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CAPITULO II MARCO TEORICO
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CAPÍTULO II
MARCO TEORICO
1. TEORIZACION DE LAS VARIABLES
Las variables objeto de estudio, son:
(a). Procesos Operacionales
(b). Ensayos no destructivos
2. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÒN
Con el objeto de fundamentar el presente estudio, se procedió a una
revisión de investigaciones anteriores que pudieran guardar relación con los
procedimientos operacionales para la realización de Ensayos no
Destructivos, sugiriendo entre ellos:
R Chirinos, J; Flores, D; Vilches, J (2006). Titulada sistema de
mantenimiento preventivo de los equipos de prevención de la empresa
Ingeniería de calidad e inspecciones asociadas, C.A. (INCIACA). Ofrece un
enfoque descriptivo basado en la metodología de Hodson (1996) y Morrow
(1986), de los sistemas de mantenimiento preventivo en los que se reseñan
los ensayos no destructivos como forma de diagnosticar fallas e instruyen al
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personal la manera de buscar posibles soluciones.
Aportando así al presente estudio, bases de cómo diagnosticar e
identificar las situaciones en que es necesaria o viable la aplicación de un
END. Entre los cuales destacan Líquidos Penetrantes, Partículas
Magnéticas, Radiología Industrial y Ultrasonido en la Industria.
Daniel Aquilino; González Fernández; presenta en su tesis doctoral
“Contribuciones a las técnicas no destructivas para la evaluación y prueba de
procesos y materiales basadas en radiaciones infrarrojas” realizada en la
Universidad de Cantabria de Santander Colombia en el año de 2006 la
aplicabilidad potencial de la termografía infrarroja en la evaluación no
destructiva ni invasiva.
Esto aporta a la presente investigación la piedra angular en la
elaboración de ensayos no destructivos con herramientas de Radiación
Infrarroja,
La fecha 16 de abril del 2007 representa para la Universidad Central de
Venezuela, el inicio del proyecto de “Adecuación Del Laboratorio De Ensayos
No Destructivos De La Escuela De Ingeniería Metalúrgica De La UCV” a cargo
del Prof. Freddy Fraudita, jefe del laboratorio de ensayos no destructivos de la
escuela de metalurgia de la UCV quien contempla como objetivo del proyecto
aplicar los ensayos no destructivos, en particular los ultrasonidos y la
radiografía industrial en el estudio de los factores que afectan la medición del
tamaño de la grieta y otros defectos en diferentes materiales.
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El aporte de esta tesis es el de reseñar la medición de fallas detectadas
mediante ensayos no destructivos así mismo se toma este proyecto como
referencia este proyecto para adecuar y obtener un plano referencial de
laboratorio de ensayo no destructivo y la forma de entrenar al personal de la
industria nacional en la aplicación de estas técnicas de inspección de
materiales.
3. BASES TEÓRICAS
3.1. PROCEDIMIENTOS OPERACIONALES
Es un conjunto de procedimientos conformados por varias fases o
etapas, donde se utilizan recursos técnicos, tecnológicos, humanos, físicos,
financieros para la ejecución de las actividades planificadas en el tiempo
estipulado.
Galindo y Martínez (1999, p.31) definen los procedimientos
operacionales como un conjunto de pasos o etapas sucesivos a través de los
cuales se interrelacionan para llevar a cabo una actividad. Las
organizaciones en su desenvolvimiento operacional y funcional requieren de
la realización de actividades y tareas para lograr desarrollar sus actividades
productivas, estas se aglomeran en proceso.
En tal sentido, afirman Stoner y otros (1994, p.86) que los
procedimientos operacionales son conjunto de pasos necesarios para llevar
a cabo una tarea que así mismo se realizan de acuerdo con unas normas,
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leyes, principios y reglas para alcanzar los objetivos y las metas de la
organización.
Según, Melinkoff (1990, p.27), define los procedimientos operacionales
de la siguiente manera, “es un medio, un instrumento por excelencia, para
alcanzar los fines u objetivos establecidos por la organización”.
Sin duda alguna, que sólo mediante la utilización de estas herramientas
es posible lograr este fin. Por todo esto el objetivo debe ser planteado,
estableciendo bases racionales de instrumentación que significa crear
compatibilidad entre los objetivos y los instrumentos de los cuales son los
procesos y en ellos los procedimientos, uno de los más importantes, como
también son los instrumentos o medios de trabajo, que sirven para actuar
sobre los objetos que han de ser transformados.
3.2. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
Según Sieend (1997), los Ensayos no Destructivos, END o Pruebas no
Destructivas PND (NDT en inglés), son o pertenecen a un campo de la
Ingeniería que se desarrolla rápidamente. Las técnicas como la digitalización
de imágenes, la radiografía por neutrones, el electromagnetismo o la emisión
acústica, que eran relativamente desconocidas hasta hace pocos años, se
han convertido en herramientas de uso cotidiano en las industrias que
desean mantenerse en la vanguardia del mercado ofreciendo calidad en sus
productos.
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Ahora bien, Finol y Salazar (1990, p.a1-2), afirman que los Ensayos no
Destructivos, son el examen de un objeto con una tecnología tal que no le
afecte para su uso futuro. Los END suministran un excelente balance entre el
control de calidad y el costo, de allí que el término END engloba métodos
que pueden detectar imperfecciones internas o externas, mediante
determinar la estructura, composición o propiedades de los materiales y por
último, medir las características geométricas.
Según la Asociación Española de Ensayos no Destructivos (2000), los
Ensayos no Destructivos, consisten en ciertas pruebas a las que se somete
un objeto para verificar su calidad o el estado de la misma, sin que éste
resulte dañado o inutilizado, una vez efectuados aquellos. Todos ellos están
basados en principios físicos y de su aplicación se obtienen los resultados
necesarios para establecer un diagnóstico del estado de la calidad del objeto
inspeccionado.
Dichos resultados no se muestran de forma absoluta, sino que lo hacen
con un lenguaje indirecto, lo que obliga a interpretarlos a partir de las
indicaciones propias de cada método y en relación con los principios físicos
en que están basados, naturaleza del material y procesos de fabricación.
Para ello, la formación con la que cuenten los profesionales que los apliquen
es decisiva.
Según el planteamiento de Finol y Salazar (1990, p.a1-2), los Ensayos
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No Destructivos son métodos de ensayo que permiten detectar y evaluar
discontinuidades, estructuras, componentes o piezas sin modificar sus
condiciones de uso o aptitud de servicio. Estos ensayos están reunidos en
una disciplina tecnológica determinada por una metodología de aplicación y
condicionada por los factores económicos inherentes a la actividad
productiva.
Es por ello, que los END son utilizados en todas las fases del diseño o
manufactura de un producto, incluyendo la selección de materiales,
investigación y desarrollo, ensamble, control de calidad y mantenimiento. Las
actividades que revisten mayor importancia para los fines de esta
investigación son las pruebas e inspecciones que normalmente se practican
a los materiales y que se pueden dividir de diferentes formas: como lo son
líquidos penetrantes, partículas magnéticas, radiografía industrial y el
ultrasonido.
Una de las clasificaciones más usuales es la siguiente: Pruebas
Destructivas, Pruebas no Destructivas. El objetivo principal de las pruebas
destructivas es determinar cuantitativamente el valor de ciertas propiedades
de los materiales, como resistencia mecánica, la tenacidad o la dureza, entre
otras.
La ejecución de las pruebas destructivas involucra el sacrificio del
material, la destrucción de la probeta o la pieza empleada en la
determinación correspondiente, por lo que se puede concluir que los ensayos
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destructivos son en resumen de la aplicación de métodos físicos directos que
alteran de forma permanente las propiedades físicas, químicas, mecánicas o
dimensionales de un material, parte o componente sujeto a inspección.
Para Quintero (1995, p.2), este tipo de pruebas siempre ha sido
necesario para comprobar si las características de un material cumplen con
lo especificado durante el diseño. Debe observarse que estas pruebas no se
pueden aplicar a todas las partes o componentes, ya que serían destruidos y
perderían su utilidad.
Sin embargo, Ramírez (1975, p.3), considera que el desarrollo de
nuevas tecnologías y la optimización de los productos o los requisitos de
seguridad, como es el caso de la industria aeroespacial, la nucleoeléctrica o
la petroquímica, impusieron también nuevas condiciones de inspección, en
las cuales se estableció la necesidad de verificar hasta en un 100% los
componentes críticos.
Lo que planteó una severa dificultad a los departamentos de calidad,
hasta que iniciaron el empleo de otras técnicas de inspección, diferentes a la
visual, con las cuales se medía la integridad de los componentes sin
destruirlos. Esto fue posible al medir alguna otra propiedad física del material
y que estuviera relacionada con las características críticas del componente
sujeto a inspección; es decir, se inició la aplicación de las pruebas no
destructivas.
Las Pruebas No Destructivas (PND) son la aplicación de métodos
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físicos indirectos, como es la transmisión del sonido, la opacidad al paso de
la radiación, entre otros, y que tienen la finalidad de verificar la sanidad de
las piezas examinadas. No obstante, cuando se aplica este tipo de pruebas
no se busca determinar las propiedades físicas inherentes de las piezas, sino
verificar su homogeneidad y continuidad. Por lo tanto, estas pruebas no
sustituyen a los ensayos destructivos, sino que más bien los complementan.
Las pruebas no destructivas, como su nombre lo indica, no alteran de
forma permanente las propiedades físicas, químicas, mecánicas o
dimensionales de un material. Por ello no inutilizan las piezas que son
sometidas a los ensayos y tampoco afectan de forma permanente las
propiedades de los materiales que las componen.
De acuerdo con su aplicación, Ramírez (1975, p.13), expone que los
Ensayos No Destructivos (nombre más comúnmente usado para las pruebas
no destructivas) se dividen en:
§ Técnicas de Inspección Superficial.
§ Técnicas de Inspección Volumétrica.
