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An�lisis de termograf�a aplicada en las l�neas el�ctricas del alimentador de la Subestaci�n �Crucita�
Thermography analysis applied to the power lines of the feeder of the �Crucita� Substation
Thermography analysis applied to the power lines of the feeder of the �Crucita� Substation
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Correspondencia: erick.mora199407@gmail.com
Ciencias T�cnicas y Aplicadas ���
Art�culo de Investigaci�n
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* Recibido: 23 de julio de 2022 *Aceptado: 12 de agosto de 2022 * Publicado: 2 de septiembre de 2022
- Estudiante del Instituto de Posgrado, Universidad T�cnica de Manab�, del Programa Maestr�a Acad�mica en Menci�n de Mantenimiento Industrial, Portoviejo, Manab�, Ecuador.
- Universidad T�cnica de Manab�, Ecuador.
- Universidad T�cnica de Manab�, Ecuador.
Resumen
La investigaci�n abord� la termograf�a, como herramienta clave en las l�neas el�ctricas, que visualiza la temperatura a distancia que generan los soportes de la l�nea el�ctrica, evitando que se generen fallos el�ctricos y p�rdidas econ�micas en la Subestaci�n Crucita, que se encarga de almacenar energ�a y de la distribuci�n el�ctrica y cuenta con capacidad de 13.8 KvA (Kilovontaperios) de media tensi�n a 35.000 habitantes. Por ello como metodolog�a fue necesario la elaboraci�n de un plan de mantenimiento predictivo mediante la t�cnica moderna, que sirvi� como herramienta �til para detectar fallas, de los alimentadores de distribuci�n de medio voltaje (13,8 kV) que salen de la subestaci�n, donde se realizaron mediciones para determinar los puntos calientes dentro de las redes el�ctricas. Los resultados mostraron, que para la b�squeda de afectaciones los operadores pueden hacer uso de la c�mara termogr�fica FLUKE TiS65, que posee grandes ventajas y beneficios a la hora de realizar estudios termogr�fico, ya que obtuvieron datos reales en conjunto con su software Smart View. Donde se concluy�, que existi� una correcta disposici�n y funcionamiento de las estructuras y los da�os el�ctricos o t�rmicos en las estructuras se tornaron casi invulnerables. Aunque los factores naturales pueden influir, tales como sal marina por brisas del mar, para ello la planta el�ctrica debe contar con operadores sumamente capacitados y un presupuesto alto que cubra con la constante exploraci�n de estructuras el�ctricas mediante la c�mara termogr�fica.
Palabras Clave: An�lisis termogr�fico; puntos calientes; anomal�as; mantenimiento predictivo; interrupciones.
Abstract
The research addressed thermography, as a key tool in power lines, which visualizes the remote temperature generated by the power line supports, preventing electrical failures and economic losses from occurring at the Crucita Substation, which is responsible for storing energy and of electrical distribution and has a capacity of 13.8 KvA (Kilovontaperios) of medium voltage to 35,000 inhabitants. Therefore, as a methodology, it was necessary to develop a predictive maintenance plan using modern techniques, which served as a useful tool to detect failures of the medium voltage distribution feeders (13.8 kV) that leave the substation, where made measurements to determine hot spots within electrical networks. The results showed that operators can use the FLUKE TiS65 thermographic camera to search for damages, which has great advantages and benefits when carrying out thermographic studies, since they obtained real data in conjunction with its Smart View software. Where it was concluded that there was a correct layout and functioning of the structures and the electrical or thermal damage to the structures became almost invulnerable. Although natural factors can influence, such as sea salt from sea breezes, for this the power plant must have highly trained operators and a high budget that covers the constant exploration of electrical structures by means of the thermographic camera.
Keywords: thermographic analysis; hot spots; anomalies; Predictive Maintenance; interruptions.
