Detección y evaluación de fallas usando Termografía de Bloqueo (LIT)

El uso de la termografía de bloqueo como una técnica avanzada para la detección de fallas sub-superficiales en sistemas complejos.

Carlos Álvarez

Publicado: Septiembre 22, 2024

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Introducción

Una de las técnicas más efectivas para detectar y analizar fallas es la Termografía de Bloqueo (LIT en su acrónimo en Inglés). Esta técnica de ensayo no destructivo (END) es aplicada para hallar defectos sub-superficiales que a menudo no son detectadas por otros métodos de diagnóstico.

La detección y evaluación de fallas en diversos componentes es un aspecto fundamental para garantizar la fiabilidad y seguridad de los sistemas eléctricos y electrónicos. A medida que estos sistemas son más complejos, es necesario el uso de herramientas de diagnóstico avanzadas. En este articulo se exponen los principios de la Termografía de Bloqueo, sus aplicaciones y sus ventajas en la evaluación de fallas en diversas aplicaciones.

¿Qué es la Termografía de Bloqueo (LIT)?

La Termografía de Bloqueo (LIT) es una técnica de imagen infrarroja activa utilizada para detectar anomalías térmicas en materiales y componentes generadas por fallas internas en el mismo. El término “bloqueo” se refiere a la sincronización de una excitación externa periódica (como una corriente eléctrica, láser o estrés mecánico) con la cámara infrarroja que captura la respuesta térmica del objeto bajo prueba. Al analizar el desfase y la amplitud de las ondas térmicas generadas, mediante la termografía se puede identificar defectos como grietas, delaminaciones, vacíos y otras anomalías sub-superficiales.

¿Cómo funciona la termografía de bloqueo?

El principio de funcionamiento de la Termografía de Bloqueo involucra varios pasos clave:

Excitación: El objeto bajo prueba es sometido a una fuente de energía periódica externa. Esta excitación puede ser en forma de corriente Eddy, laser, ultrasonido, microonda, lámpara xenón, lámpara de halógeno u otra forma de energía dependiendo del material y el tipo de defecto que se busca.
Generación de ondas térmicas: La excitación provoca un calentamiento localizado dentro del material, lo que lleva a la generación de ondas. Estas ondas se propagan a través del material térmicas cambiando de fase al ser absorbidas, e interactúan con cualquier defecto interno reflejándose parcialmente. Esta porción reflejada al interactuar con la onda entrante crea un patrón de interferencia en la superficie del componente el cual oscila a la misma frecuencia que la onda térmica¹.
Imagen infrarroja: Una cámara infrarroja captura la distribución de temperatura en la superficie a lo largo del tiempo. La cámara está sincronizada con la fuente de excitación, lo que le permite “bloquearse” en las ondas térmicas generadas.
Análisis de datos: Los datos infrarrojos capturados se procesan para extraer información de fase y amplitud. La estructura interna del objeto examinado se puede obtener evaluando el cambio de fase de las temperaturas superficiales locales en relación con la onda de energía de entrada². Los defectos generalmente se identifican por anomalías en el desfase y la amplitud de las ondas térmicas. Estas anomalías indican variaciones en la conductividad térmica o la capacidad calorífica causadas por los defectos.

Figura 1. Principio de Termografía de Bloqueo².

Aplicaciones de la termografía de bloqueo en la evaluación de fallas térmicas comunes

La Termografía de Bloqueo tiene una amplia gama de aplicaciones en diversas industrias. A continuación, se presentan algunas de las áreas clave donde se utiliza para la evaluación de fallas térmicas comunes:

Pruebas electrónicas: En la industria electrónica, la Termografía de Bloqueo (LIT) se utiliza para detectar fallas en placas de circuito impreso (PCBs), circuitos integrados (ICs) y otros componentes electrónicos. Los fallos térmicos en la electrónica pueden llevar a sobrecalentamiento, reducción de la eficiencia y eventual fallo del dispositivo. La termografía de bloqueo es particularmente efectiva para detectar defectos en las uniones de soldadura, delaminaciones y vacíos que pueden comprometer el rendimiento de los componentes electrónicos.
Aeroespacial y defensa: Las industrias aeroespaciales y de defensa requieren los más altos niveles de fiabilidad y seguridad. La Termografía de Bloqueo se utiliza para inspeccionar componentes críticos como palas de turbina, estructuras compuestas y uniones de adhesivos. La capacidad de la termografía de bloqueo para detectar defectos sub-superficiales sin desarme la convierte en una herramienta invaluable para mantener la integridad de los componentes aeroespaciales.
Industria automotriz: En la industria automotriz, la Termografía de Bloqueo se utiliza para detectar y evaluar fallas en varios componentes, incluidos baterías, motores y unidades de control electrónico (ECUs). Por ejemplo, en vehículos eléctricos (EVs), la gestión térmica de las baterías es crucial para la seguridad y el rendimiento. La termografía de bloqueo puede detectar defectos de fabricación en celdas y módulos de batería, asegurando que solo se utilicen componentes de alta calidad.
Generación de energía: Los sistemas de generación de energía, especialmente aquellos que involucran turbinas y generadores, son susceptibles a las fallas térmicas debido a las altas temperaturas operativas. La Termografía de Bloqueo se utiliza para inspeccionar componentes como rotores, estatores y sistemas de aislamiento en busca de anomalías térmicas. La detección temprana de tales fallos puede prevenir costosos tiempos de inactividad y extender la vida útil del equipo de generación de energía.
Ciencia de Materiales e investigación: En la ciencia de materiales, la Termografía de Bloqueo se utiliza para estudiar las propiedades térmicas de los materiales, incluida su conductividad, difusividad y calor específico. Los investigadores utilizan la termografía de bloqueo para evaluar la calidad de materiales compuestos, cerámicas y otros materiales avanzados. Al identificar defectos como grietas y vacíos, la termografía de bloqueo contribuye al desarrollo de materiales más fuertes y confiables.

Para obtener más información, te invitamos a ver el siguiente video. Fuente : Movitermo, Soluciones en Termografia avanzada

Solución de END para Termografía

Analisis de fallas térmicas más comunes por LIT

Esta técnica no destructiva representa una herramienta clave para el análisis de fallas térmicas. permite detectar fuentes de calor locales en la superficie de un material, con una sensibilidad superior a otras técnicas de imagen térmica. Gracias a su naturaleza, minimiza la difusión lateral del calor, mejorando la precisión de la detección. Con una resolución espacial mejorada, es ideal para localizar corrientes de fuga y fuentes de calor sub-superficiales en circuitos integrados (ICs) y componentes electrónicos.

Algunas de las fallas térmicas más comunes que se pueden detectar con esta técnica son:

Corrientes de fuga: La LIT es extremadamente sensible para detectar corrientes de fuga que generan pequeñas fuentes de calor en los circuitos integrados (ICs) o componentes electrónicos.
Puntos calientes (Hot Spots): Los puntos calientes son áreas donde se acumula calor excesivo, lo que puede indicar sobrecargas eléctricas, fallos en componentes o defectos de fabricación.
Defectos de conexión: Las malas conexiones, como las soldaduras frías o dañadas, crean resistencias que generan calor, fácilmente detectado por LIT.
Fallas en semiconductores: Los semiconductores defectuosos generan calor debido a fallas en las uniones PN, las capas dopadas o los transistores, lo que puede ser identificado mediante LIT.
Cortocircuitos internos: Los cortocircuitos dentro de circuitos impresos o componentes generan calor localizado, identificable con precisión mediante la LIT.
Delaminación o separaciones internas: En materiales multicapa o compuestos, los defectos internos, como la delaminación, provocan acumulación de calor por alteraciones en la transferencia térmica.
Defectos sub-superficiales: Permite detectar fuentes de calor bajo la superficie, útiles para identificar problemas en encapsulados o capas protectoras.