3.2.1. TÉCNICAS DE INSPECCIÓN SUPERFICIAL
Según Ramírez (1975, p.13), en la técnica de inspección superficial solo
se comprueba la integridad superficial de un material. Por tal razón, en su
aplicación es necesario detectar discontinuidades que estén en la superficie,
abierta a ésta o a profundidades menores de 3 mm. Este tipo de inspección
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se realiza por medio de cualquiera de los siguientes ensayos no
destructivos.
§ Inspección visual (VT)
§ Líquidos penetrantes (PT)
§ Partículas magnéticas (MT)
§ Electromagnetismo (ET)
3.2.2. TÉCNICAS DE INSPECCIÓN VOLUMÉTRICA
De igual forma, Ramírez (1975, p.13), expone que en la técnica de
inspección volumétrica, su aplicación permite conocer la integridad de un
material en su espesor y detectar discontinuidades internas que no son
visibles en la superficie de la pieza. Este tipo de inspección se realiza por
medio de cualquiera de los siguientes ensayos:
§ Radiografía industrial (RT)
§ Ultrasonido industrial (UT)
§ Radiografía Neutrónica (NT)
§ Técnicas de inspección superficial
3.2.3. METODOLOGÍA DE APLICACIÓN DE ENSAYOS NO
DESTRUCTIVOS
En consecuencia de lo expuesto por (Finol y Salazar 1990, p. 2), los
Ensayos No Destructivos están caracterizados por una metodología de
aplicación que puede ser descrita en los siguientes términos:
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3.2.3.1. APLICACIÓN DE UN CAMPO DE ENERGÍA
a) Aplicación de un campo de energía: Puede ser un haz de
radiación electromagnética, un campo magnético, un campo de energía
vibratoria, entre otros.
3.2.3.2. INTERACCIÓN DEL CAMPO DE ENERGÍA CON EL MATERIAL
EN ENSAYO
b) Interacción del campo de energía con el material en ensayo:
Puede tratarse de absorción, atenuación, reflexión o refracción del campo de
energía vibratoria, destrucción de líneas de flujo de un campo magnético,
entre otros.
3.2.3.3. DETECCIÓN DE LAS MODIFICACIONES PRODUCIDAS EN EL
CAMPO DE ENERGÍA APLICADO
c) Detección de las modificaciones producidas en el campo de
energía aplicado: En esta etapa se obtiene la información mediante el uso
de un detector apropiado que puede ser una película fotográfica, un cristal
piezoelectrónico o simplemente la vista o el oído según el método utilizado.
3.2.3.4. PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN
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d) Procesamiento de la información: La información obtenida en el
elemento que actúa como detector puede requerir un procedimiento que
puede ser químico como en el caso de una película fotográfica o electrónica
como en el caso de la señal obtenida en un cristal piezoelectrónico en el
ensayo ultrasónico. La mayor o menor complejidad de esta etapa, está
determinada no sólo por el método utilizado sino también por los
requerimientos establecidos en cada caso para la interpretación y registro de
los resultados.
3.2.3.5. INTERPRETACIÓN DE LA INFORMACIÓN
e) Interpretación de la información: Esta etapa, que es decisiva en la
aplicación del ensayo, está basada en el conocimiento de las correlaciones
existentes entre las modificaciones del campo de energía aplicado y la
estructura y propiedades del material. Requiere además el conocimiento de
las características de respuestas del detector utilizado y las modificaciones
introducidas en el procedimiento previo de la información.
3.2.3.6. EXPRESIÓN Y REGISTRO DE RESULTADOS
f) Expresión y registro de resultados: En muchos métodos la
expresión de resultados es directa y puede ser asentada por el operador en
planillas u hojas de informe en forma inmediata. En otros casos el operador
debe hacer comparaciones con patrones de referencia, o bien transformar
en un texto escrito las señales que obtiene.
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En cuanto al registro de los resultados debe tenerse en cuenta que
algunos métodos permiten técnicas de aplicación que brindan un registro
permanente de los resultados, mientras que en otros métodos se debe
recurrir a registros fotográficos, de grabación en cinta magnética, entre otros.
La posibilidad de obtención de un registro permanente de los resultados
puede determinar en ciertos casos la elección de un método entre varias
alternativas.
3.2.4. PROBLEMAS QUE SON OBJETO DE LA APLICACIÓN DE LOS
END
En líneas anteriores se han descrito los objetivos generales de la
aplicación de los END. A continuación se señalan las aplicaciones
específicas de acuerdo a Finol y Salazar (1990, p.a4).
3.2.4.1. DETECCIÓN DE DISCONTINUIDADES
Es la presencia de un elemento que interrumpe la continuidad en la
masa de un material.
3.2.4.2. DEFECTOS
Es una discontinuidad que interfiere con el funcionamiento correcto y
seguro de una pieza o equipo.
3.2.4.3. DETECCIÓN DE VARIACIÓN Y COMPOSICIÓN
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a. Inhomogeneidad y segregación
b. Composición química (Detección y evaluación)
c. Clasificación de materiales (Identificación)
3.2.4.4. DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS
a. Conductividad electrónica
b. Conductividad térmica
c. Constantes dieléctricas
d. Constantes elásticas
e. Durezas.
3.2.4.5. DETERMINACIÓN DE ESTADO FÍSICO
a. Estructura metalográfica
b. Tamaño de grano
c. Acabado superficial
d. Detección de transformaciones de fases en metales y aleaciones
(Emisión Acústica)
e. Textura
f. Tensiones residuales.
3.2.5. MÉTODOS DE ENSAYO NO DESTRUCTIVOS
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Para Quintero (1995, p.5), los diferentes principios en que se basan los
END comparándose con el tipo de problemas que deben resolver, se puede
sacar como primera conclusión, que no existe un método de END en
particular que pueda tener una aplicación universal. Los diferentes métodos
de END son específicos para un determinado tipo de problema.
En muchos casos existe la posibilidad de aplicar más de un método
con iguales resultados en cuanto a la información que se pueda obtener, en
otros casos de los varios métodos aplicables, uno puede tener ventaja sobre
los demás. Puede ocurrir también que la información que se desea pueda
obtenerse utilizando en forma complementaria más de un método aplicable
o que sea necesario pensar en el desarrollo de un método específico para
obtener la información que se necesita.
Para Quintero (1995, p.6) Cada especificación de END debe estar
basada en un correcto conocimiento de la naturaleza y función del material o
parte a ser ensayada y de las condiciones en que prestará servicio a fin de
poder seleccionar el método más apropiado. Además también se deben
suministrar los datos de carga en servicio, condiciones de operaciones,
límites de aceptación de defectos o de variaciones de propiedades,
identificando las zonas de tensiones críticas así como los puntos y tipos de
fallas más probables.
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En este mismo orden de ideas, Finol y Salazar (1990, p.5), expresan
que los principios de los Ensayos No Destructivos (END) tienen una
aplicación universal, debido a que los diferentes métodos de END son fijados
para un determinado tipo de problemas.
De allí que la intención de esta investigación es mostrar a los
profesionales de área, así como al personal gerencial, que se pueden utilizar
estos ensayos no solo como un requisito de calidad a cumplir, sino también
para implantar políticas y optimizar la producción. Los ingenieros pueden
emplearlos para disminuir los tiempos muertos de producción, eliminar el
desperdicio de materiales y mantener una alta productividad industrial.
Es importante mencionar que según Ramírez (1975, p.9), para
efectuar estas pruebas correctamente y obtener el máximo de sus
beneficios, se requiere que el personal que los realice esté debidamente
capacitado en la técnica específica de Ensayos No Destructivos que desea
aplicar.
3.2.6. LIMITACIONES DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
Según Sieend (1997), la primera limitación a la que se enfrentan los
usuarios de este tipo de pruebas es que en algunos casos la inversión inicial
es alta, pero puede ser justificada si se analiza correctamente la relación
costo-beneficio, especialmente en lo referente a tiempos muertos en las
líneas productivas.
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Cuando no existen procedimientos de inspección debidamente
preparados y calificados o cuando no se cuenta con patrones de referencia o
calibración adecuados, una misma indicación puede ser interpretada de
forma diferente por dos o más inspectores.
Si bien los Ensayos No Destructivos son relativamente fáciles de
aplicar, se requiere que el personal que los realice haya sido debidamente
capacitado y calificado y que cuente con la experiencia necesaria a fin de
que se interpreten y evalúen correctamente, evitándose el desperdicio de
material o la pérdida de tiempo sobre la inspección.
3.2.7. BENEFICIOS DEL EMPLEO DE LOS ENSAYOS NO
DESTRUCTIVOS
El primer beneficio que se puede observar es que al aplicar
correctamente los Ensayos No Destructivos y combinarlos con un buen
análisis estadístico, contribuye a mejorar el control de proceso de fabricación
de una parte, componente o servicio, también ayuda a mejorar la
productividad de una planta, al prevenir paros imprevistos por falla de un
componente crítico, además de ayudar a programar los planes de
mantenimiento, lo que reduce el tiempo y el costo de la reparación.
Otros beneficios que no contemplan muchas empresas es que al
emplear los END, como una herramienta auxiliar al mantenimiento industrial,
se tiene una mejor evaluación de las partes y componentes en servicio, lo
que permite optimizar la implementación del mantenimiento correctivo.
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3.2.8. TIPOS DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
3.2.8.1.- LÍQUIDOS PENETRANTES
Según, Quintero (1995, p. 10), los líquidos penetrantes (también
llamados “Tintes Penetrantes”) es uno de los ensayos portátil y en
general muy sencillo de aplicar, así como adaptables, que se caracterizan
por ser aplicados a sistemas automáticos de inspección en líneas de
producción. En casos de inspección puntual, es además, sumamente
económico.
Según el autor antes mencionado la confiabilidad del ensayo depende,
en su mayor parte de dos factores a) la alta calidad del producto utilizado y b)
la experiencia del usuario. La experiencia es un factor fundamental, ya que
se requiere una correcta aplicación siguiendo las recomendaciones del
fabricante, así como la buena selección del tipo de líquidos penetrantes a ser
utilizados dependiendo del tipo de material inspeccionado y de las
características de las discontinuidades que se desean detectar.
Adicionalmente el inspector debe estar en capacidad de evaluar e interpretar
los resultados obtenidos durante el desarrollo del ensayo.
