Detección de discontinuidades en superficies metálicas, grietas, corrosión intergranular y tratamientos térmicos
•Medida de la conductividad para determinar áreas dañadas por el fuego
Ventajas
Útil para chequeo de taladros de unión para la localización de grietas
•Sistema rápido, sensible y portable
Desventajas
Sensible a combinaciones y variaciones en el material
•Requiere de probetas especiales para cada aplicación
El método de corrientes inducidas llamado también “Corrientes EDDY”, opera bajo el principio de la inducción electromagnética, donde un campo magnético alternante induce corriente sobre la pieza de ensayo si es de un material conductor.
Es un método de ensayo no destructivo ya que su aplicación no altera de ninguna manera las propiedades del objeto bajo estudio. Es una prueba netamente superficial, detectando defectos sub-superficiales cercanos a la superficie
El patrón de corrientes inducidas y el campo magnético que necesariamente está asociado a ellas, están influenciados por diferentes características del material bajo prueba. Estas características pueden agruparse en tres grupos: Detección de discontinuidades, medición de propiedades de los materiales y mediciones dimensionales.
Detección de discontinuidades:
La detección de discontinuidades se refiere a la localización de grietas, corrosión, erosión y/o daños mecánicos en la superficie de las piezas.
Propiedades de materiales:
Utilizando las corrientes inducidas, se pueden determinar propiedades de materiales, se incluyen mediciones de conductividad, permeabilidad, dureza, clasificación de aleaciones y otras condiciones metalográficas que requieren junto con las propiedades ya mencionadas equipos y arreglos de bobinas especiales.
Mediciones dimensionales:
Las mediciones dimensionales comúnmente realizadas mediante la aplicación de corrientes inducidas, son la medición de espesores, con buena exactitud para espesores pequeños teniendo la desventaja de no ser precisos en espesores grandes, medición de espesores de revestimientos como pinturas o películas aislantes.
Calibración e inspección con corrientes Eddy en tubería
Calibración con corrientes inducidas (ver figura 18) para tubería de acero inoxidable con un diámetro exterior de 19mm y un espesor de 2.1mm con una bobina de 14mm de diámetro exterior, lo cual obtendría un factor de llenado del 82%.(es la relación que existe entre el diámetro de la bobina y el diámetro interior de la tubería. Donde, n=dbobina/dmaterial) Calculando la frecuencia con f = 3p/t2
Donde,
p es la resistividad del acero inoxidable (72µΩ*cm) t es el espesor del material
Se obtiene una frecuencia de 48KHz
Figura 18. Aplicación Típica del método de Corrientes Eddy
Equipo Hocking phasec 2200
Equipo hocking phasec 2200 calibración del lift- off. El acoplamiento entre la bobina de inspección y la pieza bajo prueba varía con el espacio existente entre ellas. Este espaciamiento se denomina separación o lift-off. Realizado por el Ing. Roberto Copete Pinilla, Ingeniero Aeronáutico Nivel II en Corrientes inducidas según SNT-TC-1A
Equipo Hocking phasec 2200
Calibración de un pitting del 100% de pérdida de material calibrando a un ángulo de 45 grados. Realizado por el Ing. Roberto Copete Pinilla, Ingeniero Aeronáutico Nivel II en Corrientes inducidas según SNT-TC-1A
NOTA: Con una calibración adecuada se logra una alta confiabilidad de la inspección ya que las corrientes inducidas son una técnica comparativa. Los patrones deben ser exactos en sus entallas a la hora de realizar una buena calibración. (ver figura 19)
Calibración e inspección de corrientes Eddy (Defectología)
La calibración para defectología se debe realizar con patrones certificados estas inspecciones son ampliamente utilizadas por el sector aeronáutico o materiales no ferro magnéticos como el aluminio.
NOTA: En la aviación los manuales de NDT de las aeronaves señalan los parámetros de calibración del equipo y que patrón se debe utilizar.
Corrientes inducidas de campo remoto (RFT)
Una variante dentro de las Corrientes Inducidas, se llama Corrientes inducidas de campo remoto.
Con esta técnica podemos inspeccionar los materiales ferromagnéticos penetrando todo el espesor del objeto a inspeccionar.
Es una técnica muy adecuada para la inspección de Calderas, así como intercambiadores ferromagnéticos, aeroenfriadores, reactores y líneas de fluidos ferromagnéticas.
En los aeroenfriadores con aletas muy cercanas, el campo remoto decae fuertemente, por lo que se utilizan bobinas de saturación parcial del material.
Cuando un campo magnético excita un material ferromagnético, este se distribuye de la siguiente manera:
En la zona de acople directo, debido a la alta permeabilidad magnética del acero y demás materiales ferromagnéticos se forman muy fácilmente las corrientes inducidas, que actúan como barrera impidiendo la penetración del campo primario (de la bobina excitadora). No obstante ubicando una bobina a una distancia de 2.5 veces el diámetro interior de la tubería, se logra captar un campo más débil resultado de la interacción del campo primario, con el de las corrientes inducidas en el tubo (secundario) el campo magnético en esta zona (zona de campo remoto) ha atravesado 2 veces la pared del tubo, por lo cual se logra una inspección completa del espesor.
A medida que el espesor disminuye, la atenuación en el campo magnético es menor tanto en amplitud como en fase permitiendo obtener información del área y profundidad de la discontinuidad.
Esta técnica permite detectar defectos tales como grietas, picaduras, pérdidas por corrosión generalizada o localizada y erosión antes y después de alcanzar tamaños críticos, por lo cual se vuelve una herramienta indispensable para el diagnóstico temprano de equipos críticos.
Aplicaciones
Tuberías de Calderas.
2. Fuselaje de aviones
3. Trenes de aterrizajes
4. Turborreactores
5. Cascos de Barco
6. Intercambiadores de Calor ferromagnéticos
Objetivos
Evaluar daños micro estructurales.
2. Detección de defectología en tubería de calderas e intercambiadores
3. Detección de defectología en componentes y equipos de acero ferromagnético.
Beneficios
Elimina la subjetividad en la toma de decisiones.
2. Los costos de aplicación son muy inferiores comparados con los beneficios
3. Se puede actuar a tiempo y de forma precisa
4. Muy sensible a defectos pequeños
5. Detecta fácilmente fisuras.
Inspección de una caldera acuatubular en Cali –Colombia por ISOTEC S.A.S
ReferenciasNormativas:
ASTM E-2096 – 05 Standard Practice for In Situ Examination of Ferromagnetic Heat-Exchanger Tubes Using Remote Field Testing.
Consiste en el estudio del tipo la propagación de ondas elásticas en un material homogéneo y la determinación de los efectos producidos y el modo de propagación.
La vibración es la respuesta de un sistema a estímulos externos y/o internos que causan oscilaciones o pulsaciones. Aunque es común pensar que la vibración por sí misma dañe máquinas y estructuras, esto no es así, ya que los daños son hechos por esfuerzos dinámicos, que causan fatiga de los materiales; éstos esfuerzos a su vez son inducidos por la vibración. Ver Figura 17.
Las vibraciones pueden ser medidas y caracterizadas midiendo la amplitud, la fase, la oscilación o desplazamiento alternante de ciertos puntos al paso de una onda elástica.
Aplicaciones
El análisis de vibraciones se puede utilizar para calcular los módulos elásticos (módulo de Young, módulo de cizallamiento) y el coeficiente de Poisson a partir de las frecuencias naturales de vibración de la muestra, que no debe sufrir ningún daño por el llamado método dinámico (ensayos no destructivos) a través de la velocidad del sonido, llamado pulso-eco.
Existe una relación unívoca entre las frecuencias naturales de vibración con las dimensiones y la masa de la muestra, parámetros fáciles de medir con un pie de rey y una balanza. Conociendo el tamaño, la masa y las frecuencias naturales de vibración, los módulos de elasticidad se pueden calcular fácilmente utilizando herramientas matemáticas.
El módulo de Young se calcula a partir de las vibraciones longitudinales o flexionales mientras que el módulo de cizallamiento y el coeficiente de Poisson se puede obtener mediante las vibraciones de torsión. De acuerdo con la norma ASTM E-18751 e E-18762 las pruebas pueden ser:
Excitación por impulso:cuando la muestra se somete a un ligero golpe que genera vibraciones que son detectadas por un transductor y se convierten en señales eléctricas para que estas frecuencias de resonancia se puedan leer.
Barrido de frecuencia: cuando el modelo recibe un estímulo de frecuencia variable
TÉCNICAS DE ANÁLISIS VIBRACIONAL
-Nivel de vibración total: Es una medida de la energía total asociada a todas las frecuencias de vibración procedentes de un punto de medición. Los niveles de vibración total se comparan con los que se toman con anterioridad, cuando la máquina operaba correctamente y se definen los puntos de alarma que determinan las condiciones de estado actual.
-Análisis espectral FFT: También llamado análisis de forma y frecuencia, permite descomponer la vibración total en sus frecuencias componentes (usualmente órdenes o armónicos de la frecuencia de giro). La cantidad de vibración que ocurre a una determinada frecuencia es llamada la amplitud de vibración a dicha frecuencia. El gráfico de amplitud Vs. frecuencia es llamado espectro FFT.
-Ploteos orbitales: Un ploteo orbital se produce por la combinación de señales de dos sensores de vibración en dirección radial situados a 90 grados uno de otro.
