Técnicas avanzadas de ensayo

Transcripción

1 P á g i n a 35 Figura 26 : Vista interna de un tubo mediante endoscopio y evidencia de un defecto. Técnicas avanzadas de ensayo Las técnicas avanzadas fundamentales son esencialmente dos: La interferometría holográfica en exposición doble; La interferometría en tiempo real. La técnica de exposición doble consiste en recoger sobre la misma placa holográfica. Dos exposiciones sucesivas de la muestra bajo examen, en diferentes condiciones de esfuerzo. En la reconstrucción de la imagen, obtenida iluminando la placa con luz láser, las dos imágenes virtuales se interfieren entre sí formando franjas de interferencia claras y oscuras que representan las líneas de nivel de puntos equidistantes. Con esta técnica, las franjas resultan -congeladas" en el holograma y pueden reconstruirse por medio de una computadora en cualquier momento. La técnica en tiempo real consiste en hacer interferir la imagen holográfica con aquella de la muestra en deformación, mientras se encuentra todavía en su lugar.

2 P á g i n a 36 Con esta técnica se puede seguir la tendencia de las franjas de interferencia en tiempo real. La magnitud de los microdesplazamientos que sufre la muestra puede evaluarse contando el número de franjas presentes en el holograma. Límites Al prescindir de los métodos holográficos, que por otra parte están por ahora poco difundidos, el límite principal de los métodos ópticos consiste en la posibilidad de detectar solamente defectos que aparecen en la superficie; además, la interpretación de la señal es subjetiva. Sobre superficies especulares, no se puede utilizar ninguna de las técnicas que usan haces de luz rasantes a la superficie para detectar, a través del fenómeno de la difusión, la presencia de defectos. El control de partes de grandes dimensiones crea problemas para la puesta a punto de las técnicas interferométricas, a causa de la mayor la superficie a iluminar y a los pequeños movimientos que pueden comprometer las mediciones. Visualización del defecto Con los métodos tradicionales, el defecto se observa simplemente tal como aparece sobre la superficie examinada o moderadamente amplificado. Con los métodos más avanzados, tales como la holografía interferométrica o el análisis de imágenes, la imagen del defecto, después de elaborarse en la computadora, se reconstruye sobre el monitor en forma de franjas de interferencias. Desarrollos La adopción de microcámaras conectadas a una computadora personal para la elaboración de imágenes ha aumentado notablemente el alcance de los endoscopios (hasta treinta metros), permitiendo el examen de cavidades muy profundas. En el campo de la interferometría holográfica, recientemente se han estudiado y desarrollado sistemas de visión que permiten reconocer e inspeccionar en tiempo real incluso objetos complejos. La puesta a punto de sistemas de comparación electrónica de hologramas por medio de telecámaras, en remplazó de la comparación por superposición fotográfica, ha permitido el desarrollo de interesantes variantes en la técnica holográfica conocidas con el acrónimo de ESPI (Electronic Speckle Pattern Interferometry) que encuentra aplicación en el análisis de las vibraciones de los componentes industriales.

3 P á g i n a 37 Radiografía Principio del método El principio se basa en la variación de la atenuación que las radiaciones electromagnéticas, en este caso los rayos X y los rayos y, sufren cuando encuentran un defecto en su curso a través del material. Figura 27 : Principio de la radiografía industrial. Aplicación y desarrollo El método radiográfico es uno de los primeros métodos de ensayo no destructivo que fue introducido en la industria para la detección de defectos internos. El campo de aplicación de la radiografía es muy vasto. Incluye el-control de las soldaduras, fundiciones, productos estampados, forjados, materiales compuestos, materias plásticas, componentes de construcciones civiles, etc.

4 P á g i n a 38 A la radiografía de objetos estáticos se le une la de procesos dinámicos, como la trayectoria de un proyectil a lo largo del cañón, el curso de un metal líquido durante la colada, la combustión del carburante en el interior de un misil, el estudio de un proceso de soldadura, etc. El progreso tecnológico ha traído grandes innovaciones en las técnicas de ensayo con el método radiográfico. Entre las más significativas figuran: El uso de intensificadores de brillo y de tubos de reproducción, ha hecho posible en los equipos de radioscopia la transferencia de la imagen radiográfica de la pantalla fluorescente al monitor, con una notable mejora de la sensibilidad; La digitalización de la imagen radiográfica, para la transferencia de la radiografía a la computadora, permite una elaboración de aquella con la consiguiente mejora del contraste y la definición. Es posible además, la memorización de una gran cantidad de radiografías, lo que facilita el archivo y la consulta; La técnica microfocus, utilizando equipos con dimensiones del foco radiográfico del orden de centésimas de milímetro, puede realizar aumentos del objeto radiografiado; La tomografía computada está en condiciones de representar la sección radiográfica de la pieza. Figura 28: Radiología industrial.