El ensayo de Líquidos Penetrantes, según Finol y Salazar (1990, p.a9)
es un método no destructivo que permite detectar discontinuidades abiertas a
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la superficie en materiales no porosos. Está basado en el principio de
capilaridad.
El método de ensayo no destructivo por líquidos penetrantes sirve para
detectar discontinuidades que afloran a la superficie en sólidos no porosos.
Según Ramírez (1975, p.532), se utiliza un líquido que al aplicarlo sobre la
superficie de la muestra, penetra por capilaridad en las discontinuidades o
grietas. Posteriormente, y una vez eliminado el exceso de penetrante de la
superficie de la muestra, el líquido contenido en las discontinuidades exuda y
puede ser observado en la superficie.
FIGURA 1
LÍQUIDOS PENETRANTES Y LIMPIADORES Fuente: Yogas (2005)
Para la Sieend, en términos generales, esta prueba consiste en aplicar
un líquido coloreado o fluorescente a la superficie a examinar, el cual penetra
en las discontinuidades del material debido al fenómeno de capilaridad.
Después de cierto tiempo, se remueve el exceso de penetrante y se aplica
un revelador, el cual generalmente es un polvo blanco, que absorbe el líquido
que ha penetrado en la discontinuidad y sobre la capa de revelador se
delinea el contorno de la pieza .
• PROPÓSITOS DEL ENSAYO POR LÍQUIDOS PENETRANTES
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Para Quintero (1995, p.9), los líquidos penetrantes son productos
utilizados a partir de métodos y procedimientos preestablecidos para la
detección de grietas y otras discontinuidades abiertas a la superficie, en
general a todos los tipos de materiales sólidos y no porosos, ferrosos y no
ferrosos tales como: Aceros, Aceros Inoxidables, Fundiciones, Cobre, Níquel,
Aluminio, Magnesio, Bronce, Vidrios, Titanio, Cerámicas Vitrificadas,
Plásticos, Gomas, entre otros.
Sin embargo, en caso de gomas, debe verificarse que sobre las mismas
no se generen efectos secundarios que limiten la operatibilidad de las piezas;
en el caso de las aleaciones de Níquel, ciertos Aceros Inoxidables y Titanio
debe tenerse especial cuidado de evitar altas concentraciones de cloro y
azufre.
Entre sus numerosas aplicaciones se incluyen la inspección de
planchas, tuberías, piezas forjadas, fundidas, soldadas, con tratamientos
térmicos, rectificadas, entre otros; también se aplica en la industria
aeronáutica, automovilística, mecánica, metalúrgica, naval, nuclear,
petrolera, petroquímica, siderúrgica, eléctrica, ferroviaria, entre otros.
Las ventajas de la técnica son las siguientes: economía y fácil de
aplicar, excelente sensibilidad, llegándose a detectar fisuras desde 0.01 mm,
de profundidad y 0.0001 mm de ancho. (Referencias: “Bloque de sensibilidad
de Ni-Ci” conforme a la norma JIS), alta confiabilidad y reproductividad de
los resultados; estan aprobados por las normas interpersonales; MIL-I-
25135C (ASG)-D-165 (74), ASME-Sec V, NAVSHIPS-250-1500-1 y otras.
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• ETAPAS BÁSICAS DEL ENSAYO
Retomando a Finol y Salazar (1990, p.9-12), existen cinco pasos
básicos en la aplicación del método, estos son:
§ Limpieza previa de la superficie: La superficie debe estar seca y
limpia, sin contaminantes, tales como: polvo, grasa, moho, escamas, óxidos
e inclusive el agua.
§ Aplicación del penetrante: Una vez limpia la superficie se aplica el
penetrante bien sea por inmersión, brocha o spray. El líquido penetra en la
discontinuidad, por capilaridad.
El tiempo que hay que esperar a fin de garantizar que el líquido llegue a
las fisuras, se denomina tiempo de penetración.
§ Remoción del exceso del penetrante: Consiste en retirar el penetrante
de la superficie de la pieza.
§ Aplicación del revelador: El revelador actúa como papel secante
absorbiendo el penetrante de las discontinuidades hacia la superficie. La
salida del penetrante del interior de las discontinuidades es posible debido al
efecto de capilaridad inversa.
§ Inspección: Inmediatamente después de la aplicación del revelador se
procede a la inspección de la superficie a fin de detectar las posibles
discontinuidades presentes. La inspección se hace con luz blanca si el
penetrante es coloreado y con luz negra si es fluorescente.
Concluida la inspección de la pieza, se procede a realizar la limpieza de
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la misma a fin de eliminar los restos de penetrante, para evitar la
contaminación o perjuicio de la pieza.
FIGURA 2
ETAPAS DEL ENSAYO DE LÍQUIDOS PENETRANTES
Fuente: Ramírez (1975)
• PRINCIPIOS BÁSICOS DEL ENSAYO POR LÍQUIDOS
PENETRANTES
Para Ramírez (1975, p.18), el fenómeno físico que permite el desarrollo
de esta técnica es conocido con el nombre de capilaridad o fuerza capilar,
siendo este efecto una de las fuerzas más importantes de la naturaleza física
de los fluidos. La acción capilar es la tendencia de los líquidos de penetrar en
pequeñas aberturas, como grietas, poros o fisuras. La capacidad de un fluido
1) Superficie preparada para el ensayo 2) Aplicación del penetrante
3) Aplicación del emulsificador4) Defunción del emulsificadoren el penetrante
5) Lavado del penetrante emulsificado
6) Aplicación del revelador
7) Observación
1) Superficie preparada para el ensayo 2) Aplicación del penetrante
3) Aplicación del emulsificador4) Defunción del emulsificadoren el penetrante
5) Lavado del penetrante emulsificado
6) Aplicación del revelador
7) Observación
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de tener mayor o menor fuerza capilar depende de varios factores, entre los
que se pueden citar: viscosidad, tensión superficial y cohesión molecular. Por
otra parte, la viscosidad de un fluido es la propiedad consecuencia de la
fricción o roce interno entre sus moléculas oponiendo resistencia al
deslizamiento entre dos capas sucesivas.
Igualmente, Ramírez (1975, p.18), expone que la tensión superficial de
un líquido, es la fuerza que tiende, a mantener unida la superficie del mismo.
La fuerza de cohesión es la resultante de la interacción entre las moléculas
de un mismo cuerpo, a las que mantiene unidas, oponiéndose a fuerzas que
tiendan a separarlas. Ahora bien, el ángulo, influye en la habilidad del fluido y
por lo tanto en su capacidad de esparcirse y cubrir completamente la
superficie.
• TIPOS DE LÍQUIDOS PENETRANTES COMERCIALMENTE
DISPONIBLES
Los líquidos penetrantes son clasificados por “tipo” “método” y “nivel de
sensibilidad” según la norma MIL-I-25135D, de la siguiente manera
LÍQUIDOS PENETRANTES
Tipo I, Fluorescentes
Tipo II, Coloreados (llamados también visibles)
Tipo III, Modo Dual de Tipo I y II
En este sentido, el tipo de penetrante además de indicar que clase de
pigmento fue utilizado en la elaboración del mismo, también indica bajo que
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condiciones de luz se deben visualizar las indicaciones. Por otra parte, los
fluorescentes requieren de un área física de ensayo que se halle oscurecida,
en la cual se podrá utilizar una lámpara de luz ultravioleta permitiendo excitar
la fluorescencia del penetrante. Los coloreados no requieren de instalaciones
especiales, sino únicamente de luz blanca con suficiente intensidad como
para permitir una buena visibilidad, los cuales, trabajan bajo ambas
condiciones de iluminación. Se presentan los métodos de aplicación de los
líquidos penetrantes
1. Método A removible o lavable con agua
2. Método B post-emulsificante con base de aceite
3. Método C removible o lavable con solvente
4. Método D post-emulsificante con base de agua.
El método, también llamado proceso, especifica como debe removerse
el penetrante de la superficie de inspección, una vez transcurrido el tiempo
necesario, para que el mismo entre en las discontinuidades superficiales
encontradas. Las removibles con agua, como su nombre lo indica pueden ser
lavados directamente con agua, los post-emulsificante con base aceite,
requieren de un paso intermedio antes del lavado con agua, en el cual es
agregado un agente emulsificante con el cual reacciona para permitir el retiro
del penetrante mediante el uso del citado líquido.
Los removibles con solvente, son aquellos cuya película de líquidos
penetrante es recogida con trapos o papeles absorbentes húmedos con
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solvente especialmente formulados para tal fin. Los post-emulsificante con
base agua, requieren de un paso intermedio antes del lavado directo, en el
cual le es agregado un aceite emulsificante con base agua con el cual
reaccionan para permitir el retiro del penetrante mediante el uso del citado
líquido.
Nivel de sensibilidad 1, bajo, Nivel de sensibilidad 2, medio, Nivel de
sensibilidad 3, alto, Nivel de sensibilidad 4, muy alto. De allí que el nivel de
sensibilidad indica la capacidad de penetrante para entrar en
discontinuidades de menor tamaño, siendo asignado el número 1 para la
más baja y el número 4 para la más alta. Es por ello que los penetrantes de
sensibilidad dual son utilizados bajo luz blanca y las indicaciones
cuestionables o muy finas son elevadas luego a luz ultravioleta.
• PROCEDIMIENTO DE APLICACIÓN DE LOS LÍQUIDOS
PENETRANTES
La preparación de la pieza a ser inspeccionada consiste en la remoción
de los contaminantes del área a ser ensayada, incluyendo cualquier agente
humectante como el agua.
Tomando nuevamente a Ramírez (1975, p.535), la más amplia
utilización de los líquidos penetrantes es en el campo de los materiales no
magnéticos tales como aluminio, magnesio, acero inoxidable, cobres,
bronces, latones y otras aleaciones y metales. También es aplicable a la
inspección de cerámicas vitrificadas, vidrio y plásticos de todos los tipos, para
lo que se han desarrollado y puesto a punto penetrantes especiales. Sin
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embargo, no da resultados con materiales porosos.