Resumo
A pesquisa abordou a termografia, como ferramenta fundamental em linhas de transmiss�o, que visualiza a temperatura remota gerada pelos suportes das linhas de transmiss�o, evitando que falhas el�tricas e perdas econ�micas ocorram na Subesta��o Crucita, respons�vel pelo armazenamento de energia e de distribui��o el�trica e tem uma capacidade de 13,8 KvA (Kilovontaperios) de m�dia tens�o para 35.000 habitantes. Portanto, como metodologia, foi necess�rio desenvolver um plano de manuten��o preditiva utilizando t�cnicas modernas, que serviu como uma ferramenta �til para detectar falhas dos alimentadores de distribui��o de m�dia tens�o (13,8 kV) que saem da subesta��o, onde s�o feitas medi��es para determinar pontos quentes dentro das redes el�tricas. Os resultados mostraram que os operadores podem utilizar a c�mera termogr�fica FLUKE TiS65 para a busca de danos, o que apresenta grandes vantagens e benef�cios na realiza��o de estudos termogr�ficos, pois obtiveram dados reais em conjunto com seu software Smart View. Onde se concluiu que houve um correto layout e funcionamento das estruturas e os danos el�tricos ou t�rmicos nas estruturas tornaram-se quase invulner�veis. Embora fatores naturais possam influenciar, como o sal marinho da brisa do mar, para isso a usina deve ter operadores altamente treinados e um or�amento alto que cubra a explora��o constante de estruturas el�tricas por meio da c�mera termogr�fica.
Palavras-chave: an�lise termogr�fica; pontos quentes; anomalias; Manuten��o preditiva; interrup��es.
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Introducci�n
En la actualidad el mantenimiento predictivo con la ayuda de la termograf�a constituye una herramienta indispensable para el seguimiento de los rangos permisibles de temperatura en los diferentes equipos y componentes en el �rea el�ctrica se�ala (Nieta y Pe�o, (2011). Donde las subestaciones y redes de distribuci�n son de alto costo econ�mico, la continuidad del servicio el�ctrico, por esta raz�n es importante dar mayor �nfasis a estos sistemas con acciones predictivas en base a un barrido termogr�fico, con el fin de reducir los costos de mantenimiento, mejorar la disponibilidad de los equipos de la Subestaci�n y Alimentador, minimizando el riesgo de accidentes e interrupciones inesperadas (Navarrete et al.,2016).
La energ�a el�ctrica se ha convertido en un requerimiento de mejor suministro el�ctrico de excelente�� calidad y disponibilidad. Una herramienta clave para obtener estos objetivos es el mantenimiento predictivo y preventivo de las l�neas y sistemas de distribuci�n el�ctrica, lo cual exige el uso de procedimientos y equipos de mantenimiento en armon�a con las insuficiencias presentes (Fluke, 2016). Por esta raz�n, esta t�cnica de medir temperatura emerge con la tecnolog�a, cuyo empleo es la intervenci�n en los sistemas de distribuci�n el�ctrica y a ayudar a divisar de forma anticipada posibles aver�as en los mismos, reduciendo de esta manera los riegos de fallos en las l�neas el�ctricas en lo posterior (Gallo t al., 2015).
Por ello, la termograf�a es una t�cnica no destructiva y sin contacto, que est� basada en la radiaci�n t�rmica o energ�a infrarroja que los cuerpos emiten o reflejan, esta energ�a se emite en forma de ondas electromagn�ticas que viajan a la velocidad de la luz a trav�s del aire o por cualquier otro medio de conducci�n y est� en relaci�n directa con su temperatura, es decir, cuanto m�s caliente est� el objeto, mayor cantidad de energ�a emite, y menor longitud de energ�a de onda tiene esta energ�a, Guerrero et al., 2019). �En general, la emisi�n se hace en longitudes onda mayor a las que el ojo humano es capaz de captar, es decir, el espectro de emisi�n es infrarrojo y por lo tanto invisible, (Gondres et al., 2007).
De acuerdo con (Moncada et al., 2014), la termograf�a es la t�cnica mediante la cual se transforma una imagen de infrarrojos en una imagen radiom�trica, que permite visualizar las distribuciones superficiales de la temperatura y leer los valores de las temperaturas de la imagen; a fin de reunir toda la informaci�n t�rmica de un equipo el�ctrico o mec�nico, de tal forma� que se pueda monitorear bajo condiciones de trabajo normales o anormales, y descubrir posibles problemas que generan fallas futuras, pues la temperatura es uno de los primeros par�metros observables que pueden indicar la condici�n de operaci�n de un equipo.
