¿Qué es el monitoreo térmico?

La temperatura es un indicador fundamental de cómo funcionan los equipos y los procesos. El calor excesivo puede indicar fricción de piezas desgastadas, componentes sobrecargados o sistemas de refrigeración defectuosos, mientras que temperaturas inusualmente bajas pueden indicar ineficiencias o problemas en procesos de refrigeración o criogénicos. Al monitorear continuamente las tendencias de temperatura, los equipos obtienen información valiosa sobre la salud de los activos, lo que permite un mantenimiento proactivo, garantiza la calidad del producto y promueve un entorno de trabajo más seguro.

^{Figura 1: Sensor de temperatura}

Se utilizan comúnmente varios tipos de sensores para monitorear la temperatura:

• Termopares: estos sensores utilizan el efecto Seebeck. Cuando dos cables hechos de metales diferentes se unen en un extremo (la unión de medición), una diferencia de temperatura entre esta unión y el otro extremo (la unión de referencia) produce una tensión. Esta tensión es proporcional a la diferencia de temperatura y depende de los metales específicos utilizados (ejemplos incluyen los tipos K, J, T, E). Los termopares son resistentes, económicos y cubren amplios rangos de temperatura, pero requieren compensación de la unión de referencia, también conocida como compensación de unión fría (CJC).
• Detectores de temperatura por resistencia (RTD): los RTD funcionan bajo el principio de que la resistencia eléctrica de un metal cambia de forma predecible con la temperatura. Normalmente utilizan un alambre fino (a menudo de platino debido a su estabilidad y linealidad) enrollado alrededor de un núcleo de cerámica o vidrio. Los RTD ofrecen alta precisión y estabilidad en rangos de temperatura moderados, pero generalmente son más caros y requieren una corriente de excitación para medir la resistencia.
• Termistores: son dispositivos semiconductores cuya resistencia cambia con la temperatura. Hay dos tipos: Los termistores con coeficiente de temperatura negativo (NTC) experimentan una reducción de resistencia a medida que la temperatura aumenta, mientras que los termistores con coeficiente de temperatura positivo (PTC) presentan un aumento de resistencia conforme suben las temperaturas. Los termistores ofrecen una sensibilidad muy alta, lo que los hace ideales para detectar pequeños cambios de temperatura, y son relativamente económicos. Sin embargo, tienen un rango de temperatura limitado y respuesta no lineal en comparación con los RTD, lo que puede complicar la interpretación de los datos. También requieren corriente de excitación.

^{Figura 2: Proceso de monitoreo térmico inalámbrico}

Los componentes y procesos muestran firmas térmicas específicas durante su funcionamiento normal. Las desviaciones de estas temperaturas esperadas pueden indicar problemas inminentes. Los sistemas de monitoreo térmico utilizan sensores, hardware de adquisición de datos (DAQ) y software especializado como NI LabVIEW para detectar, convertir y analizar datos de temperatura. Basándose en el análisis, se puede programar el mantenimiento o ajustar los procesos antes de que los problemas se agraven. Diversas configuraciones facilitan la recopilación de datos, incluyendo monitoreo en línea continuo mediante sistemas cableados e inalámbricos, así como monitoreo fuera de línea.  

• Monitoreo en línea por cable: los sensores están conectados por cables a un dispositivo DAQ y a un ordenador. Esta configuración ofrece alta fiabilidad, datos en tiempo real y menor susceptibilidad a interferencias. Sin embargo, la instalación puede ser compleja, los cables pueden dañarse y reposicionar los sensores puede requerir volver a cablear.
• Monitoreo inalámbrico en línea: los sensores transmiten datos de temperatura de forma inalámbrica a una pasarela o dispositivo DAQ. Esta configuración permite colocar los sensores en ubicaciones de difícil acceso o peligrosas sin necesidad de cableado extenso. Las preocupaciones pueden incluir duración de batería, seguridad inalámbrica y posibles limitaciones o interferencias en el alcance de la señal.
• Monitoreo periódico (offline): un técnico utiliza un dispositivo portátil para medir periódicamente las temperaturas en diferentes puntos. Esta configuración ofrece flexibilidad pero no es continua, depende de chequeos manuales y puede implicar situar al personal cerca de maquinaria en funcionamiento.