5 P á g i n a 39 Técnicas de ensayo Son numerosas las técnicas de ensayo por el método radiográfico. La elección depende de numerosos factores, entre los cuales los principales son: el tipo de material (madera, acero, aluminio, materiales plásticos, compuestos, hormigón, etc.) y su forma, el lugar donde se debe realizar el control, la temperatura de la pieza, la sensibilidad requerida y el espesor a examinar. Los equipos radiógenos de energía media y baja, son del tipo compacto, fácilmente transportables; para altas energías se emplean aceleradores lineales que son en general instalaciones fijas ubicadas en un bunker. Otras fuentes de radiaciones muy usadas para realizar los controles radiográficos, son los isótopos radioactivos que emiten rayos gamma. Los isótopos más utilizados son el Cobalto 60 y el Iridio 192. La emisión es isométrica, es decir que se produce en todas las direcciones. No necesitan ninguna alimentación eléctrica y se usan mucho para la realización de gammagrafías en los montajes industriales. Los parámetros que pueden variar en las diferentes condiciones de exposición son numerosos; entre ellos, los más importantes son: La energía de la radiación, de la cual depende el poder de penetración de la misma; El tipo de película, de la cual depende la definición de la imagen; Las pantallas reforzadoras que adheridas a la película filtran las radiaciones difusas e intensifican la imagen latente sobre ella; La distancia foco-película, de la cual depende la penumbra geométrica de la imagen. La correcta elección de estos factores es determinante para el buen resultado del ensayo. Limites El máximo espesor radiografiable del acero es del orden de los mm. Empleando aceleradores lineales de alta energía; con equipos compactos tales espesores bajan a mm. En radioscopia (visualización en pantalla), los espesores a examinar se reducen a: mm para el acero y 50 mm para las aleaciones ligeras.

6 P á g i n a 40 Los defectos bidimensionales como las fisuras pueden no detectarse si su orientación respecto del eje del cono está inclinada. El uso bajo cualquier circunstancia de fuentes de radiación ionizante requiere el respeto de las leyes aplicables en materia de radio protección, con el consiguiente y obvio aumento de los costos de control. Visualización del defecto La visualización del defecto puede darse en la película radiográfica, en la pantalla fluorescente o sobre el monitor. Figura 29: Imagen radiográfica de una unión soldada; se notan las fisuras longitudinales dispuestas a lo largo del cordón. Detección de fugas Principio del método Cuando en una pared que separa dos ambientes de distinta presión existe una discontinuidad, el fluido contenido en el ambiente a mayor presión pasa a aquel que está

7 P á g i n a 41 a menor presión, con alcance variable según la velocidad. En ciertos casos, la turbulencia provocada en el área del pasaje lleva a la generación de ruidos de banda ancha. Figura 30: Principio del método de detección de la fuga. Aplicaciones La necesidad de garantizar el sellado máximo de los tanques (o de sistemas de tuberías) que contienen sustancias tóxicas o en instalaciones de alto riesgo (químicos, nucleares, aeroespaciales), en condiciones de efectiva seguridad y respetando el ambiente, ha llevado a ampliar y a mejorar las técnicas de control no destructivo, desarrollando, junto a los métodos ya mencionados (radiografía, líquidos penetrantes, partículas magnéticas, corrientes inducidas, ultrasonido, etc.), otros capaces de detectar eventuales fugas de gases o líquidos. Las causas que crean pérdidas en un componente pueden ser múltiples; generalmente, son atribuibles a defectos estructurales como fisuras o porosidad, al mal acoplamiento mecánico o a la elección equivocada del tipo de guarnición. Los métodos de detección de fugas, se realizan para prevenir fugas imprevistas de fluido de proceso y la consiguiente contaminación ambiental, para prevenir pérdidas accidentales de fluido que podrían interferir con el normal funcionamiento de la

8 P á g i n a 42 instalación creando graves daños económicos, para cuantificar las pérdidas ya existentes y para verificar que estos valores estén por debajo de los valores admitidos. Figura 31: Prueba de detección de pérdidas en una estación de bombeo. Además de los sectores arriba mencionados, el método ha encontrado gran aplicación para la búsqueda de fugas en la red de distribución de agua potable y gas. La edad a menudo avanzada de las cañerías, las juntas imperfectas, la falta de protección catódica, etc. constituyen las causas principales de las pérdidas sobre estas líneas. Técnicas de ensayo Existen numerosas técnicas para verificar la estanqueidad de un componente, pero solamente algunas de ellas han logrado una relación calidad/costo tal como para permitir su difusión a escala industrial. Entre ellas: La prueba de burbujas; La prueba mediante variación de presión;