En el mantenimiento predictivo, (Olarte et al., 2010) se�alan que la termograf�a infrarroja tiene una amplia gama de aplicaciones para el control de la temperatura y detecci�n de fallas. Se utiliza principalmente en equipos el�ctricos, equipos mec�nicos, control de procesos, refrigeraci�n, aislaciones de sistemas de fluidos, edificios y estructuras, etc. Las fallas t�picas que hacen aumentar la temperatura son la fricci�n, exceso o falta de lubricante, chispas el�ctricas, entre otras
Pero, en la actualidad el mantenimiento predictivo con la ayuda que nos ofrece la termograf�a constituye una herramienta esencial para el seguimiento de los rangos permisibles de temperatura en los diferentes equipos y componentes en el �rea el�ctrica (Royo, 2013). Si bien la termograf�a no es una tecnolog�a nueva, ya que han existido equipos termogr�fico desde hace d�cadas, para ser espec�ficos desde 1965, a�o en que se utiliz� la t�cnica de termograf�a por primera vez y se ha ido ha popularizado en los �ltimos a�os debido a los avances t�cnicos en miniaturizaci�n electr�nica, que han dado lugar a la aparici�n de equipos de prestaciones mejoradas con una reducci�n importante en su tama�o y precio (Tapia, 2019).
Por lo que esta situaci�n est� dando lugar a un incremento del uso de la termograf�a de forma general y de forma particular en la inspecci�n de sistemas de distribuci�n el�ctrica expresa (�lava, 2013). A nivel t�cnico, se�ala (Dispac, 2015), que la aplicaci�n de la termograf�a va a permitir visualizar los patrones de temperatura de los sistemas e instalaciones el�ctricas. A nivel t�cnico, la aplicaci�n de la termograf�a visualiza los patrones de temperatura de los sistemas e instalaciones el�ctricas. En este sentido, hay que tener en cuenta que una causa de fallo en los sistemas el�ctricos es un exceso de temperatura (Ebingel, 2017).
El an�lisis termogr�fico permite determinar los puntos calientes, mediante la utilizaci�n del software Smart View 4.3 que est� incorporado en la c�mara termogr�fica, cabe recordar que el estudio termogr�fico es una inspecci�n no invasiva, que permitir� predecir los cambios t�rmicos efectuados en el lapso (Endesa,2016). Para determinar los puntos calientes del an�lisis realizado se debe comparar con las normas internacionales. El an�lisis termogr�fico aplicando los criterios que se encuentran establecidos por la Internacional Electric Testing Asociaci�n Inc. �- �ANSI/NETA ATS-2017� y ANSI/NETA MTS-2011, para� la� detecci�n� y evaluaci�n de� los puntos calientes� presentes en el sistema de redes para l�neas de transmisi�n y alimentadores de �13.8 �y �69 �KV adem�s de la temperatura, esto permitir� realizar los tipos de mantenimientos adecuados en la topolog�a de las l�neas el�ctricas, de lo demostrado anteriormente el sistemas el�ctrico debe brindar confiabilidad, disponibilidad, calidad, seguridad, sostenibilidad esto obedece a un buen plan de mantenimiento y donde sus protecciones deben ser seguras para el buen funcionamiento de los sistemas el�ctricos (Ferro,2019).
En ese contexto, (Navarrete et al., 2016) indica que, en la actualidad la CNEL-EP, Unidad de Negocios Manab�, en base a entrevistas realizadas, mayormente se realizan estudios en las estructuras tipo 3CD, 3CR, 3CP; salinidad del mar, derivaciones 1∅, 3∅ y temperatura diaria, por lo cual, en el estudio termogr�fico realizado, est� orientado a los tipos estructuras hallados, en conjunto a los seccionadores, grapas, aisladores, empalmes y salinidad del mar, que ameritan ser estudiados, para hallar posibles fallas y aver�as, que causan grandes da�os y colapsos en los sistemas el�ctricos.
Conociendo que las subestaciones, redes de distribuci�n y l�neas de su transmisi�n son de alto costo econ�mico, la continuidad del servicio depende del DOM (Departamento de Operaci�n y Mantenimiento); por esta raz�n es importante dar mayor �nfasis a estos sistemas con acciones predictivas en base a un estudio termogr�fico y visual, con el fin de reducir los costos de mantenimiento, y mejorar la disponibilidad de los equipos de la subestaci�n y sus alimentadores, minimizando el riesgo de accidentes e interrupciones el�ctricas inesperadas y sus alimentadores, minimizando el riesgo de accidentes e interrupciones inesperadas.