Según Quintero (1995: , p.9) la preparación de la pieza, es una de las
etapas criticas del proceso a pesar de que generalmente no es tomada es
serio. Una mala limpieza inicial, que la misma esté húmeda, puede impedir
que la superficie quede plenamente expuesta posterior del penetrante, y por
lo tanto la inspección nunca será confiable. La limpieza puede ser realizada
mediante la aplicación de cualquier procedimiento dado a continuación.
1. Desengrasamiento por vapor de agua; aplicable a aceite, grasas y
contaminantes orgánicos, sin embargo debe evitarse en el caso de
aleaciones de níquel, aceros inoxidables y titanio donde no haya sido
probada previamente, ya que tiende a generar cambios micro estructurales
perjudiciales.
2. Inmersión en caliente o en frío con detergentes; limpiando
excelentemente la pieza, sin embargo está la limitación del tanque para pieza
de gran tamaño.
3. Pulverización con spray o pistola de aire comprimido; ideal para pieza
de gran tamaño donde se tenga la disponibilidad de los equipos requeridos.
4. Limpieza con solventes o removedores de pintura; a pesar de su
costo relativamente alto pueden ser utilizados en la prelimpieza.
5. Ataques químicos; utilizando soluciones ácidas o alcalinas para
lograr descapados de material, es ideal para sistema estacionarios.
Ultrasonido: manejada en combinación con solventes o detergentes,
esta técnica vibratoria da muy buenos resultados pero es solo aplicable en
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piezas pequeñas.
No es recomendable la limpieza por métodos abrasivos como: arenado,
granallado, cepillado, escariado, esmerilado, entre otros. Ya que deforman la
superficie del material y ocultan las posibles discontinuidades. Generalmente
las especificaciones prohíben el uso de estos métodos abrasivos de limpieza,
particularmente en materiales blandos como el aluminio.
La selección del método de limpieza a ser utilizado depende de los
siguientes factores:
1. Tipo de contaminante a ser removido
2. Composición o aleación de la pieza a ser inspeccionada
3. Nivel de limpieza requerido para la inspección
4. Costos y tiempo involucrados
5. Cantidad y dimensiones de las piezas a inspeccionar.
• ILUMINACIÓN ADECUADA
De acuerdo a Ramírez (1975, p.21), en los ensayos fluorescentes o
líquidos penetrantes Tipo I, es requerida la utilización de la luz negra o
ultravioleta en ambientes acondicionados y oscuros de trabajo, cuya
intensidad de luz ambiental sea de 320 lux. Cuando la luz negra incide los
pigmentos fluorescentes, estos reaccionan y devuelven parte de la energía
recibida de luz visible para el ojo humano. Este efecto hace resaltar y
magnificar las indicaciones más finas y por lo tanto aumenta la resolución y
nitidez del ensayo.
40
Igualmente, Ramírez (1975, p.25) describe que en los ensayos
coloreados o visibles, también llamados líquidos penetrantes tipo II, es
requerido la utilización de la luz blanca, la cual es la obtenida por cualquier
bombillo estándar o luz natural existente en las generalidades de los
ambientes normales de trabajo. La intensidad de dicha luz debe ser tal que
permita la visualización cómoda por parte del inspector de cualquier
indicación que se encuentre en la fuerza de trabajo, la ASTM recomienda un
mínimo de 320 lux.
• APLICACIÓN DEL LÍQUIDOS PENETRANTES Y TIEMPO DE
PENETRACIÓN
Para Finol y Salazar (1990, p.a65) el proceso permite la entrada del
reactivo llamado “penetrante” dentro de las fisuras abiertas a la superficie de
la pieza, para ello se requiere que dicho reactivo posea una baja de densidad
a fin de producirse la penetración por el fenómeno de capilaridad ya
mencionado y descrito anteriormente. Los procesos más comunes para
lograr una buena aplicación son:
§ Por aerosol o pistola de pulverización por aire comprimido.
§ Con brocha sobre la superficie de la pieza a ensayar.
Asimismo, Finol y Salazar (1990, p.a70) exponen que la aplicación del
penetrante debe generar en todo caso una capa “fina y uniforme” que cubra
toda la superficie a inspeccionar. Adicionalmente para obtener resultados
satisfactorios en la aplicación de penetrantes en aerosol debe conservarse
una distancia prudente con el fin de lograr una buena dispersión de las
41
partículas sobre la superficie, siendo recomendable la distancia de la
aplicación entre 20 y 25 cm.
El tiempo de penetración a ser utilizado depende de:
§ El tipo de penetrante
§ Material a inspeccionar
§ Discontinuidades a ser detectadas
§ Factores intrínsecos de la pieza: geometría, dimensiones y rugosidad
superficial.
• REMOCIÓN DEL EXCESO DE PENETRANTE
Según Finol y Salazar (1990, p. a72) una vez transcurrido el tiempo de
penetración, se debe retirar el exceso de líquido penetrante que no se aloja
en las discontinuidades de la pieza. Deben evitarse fallas de procedimientos
en dichas etapas ya que una remoción excesiva elimina el penetrante de las
porosidades y fisuras.
Por el contrario, una remoción pobre deja sobre la superficie una
delgada película que puede distorsionar los resultados al reaccionar con el
revelado. En los casos en que sea permisible debe verificarse la remoción
del exceso de penetrante mediante una inspección visual con luz natural o
fluorescente según sea el caso.
• REVELADO
Finol y Salazar (1990, p. 72) definen el revelado como un compuesto
42
diseñado para trabajar como papel y absorber por difusión el penetrante que
se ha filtrado en las discontinuidades superficiales, generando así las
indicaciones. Deben proveer un contraste nítido al absorber el penetrante, de
forma tal que facilite la apreciación del contorno de las discontinuidades.
Adicionalmente para obtener resultados satisfactorios en la aplicación
en aerosol debe conservarse una distancia prudente con el fin de lograr una
buena dispersión de las partículas reaccionantes sobre la superficie y una
rápida evaporación del solvente, siendo recomendable la distancia de
aplicación entre 20 y 25 cm.
Los reveladores se dividen en “formas” según la norma MIL- I- 25135D,
de la siguiente manera:
1. Forma A, polvo seco: es un polvo muy fino de coloración blanca,
aplicado por inmersión, empolvado de forma manual o automática. El exceso
se puede eliminar por soplado suave de aire limpio o golpeado ligero.
2. Forma B, soluble en agua: son aplicados luego de enjugar la pieza,
pero a diferencia de los de suspensión en agua, está constituido
básicamente por sustancias cristalinas que al evaporarse el agua, cristalizan
formando una matriz que comienza la acción reveladora.
3. Forma C, de suspensión de agua: los reveladores acuosos (basados
en agua) se aplican inmediatamente después de la remoción con agua del
exceso de penetrante, mediante un proceso de rociado, inmersión o
pulverizado. Posteriormente la pieza debe ser sometida a un proceso de
secado al ambiente o preferiblemente, con un secador o estufa con
43
circulación forzada de aire.
4. Forma D, no acuoso: requieren previo a su aplicación que la pieza se
encuentre totalmente seca, para luego aplicar el revelado por pulverizado, ya
sea con aerosoles o de recipientes a granel.
5. Forma E, de aplicación específica: en esta categoría se incluyen los
revelados utilizados para aplicaciones especiales, donde por ejemplo es
requerida una baja concentración de azufre y cloro como en el caso de
aleaciones de níquel, algunos aceros inoxidables y titanio.
• TIEMPO DE REVELADO
El tiempo de revelado para Finol y Salazar (1990, p.73) consiste en el
periodo de tiempo mínimo requerido para que todo el penetrante retenido en
las discontinuidades fluya hacia el exterior de las mismas por acción del
revelado, permitiendo la inspección de las indicaciones respectivas.
Como regla práctica, el tiempo de revelado es generalmente la mitad
del tiempo de penetración, no debiendo ser nunca menor a siete (7) ni en
general mayores a treinta (30) minutos.
Por otro lado, Finol y Salazar (1990:a73) exponen que en el caso de los
revelados acuosos, el tiempo de revelado comienza cuando se inicia el
proceso de secado. Para revelados no acuosos, se deben esperar un mínimo
de siete (7) minutos para iniciar la observación, pudiendo incrementar este
44
tiempo si las fisuras que se deseen detectar son de tamaño muy pequeño.
• INSPECCIÓN
Una vez realizados los pasos descritos anteriormente se procede a la
evaluación de los resultados obtenidos mediante la observación directa sobre
la superficie inspeccionada, sin embargo para Ramírez (1975, p.35) existen
ciertas recomendaciones previas a ser seguidas para lograr una buena
evaluación de los resultados obtenidos, entre ellas se puede citar: mantener
el área de inspección libre de elementos que puedan distraernos o
contaminar la superficie bajo ensayo, acostumbrar la vista durante al menos
cinco (5) minutos a las condiciones de iluminación imperantes en el medio
ambiente y tomarse un descanso para evitar la fatiga de la vista de al menos
quince (15) minutos por cada dos (2) horas de inspección continua.
Una vez seguida las recomendaciones anteriores se evalúa la superficie
de inspección sobre la cual se habrán generado una serie de figuras o
contornos (llamadas indicaciones), con diferentes tamaños, formas e
intensidades del color del penetrante, las cuales según Ramírez (1975, p.36)
se dividen en:
1. Relevantes: son producidas por algún tipo de discontinuidad presente
en la superficie del material y que con toda probabilidad constituyen un
defecto.
2. No relevantes: son generadas por discontinuidades o geometrías
45
permisibles por diseño, por ejemplo agujeros ciegos, roscas entre otros, y por
lo tanto no constituyen un defecto.
3. Falsas: no corresponde a ningún tipo de discontinuidad ya que
son usualmente producto de malas aptitudes o condiciones de trabajo, como
por ejemplo huellas dactilares, marcas por roces contra otras piezas,
revelados contaminados con penetrante, entre otros. Por lo tanto no todas
las indicaciones son sinónimas de defectos.