9 P á g i n a 43 La prueba con diodo de halógenos; La prueba mediante espectrometría de masa; La técnica de correlación acústica. Todas estas pruebas pueden realizarse presurizando el componente bajo examen o poniéndolo al vacío. La prueba de las burbujas de jabón permite tanto la determinación como la localización de la pérdida. No se necesita un instrumento particular para la prueba. Se utilizan como indicadores simples mezclas de agua y tensioactivos o reveladores químicos. No es posible cuantificar con exactitud la magnitud de la pérdida. La prueba de pérdida mediante la variación de presión se realiza midiendo las variaciones de presión entre el interior y el exterior del recipiente a prueba. Con este método es posible cuantificar la pérdida, pero no localizar el punto exacto de la fuga. La prueba de pérdida mediante diodo de halógeno, se basa en el efecto de Langmuir- Taylor9: un electrodo de platino, cuando se calienta a una temperatura de C, emite iones positivos que aumentan considerablemente si las moléculas de un gas trazador que contenga halógenos golpean la superficie del electrodo. El sistema bajo prueba puede rellenarse con el gas trazador preseleccionado, hasta una cierta sobrepresión, de modo que cuando el gas salga por los puntos de fuga, sea detectado por sondas especiales, ligeras y portátiles, llamadas "olfateadoras". El espectrómetro de masa es un dispositivo que permite la identificación de las especies atómicas o moleculares, en función de su relación entre la masa y la carga eléctrica. Para la realización de la prueba se emplea el helio como gas trazador, difundiéndolo en el interior de un recipiente a baja presión o sobre la superficie del componente a controlar, previa-mente colocado al vacío y unido al detector de pérdidas: el pasaje eventual del helio a través de la discontinuidad pasante (porosidad, fisuras, sellados defectuosos) se realiza en el interior del espectrómetro; se mide su presión parcial y el resultado visualizado sobre un indicador. La técnica de correlación acústica empleada en la búsqueda de fugas en las redes de agua y gas, dispone los sensores adecuados para la detección de ruidos causados por las pérdidas tal como para localizar las fuentes de emisión acústica, prescindiendo de la presencia de otros ruidos producidos por el ambiente.

10 P á g i n a 44 Figura 32: Sonda empleada en la búsqueda de fugas en las redes de transporte de agua y gas con la técnica de correlación acústica. Limites Estas pruebas requieren una rigurosa estandarización de las condiciones de limpieza y de calibrado de los instrumentos de medición, así como de personal calificado. Pueden existir peligros ligados a la puesta bajo presión de los componentes, al uso del freón, del amoníaco o de trazadores radioactivos. La ejecución de una prueba de detección de fugas debe hacerse con mucha atención ya que una elección correcta de la técnica y de los parámetros de ejecución puede optimizar al mismo tiempo la sensibilidad, el costo y la confiabilidad de la prueba. La sensibilidad del método es mayor con la técnica al vacío, respecto a la de presión.

11 P á g i n a 45 Al utilizar la técnica de correlación acústica, es preciso notar que el ruido de un gas es menor respecto al de un líquido, en cuanto el nivel de ruido producido, manteniéndose iguales las demás condiciones, crece con la densidad del fluido. Visualización del defecto Para la visualización del defecto se pueden utilizar fluidos indicadores de composición muy simple (agua destilada y tensioactivos) o reveladores químicos que, cuando se aplican, toman una coloración particular en correspondencia con las pérdidas. En otros casos se utilizan sensores muy sofisticados que usan el efecto termoiónico o la espectrometría de masa, o bien que detectan el ruido producido por la fuga. Desarrollos Se están desarrollando técnicas de detección de fugas a grandes distancias, tanto para con-ductos de líquidos (acueductos, oleoductos) como de gas (gasoductos). Los sistemas instrumentales se basan en sensores de largo alcance y en la gestión de la señal mediante microprocesadores. El método es de gran utilidad para tener bajo control extensas redes de distribución de fluidos críticos. Es posible hacer hipótesis sobre la creación de microestaciones de detección distribuidas a lo largo de las redes, de alta confiabilidad y costo reducido. Los datos enviados por las microestaciones se pueden transmitir por radio o cable a una estación de detección centralizada, capaz de procesar y de activar, en caso de pérdida, sistemas adecuados de alarma. Termografía Principio del método El principio se basa en la medición de la distribución de la energía irradiada por una superficie, en relación con la variación de temperatura y/o emisividad superficial del objeto en examen. Una anomalía con tal distribución de temperatura es indicadora de un posible defecto.

