Módulo 01

Calor y temperatura

La cámara no ve el calor: ve radiación e infiere una temperatura de superficie. Para interpretar un punto caliente hay que saber de dónde sale el calor (casi siempre I²R), por dónde se va y cuánto tarda en estabilizarse.

⏱ 1 h3 laboratoriosCuestionario de 8 preguntas

Objetivos

Distinguir calor de temperatura y convertir diferencias a °F sin sumar 32.
Reconocer en el termograma la firma de la conducción (cola larga en cobre, mancha en plástico) y el efecto del aire en movimiento sobre el ΔT.
Calcular P = I²R de una unión y corregir un ΔT a plena carga.
Decidir cuánto esperar tras una maniobra antes de medir.

Temperatura no es calor

La temperatura es un estado. El calor es energía en tránsito, impulsada por una diferencia de temperatura. Un fusible cerámico y una barra de cobre a 80 °C se ven igual en la cámara, pero no disipan lo mismo: el cobre reparte el calor por el tramo; la cerámica lo deja cerca del origen. Por eso una conexión floja dibuja un pico con cola sobre el metal, y un contacto interno una mancha difusa sobre el plástico.

Trabaje en °C; kelvin (K = °C + 273,15) aparece en las leyes de radiación y °F en documentos norteamericanos:

T_{F} = 1,8 T_{C} + 32 Δ T_{F} = 1,8 Δ T_{C}

Un borne a 75 °C son 167 °F. Si su par está a 45 °C, el ΔT de 30 °C son 54 °F, no 86: en las diferencias no se suma 32.

Tres vías: conducción, convección, radiación

El calor sale del origen por tres caminos a la vez. En régimen permanente lo generado se iguala a lo evacuado: si se genera más o se evacua menos, la superficie sube hasta cerrar el balance.

Conducción, por el sólido. El metal reparte el calor según su conductividad k: cobre ≈ 385 W/m·K, aluminio ≈ 205, acero ≈ 50, PVC ≈ 0,2. En cobre una conexión floja calienta el cable a decenas de centímetros (cola larga). En un interruptor de caja moldeada el plástico deja pasar poco: la carcasa apenas se tiñe y el contacto está mucho más caliente que lo que usted ve.
Convección, al aire. El aire se lleva calor en proporción al coeficiente h. Aire quieto: h ≈ 5–12 W/m²·K. Ventilador o viento a 4–8 m/s: 25–40. Con la misma falla, más h es menos ΔT.
Radiación, al entorno. Comparable a la convección natural, y lo único que la cámara ve. No es la vía que «borra» un punto caliente cuando sopla aire: eso es h. El módulo 2 la desarrolla.

La cámara solo intercepta la rama de radiación. El ΔT de superficie lo fijan las tres.

Laboratorio 1

Barra 1D: la ecuación de calor en vivo

Una barra de 50 cm con fuente I²R en el centro. Cambie el material (k), la potencia y h. Compare cobre con PVC: en cobre el calor se reparte; en PVC se queda en el centro. Pase a estado estable y observe la longitud característica. Se completa al explorar al menos dos materiales (uno de ellos, cobre) y llegar al permanente.

Para un terminal, ΔT ≈ P / (h·A + G_cond), con G_cond la fuga por conducción hacia los cables. Lo útil en campo: si h sube, ΔT baja aunque la falla no haya cambiado.

Ejemplo resuelto · el ventilador cambia la clasificación

Unión que disipa 6 W, área expuesta 0,004 m², G_cond = 0,08 W/K. Sin aire (h = 7): ΔT ≈ 6 / (7 × 0,004 + 0,08) ≈ 56 °C, prioridad inmediata. Con 4 m/s (h ≈ 25): ΔT ≈ 6 / 0,18 ≈ 33 °C, corrección programada. La falla no se ha ido: se ha enfriado la evidencia.

