Aplicaciones de los drones a la ingeniería: la termografía aérea en la inspección y detección de infraestructuras

La termografía es una técnica que permite medir con precisión las temperaturas superficiales de un objeto sin mantener contacto físico con él, gracias a la radiación electromagnética en el rango del espectro infrarrojo (longitudes de onda entre 0,75 µm-1mm) reflejada por estos.

Espectro de longitudes de onda visible y no visible. Fotografía: Horst Frank (Wikimedia) 

Es, por tanto, una técnica de inspección y detección de infraestructuras no invasiva, la cual se encuentra en auge gracias al desarrollo que está experimentando la tecnologías de los drones en la actualidad, a los cuales se les puede incorporar una cámara fotogramétrica para la toma de imágenes. Estas imágenes aéreas aportan información sobre la temperatura, los patrones térmicos, los comportamientos y las anomalías de las infraestructuras, la cual puede ser muy útil para determinadas labores de mantenimiento e inspección.

Algunas de las aplicaciones de la termografía mediante drones a la inspección, detección y mantenimiento de infraestructuras son las siguientes:

EFICIENCIA DE LA EDIFICACIÓN

Aunque hay muchos factores que determinan la eficiencia energética de los edificios, uno de los más destacados es la composición de las fachadas y de la cubierta, así como las superficies acristaladas. El consumo en climatización depende en gran medida de las infiltraciones, los puentes térmicos o el estado del aislamiento. Un edificio mal aislado necesita más energía para mantener la temperatura interior que otro con el aislamiento adecuado.

Termografía de un edificio. Imagen: Geom. Claudio Longagnani (Wikimedia)

En este contexto, la termografía es capaz de conseguir grandes resultados. Esta técnica no solo permite comprobar la capacidad aislante de los materiales utilizados para tal fin, sino que también permite determinar la calidad del diseño y el montaje de los mismos, la detección de puentes térmicos, infiltraciones y defectos de aislamiento.

Además, mediante termografía también es posible la detección de humedades por fugas u otras causas, el control del proceso de secado en los materiales de obra (tales como pueden ser las soleras de hormigón), el control e inspección de instalaciones eléctricas, de calefacción y de refrigeración o la detección de defectos constructivos en paredes, revestimientos y cubiertas.

Detección de humedades mediante termografía

INSPECCIÓN DE PANELES SOLARES

Otra de las posibles aplicaciones de la termografía mediante drones es la inspección de paneles solares. Las células fotovoltaicas dañadas suelen estar a mayor temperatura que las que funcionan correctamente, de modo que la inspección debe centrarse en la identificación de ‘puntos calientes’ o hotspot.

Durante el proceso de desarrollo y producción, las células fotovoltaicas se activan con electricidad o con lámparas de destello. Esta activación asegura que haya un contraste térmico suficiente para que las mediciones de termografía sean precisas. Para alcanzar un suficiente contraste térmico cuando se inspeccionan células fotovoltaicas sobre el terreno, se necesita una radiación solar de 500 W/m2 o superior. Si se desea obtener un resultado máximo, se aconseja que la radiación solar sea de 700 W/m2.

Termografía de paneles solares (Fuente: Albacete dron)

LOCALIZACIÓN DE ANOMALÍAS GEOTÉRMICAS

El gradiente geotérmico es la tasa de incremento de la temperatura por unidad de profundidad existente en la Tierra. Las termografías aportan información significativa en el campo geológico, tanto en el estudio de los volcanes, como en patrimonio minero o en la detección de patologías de la roca previas a una nueva construcción. Mediante esta técnica se pueden identificar fracturas, huecos y diferencias composicionales en piedras del terreno de manera rápida, las cuales puedan afectar al diseño de una infraestructura previamente a su construcción.

INSPECCIÓN DE TENDIDOS ELÉCTRICOS

Los tendidos eléctricos son otras de las infraestructuras fácilmente inspeccionables mediante fotogrametría aérea. Las líneas y subestaciones eléctricas poseen elementos que se ubican en altura, alejados por seguridad del alcance de las personas. Las líneas eléctricas, además, son infraestructuras lineales que pueden discurrir por entornos de difícil acceso, aportando para ello la inspección mediante drones enormes ventajas por comodidad y seguridad de los operarios.

El mantenimiento de líneas con vehículos aéreos es algo común para las compañías del sector eléctrico, la termografía es utilizada de manera general en inspecciones intensivas. Las imágenes termográficas se utilizan para buscar ‘puntos calientes’, aquellos puntos de un elemento cuya temperatura es mayor y, por tanto, destacan en la imagen térmica. Es normal que el paso de la intensidad eléctrica aumente la temperatura de los elementos por los que circula, pero un ‘punto caliente’ puede estar asociado a un contacto inadecuado o a otro tipo de defecto que conviene analizar y que no es perceptible en la imagen del espectro visible. 

A la izquierda, imagen visible. A la derecha, termografía de un tendido eléctrico.

DETECCIÓN DE AUTOCOMBUSTIBLES EN ACOPIOS

Un ejemplo puede ser el caso de la minería del carbón, en donde es necesaria la realización de acopios para eliminar impurezas o para la mezcla de carbones con diferentes propiedades. Las pequeñas cantidades de sulfuros metálicos que contiene el carbón producen reacciones exotérmicas que pueden dar lugar a la autocombustión de los materiales acumulados, con el consiguiente riesgo y pérdida de producción.

El seguimiento del estado de los materiales depositados puede efectuarse mediante cámaras termográficas instaladas en un dron, de tal forma que se posibilita la detección en minutos de toda la zona del depósito de acopios. De igual forma, puede usarse esta técnica ante cualquier riesgo de autocombustión por acopios que contengan materiales inflamables en otras áreas de la ingeniería.

Aeronave con cámara termográfica e imagen FLIR con una zona en autocombustión en un acopio de carbón.

CONTROL DEL ESTRÉS HÍDRICO EN CULTIVOS

Otra de las posibles aplicaciones de la termografía mediante drones ligadas al campo de la ingeniería pueden ser la monitorización del estrés hídrico de los cultivo agrícolas para la optimización del uso del agua en ingeniería agrónoma.

Cartografía del estrés hídrico en una explotación de olivo superintensivo en Jaén

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