• LIMITACIONES GENERALES
Según Ramírez (1975, p.535), el método, por supuesto, puede
aplicarse a materiales ferromagnéticos, pero existen diversas razones por las
que, en estos casos, se prefiere utilizar el método de las partículas
magnéticas. Algunas de estas razones son:
§ Las partículas magnéticas pueden detectar discontinuidades e
impurezas no solo superficiales, sino también subsuperficiales.
§ Se detectan grietas rellenas de óxidos o cualquier otro
contaminante y también inclusiones no metálicas.
§ Pueden detectarse grietas situadas bajo capas de pintura o
plaqueados.
§ El ensayo por partículas magnéticas es, en general, más rápido y
económico que por líquidos penetrantes.
• VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LOS LÍQUIDOS PENETRANTES
46
A continuación, se presenta la tabla 2, que según Ramírez (1975,
p.540) resume las principales ventajas y limitaciones de los líquidos
penetrantes fluorescentes autoemulsionables, post-emulsionables y
coloreados.
TABLA 1 VENTAJAS Y L IMITACIONES EN EL EMPLEO DE LÍQUIDOS
PENETRANTES
Penetrante fluorescente autoemulsionable
Ventajas Limitaciones La fluorescencia le proporciona una muy buena visibilidad. Se puede lavar directamente con agua. Se puede utilizar en superficies rugosas. Gran economía de tiempo en el proceso. Bueno para una amplia gama de discontinuidades.
El lavado excesivo puede disminuir la sensibilidad. El anodinado puede afectar su sensibilidad. El cromado puede afectar su sensibilidad. No es adecuado para discontinuidades de poca profundidad. Precisa de cámara oscura, dotada de luz negra, para la observación.
Penetrante fluorescente post-emulsionable
Ventajas Limitaciones La fluorescencia le proporciona una muy buena visibilidad. Tiene alta sensibilidad para discontinuidades pequeñas. Puede detectar discontinuidades abiertas y de poca profundidad. Tiempo de penetración corto. Puede utilizarse en piezas cromadas o anodinadas.
No es lavable directamente con agua. La aplicación del emulsificador alarga el tiempo del ensayo. Precisa de cámara oscura, dotada de luz negra, para la observación. Difícil de aplicar en productos rugosos. A veces se hace difícil el lavado en zonas inaccesibles. Suele ser inflamable.
Penetrante Coloreado
Ventajas Limitaciones Se puede emplear en equipos portátiles. No es necesaria luz negra para su observación.
Suele ser inflamable. Las indicaciones son menos visibles que las obtenidas con penetrantes
47
Puede emplearse en piezas en las que no esté permitido el uso de agua para su lavado. Puede utilizarse sobre piezas anodizadas. Es muy sensible para discontinuidades chicas.
fluorescentes. Difícil de aplicar en piezas rugosas, tales como piezas moldeadas en arena.
3.2.8.2.- RADIOGRAFÍA
Según la Sieend, el caso de la Radiografía Industrial, 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.
La inspección por radiografía se define como un procedimiento de
inspección no destructivo de tipo físico, diseñado para detectar
discontinuidades microscópicas y variaciones en la estructura interna o
configuración física de un material.
Al aplicar el ensayo radiográfico, 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
48
utilizada para detectar discontinuidades internas en una amplia variedad de
materiales.
FIGURA 3
FUENTE RADIACTIVA
Fuente: Bonias (1990)
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 desarrollos que modifican las técnicas radiográficas
aplicadas al estudio no solo de materiales, sino también de partes y
componentes; todo con el fin de hacer más confiables los resultados durante
la aplicación de la técnica.
Por otro lado, Quintero (1995, p.1), afirma que el principio físico en el
que se basa esta técnica es la integración entre la materia y la radiación
electromagnética, siendo esta última de una longitud de onda muy corta y de
alta energía. Durante la explosión 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
inspeccionada. La radiación ionizante que logra traspasar el objeto, puede
49
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.
1. Radiografía con rayos X
2. 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 radioactivos
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 electrónico 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, de allí que la capa
de blindaje alrededor del tubo absorbe los rayos X, excepto aquellos que
50
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
conservará radioactividad.
Aunque existen arreglos especiales, diseñados para casos
determinados, el equipo que se emplea con más frecuencia para la
inspección radiográfica es el siguiente:
1. Fuente de radiación (Rayos X o rayos gamma)
2. Controles de la fuente
3. Película radiográfica
4. Pantallas intensificadoras
5. Indicadores de calidad de la Imagen
6. Accesorios.
• REQUISITOS Y SECUENCIA DE LA INSPECCIÓN POR
RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL
El procedimiento que normalmente se sigue para obtener una
radiografía se describe de la siguiente forma: Inicialmente, deben conocerse
algunas características del material que se va a examinar como son tipo de
metal, su configuración, el espesor de la pared a ser radiografiada, entre
otros. Todo ello con el fin de seleccionar el radioisótopo o el kilovoltaje más
adecuado.
51
Una vez establecida la fuente de radicación, se deben calcular las
distancias entre estas, el objeto y la película, para así poder obtener la
nitidez deseada. Igualmente, se selecciona la película con ciertas
características que permitan una exposición en un tiempo razonable y una
calidad de imagen óptima.
Esta se coloca dentro de un porta película que sirve como protección
para evitar que la luz dañe la emulsión fotográfica, y que además contenga
las pantallas intensificadoras que sirven para reducir el tiempo de exposición,
mejorando con esto la calidad de la imagen. Este último proceso se efectúa
en el laboratorio.
Una vez realizado lo anterior, se procede a poner en prácticas las
medidas de seguridad radiológica en la zona en la que se va a efectuar la
radiografía con el fin de evitar una sobredosis al personal que pueda estar
laborando cerca de la zona de inspección.
A continuación, se hace el arreglo para colocar la fuente a la distancia
calculada con respecto al objeto y se coloca la película radiográfica del otro
lado de éste para registrar la radiación que logre al material sujeto a
inspección.
Esta radiación provoca la impresión de la película radiográfica, que
corresponde al negativo de una fotografía. Entre mayor sea la cantidad de
radiación que incida sobre la película, más se ennegrecerá esta. Con el
objeto de determinar la sensibilidad y la calidad de una radiografía, se
emplean indicadores de calidad de imagen, mal llamados penetrametros. Al
52
realizar la inspección, los indicadores de calidad de imagen se eligen
normalmente de manera que el espesor de estos represente
aproximadamente el 2% del espesor de la parte a inspeccionar y siempre
que sea humanamente posible se colocarán del lado de la fuente de
radiación.
La exposición se realiza, bien sea sacando la cápsula que contiene al
radioisótopo o encendiendo al aparato de rayos X, esto se lleva a cabo
durante el tiempo previamente calculado para realizar la exposición. Una vez
terminada la exposición, se recupera la cápsula o se apaga el instrumento de
rayos X y la película se lleva a revelar.
Si se comprueba que la imagen es satisfactoria se interpreta para
conocer que tipo de indicadores están presentes, las cuales posteriormente
serán evaluadas para conocer su nivel de severidad y su posible efecto en el
material que se inspecciona.
• 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 pueden
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
53
físicas (efectos de fluorescencias), médicas (destrucción de ciertas células),
biológicas (mutaciones o aplicaciones de esterilización biológicas).
En segundo lugar, deben mencionarse las aplicaciones en las cuales se
emplean los efectos físicos, como son la dirección (determinación de
estructuras cristalográficas), fluorescencia (determinación de composición
química) y la ionización (detección de la radiación), entre otros.
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
procesos de altas temperaturas, la medición de niveles de fluidos, la
determinación de densidades en procesos de producción continua y
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 luz visible, lo que da lugar al uso de esta técnica en el
control de calidad de productos soldados, fundiciones, forjas, entre otros,
para la detección de defectos internos microscópicos tales como grietas,
socavados, penetración incompleta en la raíz, la falta de fusión, entre otros. • 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.
54
§ Descubre los errores de fabricación y ayuda a establecer las acciones
correctivas.
• LIMITACIONES DE LA RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL
§ No es recomendable utilizar en piezas de geometrías complicadas.
§ 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 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.
• NEUTROGRAFÍA
La neutografía es una técnica de Ensayo No Destructivo similar a la
radiografía común. En esta técnica, en vez de emplear los rayos X o gamma,
se emplea un haz de neutrones provenientes de un reactor nuclear que al
incidir sobre un objeto, modificará el haz según la estructura interna del
objeto. El haz modificado se hace incidir sobre un chasis donde se encuentra
55
una película radiográfica que transforma la radiación incidente en una
imagen interna del objeto.
Para este propósito se utiliza uno de los haces radicales del RP-10,
pudiéndose analizar objetos de hasta 1 metro cúbico de volumen. Esta
técnica es de utilidad para el análisis y detección de fisuras, fallas,
componentes ocultos, dimensiones, humedad interna, entre otros, en todo
tipo de objetos, así como para detectar el estado o la presencia de objetos
hechos de compuestos orgánicos o que contienen agua, dentro de una
estructura metálica.
También es útil para diversos campos de la industria, por ejemplo, la
industria pirotécnica, detección de sellos y de humedad, industria aeronáutica
(detección de corrosión de aluminio), prueba de blindajes a bases de plomo,
entre otros, esta técnica es complementaria a la radiografía que se realiza
con rayos x o gamma en la industria.
• APLICACIONES DE RADIOTRAZADORES Y FUENTES DE RADIACIÓN
EN INDUSTRIA
• APLICACIONES DE LOS TRAZADORES
Los radiotrazadores se usan para monitorear el curso de muchos
procesos industriales y optimizar los procesos complejos de la industria e
identificar fallas sin interrumpir las operaciones. Dentro de las ventajas que
ofrecen los radiotrazadores, se puede, destacar el hecho de que su uso en
56
pequeñas cantidades, no perturbe los procesos, además que no se ven
afectados por las variables del proceso, tales como la presión, temperatura,
entre otros.
Por otro lado, pueden obtenerse en diferentes formas, según el material
o proceso que se esté estudiando, es decir, como líquidos, sólidos o gases.
Estos permiten conocer en forma simultánea el comportamiento de más de
una fase, utilizando trazadores de diferente energía para cada una de ellas.