Los ploteos orbitales muestran una vista amplificada, entendible y precisa del movimiento del eje. Se usan para balancear y como ayuda para identificar muchos problemas comunes de maquinaria.
Es un conjunto de procedimientos y mediciones aplicadas al aceite usado en las máquinas y equipos, que facilitan el control tanto del estado del lubricante, como de manera indirecta permiten establecer el estado de los componentes.
El objetivo primordial y final es suministrar información para adelantarse a tomar acciones y buscar la reducción de los costos de operación y mantenimiento a través de la preservación de las máquinas y la extracción de la mejor vida de los lubricantes.
Los procedimientos de análisis se pueden realizar en un laboratorio especializado, pero también pueden hacerse en el campo con ayuda de herramientas simples. Es la actividad de monitorear y reportar lo observado en las condiciones del lubricante para alcanzar las metas propuestas de mantenimiento a través de las buenas prácticas de lubricación. Ver Figura 16.
Es una herramienta que sirve para documentar los procesos de mantenimiento, siempre y cuando, se tenga un buen entrenamiento y conocimiento de la interpretación de los resultados de labor7atorio.
El análisis acústico de resonancias, también conocido como «prueba de sonido», es un método de ensayo no destructivo que permite la evaluación rápida y rentable de un amplio abanico de piezas de trabajo. Este método se basa en el conocido fenómeno físico que un cuerpo sufre tras ser convenientemente excitado (por ejemplo golpeándolo), el cuerpo vibra en ciertos modos y frecuencias propias tras la excitación. Estas vibraciones o «frecuencias naturales» pueden ser consideradas una «huella dactilar» de la pieza de trabajo que, mediante micrófonos (ruido aéreo) o mediante vibrómetros láser (ruido estructural), son capturadas y digitalmente analizadas. Se evalúa la fuerza dinámica (rigidez) del componente, ya que las posibles fisuras, defectos u otras discontinuidades suponen un punto débil en la pieza.
Con este ensayo se pueden detectar los distintos fallos o discontinuidades que afecten a frecuencias propias o naturales y a las formas de vibración propia de las propiedades físicas. Estos defectos pueden ser muy diversos como grietas abiertas o cerradas, plegados, diferencias de densidad, uniones soldadas defectuosas o que faltan, diferencias de masa o diferencias geométricas.
El objetivo es extraer las frecuencias propias y obtener una solución segura y automatizada del ensayo. El punto de partida para el mismo es establecer una configuración de las medidas adecuada y un régimen de medición. Podemos decir, que lo que busca este ensayo es encontrar piezas con discontinuidades, características o parámetros diferentes a las demás, también con fallos pequeños, ajustado con técnicas y procedimientos estadísticos para calificar y evaluar así la calidad de las piezas. En la figura 15 se muestran diferentes equipos para realizar una resonancia.
En la figura 15 se muestran diferentes equipos con los que se realiza una resonancia:
12.5.2 ACFM (Alternative Current Field Measurement)
El sistema ACFM de medición de campos de corriente alterna, (Alternative Current Field Measurement) es una nueva técnica de inspección electromagnética que se utiliza para la detección y dimensionamiento de Grietas por Fatiga.
Adoptada inicialmente en 1991 en la industria petrolera para la inspección de unionessoldadas en las estructuras de las plataformas marinas e instalaciones de proceso, la técnica es utilizada actualmente por una serie de industrias que incluyen la nuclear, petroquímica, eléctrica y aeroespacial. Proporciona la detección y medición fiables de grietas en componentes metálicos y puede aplicarse a través de capas de pintura y de revestimientos de varios milímetros de espesor. También se pueden utilizar palpadores para altas y bajas temperaturas de forma manual o automatizada, con el fin de no tener que cerrar temporalmente la instalación de proceso.
El sistema ACFM suministra un registro permanente de las inspecciones que se puede almacenar en disquetes flexibles y volver a reproducir, examinar e imprimir para elaboración de informes. El uso del sistema ACFM ha sido aprobado por ABS, Lloyds Register, DNV, Bureau Veritas y OCB Germanischer Lloyd.
TSC fabrica una línea de instrumentos para la detección y medición de grietas por fatiga incluyendo palpadores con diferente configuración para su aplicación y disponibilidad en:
– Laboratorios de pruebas.
– Inspección de soldaduras en general.
– Inspección de soldaduras submarinas por buzos.
– Inspección de soldaduras submarinas con vehículos operados remotamente (ROV)
– Inspección de roscas y cuerdas en la tubería de perforación.
Los ensayos con corrientes inducidas (Eddy Current testing) se utilizan para determinar las discontinuidades en activo, como tuberías, sometiéndolos a fuertes campos magnéticos externos como se muestra en las figuras 21 y 22
La TIR es una técnica de ensayo no destructivo (END) sin contacto que obtiene la temperatura de la superficie de un cuerpo a través de la captación de la radiación infrarroja que ésta emite (ver figura 12). El mapa térmico de la superficie obtenido es llamado termograma.
Cuando el flujo de calor en un material es alterado por la presencia de anomalías o defectos provoca contrastes de temperatura en su superficie. El uso de la TIR como método no destructivo de inspección está basado en la obtención y el análisis de las imágenes de esos patrones térmicos.
Las principales técnicas de TIR se resumen en este artículo y se comentan algunas de sus aplicaciones. También se muestran algunos resultados de ensayos de TIR en materiales compuestos y componentes metálicos aeronáuticos.
Aplicaciones
Detección de agua en el sandwich de honeycomb
•Detección de corrosión
•Detección de de laminación
Ventajas
Capacidad de captar imágenes
•No hay contacto directo
•Método rápido
•Bueno para detectar agua en el material compuesto
Desventajas
Necesita ser suministrado de agua caliente, lámparas, mantas térmicas, etc.
El tratamiento superficial o la pintura pueden influir en el resultado.
No se puede repetir en un corto período de tiempo.
Tiene limitada la profundidad de inspección.
Tiene limitada la profundidad de inspección.
Figura 12. Muestras termográficas en variables campos
La TIR es una técnica de ensayo no destructivo (END) sin contacto que obtiene la temperatura de la superficie de un cuerpo a través de la captación de la radiación infrarroja que ésta emite. El mapa térmico de la superficie obtenido es llamado termograma.
Cuando el flujo de calor en un material es alterado por la presencia de anomalías o defectos provoca contrastes de temperatura en su superficie. El uso de la TIR como método no destructivo de inspección está basado en la obtención y el análisis de las imágenes de esos patrones térmicos.
Técnicas de TIR
Las principales ventajas de las técnicas de TIR son las siguientes: es un método de inspección rápido y sin contacto que sirve para localizar defectos por debajo de la superficie, la interpretación de termogramas es muy sencilla (imágenes) y la radiación infrarroja no es nociva (al contrario que los rayos-x). Además puede ser aplicado a un amplio rango de materiales (tanto metálicos como compuestos) y áreas relativamente amplias pueden ser inspeccionadas en un único ensayo.
No obstante, su principal desventaja es que es efectivo únicamente en la detección de defectos poco profundos. También resulta complicado producir un calentamiento uniforme al aplicar las técnicas activas y pueden existir variaciones de emisividad en diferentes partes del cuerpo estudiado.
Termografía pasiva
La TIR pasiva se refiere a aquellos casos en los que no se usa ninguna estimulación de calentamiento o enfriamiento externo para provocar un flujo de calor en el cuerpo inspeccionado. El objeto estudiado produce un patrón de temperaturas típico por el hecho de estar involucrado en un proceso (industrial) que produce calor. Unos pocos grados de diferencia respecto a la temperatura normal de trabajo (referencia) del objeto muestra un comportamiento inusual. La TIR es capaz de capturar esta información de temperatura en tiempo real desde una distancia segura sin ninguna interacción con el objeto.
La TIR pasiva se usa, por ejemplo, para la monitorización del producto en procesos de fabricación, monitorización de procesos de soldadura o comprobación de la eficiencia de los discos de freno de automóviles. También puede ser usada en mantenimiento predictivo, como en rodamientos, turbinas y compresores, instalaciones eléctricas, tuberías enterradas o fugas de gas. Existen otras muchas aplicaciones no industriales como son las de tipo medicinal en detección de cáncer de pecho o desordenes vasculares, detección de fuegos, detección de objetivos (militar) o localización de pérdidas de calor y humedades en edificios.
Termografía activa
En termografía activa se usa una estimulación externa para provocar un flujo de calor interno en el objeto estudiado. Un defecto interno afectaría al flujo calorífico produciendo un contraste térmico en la superficie. Las técnicas de TIR activas principales son: TIR pulsada, step heating y TIR lock-in.
La TIR pulsada (Pulsed Thermography) consiste en aplicar un pulso corto de calor sobre el objeto (de 3 msg. a 2 s. dependiendo del material) y grabar el enfriamiento del espécimen. El frente térmico aplicado se propaga en el material y cuando encuentra un defecto el ratio de difusión es reducido produciendo un contraste de la temperatura sobre ese punto. De esta manera, el contraste de defectos más profundos aparecerá más tarde y con menor diferencia de temperaturas (ver figura La TIR pulsada es usada, por ejemplo, en la inspección de componentes estructurales de aviones, control de calidad de soldadura por puntos, álabes de turbina, detección de desencolados, de laminaciones, grietas o corrosión.
