TERMOGRAFIA - ITEAG - Instalações Técnicas Especiais

TERMOGRAFIA
31-03-2010 Teoria, Procedimentos e Vantagens
Enquadramento Teórico de Termografia Infravermelho,
Vantagens da Manutenção Preditiva, Procedimentos, e
Vantagem Competitiva ITEAG.
João Afonso
afonso@iteag.net
www.iteag.net

TERMOGRAFIA
I N T R O D U Ç Ã O / E N Q U A D R A M E N T O T E Ó R I C O
História da Termografia
TERMOGRAFIA
Nos tempos mais remotos da história os antigos filósofos e médicos gregos de que tanto ouvimos falar hoje
em dia (Platão, Aristóteles, Hipócrates e Galeno) fascinaram-se com o reconhecimento da relação entre o
calor e a vida. A origem do calor humano não era sequer questionada. Por outro lado, os antigos tentavam
perceber os meios pelos quais o calor era libertado do corpo. A respiração era vista como um mecanismo
óbvio de refrigeração, pois podia sentir-se a temperatura quente ou fria do ar expirado.
Hipócrates verificou que existiam variações de temperatura em diferentes zonas do corpo humano
considerando o aumento do calor humano em certa zona como principal diagnóstico de doença localizada.
Hipócrates apercebia-se de zonas quentes pelo tacto, obtendo a confirmação científica utilizando um método
de cobertura de lama observando qual a zona onde a lama endurecia primeiro. Esta foi a técnica que fez
nascer a Termografia.
Os antigos conceitos de calor corporal foram retomados pela descoberta e desenvolvimento do primeiro
termómetro de ar, em 1592, pelo astrónomo Galileu. Este instrumento rudimentar fornecia somente indicações
de bruscas mudanças de temperatura, não havia escalas de medida e era influenciado pela pressão
atmosférica.
Boullian, em 1659, modificou o termómetro introduzindo mercúrio dentro de um tubo de vidro. Mais tarde,
Fahrenheit, Celsius e Joule contribuíram com o desenvolvimento das escalas termométricas. A escala
termométrica de Anders Celsius, conhecida como escala de graus centígrados, ganhou aceitação em França e
Alemanha, enquanto que a escala de Fahrenheit permaneceu popular em Inglaterra e nos Estados Unidos. O
termómetro não era utilizado regularmente para confirmar ou documentar a temperatura interna do corpo
humano e caiu em esquecimento por cerca de 200 anos.
Embora, a febre fosse muito discutida, durante o século XVIII, os médicos não analisavam regularmente a
temperatura de seus pacientes, apesar da temperatura média normal já ter sido estabelecida na época por
Bequerel e Brechet em 37º C.
Portanto, as fontes de calor naturais e artificiais começavam a despertar algum interesse junto dos estudiosos,
filósofos e investigadores. A termografia é uma técnica que surge bastante mais tarde, mas que têm em
conta toda a investigação realizada pelos antigos (ainda que realizada com fins medicinais). Em 1884,
Boltzmann mostrou como a lei empírica do corpo negro de Josef Stefan, formulada em 1879, poderia ser
derivada dos princípios físicos termodinâmicos. Boltzmann chegou conclusivamente à seguinte fórmula:
Radiação = Temperatura 4 x Constante

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Consequentemente, Boltzmann foi chamado o pai da termografia infravermelha. Neste tipo de técnica, um
pequeno processador dentro do aparelho usa esta fórmula para prever com precisão a temperatura do
alvo.
A primeira patente de um pirómetro óptico surge 15 anos mais tarde, em 1899, por parte de Morse (Figura
1). Holborn e Kurlbaum, aparentemente sem saber da sua existência, desenvolveram um aparelho similar dois
anos mais tarde, em 1901.
1 - PRIMEIRO PIRÓMETRO ÓPTICO (MORSE)
Em 1913, L. Bellingham apresentou um método para detectar a presença de icebergs e navios a vapor
usando um espelho e uma termopilha. O seu termómetro de IV apresenta melhorias em relação ao pirómetro
óptico porque com ele era possível detectar objectos com temperatura inferior à temperatura ambiente
(Figura 2).
2 - TERMÓMETRO DE INFRAVERMELHOS (L. BELLINGHAM)
A evolução de aparelhos de detecção de temperatura em objectos foi surgindo ao longo do século XIX, em
que foram desenvolvidos Termómetros de Infravermelho de curto alcance utilizando termopilhas, termopilhas
em miniatura, e cristais temoeléctricos como sensores de infravermelhos.
Esta evolução permitiu o desenvolvimento da actual câmara termográfica (Figura 3), que já sofreu inúmeras
alterações desde a sua versão original. A evolução tecnológica deu-se neste aparelho com o sentido de