Con el uso de los radiotrazadores se han determinado parámetros de
transporte de material como por ejemplo flujos volumétricos y masivos,
distribución de tiempos de residencias, coeficiente de dispersión, entre otros,
ubicar o cuantificar fugas y filtraciones y realizar balances de masas, entre
otras aplicaciones.
• APLICACIONES DE LAS FUENTES DE RADIACIÓN Y LOS
SISTEMAS DE CONTROL NUCLEÓNICO
La producción industrial moderna exige un control estricto de los
procesos con vistas a satisfacer los estándares de calidad competitivos
acorde a los requerimientos actuales del mercado. Este tipo de control se
realiza en ocasiones con Sistemas de Control Nucleónico, basados en las
propiedades características de las radiaciones emitidas por fuentes
radiosotópicas o generadores de rayos X o neutrones.
57
Dichas propiedades permiten realizar mediciones sin necesidad de
contacto, pudiéndose controlar procesos a altas velocidades, con materiales
nocivos o a elevadas temperaturas, con materiales susceptibles de dañarse
por contacto y productos envasados. Los parámetros más requeridos para
medición son: nivel, densidad, humedad, composición, espesor, entre otros.
Una de las técnicas de fuente de radiación, que ha encontrado mayor
aplicación, es el perfilaje gamma y neutrónico aplicado a las columnas de
destilación de petróleo, fraccionadoras de craqueos catalíticos y
rectificadores en general, así como torres absorbedoras, columnas de
destilación binaria, y torres empacadas en plantas químicas y petroquímicas.
Cualquier distorsión de los perfiles normales se puede traducir como
anomalías de funcionamiento. En pocas palabras, lo que se puede
establecer en las performace hidráulica de las columnas, en plena operación.
• SERVICIOS DE APLICACIÓN DE RADIOISÓTOPOS EN INDUSTRIA
a. Radiotrazadores en industria de procesos químicos.
b. Fuentes selladas de radiación gamma neutrónica, para la
inspección y control de equipos de procedimiento industrial.
c. Radiotrazadores en procesamiento de minerales metálicos.
d. Radiotrazadores en procesamiento de minerales no metálicos.
e. Fuentes selladas para estudios de sedimentología.
f. Radiotrazadores en estudio de transporte de contaminantes
derivados de la actividad minera e industrial.
58
g. Radiotrazadores en estudios de tratamiento de aguas y aguas
residuales.
h. Radiotrazadores en estudios de dispersión de contaminantes
industriales y domésticos vertidos en el medio ambiente.
i. Radiotrazadores y fuentes de radiación para estudios de
modelamiento matemático y optimización de procesos industriales y
ambientales
j. Radiotrazadores y fuentes de radiación en evolución y optimización
de centrales de generación de energía.
k. Radiotrazadores en estudio de pérdidas y fugas en equipamientos
industriales (intercambiadores de calor, rehervidores, entre otros).
• TÉCNICAS NUCLEARES EN CENTRALES DE GENERACIÓN DE
ENERGÍA
Durante muchos años el uso de la tecnología nuclear y de las
radiaciones ha contribuido a la eficiencia energética, especialmente de
centrales hidroeléctricas y térmicas.
Las centrales hidroeléctricas no suelen tener la eficiencia esperada,
debido entre otras razones, a deficiencias de orden hidráulico que ocasionan
distorsiones en el flujo dentro de los sistemas y por ende, en las
distribuciones de los tiempos de residencia de tránsito de las masas de agua
que frecuentemente son conducidas desde lugares muy atrapados. Las
técnicas de trazadores permiten obtener información del sistema o parte de
59
él, mediante la observación del comportamiento de trazador al proceso,
durante su recorrido por el sistema o al salir del mismo.
Los métodos de producción energética modernos, especialmente
automáticos, necesitan ser monitoreados constantemente a fin de controlar el
proceso de producción. Tal monitoreo a menudo es llevado a cabo mediante
dispositivos de control que utilizan las propiedades de la radiación ionizante.
Estos dispositivos se denominan medidores nucleares, los cuales no
necesitan estar en contacto con el material a examinar y son usados para
vigilar:
§ Procesos de alta velocidad.
§ Materiales con temperatura extrema o propiedades químicas
peligrosas.
§ Materiales que se dañan por contacto.
• SEGURIDAD RADIOLÓGICA
§ La unidad que se emplea para definir el efecto biológico de la
radiación en el hombre es el Rem.
§ Los instrumentos empleados para detectar la radiación son llamados
dosímetros y para la medición utiliza las unidades Roetgens o Rem.
§ Una persona menor de 18 años no debe ser radiólogo.
§ La máxima exposición a que debe exponerse una persona es 5 Rem
por año.
§ Una persona no debe recibir más de 1.36 Rem durante 3 Meses.
60
§ Una persona no debe recibir más de 100 miliRem durante una
semana.
§ Cualquier persona que adquiera una dosis superior a las limitaciones
anteriores debe someterse a tratamiento médico.
§ En el caso de una persona civil, la radiación permisible corresponde a
la décima parte de la recibida por un radiólogo.
• PROCESADO DE LA PELÍCULA
Una vez radiografiada la pieza y estando preparados los líquidos
químicos para el procesado de la película, se procede de la siguiente forma:
1. Al entrar al cuarto oscuro se encenderá la lámpara de luz ámbar.
2. Sacar la película del porta-películas y colocarla en el gancho.
3. Revelado. Sumergir la película en el revelado durante 5 minutos,
con el fin de reducir los halogenuros de plata en la película.
4. Lavado intermedio. Después del revelado, la película se lavará con
agua durante 1 minuto.
5. Fijado. Introducir la película en el fijador durante 10 minutos.
6. Lavado Final. La película se lavará en agua para retirar el fijador.
7. Secado. Por último se dejará secar la película, ya sea al aire libre o
algún sistema para este fin.
• UNIDADES PARA LA MEDIDA DE RADIACIÓN
El Roentgen (R) es la medida de la carga eléctrica producida por las
radiaciones (ionizacion) X o gamma depositada en aire seco en condiciones
61
estándar. Definida como carga eléctrica depositada por 1 gramo de radio 226
medios a una yarda de distancia en una hora, se sustituyó por la unidad X
(C/kg) incluida en el sistema internacional de unidades, pero sin un nombre
definitivo todavía, con lo que sigue siendo más popular para esta magnitud la
unidad antigua.
El rad (acrónimo de radiation absorbed dose) es una unidad de dosis
absorbida en términos de energía depositada en la materia. El rad se definió
como una dosis absorbida de 100 ergios de energía por gramo de materia.
La unidad más reciente de la dosis absorbida, usada en el sistema
internacional de unidades es el gray, que se define como 1 joul de energía
depositada por kilogramo de materia. La equilibrada entre ambas unidades
es de 1 Gy = 100 rad.
Para determinar el riesgo de la radiación se mide la “eficacia biológica
relativa” de la radiación, obteniendo un factor de corrección (Q antes, RBE
ahora) que multiplicando a la dosis absorbida da como resultado una medida
directa de la dosis efectiva biológica. Esta dosis efectiva biológica, o dosis
efectiva simplemente, se mide en rem (acrónimo de roentgen equivalent
man), el cual es igual a la “dosis de radiación” absorbida (medida en rads)
multiplicada por un “factor de calidad” que valora la eficacia de cada tipo
particular de radiación.
En el sistema internacional de unidades la “eficacia biológica relativa”
de la radiación se mide en sieverts (Sv), que es igual a 100 rems, para las
partículas alfa la “eficacia biológica relativa” puede llegar a valer 20, de modo
62
que un rad sería equivalente a 20 rems. Lo mismo es aplicable a la radiación
de neutrones. En cambio para las partículas beta, los rayos X y los gamma,
la “eficacia biológica relativa” se valora como 1 por lo que en dichos tipos de
radiación el rad y el rem serían equivalentes.
• EXPOSICIÓN (EL ROENTGEN)
La exposición es una medida de la ionizacion producida por una
radiación; su unidad es el Roentgen. Un Roentgen (R) es la oposición (X o
Gamma) recibida por un kilogramo de aire en condiciones estándar de
presión y temperatura.
• DOSIS ABSORBIDA (EL GRAY Y EL RAD)
En vista de que el Roentgen deposita cantidades de energía según el
material que recibe la exposición, resulta más cómodo definir un nuevo
concepto, la dosis absorbida (D), como la energía depositada por unidad de
masa, independiente de que material se trate.
En el S.I. la unidad de dosis absorbida es el Gray (Gy), definido como
sigue:
1Gy = 1J/Kg
La unidad antigua de dosis absorbida es el rad, definido como;
1rad = 0.01 J/ Kg.
Dosis equivalente (el sievert y el rem)
63
La unidad de dosis equivalente en el S.I. es el Siervt (Sv), definido
como:
1Sv: 1G x Q
La unidad antigua es el rem 1 rem =1rad x Q. Notese que 1 rem =
0.01Sv = 1 cSv.
3.2.8.3. PARTÍCULAS MAGNÉTICAS
El método de partículas magnéticas, es para Ramírez (1975, p.38) una
herramienta de inspección creada con la finalidad de permitir la detección de
discontinuidades en forma más rápida que por el método de líquidos
penetrantes, encontrándosele amplia aplicación en los más diversos sectores
industriales, siendo un ítem de fundamental importancia en el área de los
Ensayos No Destructivos, sobre todo en la industria automotriz, aeronáutica,
siderúrgica eléctrica, naval, entre otros.
Este método es aplicado a materiales ferromagnéticos. Es bastante
conocido erróneamente como: Magnaflux; siendo este nombre el de
apenas una marca americana fabricante de este tipo de equipos, ya que por
ejemplo otras marcas igualmente reconocidas mundialmente son Tiede,
Parker, Econospect, entre otros.
Según la idea de Quintero (1995, p.7), a pesar de que la teoría envuelta
en este método de ensayo, es relativamente complicada, en la práctica, es
de sencilla aplicación. Sin embargo, es necesario tener un conocimiento
64
sólido sobre cada uno de los factores y principios fundamentales sobre el
ensayo con Partículas Magnéticas, antes de intentar su aplicación práctica,
para la cual se requiere conocer como afectan cada una de las variables de
ensayo y tomar las respectivas decisiones sobre un gran número de
consideraciones.