En la técnica de Step Heating o termografía de pulso largo, el objeto es calentado continuamente a baja potencia y se monitoriza el incremento de temperatura de la superficie. Aplicaciones del step heating son, por ejemplo, la evaluación de espesores de recubrimientos y de uniones de recubrimiento a substrato en estructuras compuestas y también la detección de corrosión oculta en el fuselaje de aviones.
La TIR lock-in está basada en la generación de ondas de calor dentro del espécimen inspeccionado (por ejemplo, depositando periódicamente calor en el cuerpo por medio de una lámpara modulada) y monitorizando de forma sincronizada el campo de temperaturas oscilante obtenido mediante una computadora o un amplificador lock-in. Por transformación de Fourier se obtienen las imágenes de fase y amplitud de la temperatura. Las imágenes fase están menos afectadas por inhomogeneidades del calentamiento y de la emisividad, y son más sensibles en profundidad que otras técnicas de TIR. Sin embargo, requiere como mínimo la observación de un ciclo de modulación y cada ensayo es realizado para una frecuencia estudiando una profundidad cada vez, lo que aumenta el tiempo de inspección.
La TIR lock-in es usada, por ejemplo, en inspecciones de componentes estructurales, detección de remaches sueltos, investigación de estructuras de absorción de radar y detección de grietas, desencolados, etc. Si en lugar de realizar un calentamiento mediante lámparas de luz modulada se usa una vibración mecánica inducida externamente como excitación se hablaría de vibro-termografía.
Una alternativa es la utilización de un transductor piezoeléctrico como fuente de estimulación, que sería el caso de la denominada TIR lock-in ultrasónica. Estas dos últimas técnicas están dirigidas a la detección rápida de grietas en materiales metálicos, laminados y cerámicos, corrosión en planchas metálicas remachadas o de laminaciones en laminados. Otra variación es la TIR lock-in termoinductiva que excita corrientes de Eddy en materiales conductores mediante una bobina de inducción y la resistencia de los materiales genera un calentamiento local. La mayor densidad de corriente en las grietas provoca una temperatura mayor que es detectada por la cámara termográfica. Esta técnica ha sido probada en detección de grietas longitudinales en barras y tochos de acero aparecidas durante su moldeado en caliente y en álabes de compresores.
La TIR de fase pulsada (Phase Pulsed Thermography) es una mezcla entre la TIR lock-in y TIR pulsada. La aplicación del ensayo es la misma que en termografía pulsada pero la adquisición de datos es tratada mediante transformada de Fourier para obtener la amplitud y la fase de la imagen a diferentes frecuencias con un único ensayo, con la consecuente rapidez de ensayo. De igual manera, se puede conseguir una variación de la termografía lock-in ultrasónica utilizando un pulso ultrasónico en vez de una excitación continua. Esta técnica es denominada Ultrasound Burst Phase Thermography.
El siguiente caso, mostrado, es el de la localización de dos grietas en un componente de una aeronave de aluminio con su recubrimiento de pintura original. Al principio del enfriamiento)se pueden apreciar las grietas entre las indicaciones térmicas producidas por la textura de la pintura en esa zona. Posteriormente se aprecia la respuesta típica de las grietas ante ensayos de este tipo se produce un salto de temperatura entre ambos lados de la grieta, ya que la grieta actúa como barrera al flujo de calor.
A continuación se muestra un ejemplo simple de la capacidad de un adecuado tratamiento de los datos de temperatura capturados en un ensayo de TIR para mejorar la visualización de los defectos, e incluso permitir localizar defectos invisibles en los termogramas originales.
Figura 20. Termogramas en diferentes tiempos de enfriamiento de dos grietas en una pieza de aluminio.
Estas pruebas proporcionan información del grado en que pueden ser contenidos los fluidos en recipientes, sin que escapen a la atmósfera o queden fuera de control. Los métodos de PND de hermeticidad son:
Pruebas de Fuga.
Pruebas por Cambio de Presión (Neumática o hidrostática).
Pruebas de Burbuja.
Pruebas por Espectrómetro de Masas.
PRUEBAS DE FUGA
Las pruebas de detección de fugasson un tipo de prueba no destructiva que se utiliza en sistemas o componentes presurizados o que trabajan en vacío, para la detección, localización de fugas y la medición del fluido que escapa por éstas. Las fugas son orificios que pueden presentarse en forma de grietas, fisuras, hendiduras, etc., donde puede recluirse o escaparse algún fluido.
La detección de fugas es de gran importancia, ya que una fuga puede afectar la seguridad o desempeño de distintos componentes y reducen enormemente su confiabilidad. Generalmente, las pruebas de detección de fugas se realizan:
Para prevenir fugas de materiales que puedan interferir con la operación de algún sistema.
Para prevenir fuego, explosiones y contaminación ambiental, o daño al ser humano.
Para detectar componentes no confiables o aquellos en donde el volumen de fuga exceda los estándares de aceptación.
El propósito de estas pruebas es asegurar la confiabilidad y servicio de componentes y prevenir fallas prematuras en sistemas que contienen fluidos trabajando a presión o en vació. Los componente o sistemas a los cuales generalmente se les realiza pruebas de detección fugas son:
Recipientes y componentes herméticos: Para prevenir la entrada de contaminación o preservar internamente los fluidos contenidos. Por ejemplo: dispositivos electrónicos, circuitos integrados, motores y contactos sellados.
Sistemas herméticos: Para prevenir la pérdida de los fluidos contenidos. Por ejemplo: sistemas hidráulicos y de refrigeración; en la industria petroquímica: válvulas, tuberías y recipientes.
Recipientes y componentes al vacío: Para asegurar si existe un deterioro rápido del sistema de vacío con el tiempo. Por ejemplo: tubos de rayos catódicos, artículos empacados en vacío y juntas de expansión.
Sistemas generadores de vacío: Para asegurar que las fugas se han minimizado y mejorar su desempeño.
TIPOS DE PRUEBAS DE FUGAS
-Ultrasonido:Este ensayo comúnmente se aplica en la detección de fugas de gas en líneas de alta presión como se muestra en la figura 9. Dependiendo de la naturaleza de la fuga, el gas al escapar, produce una señal ultrasónica que puede detectarse con una sensibilidad aproximada de 10-3 cm3/s.
-Por Burbujeo:Este ensayo se basa en el principio de generación o liberación de aire o gas de un contenedor, cuando este se encuentra sumergido en un líquido. Se emplean frecuentemente en instrumentos presurizados, tuberías de proceso y recipientes. Es una prueba más bien cualitativo que cuantitativo, ya que es difícil determinar el volumen de la fuga.
-Por Tintas Penetrantes:Consiste en rociar tintas penetrantes en las zonas de alta presión donde se desea detectar fugas como se muestra en la figura 10. Si existe alguna fuga, la presión diferencial del sistema hará filtrar la tinta hacia el lado de baja presión del espécimen ensayado.
-Por Medición de Presión:Este tipo de prueba se utiliza para determinar si existen flujos de fuga aceptables, determinar si existen condiciones peligrosas y para detectar componentes y equipo defectuoso. Se puede obtener una indicación de fuga relativamente exacta al conocer el volumen y presión del sistema y los cambios de presión respecto al tiempo que provoca la fuga.
Algunas ventajas de este método son que se puede medir el flujo total de la fuga independientemente del tamaño del sistema y que no es necesario utilizar fluidos trazadores.
Por Detección de Halógenos (Diodo de Halógeno):Este tipo de prueba es más sensitivo que los anteriores. Fugas tan pequeñas como 10-5 cm3/s pueden detectarse con facilidad. Las dos limitantes de este ensayo son que se necesitan gases de trazado especiales y el uso de calentadores de alta temperatura, lo cual resulta inconveniente en ambientes peligrosos.
Por Espectrómetro de Helio:Se considera la técnica de detección de fugas, tanto industrial como de laboratorio, más versátil. Tiene las mismas limitantes que el ensayo por detección de halógenos porque se requiere de helio como gas de trazado y, el tubo del espectrómetro se mantiene a alta temperatura mediante filamentos calefactores. Sin embargo, el helio es completamente inerte y menos caro que los gases halógenos. La sensibilidad es del orden de 10-11 cm3/s.
Con Radioisótopos trazadores:En esta técnica se utilizan radioisótopos de vida corta como fluidos trazadores para probar cavidades selladas herméticamente y circuitos cerrados de tubería. La pérdida de flujo o la detección del gas trazador en sitios no esperados son la evidencia de fuga. Esta técnica tiene la misma sensibilidad que el ensayo por Espectrómetro de Helio, aunque es más caro y es necesario establecer medidas de seguridad adecuadas debido a la radiación.
PRUEBAS POR CAMBIO DE PRESIÓN (NEUMÁTICA O HIDROSTÁTICA)
Es la aplicación de una presión o línea de tuberías fuera de operación, con el fin de verificar la hermeticidad de los accesorios brindados y la soldadura, utilizando como elemento principal el agua o en su defecto un fluido no corrosivo, o el aire comprimido. Todo equipo nuevo debe ser sometido a una prueba de presión ya sea hidrostática o neumática.
Características de la prueba hidrostática
La prueba hidrostática es una prueba no destructiva mediante el cual se verifica la integridad física de una tubería ó sistema en donde el agua es bombeada a una presión más alta que la presión de operación y se mantiene a esa presión por un tiempo establecido previamente el cual varía según la longitud del tramo a probar. La prueba hidrostática también aplica cuando se reemplaza o se reparan líneas existentes, nos permite:
Determinar la calidad de la ejecución del trabajo de fabricación o reparación de la línea o equipo.