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minimizar o tamanho dos componentes, tornando-o numa ferramenta mais fácil de utilizar (com mais
características, opções e informações obtidas).
Princípios Básicos em Termografia
Corpo Negro
3 - CÂMARAS TERMOGRÁFICAS GUIDE THERMOPRO TP8 E TP8S
Um objecto capaz de absorver toda a radiação que incide sobre ele em qualquer comprimento de onda.
Nenhuma superfície emite mais radiação IV que um corpo negro à mesma temperatura.
Corpo Real
As superfícies só são capazes de emitir uma determinada parte da energia. O parâmetro que determina a
capacidade de emissão é a emissividade ().
Emissividade
A emissividade mede a capacidade de um corpo emitir energia. Definem-se a reflectividade (ρ) como a
capacidade de um corpo reflectir energia. A transmissividade () mede a capacidade de um corpo transmitir
energia. E a absorvidade (α) mede a capacidade de um corpo absorver energia.
A reflectividade (ρ) e a transmissividade () são conceitos associados à natureza do objecto (opaco ou
translúcido) e às condições atmosféricas na zona entre sensor e objecto (Figura 4).

4 - ESQUEMA DE DIRECCIONAMENTO DA ENERGIA
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Um corpo negro possui uma emissividade = 1, um corpo cinzento possui emissividade constante porém <
1 e um corpo não cinzento possui emissividade que varia ao longo de diferentes comprimentos de onda, mas
que não varia consoante a temperatura.
GRÁFICO 1 - DISTRIBUIÇÃO ESPECTRAL DE DIFERENTES EMISSIVIDADES
Num corpo não negro, uma parte da radiação total incidente é absorvida e, por conservação de energia, a
restante é reflectida () na superfície e transmitido () através do corpo (ε+ρ+=1).
No campo de aplicação da termografia as superfícies são na maioria das vezes opacas ao IV (=0) e a sua
capacidade emissiva é constante (para T e considerados) e menor que 1, assim temos:
Corpo Negro: ε=1, ρ==0
Corpo Cinzento: ε+ρ=1
Corpo Transparente: =1, ρ=ε=0
Espelho Perfeito: ρ=1, ε==0

Um corpo real tem uma emissão dada pela Lei de Stefan-Boltzmann :
W= Potencia radiante [W/m 2]
W = σ ε T 4
σ = Constante de Stefan-Boltzmann [5,7x10-8 W/K4m2] T = Temperatura absoluta [K]
ε = Emissividade
Emissividades típicas consideradas em termografia
TABELA 1 - VALORES DE EMISSIVIDADE (NÃO METAIS)
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Leis da Radiação (Lei de Planck, Lei de Wien)
TABELA 2 - VALORES DE EMISSIVIDADE (METAIS)
GRÁFICO 2 - RELAÇÃO DE DISTRIBUIÇÃO ESPECTRAL DA RADIAÇÃO TÉRMICA COM A TEMPERATURA
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Radiação Térmica
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A radiação térmica ou transmissão de calor por radiação, é a taxa de emissão de energia de um dado
material, dada a sua temperatura. A radiação térmica está relacionada com a energia libertada devido às
oscilações ou transições dos electrões, átomos, iões ou moléculas mantidos pela energia interna do material.
Toda a forma de matéria com temperatura acima do zero absoluto emite energia térmica.
A lei de Planck descreve, matematicamente, a quantidade de energia emitida por um material numa dada
temperatura, para cada comprimento de onda ().
Porém, a lei de Panck aplica-se apenas a radiadores perfeitos, que teoricamente emitem a uma taxa de
100% da energia armazenada em forma de calor. Esta teoria não passa disso mesmo, por exemplo; nos
gases ou outros materiais transparentes (materiais com absorção interna desprezível), a energia térmica
irradia-se através de seu volume. Para materiais com alta absorção interna, como os metais, apenas algumas
centenas de camadas atómicas mais externas contribuem para a emissão de energia térmica.
Os comprimentos de onda utilizados para a medição de temperatura compõem o chamando espectro
electromagnético, onde está o espectro IV. A zona visível abrange comprimentos de onda entre 0,4 μm e 0,7
μm, e os IV entre 0,7μm e 1000 μm. Os pirómetros de IV usam a banda entre 5 μm e 20 μm.
5 - ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