Interpretar datos térmicos implica revisar la información de temperatura recopilada por los sensores, usualmente utilizando software especializado. Las técnicas de análisis con herramientas como NI DIAdem pueden ir desde comparaciones simples de umbrales y análisis de tendencias hasta modelado térmico más complejo o análisis de imágenes. Los posibles signos de problemas, como aumentos rápidos de temperatura, desviaciones del perfil esperado o lecturas inconsistentes pueden marcarse para revisión humana. Los sistemas de monitoreo térmico pueden configurarse para desencadenar acciones automáticas, como activar sistemas de enfriamiento, reducir carga, activar alarmas o apagar equipos si se superan umbrales críticos de temperatura.

El monitoreo térmico se utiliza ampliamente en muchas industrias, en plantas de producción, plantas de procesamiento y en la gestión de instalaciones. Las aplicaciones comunes incluyen el monitoreo de los siguientes tipos de dispositivos o procesos:

• Rodamientos y cajas de engranajes
• Motores y generadores
• Motores y turbinas
• Bombas y compresores
• Componentes y armarios electrónicos
• Fluidos de proceso y tuberías
• Sistemas HVAC
• Hornos y estufas industriales
• Salas de servidores y centros de datos
• Procesos de curado de materiales

La medición de temperatura es fundamental en el diseño, validación y pruebas de verificación de nuevos productos y materiales, como la prueba de electrónica bajo carga, ciclos térmicos en componentes de motor y desempeño térmico de carga/descarga de baterías. Los ingenieros usan herramientas como NI TestStand para automatizar secuencias, asegurar que los componentes funcionen confiablemente dentro de los rangos de temperatura especificados, verificar que los sistemas de gestión térmica sean efectivos y entender el comportamiento de materiales bajo estrés térmico.  

El monitoreo térmico puede proporcionar los siguientes beneficios importantes:

• Reducción del tiempo de inactividad no planificado por sobrecalentamiento o fallas térmicas
• Disminución de costos mediante mantenimiento predictivo y optimización del uso de energía
• Mejora de la seguridad al prevenir incendios o condiciones peligrosas de materiales
• Aumento de la vida útil de la maquinaria operando dentro de rangos óptimos de temperatura
• Mejora del control de procesos y de la calidad del producto mediante la optimización de la temperatura

Los módulos de entrada de temperatura NI cuentan con acondicionamiento de señal incorporado esencial para mediciones precisas, incluyendo CJC para termopares, excitación para RTD y termistores, filtrado y amplificación. Nuestras ofertas de software, como NI LabVIEW, NI FlexLogger™ y NI DIAdem, permiten a los usuarios adquirir, analizar, visualizar e informar datos de temperatura, creando soluciones integrales de monitoreo térmico.  

Las soluciones NI para monitoreo térmico ofrecen diversas ventajas sobre otros enfoques:

• Nuestra amplia experiencia en mediciones en diversas aplicaciones significa que las mediciones que realice con equipos NI son de mayor calidad que el hardware diseñado específicamente para el monitoreo de la condición. Los productos NI son más precisos, cuentan con temporización más estable y ofrecen mediciones más confiables.
• Las plataformas NI se basan en un concepto modular, por lo que los sistemas son más eficientes de diseñar y más fáciles de mantener durante toda la vida útil de la aplicación. A diferencia de los sistemas de personalidad fija, puede ampliar fácilmente los sistemas añadiendo módulos para obtener nuevos canales o mediciones.
• Los sistemas NI de alta velocidad pueden capturar todos los datos, no solo ráfagas periódicas. Esto significa que puede registrar eventos que otros sistemas podrían pasar por alto.