Comprobar las condiciones de operación para garantizar la seguridad tanto de las personas como de las instalaciones.
Detectar fugas.
Verificar la resistencia mecánica.
Probar la hermeticidad de los accesorios.
La presión utilizada en la prueba de presión hidrostática es siempre considerablemente mayor que la presión de trabajo para dar al cliente un margen de seguridad. Normalmente, la prueba se realiza en un 150 por ciento del diseño o la presión de trabajo. Por ejemplo, si una tubería fue calificado con una presión de trabajo de 2000 PSI, que se pondrá a prueba a 3000 PSI.
El agua es el medio de prueba más utilizada porque es menos caro que el aceite y un juego más fácil hasta que el aire, por lo que el costo de las pruebas es menor. END no destructivos de prueba técnicos prueba de tubos, tuberías y bobinas de presión hasta 10.000 PSI, en muchos casos. Todas las pruebas de presión hidrostática se realiza de acuerdo a los requerimientos del cliente y / o especificaciones de la industria.
Características de las pruebas neumáticas
La prueba neumática es un procedimiento que utiliza la presión del aire para testear las tuberías de fuga. Este método no solo sirve para identificar fugas, sino también para limpiar y secar el sistema de tuberías, permitiendo que la tubería quede lista al final del testeo. La prueba neumática se utiliza cuando otros métodos no son factibles; por ejemplo en caso de congelamiento el testeo con agua se ve imposibilitado
PRUEBAS DE BURBUJA
En esta prueba se utiliza la presurización del elemento a evaluar con aire que al sumergirse en agua, para ver donde salgan burbujas de aire e indicar el lugar de la fuga. Si esto no es posible, entonces la presurización de aire será realizada, cubriendo la zona de prueba con una solución de jabón, y de esta forma ver si se forman burbujas, lo que indicará la fuga. En la figura 11 se puede ver un medidor de hermeticidad de Burts.
Es una técnica experimental que permite la medición de iones derivados de moléculas. El espectrómetro de masas es un instrumento que permite analizar con gran precisión la composición de diferentes elementos químicos e isótopos atómicos, separando los núcleos atómicos en función de su relación masa-carga(m/z). Puede utilizarse para identificar los diferentes elementos químicos que forman un compuesto, o para determinar el contenido isotópico de diferentes elementos en un mismo compuesto. Con frecuencia se encuentra como detector de un cromatógrafo de gases, en una técnica híbrida conocida por sus iniciales en inglés, GC-MS.
El espectrómetro de masas mide razones carga/masa de iones, calentando un haz de material del compuesto a analizar hasta vaporizarlo e ionizar los diferentes átomos,el haz de iones produce un patrón específico en el detector, que permite analizar el compuesto. En la industria es altamente utilizada en el análisis elemental de semiconductores, biosensores y cadenas poliméricas complejas. Drogas, fármacos, productos de síntesis química, pesticidas, plaguicidas, análisis forense, contaminación medioambiental, perfumes y todo tipo de analitos que sean susceptibles de pasar a fase vapor e ionizarse sin descomponerse.
Estas pruebas proporcionan información acerca de la sanidad interna de los materiales inspeccionados. Los métodos de PND volumétricos son:
RT – Radiografía Industrial
UT – Ultrasonido Industrial
EA – Emisión Acústica
Estos métodos permiten la detección de discontinuidades internas y sub-superficiales, así como bajo ciertas condiciones, la detección de discontinuidades superficiales.
RT – RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL
El caso de la Radiografía Industrial (RT), como prueba no destructiva, es muy interesante; pues permite asegurar la integridad y confiabilidad de un producto; además, proporciona información para el desarrollo de mejores técnicas de producción y para el perfeccionamiento de un producto en particular. En la figura 5 se muestra como un operario realiza una inspección por radiografía industrial.
La Inspección por RT se define como un procedimiento de inspección no destructivo de tipo físico, diseñado para detectar discontinuidades macroscópicas y variaciones en la estructura interna o configuración física de un material. En la siguiente imagen se muestra una imagen del arreglo radiográfico empleado con mayor frecuencia.
Al aplicar RT, normalmente se obtiene una imagen de la estructura interna de una pieza o componente, debido a que este método emplea radiación de alta energía, que es capaz de penetrar materiales sólidos, por lo que el propósito principal de este tipo de inspección es la obtención de registros permanentes para el estudio y evaluación de discontinuidades presentes en dicho material. Por lo anterior, esta prueba es utilizada para detectar discontinuidades internas en una amplia variedad de materiales.
Dentro de los END, la Radiografía Industrial es uno de los métodos más antiguos y de mayor uso en la industria. Debido a esto, continuamente se realizan nuevos avances que modifican las técnicas radiográficas aplicadas al estudio no sólo de materiales, sino también de partes y componentes; todo con el fin de hacer más confiables los resultados durante la aplicación de la técnica.
El principio físico en el que se basa esta técnica es la interacción entre la materia y la radiación electromagnética, siendo esta última de una longitud de onda muy corta y de alta energía.
Durante la exposición radiográfica, la energía de los rayos x o Gamma es absorbida o atenuada al atravesar un material. Esta atenuación es proporcional a la densidad, espesor y configuración del material inspeccionado.
La radiación ionizante que logra traspasar el objeto puede ser registrada por medio de la impresión en una placa o papel fotosensible, que posteriormente se somete a un proceso de revelado para obtener la imagen del área inspeccionada; o bien, por medio de una pantalla fluorescente o un tubo de video, para después analizar su imagen en una pantalla de televisión o grabarla en una cinta de video.
En términos generales, es un proceso similar a la fotografía, con la diferencia principal de que la radiografía emplea rayos x o rayos Gamma y no energía luminosa.
En la actualidad, dentro del campo de la industria existen dos técnicas comúnmente empleadas para la inspección radiográfica: Radiografía con rayos x y Radiografía con rayos gamma.
La principal diferencia entre estas dos técnicas es el origen de la radiación electromagnética; ya que, mientras los rayos x son generados por un alto potencial eléctrico, los rayos gamma se producen por desintegración atómica espontánea de un radioisótopo.
Los rayos x son generados por dispositivos electrónicos y los rayos gamma por fuentes radioactivas naturales o por isótopos radiactivos artificiales producidos para fines específicos de Radiografía Industrial, tales como: iridio 192, cobalto 60, cesio 137 y tulio 170.
La fuente de rayos X es el ánodo en un tubo eléctrico de alto voltaje. Cuando se prende, el haz de electrones generado en el cátodo impacta sobre el ánodo y esto provoca la emisión de los rayos X en todas direcciones; la capa de blindaje alrededor del tubo absorbe los rayos X, excepto aquellos que escapan a través de un orificio o ventana que existe para tal fin. Los rayos que pasan se emplean para producir la radiografía. Cuando se apaga la máquina de rayos X, la radiación cesa y la pieza inspeccionada no conserva radioactividad.
Un radioisótopo, como por ejemplo el cobalto 60 o el iridio 192, emiten radiación constante por lo que se emplean contenedores especiales o cámaras para almacenar y controlarlos dentro de una cápsula, que es una pequeña píldora que se conecta al final del cable de control. Cuando la cápsula está en el contenedor, la mayoría de los rayos gamma son absorbidos por el blindaje. Cuando la fuente se sacada del contenedor por medio del cable de control, la radiación del radioisótopo se dispersa en todas las direcciones y es empleada para crear una radiografía.
En la figura 6 se muestra una radiografía de un soldadura.
Aunque existen arreglos especiales, diseñados para casos determinados, el equipo que se emplea con más frecuencia para la inspección radiográfica es el siguiente:
a) Fuente de radiación (rayos X o rayos gamma).
b) Controles de la fuente.
c) Película radiográfica.
d) Pantallas intensificadoras.
e) Indicadores de calidad de la imagen.
f) Accesorios.
Aplicaciones
Las propiedades particulares de la radiografía facilitan su aplicación a nivel industrial, médico y de investigación; pues adicionalmente de que la energía de la radiación puede ser absorbida por la materia, también puede hacer fluorescer ciertas sustancias; siendo por todo esto que la técnica tiene diversas aplicaciones en diferentes ramas.
En primer lugar, están las aplicaciones en las que se emplea la energía radiante y su efecto sobre la materia, como es el caso de las aplicaciones físicas (efectos de fluorescencia) médicas (destrucción de ciertas células) y biológicas (mutaciones o aplicaciones de esterilización biológica).
En segundo lugar, deben mencionarse las aplicaciones en las cuales se emplean los efectos físicos, como son la difracción (determinación de estructuras cristalográficas), fluorescencia (determinación de composición química) y la ionización (detección de la radiación), etc.
En tercer lugar, se tienen las aplicaciones en las que se mide la atenuación de la radiación, como es el caso de la medición de espesores en proceso de alta temperatura; la medición de niveles de fluidos; la determinación de densidades en procesos de producción continua y la Radiografía Industrial.
Finalmente, resta aclarar que la corta longitud de onda de la radiación que emplea la radiografía le permite penetrar materiales sólidos, que absorben o reflejan la visible; lo que da lugar al uso de esta técnica en el control de calidad de productos soldados, fundiciones, forjas, etc. para la detección de defectos internos macroscópicos tales como grietas, socavados, penetración incompleta en la raíz, falta de fusión, etc.