12 P á g i n a 46 Aplicaciones El método termográfico encuentra hoy aplicaciones en numerosos sectores; se emplea, por ejemplo, en el campo automovilístico para el estudio de la puesta a punto de componentes como neumáticos, lunetas térmicas, frenos, radiadores, turbocompresores, etc. En la siderurgia, encuentra aplicación en la determinación de los perfiles térmicos de coladas en fase de solidificación y en la inspección de los revestimientos refractarios de los hornos de fundición y de tratamiento. En el sector aeronáutico, la termografía se aplica al control de los materiales compuestos para la detección de descamaciones u otras roturas. En el sector eléctrico y electrónico, encuentra aplicación en la detección de puntos calientes' o fríos", desconexiones, etc. La siguiente figura muestra el recalentamiento anómalo de un cable eléctrico debido a un mor-seto flojo: es suficiente desconectar el cable, limpiar el morseto, controlar la superficie de contacto y apretar el tornillo de fijación después de haber remplazado, eventualmente, el cable eléctrico.

13 P á g i n a 47 Figura 33: Aplicación de la termografía de las conexiones eléctricas. La siguiente figura muestra un motor con temperatura elevada en la carcasa por ventilador de enfriamiento sucio o envuelta completamente tapada.

14 P á g i n a 48 Figura 34 :Aplicación de la termografía a un motor eléctrico. En la siguiente figura, finalmente, se nota un defecto de funcionamiento del cojinete de un motor, detectado por un exceso de temperatura que supera en mucho la máxima admitida para el funcionamiento de ese tipo de cojinete: la falla puede imputarse tanto al daño del cojinete como a una falta de alineación del árbol del motor, que por lo tanto sobrecarga mucho al cojinete.

15 P á g i n a 49 Figura 35 : Aplicación de la termografía en un cojinete. Figura 36 : Aplicación de la termografía a las cañerías.

16 P á g i n a 50 En la industria química la tomografía se aplica a la optimización de los procesos, al control de los reactores o torres de refinación. En el campo civil las aplicaciones conciernen a la evaluación del aislante térmico de las construcciones, la posibilidad de estudiar partes de la construcción de los edificios, etc. En el campo artístico ha demostrado ser de gran utilidad para la detección de desprendimientos, de separaciones de los revoques y para el diagnóstico de la conservación y restauración en general de las obras de arte. En lo que se refiere a la investigación ambiental, la termografía es un potente instrumento para la detección de situaciones de polución y contaminación de suelos y aguas. Técnicas de ensayos Consiste generalmente en la aplicación de un esfuerzo térmico, en medir la distribución de las temperaturas superficiales y en visualizarlas para reconocer eventuales anomalías en correspondencia con los defectos. En ambos casos es preciso conocer (o poder hacer una hipótesis segura) la distribución de las temperaturas superficiales en ausencia de defectos, para poder compararlas con la distribución real medida durante el ensayo. El caso más simple ocurre cuando la distribución de las temperaturas debería ser uniforme y los defectos se manifiestan o como zonas calientes (por ejemplo componentes de equipos eléctricos con resistencia más alta) o frías (por ejemplo sopladuras in-ternas del Material). Límites Es importante, sin embargo, distinguir dos casos: el esfuerzo térmico se realiza directamente en el mismo objeto durante su funcionamiento: equipos eléctricos, instalaciones con fluidos calientes (o fríos) aislantes entre dos zonas con diferentes temperaturas, efecto termoelástico, etc.; el esfuerzo térmico se aplica durante el examen con técnicas particulares (generalmente un recalentamiento por radiación o por conducción) y según la modalidad, para estudiar caso por caso, de modo que se pueda evidenciar mejor el defecto. La anomalía en la distribución de las temperaturas puede ser demasiado pequeña para ser medida; e Las discontinuidades muy pequeñas no se detectan porque quedan ocultas detrás del ruido de fondo.

17 P á g i n a 51 Visualización del efecto o del objeto La distribución de las temperaturas puede medirse: Con barnices termosensibles, que cambian de color de acuerdo con la temperatura (termografía de contacto); Mediante telecámaras termográficas que trasmiten al monitor una imagen (en blanco y negro o a color) de la distribución de las temperaturas en la superficie encuadrada, en función de su temperatura superficial (termografía al infrarrojo). En tal caso una anomalía en la distribución de las temperaturas superficiales, correspondiente a un posible defecto, se visualiza como una "mancha de color". En la siguiente figura se muestra una telecámara termográfica. Figura 37: Ejemplo de telecámara termográfica. Desarrollos La mejora de los sistemas termográficos computarizados y del software especializado en la elaboración de datos termográficos, permitirá simplificaciones notables en la aplicación de la técnica y ayudará a realizar controles más exactos. Considerando las numerosas aplicaciones posibles del método, se puede prever un desarrollo del control termográfico en todos los niveles industriales.