Laboratorio 2

El ventilador borra el punto caliente

Tres terminales; la fase B disipa más. Suba la velocidad del aire de 0 a 8 m/s y mire ΔT y la clasificación Tecapa. Compare escala fija (30–90 °C) con automática: el automático «ayuda» a ver el contraste cuando el aire enfría todo. Se completa al observar el cambio de clasificación y responder la pregunta del widget.

Generación: I²R y corrección por carga

En instalaciones eléctricas el calor nace casi siempre del efecto Joule. Sin carga no hay termografía eléctrica útil; NFPA 70B e ISO 18434-1 piden el equipo en servicio.

P = I^{2} R Δ T_{2} = Δ T_{1} \cdot {(I_{2} / I_{1})}^{2}

El ΔT escala con el cuadrado de la corriente. Un borne con ΔT = 10 °C al 50 % de carga llega a 10 × (1/0,5)² = 40 °C a plena carga: de corrección programada a prioridad inmediata. El módulo 6 detalla la corrección.

Ejemplo resuelto · 200 A en una unión

Unión sana, R = 20 µΩ: P = 200² × 20 × 10⁻⁶ = 0,8 W. Degradada, 200 µΩ: 8 W. Con ≈ 6 K/W del terminal al aire, la sana sube ≈ 5 °C y la degradada ≈ 48 °C. La corriente no cambió; cambió R.

Firmas: una unión genera I²R en un punto y deja un pico con gradiente. Un conductor sobrecargado genera a lo largo de toda su resistencia y deja una meseta.

Cuánto esperar antes de medir

Al conectar la carga la temperatura no salta: el componente tiene masa térmica y sube como una exponencial con constante de tiempo τ. A t = τ lleva el 63 % del ΔT final; a 3τ, el 95 %. «Carga estable» es haber esperado unas 3τ a corriente constante.

Componente	τ orden de magnitud	Esperar (~3τ)
Terminal de cable 35 mm²	5–10 min	15–30 min
Conexión de barra en tablero	15–25 min	45–75 min
Interruptor de caja moldeada	25–40 min	1,25–2 h
Transformador seco, devanado	1–2 h	varias horas
Transformador en aceite, tanque	3–8 h	un turno o más

Ejemplo resuelto · medir a los 10 minutos

Conexión de barra con τ = 20 min que en permanente llegará a ΔT = 48 °C (prioridad inmediata). A los 10 min (0,5 τ) solo ha subido el 39 %: lee ≈ 19 °C, corrección programada. No diagnosticó una falla menor: llegó temprano. Espere o reprograme; no baje la prioridad.

Laboratorio 3

Curva de calentamiento tras conectar la carga

Elija el componente, corra el reloj y mida en distintos instantes. Compare la clasificación que daría cada lectura con la del permanente. El laboratorio se completa cuando mida lo bastante tarde (cerca de 3τ) y vea el error de clasificar demasiado pronto.

Cierre: de la física al termograma

Hay generación I²R. Sin carga no hay ΔT eléctrico.
El sólido conduce y dibuja el perfil: cola larga en cobre, mancha en plástico.
El aire evacua: si h sube, el ΔT baja sin que la falla mejore.
El transitorio tarda ~3τ. Medir antes subestima la severidad.
La cámara convierte la radiación de superficie en un número con la ε y la T_refl que usted pone (módulo 3).

Resumen

Temperatura es estado; calor es energía en tránsito. ΔT_F = 1,8 ΔT_C, sin sumar 32.
Cobre k ≈ 385, acero ≈ 50, PVC ≈ 0,2 W/m·K: el perfil sigue a k. La carcasa de un interruptor subestima el contacto.
Aire quieto h ≈ 5–12 W/m²·K; con ventilador, varias veces más. El aire reduce el ΔT sin reparar la falla: anótelo.
P = I²R; ΔT escala con I². 10 °C al 50 % de carga son 40 °C a plena carga.
Espere ~3τ a carga estable (45–60 min en tableros). Medir a los 10 minutos puede convertir una inmediata en una programada falsa.