Ventajas de la Radiografía Industrial
Es un excelente medio de registro de inspección.
Su uso se extiende a diversos materiales.
Se obtiene una imagen visual del interior del material.
Se obtiene un registro permanente de la inspección.
Descubre los errores de fabricación y ayuda a establecer las acciones correctivas.
Limitaciones de la Radiografía Industrial
No es recomendable utilizarla en piezas de geometría complicada.
No debe emplearse cuando la orientación de la radiación sobre el objeto sea inoperante, ya que no es posible obtener una definición correcta.
La pieza de inspección debe tener acceso al menos por dos lados.
Su empleo requiere el cumplimiento de estrictas medidas de seguridad.
Requiere personal altamente capacitado, calificado y con experiencia.
Requiere de instalaciones especiales como son: el área de exposición, equipo de seguridad y un cuarto oscuro para el proceso de revelado.
Las discontinuidades de tipo laminar no pueden ser detectadas por este método.
UT – ULTRASONIDO INDUSTRIAL
La examinación por Ultrasonido Industrial (UT) se define como un procedimiento de inspección no destructiva de tipo mecánico, que se base en la impedancia acústica, la que se manifiesta como el producto de la velocidad máxima de propagación del sonido entre la densidad de un material. En la figura 7 se muestra una prueba de ultrasonido.
El método consiste en utilizar ondas de sonido fuera del intervalo auditivo, con una frecuencia de 1 a 5 millones de Hz (ciclos por segundo)- de aquí el término ultrasónico. El método ultrasónico es una prueba no destructiva, confiable y rápida que emplea ondas sonoras de alta frecuencia producidas electrónicamente que penetrarán metales, líquidos y muchos otros materiales a velocidades de varios miles de metros por segundo. Las ondas ultrasónicas para ensayos no destructivos generalmente las producen materiales piezoeléctricos, los cuales sufren un cambio en su dimensión física cuando se someten a un campo eléctrico.
Generación de ultrasonido
Existe un gran número de métodos para generar ultrasonidos; en principio sirven ya los mismos procedimientos que se emplean para generar sonidos audibles. Si los dispositivos capaces de oscilar se construyen con una frecuencia propia correspondientemente alta. Sin embargo, estos procedimientos mecánicos, y algunos otros principios, no se utilizan en el ensayo no destructivo de materiales, recurriéndose por el contrario a otros efectos físicos, a saber: el efecto magnetoestrictivo, y sobre todo el efecto piezoeléctrico.
Efecto magnetoestrictivo
Los materiales ferro magnéticos (muy especialmente el níquel, además del acero), tienen la propiedad de contraerse o expandirse por efecto de un campo magnético. Inversamente, en una barra de acero ferro magnético se produce un campo magnético si es expuesta a un esfuerzo de tracción o compresión.
Efecto piezoeléctrico
El efecto piezoeléctrico reviste una importancia mucho mayor, siendo aprovechado casi universalmente para el ensayo no destructivo de materiales. Ciertos cristales naturales o sintetizados tienen la propiedad de que en presencia de un esfuerzo de tracción o compresión se originan cargas eléctricas en su superficie. La carga cambia de signo si se invierte la dirección del esfuerzo. Así es que en las superficies de un cristal expuesto alternativamente a un esfuerzo de tracción y un esfuerzo de compresión existe un potencial alternativamente positivo y negativo (tensión alterna).El efecto piezoeléctrico es reversible, es decir, cuando se aplica una carga eléctrica a la superficie del cristal, esta se contrae o se expande según el signo de la carga eléctrica.
Procedimiento de ensayo ultrasónico.
Como se sabe, una onda ultrasónica incidente, en parte se refracta y en parte se refleja si existe una variación de la resistencia a la onda sonora, como en el caso en que exista un defecto dentro del material. De ello se derivan dos procedimientos de ensayo, basados respectivamente, en la evolución de la parte transmitida de la onda o de la parte reflejada de la misma.
Procedimiento de transmisión
En este procedimiento se evalúa la parte del ultrasonido que ha sido transmitido a través de la pieza que se ensaya. A un lado de la pieza se aplica un emisor de sonido y al otro lado, un receptor. En presencia de un defecto, la intensidad sonora en el receptor disminuye a causada la reflexión parcial o se hace nula en caso de reflexión total (Fig. 10). Lo mismo da que se emplee sonido continuo o impulsos de sonido para el ensayo, pues el emisor y el receptor eléctricamente están separados entre sí. En este ensayo no se puede determinar la profundidad a la que está localizado el defecto de la pieza. Cuando existen daños en el material, deformaciones o variaciones en las forma de este se producen impedancias de onda diferentes a la normal que producen reflexión de la onda ultrasónica.
Aplicaciones
El Ultrasonido Industrial es un ensayo no destructivo ampliamente difundido en la evaluación de materiales metálicos y no metálicos.
Es frecuente su empleo para la medición de espesores, detección de zonas de corrosión, detección de defectos en piezas que han sido fundidas y forjadas, laminadas o soldadas; en las aplicaciones de nuevos materiales como son los metalcerámicos y los materiales compuestos, ha tenido una gran aceptación, por lo sencillo y fácil de aplicar como método de inspección para el control de calidad de materiales, bien en el estudio de defectos (internos, subsuperficiales y superficiales) y en la toma de mediciones como: medición de espesores (recipientes de acero, capa de grasa en animales, etc.), medición de dureza, determinación del nivel de líquido, etc.
Ventajas del Ultrasonido Industrial
Se puede aplicar esta técnica en una gran gama de materiales y a un gran número de productos conformados como: chapas, ejes, vías, tubos, varillas, etc., y a procesos de fabricación tales como: soldadura, fundición, laminación, forja, mecanizado, etc.
Es aplicable a otras ramas tales como: la medicina, navegación, pesca, comunicación, entre otras.
Permite detectar discontinuidades tanto superficiales, subsuperficiales e internas.
Puede aumentarse la sensibilidad del equipo al realizar un cambio conveniente de palpador.
Los equipos pueden ser portátiles y adaptables a un gran número de condiciones.
Limitaciones del Ultrasonido Industrial
El equipo y los accesorios son costosos.
Deben emplearse vario tipos de palpadores a fin de determinar todas las discontinuidades presentes en la pieza, preferiblemente cuando se trata de piezas que o han sido ensayadas anteriormente.
El personal destinado a realizar los ensayos debe poseer una amplia experiencia y calificación en el manejo de la técnica y los equipos.
EA – EMISIÓN ACÚSTICA
Hoy en día, uno de los métodos de pruebas no destructivas más recientes y, que ha venido teniendo gran aplicación a nivel mundial en la inspección de una amplia variedad de materiales y componentes estructurales, es sin duda el método de Emisión Acústica (EA).
Este método detecta cambios internos en los materiales o dicho de otra manera, detecta micro-movimientos que ocurren en los materiales cuando por ejemplo: existe un cambio micro-estructural, tal como lo son las transformaciones de fase en los metales, el crecimiento de grietas, la fractura de los frágiles productos de corrosión, cedencia, deformación plástica, etc. La detección de estos mecanismos mediante EA, se basa en el hecho de que cuando ocurren, parte de la energía que liberan es transmitida hacia el exterior del material en forma de ondas elásticas (sonido), es decir, emiten sonido (emisión acústica). La detección de estas ondas elásticas se realiza mediante el uso de sensores piezo-eléctricos, los cuales son instalados en la superficie del material. Los sensores, al igual que en el método de ultrasonido, convierten las ondas elásticas en pulsos eléctricos y los envía hacia un sistema de adquisición de datos, en el cual se realiza el análisis de los mismos. En la figura 8 se muestra una inspección por emisión acústica.
Aplicaciones La Emisión Acústica es una de las nuevas técnicas que ha tenido un gran desarrollo, especialmente con la aceptación del empleo de computadoras para el proceso de datos como medio de interpretación de los resultado. Se emplea en el estudio de estructuras sujetas a esfuerzos cíclicos, como es el caso de las estructuras aeronáuticas, los recipientes a presión y edificios o puentes. Otra aplicación es la evaluación del comportamiento de nuevos materiales, como es el caso de los tejidos a base Keblar; de la fibras de elementos cerámicos y los materiales compuestos a base e cerámicos y metales y de plásticos reforzados con fibras.
Ventajas de la Emisión Acústica
Permite detectar un defecto o fractura durante su desarrollo, aun antes de que sea posible detectarla por algún otro tipo de ensayo no destructivo.
Permite tener un patrón del comportamiento de la estructura sujeta a prueba, la cual puede ser tomada como referencia para evaluar su comportamiento después de haber estado en servicio y conocer si ha subido algún daño o debilitamiento.
Limitaciones de la Emisión Acústica
La interpretación de los resultados; ya que para una evaluación completa en campo se requiere de procesadores que tengan alta velocidad y gran capacidad de memoria y almacenamiento; motivo por el cual un trabajo de inspección por AET puede realizarse rápidamente pero a un costo relativamente elevado.
El personal que realiza este tipo de pruebas debe tener una gran capacidad y experiencia en la interpretación de señales y en la disposición de los transductores de inspección; quien se especializa en esta técnica requiere de por lo menos un año de trabajo previo antes de ser calificado como Nivel 1 y necesita casi dos años para poder ser calificado como Nivel II.