Radiação dos corpos reais
Condicionantes (externos ao sistema)
Emissividade da superfície
6 - DISSIPAÇÃO DE ENERGIA PELOS CORPOS
Capacidade do corpo para radiar energia na banda infravermelha.
Absorção atmosférica
Redução da radiação que chega á lente ao atravessar a atmosfera.
Temperatura ambiente
Proporção da radiação vinda do exterior reflectida na superfície.
7 - ESQUEMA DE RECEPÇÃO DE DADOS PELA CÂMARA TERMOGRÁFICA
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Á R E A S D E A P L I C A Ç Ã O
TERMOGRAFIA
A termografia não é uma tecnologia nova, antes pelo contrário. A recente evolução tecnológica direccionou a
termografia para áreas como a manutenção industrial, tornando-a numa ferramenta crucial e imprescindível
na manutenção preditiva em empresas.
Na Natureza; todos os corpos, pelo facto de se encontrarem a uma temperatura superior ao zero
absoluto emitem radiação térmica.
A termografia consiste na técnica de estudo da temperatura dos corpos através da radiação infravermelho
emitida. Como pode ser observado nas Figuras 8 e 9, uma câmara termográfica sensível às radiações IV
descodifica a imagem em cores equivalentes às diferentes temperaturas (teoricamente: cores frias significam
baixas temperaturas e cores quentes significam altas temperaturas), possibilitando assim a identificação das
áreas cujas temperaturas são anómalas.
Em electricidade e electrónica, a monitorização constante e a detecção precoce de alterações na
temperatura de um determinado componente (devido, por exemplo, à sobrecarga energética ou vida útil
comprometida) permitem a prevenção de falhas de maquinaria e consequentes perdas de produtividade,
além de resultar em redução significativa nos custos com manutenção correctiva.
8 - DISJUNTOR DM1.14 9 – IMAGEM TERMOGRÁFICA DE DISJUNTOR DM1.14
Resumindo e descrevendo o Serviço de Termografia, trata-se de um método de detecção da distribuição de
energia térmica emitida pela superfície de um ou vários corpos ou objectos. É uma técnica não destrutiva que
utiliza os raios infravermelhos para medir temperaturas ou observar padrões diferenciais de distribuição de
temperatura. Esta técnica fornece informações úteis relativas às condições operacionais de um componente,
equipamento ou processo.

Na ITEAG, a termografia é aplicada às seguintes áreas:
Edifícios e construção civil
Fugas caloríficas
Perdas energéticas pelas janelas
Problemas de isolamento
Humidades internas
Instalações Eléctricas
Aquecimento nos accionamentos
Aquecimento em bornes
Radiadores de refrigeração dos transformadores
Conexões com binários de aperto incorrectos
Maus Contactos
Sobrecargas
Ensaios Não Destrutivos
Aquecimentos em barramentos
Aquecimentos em cabos e condutores
Aquecimentos em aparelhagem de protecção e manobra
T E R M O G R A F I A E M M A N U T E N Ç Ã O
Termografia aplicada à Manutenção Preditiva
TERMOGRAFIA
A apresentação de imagens térmicas tornou-se numa das mais valiosas ferramentas de diagnóstico de
manutenção preditiva. Através da detecção de anomalias, muitas vezes invisíveis a olho nu, a termografia
permite acções correctivas tomadas antes que uma falha (na maior parte das situações, bastante
dispendiosa) ocorre no sistema. As câmaras de infravermelhos tornaram-se em sistemas compactos, como
câmaras de vídeo normais, são fáceis de usar e geram imagens de alta resolução em tempo real. Existem
muitas indústrias em todo o mundo que já descobriram as vantagens das câmaras de imagem térmica:
Tão fáceis de usar como uma câmara de vídeo;
Fornecem um quadro completo da situação;
Realizam inspecções com os sistemas operacionais em utilização;
Identificam e localizam o problema;
Medem a temperatura;
Armazenam as Informações;
Encontram os problemas antes que eles ocorram.