Básicamente, el ensayo mediante partículas magnéticas es un método
de Ensayo No Destructivo utilizado para localizar discontinuidades en la
superficie y en la zona cercana a la superficie, en materiales
ferromagnéticos. Este tipo de ensayo es, obviamente, de carácter magnético
y consiste en:
§ Magnetización de la pieza bajo ensayo.
§ Aplicación de un medio de inspección magnético (partículas).
§ Interpretación de las indicaciones a través del medio magnético o
partículas.
FIGURA 4 ENSAYO CON PARTÍCULAS MAGNÉTICAS
Fuente: Núñez (2004)
65
Según lo expuesto por Finol y Salazar (1990, p.b1), la prueba con
partículas magnéticas es un método de ensayos no destructivos para
detectar fallas en ó cerca de la superficie en materiales ferromagnéticos. La
palabra ferromagnético se refiere a un material que se puede fácilmente
magnetizar, que comunica a un cuerpo propiedades magnéticas o que tiene
virtud de atraer hierro.
• PRINCIPIOS DE LA INSPECCIÓN POR PARTÍCULAS
MAGNÉTICAS
Para Ramírez (1975, p.38) la inspección por medio de partículas
magnéticas consiste en un proceso relativamente simple y no requiere de
equipos sofisticados para su realización, siendo aplicable a materias primas
como lingotes y perfiles, durante procesos como conformados y
mecanizados, y en la inspección de piezas en servicio.
El método de inspección está basado en el principio de que un campo
magnético en un objeto magnetizado sufre una distorsión local debido a la
presencia de una discontinuidad. Esta distorsión conocida como fuga de
campo magnético, es el fenómeno que provoca el escape y reingreso de la
línea de fuerza en torno a la discontinuidad. Este campo de fuga es capaz de
agrupar en torno a sí pequeñas partículas de material magnético generando
así una indicación.
• OBJETIVO FUNDAMENTAL DEL ENSAYO PARTÍCULAS
MAGNÉTICAS
Retomando la idea de Quintero (1995, p 8), los procesos modernos de
manufactura y las condiciones severas de servicio, exigen que las fallas en
66
las piezas sean detectadas lo más temprano posible durante el proceso de
fabricación o servicio. Esto significa que cada pieza debe pasar por un
control individual de calidad antes de su utilización final o puesta en servicio.
El objetivo del ensayo por Partículas Magnéticas es el de asegurar
máxima confiabilidad en la detección de discontinuidades superficiales o
cercanas a la superficie, por medio de:
§ Obtener una imagen visual relacionada a una discontinuidad en la
superficie de un espécimen prueba.
§ Permitir la visualización de la naturaleza de la discontinuidad sin
afectar la operatividad del material.
§ Separar piezas y materiales en buen estado del defectuoso y
rechazable, de acuerdo con los requisitos de una norma o procedimiento.
Ninguna prueba se concluye exitosamente hasta que una evaluación
indique los resultados del ensayo. La evaluación de los procedimientos de la
prueba requiere conocimientos del objetivo del ensayo así como también
conocimiento del material al cual se le está haciendo el chequeo y de los
procesos de fabricación a los cuales fue sometido.
• APLICACIONES DE LAS PARTÍCULAS MAGNÉTICAS
En término general, se prefieren las partículas secas cuando se
requiere detectar discontinuidades relativamente grandes. Las partículas en
suspensión se emplean preferentemente para detectar discontinuidades muy
67
pequeñas y cerradas. El color de las partículas dependerá del contraste de
fondo. De este modo se emplearán partículas de color oscuro (negras o
azules) para piezas recién maquinadas y partículas de colores claros (grises
o blancas) para piezas con superficies oscuras.
Las partículas de color rojo están en un punto intermedio y fueron
desarrolladas para que su observación se facilite empleando una tinta de
contraste blanco; esta tinta tiene un color y consistencia parecidos al del
revelador no acuoso de los líquidos penetrantes, pero con mayor poder de
adherencia. Cuando se desea una mayor sensibilidad en un método, es
necesario emplear las partículas fluorescentes.
Las partículas se aplican conforme se realiza la inspección, para lo que
existen dos prácticas comunes que son:
§ Si se emplean partículas secas, primero se hace pasar la corriente de
magnetización y al mismo tiempo se rocían las partículas.
§ Si se emplean partículas en suspensión, primero se aplica la solución
sobre la superficie a inspeccionar e inmediatamente se aplica la corriente de
magnetización.
Generalmente se recomienda que la corriente de magnetización se
mantenga durante el tiempo de aplicación de las partículas, ya que es
cuando el campo magnético es más intenso y permite que las partículas
sean atraídas hacia cualquier distorsión o fuga de campo, para así indicar la
presencia de una posible discontinuidad.
68
• FUNDAMENTO DEL ENSAYO DE PARTÍCULAS MAGNÉTICAS
Según lo planteado por Quintero (1995, p 11), el método de partículas
magnéticas consiste en la detección de campo de fuga, o sea los flujos
dispersos, provocados por la formación de polos magnéticos a ambos lados
de aquellas discontinuidades que interrumpen el camino de las líneas de
fuerza. (Figura 4).
FIGURA 5 DETECCIÓN DE CAMPOS MAGNÉTICOS
Retomando a Quintero (1995, p.1), este ensayo permite detectar
discontinuidades e impurezas superficiales, tales como las inclusiones no
metálicas y grietas en materiales ferromagnéticos. También es posible, con
ciertas limitaciones, la detección de discontinuidades e inclusiones no
69
metálicas superficiales. El fenómeno físico en el que se fundamenta este
ensayo es el siguiente:
Si una pieza de acero al carbono, por ejemplo, tal y como se encuentra
en la Figura 5.A, se somete a la acción de un Campo Magnético cuyas líneas
de fuerza están orientadas según la flecha. Si existe una discontinuidad en la
superficie de la pieza cuyo plano sea perpendicular a las líneas de fuerza
como se muestra en la Figura 5.B, las líneas de fuerza tenderán a saltarla
como si fuera un obstáculo, ya que en general, tendrán una permeabilidad
menor que el acero. Esto se traduce en una distorsión de las líneas de fuerza
tal como se indica en la figura, donde se observan que existen unas más
próximas a la superficie, las cuales se ven obligadas a salir al exterior,
formando un campo de fuga.
FIGURA 6 FUGAS DEL CAMPO MAGNÉTICO
Fuente: Quintero (1995)
Dirección del campo
A) Sin discontinuidad Campo de fuga
B) Distorsión del campo en una discontinuidad
Indicación
C) Formación de las indicaciones (menor distorsión que en B)
D) Discontinuidad paralela a las líneas de fuga (no hay distorsión apreciable)
70
La consecuencia directa del fenómeno físico, es que las partículas
actúan como detectores del campo de fuga, cuya imagen aparece en la
superficie de la pieza, y corresponde exactamente a la trayectoria de la
discontinuidad.
Si entonces se extiende la superficie de partículas finas de un material
ferromagnético, éstas tenderán a acumularse en los campos de fuga para
facilitar el paso de las líneas de fuerza y contribuir así a disminuir la energía
del sistema que pasa a un estado más estable (Figura 5.C). Si el plano de la
discontinuidad es paralelo a las líneas de fuerza, (Figura 5.D), no habrá
distorsión del campo y no se formarán.
• CAPACIDADES Y LIMITACIONES DE LA TÉCNICA DE PARTÍCULAS
MAGNÉTICAS
Ramírez (1975, p. 38) define la inspección por partículas magnéticas
como una técnica que permite la inspección de discontinuidad superficial,
inclusive de aquellas muy pequeñas o muy cerradas para ser detectadas
mediante la observación directa sin implementos de ayuda al observador
revelando la ubicación y dimensión aproximada de la misma. Asimismo, la
técnica es capaz de revelar discontinuidades que se hallen ligeramente bajo
la superficie.
Esta técnica de inspección es solo aplicable a materiales magnéticos,
imposibilitando su utilización en materiales como vidrios, cerámicas,
plásticos, o en metales como aluminio, magnesio, cobre y aleaciones de
71
aceros inoxidables austeníticos. Igualmente, para Ramírez (1975, p. 40)
existe además la limitación de ser un ensayo direccional, exigiendo por tanto
una orientación favorable de la discontinuidad para lograr la indicación. Esto
obliga generalmente a la magnetización en dos direcciones. Como última
limitante se tiene la necesidad de aplicar procedimientos de
desmagnetización como parte de algunos procesos de inspección por
partículas magnéticas.
Según Quintero (1995, p. 12), las limitaciones de este tipo de ensayo
son las siguientes:
§ La utilización de la técnica está restringida a metales ferromagnéticos
únicamente.
§ Sólo puede detectar discontinuidades que estén abiertas a la
superficie, o “muy cercanas a la superficie”.
§ Requiere en algunos casos de la limpieza y desmagnetización de la
superficie inspeccionada, lo que representa un costo extra de tiempo y
dinero.
§ Relativamente bajo poder de penetración. Incluso en los materiales
más “ferromagnéticos”, las partículas magnéticas tienen mucho menor poder
de penetración que algunos de los otros Ensayos No Destructivos. La
máxima penetración que se alcanza al utilizar el equipo ideal es de hasta 25
mm.
§ En algunos casos, requiere de un operador de amplia experiencia para
la interpretación de las señales generadas.
§ Requiere limpieza posterior.
72
§ TEORÍA DE LA MAGNETIZACIÓN
Para Quintero (1995, p. 59), en los materiales magnéticos los átomos
se encuentran agrupados en regiones conocidas como dominios magnéticos,
los cuales poseen polaridad positiva y negativa en cada extremo. Cuando el
material no está magnetizado estos dominios están orientados al azar, y al
magnetizar el material estos dominios se alinean con el campo magnético
extremo.