Por ello, en los �ltimos tiempos ha ocurrido un boom en la aplicaci�n de las Tecnolog�as de la Informaci�n y las Comunicaciones (TIC) a todos los �mbitos de la vida. El �rea de la ingenier�a el�ctrica no ha sido la excepci�n, donde se visualiza una fuerte tendencia a los equipos tecnol�gicos en los sistemas el�ctricos y sus procesos, a partir del uso de software en el campo el�ctrico (Flir, 2011).
Sin embargo, se evidencia que al no aplicar efectivamente los planes de mantenimiento, se presentaran problemas en las l�neas el�ctricas ocasionados por la elevaci�n de temperatura debido a los diferentes escenarios como: corrosi�n, mal ajuste, mala conexi�n, problemas ambientales como la salinidad, causantes de los puntos calientes que incidir�n en los posibles fallos y la vida �til en las l�neas el�ctricas, con la siguiente interrogante �Ser� posible predecir la ocurrencia de falla en la l�nea de transmisi�n a trav�s del an�lisis de puntos calientes utilizando una c�mara termogr�fica?
En ese sentido, una tecnolog�a extraordinaria es la c�mara termogr�fica, que sin duda aporta significativamente en este campo, ayudando a detectar los puntos calientes en la l�neas el�ctricas y en efecto previniendo posibles fallos o inclemencias en las redes el�ctricas, as� pues result� casi una necesidad sacar provecho de este equipo tecnol�gico, aplic�ndolo en las l�neas el�ctricas a cargo de la Subestaci�n Crucita, que se encarga de dotar de energ�a a una poblaci�n de alrededor de 14.050 habitantes, los cuales se benefician de este servicio el�ctrico y pagan por la eficiencia de esta, por lo que esperan que no se provean fallos y como tal se mantenga la val�a y confiabilidad de la Subestaci�n, por ello este proyecto busca diagnosticar el estado general de las redes, detectar fallos y aplicar mantenimientos para mitigar los fallos en las redes de distribuci�n.
Ello, a trav�s de la utilizaci�n de un software Smart View 4.3 en la c�mara termogr�fica, Analizar los puntos calientes y elementos de la l�nea el�ctrica, a fin de evidenciar posibles fallos el�ctricos y planificar su mantenimiento preventivo. El present� un recorrido y realizaci�n de toma de muestras, y an�lisis termogr�fico y aplicaci�n de la norma ANSI/NETA ATS - 2017 y ANSI/NETA MTS-2011. Teniendo como objetivo general aplicar El An�lisis Termogr�fico y proponer un Mantenimiento Predictivo en las L�neas El�ctricas Del Alimentador De La Subestaci�n Crucita. Como objetivos espec�ficos, realizar el recorrido del alimentador �Crucita� para detectar temperaturas en las l�neas el�ctricas bajo la t�cnica moderna de termograf�a, evidenciar el bueno uso y manejo del software SmartView. 4.3, determinar los puntos calientes para los posibles fallos en la l�nea el�ctrica y establecer un plan de mantenimiento basado en an�lisis termogr�fico. Lo que mediante la hip�tesis determinar� si la implementaci�n y aplicaci�n de termograf�a permitir� diagnosticar fallas y aplicar un mantenimiento preventivo en la subestaci�n el�ctrica Crucita.
Materiales y m�todos
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La subestaci�n el�ctrica Crucita se encuentra ubicada geogr�ficamente en la parroquia Crucita, recinto la Sequita cant�n Portoviejo de la provincia de Manab�, km 5 � v�a Crucita Portoviejo, y se extiende desde el recinto la Sequita, hasta la parroquia San Clemente perteneciente al Cant�n Bah�a, entre las coordenadas: 0�52'12.2" de latitud sur y 80�30'42.1" de longitud oeste.
Para llevar a cabo el an�lisis de termograf�a aplicada en las l�neas el�ctricas del alimentador de la subestaci�n �Crucita�, fue �necesario la elaboraci�n de un plan de mantenimiento predictivo mediante la t�cnica moderna, que servir� como herramienta �til para detectar fallas, de los alimentadores de distribuci�n de medio voltaje (13,8 kV) que salen de la subestaci�n Crucita, donde se realizaron mediciones para determinar los puntos cr�ticos en las l�neas el�ctricas y determinar el mantenimiento id�neo a aplicar, as� como se puede visualizar en el siguiente cuadro, donde se incluyen aspectos el�ctricos como los� puntos calientes dentro de las redes el�ctricas y su respectivo instrumento aplicado en la exploraci�n.