V A N T A G E N S D A M A N U T E N Ç Ã O P R E D I T I V A
TERMOGRAFIA
A manutenção preditiva não substitui totalmente os métodos tradicionais de manutenção. Mas esta filosofia
traduz-se num valioso aditivo para a constituição de um programa abrangente de manutenção. Enquanto os
programas tradicionais de manutenção se baseiam em serviços de rotina de todos os equipamentos e
resposta rápida a falhas inesperadas, um programa de manutenção preditiva planeia tarefas específicas de
manutenção, somente quando forem de facto necessárias. Não eliminando totalmente os aspectos dos
programas tradicionais preventivos e correctivos, a manutenção preditiva pode reduzir o número de falhas
inesperadas, bem como fornecer uma ferramenta de programação mais confiável para tarefas rotineiras de
manutenção preventiva.
A mais-valia da manutenção preditiva tem que ver com a monitorização regular das condições reais dos
equipamentos, e do rendimento operacional dos sistemas. A manutenção preditiva pode assegurar o
intervalo máximo entre intervenções de reparação. Outra vantagem é a minimização do número e do custo
de situações inesperadas criadas por falhas de equipamento.
Em 1998, o D. Eng. Márcio Tadeu de Almeida (Professor da Escola Federal de Engenharia de Itajubá, Minas
Gerais, Brasil) desenvolveu um estudo junto de 500 fábricas que implementaram com sucesso métodos de
manutenção preditiva, o qual demonstra resultados, em média, bastante positivos:
TABELA 3 - VANTAGENS DA MANUTENÇÃO PREDITIVA
Vantagem Unidade Percentual
1. Redução em Custos de Manutenção 50 a 80%
2. Redução em Falhas de Equipamento 50 a 60%
3. Redução em Stock de Peças para Reparação 20 a 30%
4. Redução em Horas Extraordinárias para Manutenção 20 a 50%
5. Redução no Tempo de Inactividade de Equipamentos 50 a 80%
6. Aumento do Ciclo de Vida dos Equipamentos 20 a 40%
7. Aumento de Produtividade 20 a 30%
8. Aumento de Lucros 25 a 60%
1. Redução em Custos de Manutenção
O levantamento indicou que os custos reais normalmente associados à manutenção foram reduzidos em mais
de 50%. A comparação dos custos de manutenção incluía a mão-de-obra real e overhead do departamento
de manutenção, bem como o custo real de materiais de peças de reparação, ferramentas, e outros
equipamentos requeridos para manter o equipamento das fábricas. A análise não incluía tempo de produção
perdida, variâncias na mão-de-obra directa, ou outros custos que podem ser directamente atribuídos a
práticas ineficientes de manutenção.

