de detectar problemas trmicos em seu estagio inicial, sendo aplicada com a finalidade de aumentar a confiabilidade dos equipamentos, desta forma evitando paradas indesejadas.

    Diante disso, o problema de pesquisa pretende disseminar a prtica da inspeo termogrfica, que mesmo de grande relevncia e utilizao crescente, vem sendo pouco aplicada, mesmo tendo um retorno consideravelmente maior que o seu valor de implantao, mostrando em estudo de caso de uma aplicao prtica do uso da termografia na indstria e suas vantagens.

    2. Reviso da Literatura

    2.1 Historia da Termografia

    Santos (2006, p.19) faz um breve comentrio sobre a evoluo, principalmente dos equipamentos termovisores, salientando a importncia dos estudos realizados nesta rea:

    A Termografia infravermelha, tal como conhecida hoje, com Termovisores portteis capazes de detectar e converter, em tempo real, a radiao infravermelha em imagens visveis e com a possibilidade de medio de temperatura, s foi possvel devido a diversos estudos e descobertas, das quais algumas das mais importantes, a partir da descoberta da radiao infravermelha.

    A descoberta da radiao infravermelha atribuda a Willian Herschel, um Astrnomo, antes do sculo 19. Herschel tentava descobrir quais as cores do espectro que eram responsveis pelo aquecimento de objetos, usando um prisma para refletir a luz do sol, conclui que a temperatura aumentava a medida que a luz passava da cor violeta para a vermelha, e a maior temperatura ocorria na faixa do alm do visvel, sobre o qual Herschel nomeou de raios calorficos, so hoje conhecidos como raios infravermelhos (MENDONA, 2005).

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    Foi entre os anos 1916 e 1918 que o inventor Americano, Theodore Case, obteve maiores avanos. Ele fez experimentos com detectores de fotoconduo e conseguiu produzir um sinal atravs da interao direta com ftons, obtendo assim resultados mais rpidos e sensveis. J nas dcadas de 40 e 50, essa tecnologia se expandia consideravelmente, devido as aplicaes militares. Nesse mesmo perodo os cientistas Alemes descobriram que era possvel aumentar o desempenho atravs do resfriamento do equipamento. Na dcada seguinte essa tecnologia comeou a ser aplicada ao uso civil, possibilitando assim seu aperfeioamento e consequentemente a utilizao em setores industriais (FLUKE, 2009).

    Rpidos avanos na tecnologia foram observados de 1970 at os nossos dias. Detectores de resfriamento criognico evoluram para resfriados eletricamente e, em seguida, para detectores sem resfriamento. Os sistemas de varredura pticos mecnicos foram substitudos pela tecnologia de FPA (Focal Plane Array), o peso que nos anos 70 chegava prximo dos 40 kg diminuiu para menos de 2 kg, as leituras de temperatura passaram a ser mostradas diretamente no monitor do Termovisor e a sensibilidade trmica aumentou consideravelmente (SANTOS, 2006, p. 22).

    2.2 Aplicaes da Termografia

    A termografia, ou a gerao de imagens trmicas, pode ser utilizada em aplicaes tais como a ins peo de equipamentos eltricos, de processos e no diagnstico de construes. Os equipamentos eltricos incluem motores, equipamentos de distribuio, quadros de comando, subestaes entre outras. Equipamentos de processo incluem equipamentos de montagem e manufatura automatizados. Os diagnsticos de construo incluem a verificao de umidade em telhados e inspees de vazamento de ar e deteco de umidade no isolamento de prdios. Dentre essas aplicaes, so mais comumente utilizados para inspecionar a integridade de sistemas eltricos (FLUKE, 2009).

    2.2.1 Aplicaes Eltricas

    Dentro da prtica termogrfia, os componentes que envolvam eletricidade tem a maior aplicao, onde se inspeciona aquecimento em acionamentos, aquecimento em bornes, aquecimento em componentes eltricos, quadros de comando at subestaes de energia. Em eletricidade e eletrnica, a monitorizao constante e a deteco precoce de alteraes na temperatura de um determinado componente permitem a preveno de falhas de maquinaria e consequentes perdas de produtividade, alm de resultar em reduo significativa nos custos com manuteno corretiva por falhas indesejadas de mquinas, por conta de defeitos em componentes eltricos que as integram (AFONSO,2010; FLUKE,2009).

    Seguindo este mesmo pensamento, em 1972 foi implantado a prtica da termografia em FURNAS CENTRAIS ELTRICAS, que uma distribuidora de energia, onde a manuteno preditiva em todas as subestaes da empresa,

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    tem como foco principal a prtica termogrfica, apresentando timos resultados, dentre eles uma maior confiabilidade do sistema de distribuio de energia, detectando problemas em seu estgio inicial, evitando desta forma paradas indesejadas, e consequente maior produtividade e operacionalidade de seus sistemas de distribuio de energia (ARAJO, 2008).

    O trabalho de Brice apud Santos (2006, p.23), traz um exemplo pratico de aplicao em subestao de energia eltrica, onde cita que:

    Um lado importante da operao de subestaes de alta tenso a manuteno preventiva de equipamentos eltricos energizados. Os problemas nesses equipamentos geralmente aparecem como pontos quentes devido a sobrecargas trmicas locais ou mau contato.

    Agema Apud Santos (2006), descreve as vantagens da utilizao da termografia infravermelha em instalaes eltricas e apresenta os resultados positivos obtidos por vrias empresas de energia.

    Na obra de Brito, Alves e Filho, abordado um programa de manuteno preditiva em aproximadamente 500 painis eltricos utilizando a prtica da anlise termogrfica, com o objetivo de introduzir uma varivel que indique a importncia da falha no contexto do sistema. Cita que torna-se necessrio incluir na classificao do aquecimento o parmetro de Criticidade dos componentes dos painis eltricos, que segundo ele se classifica em trs classes (BRITO; ALVES; FILHO, 2011, p.3-4):

    Classe 1: Quando sua falha afeta o fornecimento de energia de toda a unidade e paradas de custo muito elevado. Classe 2: Quando sua falha causa paradas produo, porm restritas a uma parte da unidade. Classe 3: Quando sua falha pode ser facilmente contornada atravs de manobras ou redundncias, sem interromper a produo.

    Ainda estes mesmos autores demonstraram a importncia e a eficincia da anlise termografica, onde com a implantao deste programa se torna possvel minimizar os custos de manuteno eltrica e maximizar a disponibilidade dos painis de comando eltrico assistidos, evitando-se falhas prematuras e paradas indesejve