Tarea |
Objeto de estudio |
Aspectos analizados |
Instrumentos |
Lugar |
1 |
An�lisis termogr�fico para determinar los puntos calientes en los elementos de la l�nea el�ctrica |
|
|
� redes el�ctricas crucita
|
2 |
Inspecciones no invasivas y destructivas permiten visualizar fallos |
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|
� redes el�ctricas crucita
|
3 |
Aplicaci�n de plan de mantenimiento |
Fallos en los sistemas y redes el�ctricas
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|
Departamento de mantenimiento de redes Cnel. EP |
Se procedi� a realizar la toma de muestras en 285 puntos de l�neas de transmisi�n el�ctrica de la parroquia crucita, que extiende hasta la parroquia San Clemente, ya que es de suma importancia por diferentes factores que ayudan y comprometen las l�neas el�ctricas. Seg�n los mantenimientos aplicados, donde la c�mara termogr�fica genera temperaturas y con bases en las tablas de normas internacionales, y estudios referentes que sirvieron para la toma de decisiones y aplicaci�n del mantenimiento respectivo. Donde se procedi� a la toma de muestras con el equipo de medici�n (c�mara termogr�fica) y se analizaron las muestras receptadas y se determinaron posibles fallos, y puntos de criticidad en los sistemas de redes el�ctricas en la parroquia crucita, luego se determin� un plan de mantenimiento el cual mitigue la problem�tica de este. Posteriormente se analizaron los datos obtenidos, los puntos cr�ticos, fueron procesados con diagramas en el software Smart view 4.3 para procesar todos los datos y resultados obtenidos, adem�s de determinar el tipo de mantenimiento que se debe aplicar y se determinara las acciones a ejecutar.
Resultados y discusi�n
Al realizar la investigaci�n e indagar en la problem�tica, aplicando el an�lisis termogr�fico se determin�, la situaci�n actual de la l�nea el�ctrica de la subestaci�n el�ctrica Crucita, donde se constat� que existen puntos calientes que en su momento podr�n causar una falla de distribuci�n por lo cual se procedi� a realizar una propuesta de mantenimiento preventivo, y generar una fiabilidad y confiabilidad de los activos, y as� generar bienestar y confort a las familias que se benefician de esta magna obra de parte de Cnel. EP.
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Al realizar el an�lisis de las muestras obtenidas por la c�mara termogr�fica Fluke Tis 65 y aplicando los conocimientos obtenidos por el programa Smart view, podemos determinar el estado de la l�nea el�ctrica en la subestaci�n El�ctrica Crucita. El estudio realizado permiti� verificar el estado general y el tipo de mantenimiento que se debe aplicar seg�n la norma NETA (International Electrical Testing Association).