Ventajas de la termografía de bloqueo

La Termografía de Bloqueo ofrece varias ventajas sobre otros métodos de detección y análisis fallas en componentes. Estas ventajas la convierten en una opción preferida para muchas industrias:

Ensayo no destructivo: Uno de los principales beneficios de la Termografía de Bloqueo es que es un método de ensayo no destructivo. A diferencia de otras técnicas que pueden requerir cortar o desensamblar el objeto bajo prueba, la termografía de bloqueo puede detectar defectos sin dañar el material. Este enfoque no invasivo preserva la integridad del componente, permitiendo su uso continuo después de la prueba.
Detección de defectos sub-superficiales: La termografía de bloqueo es particularmente efectiva en la detección de defectos sub-superficiales. Las técnicas tradicionales de termografía infrarroja pueden capturar solo variaciones de temperatura en la superficie, perdiendo anomalías internas. Al analizar el desfase y la amplitud de las ondas térmicas, la Termografía de Bloqueo puede revelar defectos ubicados en profundidad dentro del material.
Alta sensibilidad y resolución: La Termografía de Bloqueo es conocida por su alta sensibilidad y resolución. Puede detectar mínimas variaciones de temperatura causadas por pequeños defectos, proporcionando información detallada sobre el tamaño, la ubicación y la naturaleza de la anomalía. Este nivel de precisión es esencial para garantizar la fiabilidad de los componentes críticos.
Amplio rango de aplicaciones: Como se mencionó anteriormente, la Termografía de Bloqueo tiene un amplio rango de aplicaciones en diferentes industrias. Su versatilidad la convierte en una herramienta valiosa para la detección y evaluación de fallas en electrónica, aeroespacial, automotriz, generación de energía y ciencia de materiales. Ya sea detectando fallas en circuitos electrónicos o inspeccionando palas de turbinas, la termografía de bloqueo ofrece resultados consistentes y confiables.
Rentabilidad: Aunque la tecnología es muy avanzada y en consecuencia costosa, la Termografía de Bloqueo es rentable. La capacidad de detectar defectos temprano en el proceso de fabricación o durante el mantenimiento rutinario puede prevenir fallos costosos y tiempos de inactividad. Al garantizar que solo se utilicen componentes sin defectos, la termografía de bloqueo reduce la necesidad de reparaciones y reemplazos costosos.

Desafíos y consideraciones

A pesar de sus muchas ventajas, existen algunos desafíos y consideraciones asociados con la Termografía de Bloqueo:

Costos del equipo: La inversión inicial en equipos de termografía de bloqueo, incluidas cámaras infrarrojas y fuentes de excitación, puede ser alta. Sin embargo, este costo a menudo se compensa con los ahorros a largo plazo logrados a través de una mayor fiabilidad y reducción de tiempos de inactividad.

Experticia requerida: La interpretación de los datos de termografía de bloqueo requiere conocimientos y experiencia especializados. La complejidad del análisis de fase y amplitud significa que se necesitan operadores capacitados para obtener resultados precisos.

Limitaciones del material: La efectividad de la Termografía de Bloqueo puede variar dependiendo del material que se esté probando. Por ejemplo, los materiales con baja conductividad térmica pueden requerir tiempos de excitación más largos o entradas de energía más altas para generar ondas térmicas detectables.

Conclusión

La Termografía de Bloqueo es una herramienta poderosa para la evaluación de fallos térmicas, ofreciendo evaluaciones no destructivas con alta sensibilidad y resolución. Su capacidad para detectar defectos sub-superficiales en una amplia gama de aplicaciones la convierte en un recurso invaluable en industrias donde la fiabilidad y seguridad son primordiales. A medida que la tecnología continúa avanzando, esta tecnica probablemente jugará un papel aún más significativo en garantizar la integridad y el rendimiento de los componentes críticos en varios campos.