Estas pruebas proporcionan información acerca de la sanidad superficial de los materiales inspeccionados. Los métodos de PND superficiales son:
VT – Inspección Visual
PT – Líquidos Penetrantes
MT – Partículas Magnéticas
ET – Electromagnetismo
En el caso de utilizar VT y PT se tiene la limitante para detectar únicamente discontinuidades superficiales (abiertas a la superficie); y con MT y ET se tiene la posibilidad de detectar tanto discontinuidades superficiales como sub-superficiales (las que se encuentran debajo de la superficie pero muy cercanas a ella).
VT- INSPECCIÓN VISUAL
Aunque sea el más modesto, siempre se realiza como fase previa a otros Ensayos más sofisticados. Facilita el trabajo posterior y establece la secuencia de trabajo.
Es por tanto el más empleado por su sencillez, rapidez y economía de aplicación.
La inspección visual es el ensayo no destructivo por excelencia, ya que su agente físico, la luz, no produce daño alguno a la inmensa mayoría de los materiales.
La inspección visual es el primer paso de cualquier evaluación. En general, las Pruebas no Destructivas establecen como requisito previo realizar una inspección visual, normalmente lo primero que decimos es “déjame ver como está” (la apariencia de un objeto). la inspección visual es utilizada para determinar:
Medios artificiales (células o captadores fotoeléctricos)
Ventajas
Simple de usar en áreas donde otros métodos son impracticables •Ayudas ópticas mejoran el método
Desventajas
Fiabilidad dependiente de la habilidad y la experiencia del operario •Requiere accesibilidad para visibilidad directa de la zona
La inspección visual es la técnica más antigua entre los Ensayos No Destructivos, y también la más usada por su versatilidad y su bajo costo.
En ella se emplea como instrumento principal, el ojo humano, el cual es complementado frecuentemente con instrumentos de magnificación, iluminación y medición.
Esta técnica es, y ha sido siempre un complemento para todos los demás Ensayos No Destructivos, ya que menudo la evaluación final se hace por medio de una inspección visual.
No se requiere de un gran entrenamiento para realizar una inspección visual correcta, pero los resultados dependerán en buena parte de la experiencia del inspector, y de los conocimientos que éste tenga respecto a la operación, los materiales y demás aspectos influyentes en los mecanismos de falla que el objeto pueda presentar.
Aunque no es regla general, algunas normas como las ASME y las AWS, exigen una calificación y certificación del personal que realiza la prueba de Inspección Visual, en donde se tienen muy en cuenta las horas de experiencia del individuo a certificar y la agudeza visual (corregida o natural) que éste pueda certificar.
Dentro de las normas de certificación de personal que involucran este ensayo se encuentran la ISO-9712 y la ANSI/ASNT CP-189.
Según los instrumentos que se utilicen como ayuda a la visión, y la distancia (o el acceso) que se tenga entre el inspector y el objeto de estudio, la Inspección Visual se puede dividir en dos grupos:
Inspección Visual Directa
Inspección Visual Remota
En la primera, la inspección se hace a una distancia corta del objeto, aprovechando al máximo la capacidad visual natural del inspector. Se usan lentes de aumento, microscopios, lámparas o linternas, y con frecuencia se emplean instrumentos de medición como calibradores, micrómetros y galgas para medir y clasificar las condiciones encontradas como se muestra en la figura 1.
La inspección visual remota se utiliza en aquellos casos en que no se tiene acceso directo a los componentes a inspeccionar, o en aquellos componentes en los cuales, por su diseño, es muy difícil ganar acceso a sus cavidades internas.
Este tipo de inspección es muy usada en la industria para verificar el estado interno de los motores recíprocos, las turbinas estacionarias, compresores, tuberías de calderas, intercambiadores de calor, soldaduras internas, tanques y válvulas entre otros.
En la industria aeronáutica la inspección visual remota es muy usada para la inspección interna de los motores a reacción. Mediante esta inspección se puede diagnosticar el estado de las cámaras de combustión, las etapas de compresión y las etapas de turbina, sin realizar grandes destapes o desensambles.
Se utilizan boroscópios rígidos o flexibles, videoscópios y fibroscópios (fibra óptica), con los cuales, mediante una sonda adaptada a una cámara digital, se puede llegar a la mayoría de las cavidades internas y lugares inaccesibles para el inspector.
En el mercado se pueden encontrar equipos con sondas de diferentes diámetros y diferentes longitudes, según la aplicación, y con grabación de vídeo y fotografía digital, lo cual permite guardar un registro de cada inspección realizada.
PT-INSPECCIÓN POR LÍQUIDOS PENETRANTES
Objetivo
Este ensayo se utiliza para detectar discontinuidades abiertas a la superficie como por ejemplo, grietas, juntas, porosidades y traslapes.
Aplicación
La prueba se puede aplicar en materiales metálicos, cerámicos y polímeros. El ensayo puede realizarse en instalaciones automatizadas de grandes dimensiones o en campo, utilizando equipos portátiles.
Equipo Utilizado
El material utilizado para realizar el ensayo en campo está constituido por un solvente limpiador, un líquido llamado tinte o trazador y una suspensión de polvo en líquido llamado revelador.
Procedimiento
El ensayo se inicia con la limpieza de la superficie a inspeccionar hasta obtener un área limpia, es decir, libre de grasa, aceite, pintura, herrumbre, salpicaduras de soldadura, escoria y suciedad, ya que estos contaminantes pueden obstaculizar la entrada del tinte a las discontinuidades como se muestra en la figura 2, Posteriormente, se procede a la aplicación del tinte por rociado, inmersión o con el uso de una brocha. Después de haber aplicado el tinte, se debe esperar unos minutos.
A continuación, la superficie de la pieza se debe limpiar con agua o con un paño impregnado en un solvente. Posteriormente, se aplica una capa fina y uniforme del revelador a la superficie de la pieza. La aplicación puede realizarse por rociado o por inmersión. Esta suspensión provoca la exudación del tinte hacia la superficie, lo cual produce una señal o indicación en el área de la discontinuidad. La extracción del tinte ocurre después de algún tiempo. Este tiempo de permanencia usualmente no es menor que siete minutos.
Con la finalidad de evitar errores de interpretación, los colores utilizados para el tinte y el revelador presentan siempre un fuerte contraste. Una combinación muy utilizada es el tinte de color rojo intenso y el revelador de color blanco.
Resultados
Con este ensayo es posible conocer la existencia y la ubicación de los defectos superficiales, y obtener alguna información sobre su naturaleza y dimensiones. Además, con base en las dimensiones, las indicaciones pueden ser clasificadas de acuerdo con lo especificado en la norma ASTM E 433, Standard Reference Photographs for Liquid Penetrant Inspection ( Fotografías de Referencia Estandarizadas para la Inspección por Tintes Penetrantes).
Sobre la base de esta norma, las indicaciones pueden ser clasificadas en los tipos I y II. Las dimensiones en una indicación tipo I son iguales o, en caso de ser diferentes, una dimensión nunca es mayor que tres veces la otra. Por el contrario, en las indicaciones tipo II, una dimensión es al menos tres veces mayor que la otra. Por consiguiente, las indicaciones tipo I tienen forma de poro, mientras que las indicaciones tipo II tienen el aspecto de una grieta.
Cada uno de los tipos mencionados pueden ser clasificados en las clases A, B, C y D, dependiendo de la distribución de la indicación. La categoría A se refiere a la presencia de una sola indicación; la clase B identifica a múltiples indicaciones no alineadas, la clase C se refiere a múltiples indicaciones alineadas, es decir, organizadas en una línea recta o curva; la clase D identifica a las indicaciones ubicadas en la intersección de dos superficies, como por ejemplo, aquellas asociadas a roscas de tornillos, agujeros y esquinas.
El ensayo por tintes penetrantes también puede realizarse con un trazador fluorescente, el cual requiere de una lámpara negra o de rayos ultravioleta para la observación de las indicaciones. El procedimiento de limpieza y aplicación de tinte y solvente en este caso es igual que en el caso previo.
Clasificación de los líquidos penetrantes:
Norma IRAM-CNEA Y 500-1001 (1986)
Por color.
Por solubilidad
Lavables con agua.
1
Lavables con agua.
2
Postemulsificables.
3
Removibles con solvente.
Penetrante coloreado
1
Lavables con agua.
2
Postemulsificables.
3
Removibles con solvente.
Penetrante de uso dual.
1
Lavables con agua.
2
Postemulsificables.
3
Removibles con solvente.
Tabla 2. clasificación de los líquidos penetrantes
Removedores:
Se agrupan en tres clases:
1) agua
2) emulsionantes
de base oleosa
de base acuosa
3) disolventes
Reveladores:
Pueden ser:
1) Polvos secos.
2) Dispersiones y soluciones acuosas:
a) dispersión de polvo en agua
b) solución de polvo en agua.
3) Suspensión de polvo en disolventes volátiles no acuoso.
A) no inflamable.
b) inflamable
Principios físicos del ensayo:
Tensión superficial
La tensión superficial es la forma de cohesión de las moléculas de la superficie del líquido en función de la cual, a igualdad de volumen, asume la forma correspondiente a la mínima superficie compatible con el vínculo externo. La forma de la gota simplifica este concepto. La tensión superficial está definida como una fuerza que actúa sobre toda “saliente” en una superficie acabada.