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Fuente: http://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/08/08_0580_EA.pd
Mediciones que no necesitaron mantenimiento categor�a 0 en 58 mediciones de 353 registros
Gr�fico de an�lisis termogr�fico
Elaboraci�n: Autor de la investigaci�n
� Mediciones mantenimiento predictivo categor�a 1 (283 mediciones 353 registros)
Gr�fico de an�lisis termogr�fico
Elaboraci�n: Autor de la investigaci�n
Mediciones mantenimiento preventivo categor�a 2 (8 medicines 353 registros)
# POSTE |
T PROM [�C] |
T MIN [�C] |
T MAX [�C] |
�ΔT [�C] |
Acci�n sugerida |
Tipo de mantenimiento |
Categoria termografica |
14 |
20,4 |
18,2 |
35,8 |
11,8 |
Probable deficiencia |
Mantenimiento preventivo |
2 |
66 |
19,8 |
17,7 |
39,3 |
15,3 |
Probable deficiencia |
Mantenimiento preventivo |
2 |
85 |
22,9 |
18,6 |
36,4 |
12,4 |
Probable deficiencia |
Mantenimiento preventivo |
2 |
88 |
24 |
18,6 |
35,2 |
11,2 |
Probable deficiencia |
Mantenimiento preventivo |
2 |
123 |
20,7 |
18,7 |
35,8 |
11,8 |
Probable deficiencia |
Mantenimiento preventivo |
2 |
171 |
20,1 |
18,2 |
38,3 |
14,3 |
Probable deficiencia |
Mantenimiento preventivo |
2 |
340 |
19,8 |
18,1 |
34,8 |
10,8 |
Probable deficiencia |
Mantenimiento preventivo |
2 |
352 |
20,6 |
18,1 |
35,9 |
11,9 |
Probable deficiencia |
Mantenimiento preventivo |
2 |
Elaboraci�n: Autor de la investigaci�n
Gr�fico de an�lisis termogr�fico
Elaboraci�n: Autor de la investigaci�n
Mediciones mantenimiento correctivo categor�a 3 (2 mediciones de 353 registros)
# POSTE |
T PROM [�C] |
T MIN [�C] |
T MAX [�C] |
�ΔT [�C] |
Acci�n sugerida |
Tipo de mantenimiento |
Categoria termografica |
52 |
19,7 |
17,9 |
45,1 |
21,1 |
Medidas correctivas |
Mantenimiento correctivo |
3 |
101 |
20 |
18,1 |
50,5 |
26,5 |
Medidas correctivas |
Mantenimiento correctivo |
3 |
Elaboraci�n: Autor de la investigaci�n
Gr�fico de an�lisis termogr�fico
Elaboraci�n: Autor de la investigaci�n
Mediciones mantenimiento correctivo categor�a 4 (1 medici�n de 353 registros)
# POSTE |
T PROM [�C] |
T MIN [�C] |
T MAX [�C] |
�ΔT [�C] |
Acci�n sugerida |
Tipo de mantenimiento |
Categoria termografica |
131 |
19,7 |
18 |
87,5 |
63,5 |
Medidas correctivas |
Mantenimiento correctivo |
4 |
Elaboraci�n: Autor de la investigaci�n
Por medio de la t�cnica de la termograf�a �se pudo obtener una imagen t�rmica, en la cual se estableci� la distribuci�n de todos los componentes del sistema y estableci� la temperatura presente en cada punto de la superficie del objeto sea estacionario o en movimiento de forma instant�nea y a una distancia segura, lo cual es de gran importancia cuando existen altas temperaturas, gases, corriente el�ctrica, entre otras situaciones, que son de alto riesgo en el sitio donde se realiza la medici�n, en este caso en la Subestaci�n �Crucita�.m [i].
Conclusiones
Se pudo constatar que las estructuras est�n construidas con materiales recomendados para cada una de sus funciones y sus componentes forman parte de las estructuras de transmisi�n de energ�a el�ctrica, mismos que con la propagaci�n de calor por el paso de corriente el�ctrica, se producen puntos calientes que pueden afectar el sistema de potencia el�ctrico, los cuales son detectados con el empleo de la c�mara termogr�fica y permitieron determinar el tipo de mantenimiento adecuado en cada uno de los casos antes de que se origine la interrupci�n del servicio de energ�a.
Dentro de este an�lisis dentro de la Subestaci�n �Crucita� se pudo establecer que en mediciones que no necesitaron mantenimiento categor�a 0 en 58 mediciones de 353 registros. Mientras que en las mediciones mantenimiento predictivo categor�a 1 se realizaron 283 mediciones con 353 registros. As� mismo en la preventiva categor�a 2 se identificaron 8 medicines con 353 registros.
En relaci�n con el mantenimiento correctivo categor�a 3, fueron 2 mediciones de 353 registros y las que necesitaron mantenimiento correctivo categor�a 4, fue 1 medici�n de 353 registros, el cual incidi� las altas radiaciones solares y las acumulaciones de sales por las brisas marinas, que se desplazan por las estructuras el�ctricas.
Se concluye que es importante la utilizaci�n de la c�mara termogr�fica FLUKE TiS65, que posee grandes ventajas y beneficios a la hora de realizar estudios termogr�fico, ya que obtiene datos reales en conjunto con su software para el an�lisis de las im�genes termogr�fica capturadas y aprovechar el m�ximo la informaci�n que entrega, se puede presentar un informe del estado del elemento analizado. �
Referencias
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