2. Redução em Falhas de Equipamento
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A adição de monitorização regular das condições reais dos equipamentos reduziu o número de falhas
inesperadas numa média de 55%. A comparação baseou-se na frequência de falhas inesperadas em
equipamentos, isto é, em número e intervalo, antes da implementação do programa de manutenção preditiva
e a taxa de falha durante o período de dois anos após a adição da monitorização de condições ao
programa. As projecções dos resultados do levantamento indicam que podem obter-se reduções de 90% -
usando a monitorização regular das condições reais do equipamento.
3. Redução em Stock de Peças para Reparação
A capacidade de pré-determinar as peças defeituosas para reparação, ferramentas, e as habilitações de
mão-de-obra exigidas, garantiram a redução tanto em tempo de reparação como em custos. Os custos que
envolvem stock de peças para reparação ou substituição foram reduzidos em mais de 30%. Ao invés de
adquirir todas as peças de reparação para stock, as zonas industriais investigadas tinham tempo suficiente
para encomendar as peças de reparação ou substituição, conforme necessário. A comparação incluía o custo
real de peças, e os custos de realização do stock para cada unidade fabril.
4. Redução em Horas Extraordinárias para Manutenção
Verificou-se que com a implementação do programa de manutenção preditiva, as fábricas investigadas
passaram a realizar menos acções de manutenção aos seus equipamentos (passaram a ser efectuadas
apenas quando necessário) e como tal, reduziram a mão-de-obra em horas extraordinárias na ordem dos
25% em média.
5. Redução no Tempo de Inactividade de Equipamentos
Mostrou-se que a manutenção preditiva reduz o tempo real necessário para reparar os equipamentos da
fábrica. O Tempo Médio de Reparação de equipamentos (TMR) sofreu uma redução de 60%. Para
determinar a melhoria média, os tempos reais de reparação, antes do programa de manutenção preditiva,
foram comparados com o tempo real para reparação após um ano de utilização de técnicas de manutenção
preditiva. Verificou-se que a monitorização regular e a análise das condições do equipamento identificaram
o(s) componente(s) específico(s) com avaria em cada equipamento.
6. Aumento do Ciclo de Vida dos Equipamentos
A prevenção de falhas graves, e a detecção antecipada de problemas nos equipamentos aumentou o ciclo
de vida operacional das máquinas nas fábricas investigadas numa média de 30%. O aumento do ciclo de
vida do equipamento baseou-se numa projecção a cinco anos de operação, após implementação de um
programa de manutenção preditiva. O cálculo incluiu: frequência de reparações, gravidade dos danos do
equipamento, e condição real do equipamento após reparação. Um programa de manutenção preditiva
evita danos sérios nos equipamentos. Esta redução na gravidade dos danos aumenta o ciclo de vida
operacional dos equipamentos, evitando também a propagação de defeitos.

TERMOGRAFIA
Uma das vantagens da manutenção preditiva é a capacidade automática de estimar o tempo médio entre
falhas (TMF). Esta estatística fornece os meios para se determinar o tempo mais efectivo em termos de custo
para substituir equipamentos, ao invés de continuar a absorver altos custos de manutenção. O TMF dos
equipamentos é reduzido cada vez que ocorre uma grande intervenção de reparação ou substituição. A
manutenção preditiva reduzirá automaticamente o TMF sobre a vida do equipamento. Quando o TMF atinge
o ponto em que os custos de manutenção e de operação continuada excedem os custos da substituição, a
máquina deve ser substituída.
7. Aumento de Produtividade
Em cada uma das unidades fabris investigadas, a disponibilidade dos equipamentos foi aumentada após
implementação de um programa de manutenção preditiva baseado na condição real das máquinas. A média
de aumento nas 500 fábricas investigadas foi de 30%. A melhoria relatada baseou-se estritamente na
disponibilidade do equipamento.
Um exemplo deste tipo de vantagem foca-se numa indústria alimentar investigada (a qual o autor do estudo
não refere o nome), que teria tomado a decisão de construir fábricas adicionais, para colmatar as
necessidades dos clientes. Usando várias técnicas de manutenção preditiva, conseguiu um aumento de 50%
na sua produção, sem necessitar de construir novas fábricas.
8. Aumento de Lucros
Os benefícios globais da manutenção preditiva têm potenciado substancialmente a produtividade das
fábricas em geral. Em todos os casos investigados, os benefícios têm compensado os custos financeiros da
contratação de empresas especializadas em manutenção preditiva para implementação e monitorização de
manutenções periódicas. As condições perfeitas dos equipamentos utilizados pelas empresas significam lucros
no fim do ano. Isto porque, ao reduzir os custos variáveis que representam as reparações inesperadas, bem
como o tempo de inactividade dos equipamentos, a empresa consegue transformar custos variáveis em lucros.
Entre as vantagens demonstradas, salienta-se ainda o Aumento de Segurança de Operadores. O aviso
antecipado da existência de problemas nos equipamentos ou risco de falha destrutiva evita situações que
poderiam causar graves danos pessoais ou morte. Empresas que beneficiam de programas de manutenção
preditiva podem ter benefícios ao nível dos seguros mantendo um historio quase isento de sinistros. Outra
vantagem inerente diz respeito à Verificação das Condições de Equipamento Novo, ou seja, antes das
empresas efectuarem a compra de equipamentos, a análise da sua condição pode ser determinante na
resolução de problemas deste género entre clientes e fornecedores.