Figura 2. Gráfica tensión
Mojabilidad o poder de humectación
Por mojabilidad se entiende a la propiedad de un líquido de expandirse adhiriéndose a la superficie de un sólido. Esta depende de la interacción del líquido con la fase sólida y gaseosa en la que se encuentra. La mojabilidad está estrechamente ligada a la tensión superficial, y está determinada por el ángulo “q“ de contacto con la superficie. Ver Fig. 3 en donde se muestran tres condiciones intermedias con q < 90°; q = 90°, q > 90°
Figura 3. Poder de humectación
Capilaridad
Se ha visto que la superficie de un líquido contenido en un recipiente presenta cierta curvatura en las fronteras del líquido y las paredes sólidas del recipiente. Sobre el resto de la superficie, conserva una forma plana. Pero si el tamaño total de la superficie es pequeño, toda la superficie del líquido “sentirá” la influencia de las paredes y este aparece curvo en toda su extensión. En este caso, cuando las dimensiones del recipiente en el que se encuentra el líquido, en el caso más general, si la distancia entre las superficies limitantes del líquido es comparable al radio de curvatura de su superficie, a estos recipientes se los llamará “capilares”. El desnivel obtenido podrá ser positivo o negativo, según el ángulo de contacto y la mojabilidad del líquido.
Figura 4. Angulo de contacto.
Descripción general del método
Actualmente la técnica de LP, se puede resumir en los siguientes pasos:
Limpieza inicial y secado: Consiste en limpiar perfectamente la zona de interés a ser ensayada de tal forma de dejar, las posibles discontinuidades, libres de suciedad o materiales extraños y su posterior secado.
Aplicación del Líquido Penetrante y Tiempo de penetración: Cubrir la superficie de interés con el LP y dejar transcurrir el tiempo necesario para permitir que el LP se introduzca por capilaridad en las discontinuidades
Limpieza intermedia: Se removerá el exceso de LP de la superficie, evitando extraer aquel que se encuentra dentro de las fallas. Esta remoción, podrá hacerse, según la técnica empleada, mediante:
a) lavado con agua.
b) aplicando un emulsionante y posterior lavado con agua.
c) mediante solventes.
Secado (según la técnica): Se secará la pieza del agente limpiador. Este paso puede ser obviado según la técnica utilizada.
Aplicación del revelador: Sobre la superficie ya preparada se colocará el revelador en forma seca o finamente pulverizada en una suspensión acuosa o alcohólica, que una vez evaporada, deja una fina capa de polvo.
Inspección y evaluación: Esta fina capa de revelador absorberá el LP retenido en las discontinuidades, llevándolo a la superficie para hacerlo visible, ya sea por contraste o por fluorescencia (según la técnica empleada) las indicaciones podrán registrarse y evaluarse.
Limpieza final: Aunque los agentes químicos utilizados no deberían ser corrosivos de los materiales ensayados, se eliminaran sus restos para prevenir posteriores ataques.
Figura 5. Muestra de líquido penetrante
MT- PARTÍCULAS MAGNÉTICAS
Objetivo:
El ensayo se utiliza para detectar defectos que se encuentren en la superficie y ligeramente por debajo de ella. Los defectos que pueden detectarse con esta técnica son: porosidades, grietas, inclusiones y defectos de soldaduras.
Aplicación:
La prueba se puede aplicar sólo a materiales ferromagnéticos como el hierro y el acero. El ensayo se puede realizar en campo, ya que el equipo es portátil.
Equipo utilizado:
Para realizar este ensayo se necesita una fuente de poder, una bobina y partículas de hierro en suspensión o en forma de polvo. Cuando se utiliza la suspensión, el procedimiento se llama método húmedo;cuando se usa el polvo, método seco.
Procedimiento:
El ensayo se inicia haciendo pasar una corriente eléctrica directa o alterna por una bobina colocada alrededor de la pieza a ensayar. Este procedimiento convierte a la pieza en el núcleo de un electroimán, por lo cual se origina un campo magnético en su interior. Cuando las piezas son muy grandes, la magnetización se realiza por etapas.
A continuación, la pieza es sumergida en la suspensión de partículas de hierro. Algunas veces, la suspensión es vertida sobre la superficie de la pieza. En el método seco, las partículas de hierro son esparcidas sobre la pieza.
Finalmente, se examina la superficie para detectar indicaciones, es decir, la presencia de partículas de hierro adheridas a la superficie de la pieza debido al campo magnético presente, como se muestra en la figura 3.
Este método de Prueba No Destructiva, se basa en el principio físico conocido como magnetismo, el cual exhiben principalmente los materiales ferrosos como el acero y consiste en la capacidad o poder de atracción entre los metales. Es decir, cuando un metal es magnético, atrae en sus extremos o polos a otros metales igualmente magnéticos o con capacidad para magnetizarse.
Aplicaciones
Detección de discontinuidades en materiales ferro-magnéticos de cualquier tipo, en la superficie o cerca de ésta.
Ventajas
Método simple, fácil, portable y rápido.
Desventajas
Las piezas deben ser limpiadas antes y desmagnetizadas después. •El flujo magnético debe ser normal al plano del defecto.
El ensayo de Partículas Magnéticas es uno de los más antiguos que se conoce, encontrando en la actualidad, una gran variedad de aplicaciones en las diferentes industrias. Es aplicable únicamente para inspección de materiales con propiedades ferromagnéticas, ya que se utiliza fundamentalmente el flujo magnético dentro de la pieza, para la detección de discontinuidades.
Mediante este ensayo se puede lograr la detección de defectos superficiales y subsuperficiales (hasta 3 mm debajo de la superficie del material). El acondicionamiento previo de la superficie, al igual que en las Tintas Penetrantes, es muy importante, aunque no tan exigente y riguroso.
La aplicación del ensayo de Partículas Magnéticas consiste básicamente en magnetizar la pieza a inspeccionar, aplicar las partículas magnéticas (polvo fino de limaduras de hierro) y evaluar las indicaciones producidas por la agrupación de las partículas en ciertos puntos. Este proceso varía según los materiales que se usen, los defectos a buscar y las condiciones físicas del objeto de inspección.
Para la magnetización se puede utilizar un banco estacionario, un yugo electromagnético, electrodos o un equipo portátil de bobina flexible, entre otros. Se utilizan los diferentes tipos de corrientes (alterna, directa, semi-rectificada, etc.), según las necesidades de cada inspección. El uso de imanes permanentes ha ido desapareciendo, ya que en éstos no es posible controlar la fuerza del campo y son muy difíciles de manipular. Para realizar la inspección por Partículas Magnéticas existen varios tipos de materiales que se pueden seleccionar según la sensibilidad deseada, las condiciones ambientales y los defectos que se quieren encontrar. Las partículas magnéticas pueden ser:
Los métodos de magnetización y los materiales se combinan de diferentes maneras según los resultados deseados en cada prueba y la geometría del objeto a inspeccionar.
Principios Básicos
Cuando se estudia el comportamiento de un imán permanente, se puede observar que éste se compone por dos polos, Norte y Sur, los cuales determinan la dirección de las líneas de flujo magnético que viajan a través de él y por el espacio que lo rodea, siendo cada vez más débiles con la distancia.
Si cortamos el imán en dos partes, observaremos que se crean dos imanes nuevos, cada uno con sus dos polos, Norte y Sur, y sus correspondientes líneas de flujo magnético. Esta característica de los imanes es la que permite encontrar las fisuras abiertas a la superficie, y los defectos internos en una pieza, como se explicará a continuación.
La magnetización de un material ferromagnético se puede lograr mediante la inducción de un campo magnético fuerte, desde una fuente externa de magnetización (un electroimán), o mediante el paso de corriente directamente a través de la pieza. La fuerza del campo generado es resultado de la cantidad de corriente eléctrica que se aplique y el tamaño de la pieza, entre otras variables. Una vez magnetizado el objeto de estudio, éste se comporta como un imán, es decir, se crean en él dos polos magnéticos Sur y Norte. Estos polos determinan la dirección de las líneas de flujo magnético, las cuales viajan de Norte a Sur.
Teniendo la pieza magnetizada (magnetización residual), y/o bajo la presencia constante del campo magnético externo (magnetización continua), se aplica el polvo de limadura de hierro seco, o suspendido en un líquido (agua o algún destilado del petróleo). Donde se encuentre una perturbación o una fuga en las líneas de flujo magnético, las pequeñas partículas de hierro se acumularán, formando la indicación visible o fluorescente, dependiendo del material usado.
La perturbación o fuga del campo magnético se genera por la formación de dos polos pequeños N y S en los extremos del defecto (fisura, poro, inclusión no-metálica, etc.). En la figura se muestra este efecto.
Al igual que en la mayoría de los Ensayos No Destructivos, en la inspección con Partículas Magnéticas intervienen muchas variables (corriente eléctrica, dirección del campo, tipo de materiales usados, etc.), las cuales deben ser correctamente manejadas por el inspector para obtener los mejores resultados. Por esta razón las normas MIL, ASTM, API, AWS y ASME entre muchas otras, y los manuales de mantenimiento de las aeronaves, exigen la calificación y certificación del personal que realiza este tipo de pruebas, con el fin de garantizar la confiabilidad de los resultados y así contribuir a la calidad del producto. Entre las regulaciones más conocidas de certificación de personal se encuentran: NAS-410, ISO 9712, SNT– TC–1A, ANSI/ASNT CP-189 y EN-473.
Equipos de Inspección Portátiles y Móviles
En el caso de las bobinas y de los yugos son capaces de realizar imantaciones longitudinales, pueden ser usados para la ejecución de métodos de imantación continuos y residuales, trabajan con partículas magnéticas fluorescentes y visibles.
ET- ELECTROMAGNÉTISMO
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La inspección por electromagnetismo nos sirve para detectar discontinuidades superficiales y subsuperficiales dependiendo de la frecuencia de inspección, consiste en la inducción de corrientes en el material através de una bobina o probeta de inspección, la misma que es excitada con una corriente alterna proveniente del equipo.
El Electromagnetismo, anteriormente llamado Corrientes de Eddy o de Foucault, se emplea para inspeccionar materiales que sean electroconductores, siendo especialmente aplicable a aquellos que no son ferromagnéticos. Esta técnica comienza a tener grandes aplicaciones, aun cuando ya tiene más de 50 años de desarrollo.
La inspección por Corriente de Eddy está basada en el efecto de inducción electromagnética. Su principio de operación es el siguiente:
Se emplea un generador de corriente alterna, con una frecuencia generalmente comprendida entre 500 Hz y 5.000 Hz. El generador de corriente alterna se conecta a una bobina de prueba, que en su momento produce un campo magnético. Si la bobina se coloca cerca de un material que es eléctricamente conductor, el campo magnético de la bobina, llamado primario, inducirá una corriente eléctrica en el material inspeccionado. A su vez, esta corriente generará un nuevo campo magnético (campo secundario), que será proporcional al primario, pero de signo contrario. En el momento en que la corriente de la bobina se vuelve cero, el campo magnético secundario inducirá una nueva corriente eléctrica en la bobina. Este efecto se repetirá cuantas veces la corriente cambie de fase (al pasar de positivo a negativo y viceversa). Como se muestra en la figura 4.
Es predecible que el electromagnetismo se generará entre conductores adyacentes en cualquier momento en que fluya una corriente alterna. Por otra parte, las variaciones de la conductividad eléctrica, permeabilidad magnética, geometría de la pieza o de su estructura metalúrgica, causan modificaciones en la corriente inducida del material sujeto a inspección, lo que ocasionará que varíe su campo magnético inducido, hecho que será detectado por la variación del voltaje total que fluye en la bobina.
Antes de proseguir, es conveniente aclarar que para la detección de discontinuidades por Electromagnetismo, éstas deben ser perpendiculares a las corrientes de Eddy; adicionalmente, la indicación que se genere se modificará en la pantalla del instrumento de inspección, dependiendo de su profundidad y su forma.
Esta técnica cuenta con una amplia gama de alternativas, cada una con un objetivo específico de detección; por lo que antes de comprar un equipo a las sondas es necesario definir la forma del material que se va a inspeccionar, la localización y el tipo de discontinuidades que se deseen detectar y evaluar, con el fin de tener el equipo más versátil y adecuado para la inspección.
Requisitos para la Inspección por Electromagnetismo
Al igual que en las técnica ya descritas, antes de iniciar las pruebas con electromagnetismo, es conveniente revisar la siguiente información:
Conocer la forma, así como las características eléctricas, metalúrgicas y magnéticas del material a inspeccionar, ya que de esto dependerá el tipo de frecuencia, la forma de la sonda y la variante de la técnica a utilizar y, en caso necesario, el medio de eliminar las posibles interferencias que se produzcan en la pieza.
Si se trabaja bajo normas internacionales, los instrumentos de inspección, así como las sondas deben ser de los proveedores de las listas de proveedores aprobados o confiables publicados por ellas. En caso necesario, se solicita al proveedor una lista de qué normas, códigos o especificaciones de compañías satisfacen sus productos.
Una vez seleccionado uno o varios proveedores, no es recomendable mezclar sus productos.
Secuencia de la Inspección
Las etapas básicas de esta técnica de inspección son:
Limpieza Previa: La importancia de este primer paso radica en que si bien los equipos de electromagnetismo pueden operar sin necesidad de establecer un contacto físico con la pieza, se pueden producir falsas indicaciones por la presencia de óxidos de hierro, capas de pintura muy gruesas o algún tipo de recubrimiento que sea conductor de la electricidad; en caso de que no se desee quitar las pinturas o recubrimientos, es recomendable que el patrón de calibración sea similar en el acabado superficial al de la parte sujeta a inspección.
Selección de la Sonda de Prueba: Este paso es tan crítico como la selección del instrumento empleado, porque de acuerdo a la variable sujeta a evaluación, se selecciona la sonda que se utilizará. Por este motivo, es necesario conocer las ventajas y desventajas y limitaciones de cada configuración.
La capacidad detección de una sonda es proporcional a:
La magnitud de la corriente aplicada.
La velocidad (frecuencia) de oscilación de la corriente.
Las características de diseño de la sonda que incluyen: Inductancia, diámetro de enrollamiento, longitud de la bobina y número de espira.
Las sondas, según su arreglo se clasifican en dos grupos: absolutas y diferenciales.
Las sondas absolutas (o bobinas absolutas) se consideran como aquéllas que realizan la medición sin necesidad de una referencia directa o de un patrón de comparación. Este tipo de arreglo tiene aplicaciones en la medición de la conductividad, permeabilidad, dimensiones o dureza d ciertos materiales.
Sus principales ventajas son:
Responde a cambios bruscos o progresivos de la característica que se mide.
Cuando existe más de una indicación, éstas son relativamente fáciles de separar (interpretación sencilla).
Puede detectar la longitud real de una discontinuidad.
Las principales limitaciones de este tipo de arreglo son:
Son muy sensibles a cambios de temperatura (térmicamente son inestables).
Registran cualquier variación de la distancia entre la bobina y la pieza (falsas indicaciones)
Las sondas diferenciales consisten en dos o más bobinas conectadas entre sí, pero con diferente dirección de enrollamiento. Este arreglo se pude dividir en dos grupos:
a) Bobinas diferenciales autorreferidas: Este tipo de arreglo cuenta con una bobina que es la que realiza las mediciones y en un punto cercano (normalmente dentro del cuerpo del porta bobina) existe una segunda bobina con un núcleo (de ferrita o zirconio) y con el cual se balancea el equipo cuando se calibra el sistema.
b) Bobinas diferenciales con referencia externa: Este arreglo tiene dos variantes. En el primer caso se coloca la bobina de referencia en el material que se desea inspeccionar; es decir, las bobinas se encuentran separadas físicamente. En el segundo arreglo, las bobinas de medición y referencia se colocan sobre el mismo objeto. Este arreglo tiene la ventaja que se reducen los efectos de variaciones por cambios de separación o por características de la pieza que se está inspeccionando.
Frecuencia de Prueba: La siguiente variable a controlar, una vez seleccionada la bobina, es la selección e la frecuencia de inspección. Esta normalmente será referida al valor de una penetración normal (standard depth penetration) del material; al tipo de discontinuidad que se espera localizar y a la profundidad a la que se encuentra.
Tipo de Calibración que se desea efectuar y selección del Patrón de Calibración o de Referencia: Los Instrumentos de pantalla osciloscópica pueden calibrarse para detectar fracturas superficiales como las que se muestran en la figura A o bien de cambios de conductividad eléctrica, como los mostrados en la figura B.
En términos generales, la pantalla de rayos catódicos muestra cómo la corriente de Eddy es afectada por la pieza. Si existe una fractura o una costura en la pieza, la corriente de Eddy se reduce. Esto es, las discontinuidades alteran el patrón observado en la pantalla. Existe la presentación por medio de escalas analógicas, en las que una aguja indica el valor de la lectura en una escala calibrada previamente; y también a través de pantallas digitales, en las que se lee un valor, que posteriormente se correlaciona con la variable a medir.
Interpretación de las indicaciones: En este último paso se debe ser cuidadoso en la interpretación de los resultados, bien sean por observación en pantalla o por lectura, ya que un cambio en las propiedades del material también afecta las lecturas y por este motivo la interpretación la debe realizar un Inspector con amplia experiencia en este tipo de trabajos.
Ventajas del Electromagnetismo
Detecta y generalmente evalúa discontinuidades subsuperficiales en casi cualquier conductor eléctrico.
En muchos casos, la inspección por Electromagnetismo puede ser completamente automatizada.
Puesto que no requiere contacto directo, puede emplearse a altas velocidades para la inspección continua a bajo costo.
Con esta técnica es posible clasificar y diferenciar materiales de aleaciones, tratamientos térmicos o estructura metalúrgica distintos, siempre y cuando presenten una diferencia significativa de conductividad.
Es excelente para la inspección de productos tubulares, de preferencia fabricados con materiales no ferromagnéticos, como son los empleados en algunos tipos de intercambiadores de calor, condensadores o sistemas de aire acondicionado.
Limitaciones del Electromagnetismo
Debe eliminarse de la superficie cualquier tipo de contaminación o suciedad que sea magnética o eléctricamente conductor.
Generalmente la bobina de prueba debe diseñarse en especial para una pieza específica.
La profundidad de la inspección esta limitada a aproximadamente 6 mm de penetración y depende de la frecuencia elegida para excitar el campo electromagnético y el tipo de material que se esté inspeccionando.
Se requiere de gran entrenamiento para calibrar y operar adecuadamente el equipo de prueba.
La señal es sensible a las diferencias en composición y estructura del material lo que enmascara pequeños defectos o proporciona indicaciones falsas.