P R O C E D I M E N T O S D E A N Á L I S E P O R T E R M O G R A F I A IV
Objectivo
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Este procedimento tem como objectivo a definição do processo de inspecção por análise termográfica de
equipamentos eléctricos.
Procedimento
As inspecções são realizadas por um técnico da equipa da manutenção preditiva, devidamente qualificado.
É utilizado um equipamento de detecção e medição por radiação infravermelha, seguindo um protocolo préestabelecido,
com uma periodicidade definida para o equipamento específico.
Observação
Caso sejam detectadas anomalias consideradas graves, o responsável fará através de equipamentos de
ensaio, o despiste necessário à detecção do problema existente.
Estes procedimentos originam de seguida a elaboração de um Relatório Técnico de Termografia, onde são
apresentados os seguintes dados:
1. Equipamentos Utilizados
2. Equipamentos Inspeccionados
3. Apresentação de Anomalias
4. Filtro de Situações de Importância
5. Listagem de Resultados e Respectivas Análises
6. Recomendações para cada Análise
Por fim, relatório é disponibilizado para download em www.iteag.net para o cliente, em ambiente protegido
por palavra-chave.

V A N T A G E M C O M P E T I T I V A I T E A G
TERMOGRAFIA
A vantagem ITEAG é encontrada pelo cliente a vários níveis. Desde o primeiro contacto até à entrega do
relatório da inspecção. É no relatório técnico que as empresas clientes vêm a melhor das vantagens.
Comparando com um relatório efectuado por outra entidade, considerando os registos de inspecções:
10 - RELATÓRIO DE EMPRESA CONCORRENTE

No relatório apresentado anteriormente, o resultado Classificação B significa:
(Diferença Tp-Tf entre 5 e 15ºC)
TERMOGRAFIA
Componentes cuja temperatura registada é significativamente superior à temperatura de referência. Os
componentes nestas condições não requerem uma intervenção de manutenção imediata, contudo, recomenda-
se que o componente seja objecto de uma intervenção na próxima revisão programada.
Tp Temperatura do ponto quente no momento da medição (ºC)
Tf Temperatura de referência no momento da medição (ºC)
11 - RELATÓRIO ITEAG

TERMOGRAFIA
Em análise comparativa aos dois relatórios apresentados, verifica-se a diferença de qualidade em termos de
conteúdo. Portanto, em termos de conteúdos, os relatórios apresentados pela ITEAG são bastante ricos. Pode
dizer-se que o primeiro relatório apresenta conclusões meramente descritivas e recomendações ambíguas
(Transcrição: Verificar se os equipamentos estão a funcionar em sobrecarga), enquanto que no segundo
exemplo, além das conclusões detalhadas, são apresentadas ao cliente as soluções para a resolução das
anomalias detectadas (Transcrição: Este quadro está construído num único monobloco incluindo o QAC 1.3E e
QAC 1.3N, encontrando-se os equipamentos muito juntos. Uma vez que se registam estas anomalias e que a
solução das mesmas passa por uma alteração na cablagem, recomenda-se que seja construído um novo QAC
1.3N em separado do QAC 1.3E).
C O N C L U S Õ E S
Após término do presente documento de investigação, pôde concluir-se que a Termografia é o mais
importante, eficiente, preciso e seguro método de avaliação de instalações e componentes eléctricos pois
para além de se tratar de um ensaio não destrutivo, destacam-se benefícios chave como a minimização dos
riscos, redução de custos, maior segurança, e melhoria e optimização do desempenho.
Analisando o caso de estudo do D. Eng. Márcio Tadeu de Almeida, conclui-se que a Manutenção Preditiva é
imprescindível em todas as unidades fabris. Empresas que não utilizem programas de manutenção preditiva
podem ser consideradas antiquadas em detrimento de outras que tiram máximo proveito de todos os
recursos.
Quanto a empresas que fornecem serviços de manutenção preditiva, filtrando para serviços de termografia,
conclui-se que a ITEAG realiza inspecções analisando anomalias e recomendando qual a solução para que os
equipamentos possam ter o seu ciclo de vida prolongado ao máximo. Comparando um Relatório Técnico de
Termografia da ITEAG com outro de uma empresa concorrente, conclui-se que é no relatório que está a
diferenciação para a concorrência. Em termos de conteúdo, os relatórios apresentados pela ITEAG são
realmente muito objectivos e as recomendações são da maior utilidade para o cliente.