La habilidad de los magnetos para atraer materiales ferromagnéticos es
debida a la existencia de polos magnéticos, que no son más que áreas de
atracción y repulsión localizadas con polaridades opuestas. A través de estos
polos salen y reingresan al material las líneas de fuerzas, siendo una
trayectoria de norte a sur en el aire circundante y de sur a norte por el interior
del material. Las propiedades que deben cumplir las líneas de fuerzas son
las siguientes:
1. Deben completar una trayectoria continua y cerrada
2. No deben entrecruzarse una con otra.
3. Su densidad decrece al alejarse de los polos.
4. Siguen la trayectoria de menor resistencia magnética (reluctancia).
Los polos opuestos de piezas magnéticas se atraen una con otra,
mientras que polos iguales se repelen. Esta constituye la regla básica del
magnetismo, de la cual se infiere que al dividir o seleccionar un magneto, en
cada nuevo extremo se genera un nuevo polo norte o sur, según sea el caso.
73
§ FUENTES DE MAGNETISMO
Se pueden obtener magnetos permanentes a partir del tratamiento
térmico de algunas de las aleaciones especiales en presencia de un fuerte
campo magnético.
Finol y Salazar (1990, p. c73) señalan que los magnetos permanentes
son de aplicación muy difundida en áreas como los motores de corriente
directa, la telefonía, altavoces e instrumentos eléctricos. El planeta Tierra
constituye un enorme magneto, poseyendo polos norte y sur así como líneas
de fuerzas. La presencia de estas líneas de fuerza del campo magnético
terrestre constituye en muchos casos un problema en la magnetización y
desmagnetización de piezas.
El trabajo en frío de ciertos materiales ferromagnéticos puede inducir la
magnetización del objeto, requiriendo la posterior desmagnetización de
éstos.
§ PROPIEDADES DE LOS MATERIALES MAGNÉTICOS
Las propiedades magnéticas revisten gran importancia ya que de su
efecto depende el comportamiento del material bajo la influencia de un
campo externo, o una vez haya sido removido. Las propiedades magnéticas
que usualmente afectan de una u otra forma el ensayo son:
Permeabilidad magnética: es la facilidad con la que se puede establecer
el flujo magnético en un material.
74
Reluctancia: es la oposición de un material magnético al
establecimiento de un flujo magnético.
Magnetismo Residual: es la cantidad de magnetismo que un material
magnético retiene una vez que la fuerza de magnetización es removida.
Fuerza Coercitiva: es la fuerza de magnetización inversa necesaria para
remover el magnetismo residual en la pieza, con lo cual se desmagnetiza la
misma.
§ PREPARACIÓN DE LA PIEZA DE INSPECCIÓN PARA EL ENSAYO
Para la inspección por partículas magnéticas se requiere una superficie
lisa y de color uniforme para no limitar la movilidad de las partículas y lograr
el contraste suficiente para observar la acumulación de las mismas sobre una
discontinuidad y así incrementar las posibilidades de detectar fallas
presentes en la pieza.
§ SUPERFICIE DE LA PIEZA
La superficie de toda pieza a ser inspecciona debe estar siempre limpia,
seca y libre de agentes contaminantes, tales como: aceites, grasas, polvos
ferrosos, arena, tierra, cáscara, corrosión, óxido, pintura gruesa, rebabas de
soldaduras, chisporroteo, entre otros.
Capas de pintura con un espesor total menor a 500 micras,
normalmente no interfieren con la relación del ensayo, ya que no afectan la
sensibilidad del mismo, sin embargo, se debe remover toda interferencia,
75
dejando el material base desnudo, en los puntos donde se colocan los
electrodos de contacto.
§ TÉCNICAS DE MAGNETIZACIÓN
La técnica utilizada en la magnetización de piezas es un factor
fundamental en la efectividad del ensayo por partículas magnéticas. A través
de la aplicación de la corriente eléctrica, se genera el flujo magnético en la
pieza estudiada, cerrando los campos de fuga en las regiones de la pieza
donde se presentan las discontinuidades.
Este campo de fuga es el que hará la atracción de las partículas
magnéticas que serán aplicadas a la pieza por “vía húmeda” o “vía seca”.
Todas las formas de corriente magneti zantes descritas anteriormente ,
pueden ser utilizadas en forma independiente o combinada, de forma directa
o indirecta, de la siguiente manera:
§ MAGNETIZACIÓN DIRECTA
En la magnetización directa la corriente eléctrica requerida para el
ensayo fluye directamente dentro de la pieza, creando un campo magnético
circular propio sobre el material, este campo magnético es ideal para la
detección de defectos longitudinales.
En este caso son usados contactos montados en mordazas horizontales o
verticales, o en aguijones, cuando se trata de máquinas portátiles de ensayo.
76
Es de hacer resaltar que este tipo de ensayo puede generar chispero que
marque la pieza en ensayo, por lo que no es recomendable cuando hay que
cuidar el acabado superficial.
Como es de suponer, la intensidad del campo magnético generado es
directamente proporcional a la intensidad de la corriente eléctrica que se
hace fluir a través de la pieza en ensayo.
§ MAGNETIZACIÓN INDIRECTA
En la magnetización indirecta el campo magnético es inducido en la
pieza sin contacto eléctrico, pudiendo resultar en magnetización circular,
longitudinal o multidireccional.
§ BOBINA INDUCTORA
La intensidad del campo magnético es proporcional al número de
espiras y a la intensidad de corriente eléctrica en la bobina, siendo
denominado “ampere-espira” (AE). Este campo longitudinal es el apropiado
para la detección de defectos transversales.
§ CAMPO INCORPORADO
La pieza, al ser colocada entre los dos contactos de la máquina de
ensayo con un campo incorporado, complementa un circuito magnético
formado por el núcleo. Una bobina inductora enrollada sobre este núcleo
77
genera un campo magnético longitudinal que es acoplado a través de las
columnas y mordazas del núcleo. Este campo longitudinal sirve para detectar
defectos transversales.
§ MACHO INDUCTOR
Este sistema consiste en un macho inductor de cobre que es
introducido por el orificio de la pieza a ser ensayada, al hacerse circular la
corriente eléctrica por el macho de cobre se crea un campo magnético
circular alrededor del mismo que envuelve a la pieza en estudio. Este campo
magnético es introducido en el orifico de la pieza, detectando defectos
longitudinales y radiales en los exteriores de la pieza.
§ YUGO MAGNÉTICO (YOKE)
Yugos magnéticos o también llamados “yokes”, se colocan sobre la
superficie del material, induciendo líneas magnéticas longitudinales entre las
dos zapatas polares. Son empleados para detectar defectos localizados, o
sea, ubicados entre las dos zapatas polares del yugo magnético.
Los yugos pueden ser de corriente continua (CC) y corriente alterna
(CA), siendo el campo magnético proporcional a la intensidad de corriente
eléctrica que fluye en la bobina.
El empleo de yugos es recomendado en lugares con presencia de
gases inflamables o piezas que pueden ser dañadas por el contacto
eléctrico, pues en las zapatas polares hay solamente líneas magnéticas.
78
§ APLICACIONES DE PARTÍCULAS MAGNÉTICAS
Para Quintero (1995, p. 13), existen distintas formas de clasificar los
métodos de ensayo por partículas magnéticas, dependiendo de la presencia
o no del campo magnético al momento de aplicar las partículas, definiéndose
éste como un método continuo cuando éstas son aplicadas conjuntamente o
al mismo tiempo que la corriente de magnetización, tratándose del método
residual si se suspende el paso de corriente antes de aplicar las partículas.
En este caso, la indicación del campo de fuga se forma debido al
magnetismo residual de la pieza siendo de menor intensidad que en el
método continúo. En cuanto a la forma de aplicación, puede ser vía húmeda
o vía seca.
§ PARTÍCULAS MAGNÉTICAS VÍA SECA
Generalmente son empleadas con magnetización directa a través de
aguijones de contacto de máquinas portátiles, o con yugos. Suelen ser de
forma variada o combinaciones de forma y tamaños como esferas, bastones
y hojuelas, mejorando su sensibilidad superficial.
Las partículas deberán ser aplicadas sobre la superficie a ensayar, de
manera tal, que produzca una cobertura uniforme mientras se está aplicando
el campo magnético a la pieza inspeccionada. Lo ideal sería la formación de
una nube de partículas secas próxima a la superficie de la pieza que la
aproximación de las mismas hacia la discontinuidad sea de manera
tridimensional.
79
Al término de la aplicación de las partículas secas y mientras se
continúa aplicando el campo magnético, es recomendable la remoción del
exceso de partículas mediante la aplicación de un ligero chorro de aire
similar en su intensidad a un soplido, ya que una corriente fuerte de aire
borraría las indicaciones generadas con el equipo de inspección.
§ PARTÍCULAS MAGNÉTICAS VÍA HÚMEDA
Las partículas magnéticas por vía húmeda son de forma más uniforme y
de menor tamaño que las utilizadas por vía seca. Son suministradas en
polvo, pasta premezclada o baños preparados y en color rojo, negro y
fluorescentes. Se aplican en suspensión empleando como vehículo de
transporte un solvente, por ejemplo kerosén o agua con aditivos inhibidores
antiespumante, humectantes y antiaglutinantes.
Son más idóneas para la utilización de sistemas estacionados. En
casos de utilizar el método continuo, debe seguirse el siguiente
procedimiento de aplicación:
Se realiza un paso previo de humedecimiento de la pieza con el baño
de ensayo, sin aplicación del campo magnético, con la finalidad de mojar
bien la superficie.
Se aplica el campo magnético mientras se continúa aplicando el baño
simultáneamente, sin embargo este baño adicional no puede ser aplicado
con mucha presión ya que borraría las indicaciones que se está generando.
80
Se continúa aplicando el campo magnético pero sin agregar más baño
a la superficie, permitiendo a las partículas emigrar hacia las líneas de
campo presente entre los electrodos de contacto.
§ ILUMINACIÓN
De acuerdo, a Quintero (1995, p. 15), existen dos tipos de iluminación
normalmente empleados en el ámbito industrial:
La luz del día (también llamada blanca) utilizada con partículas
magnéticas visibles, las cuales presentan coloraciones a selección del
usuario, al momento de la adquisición de las partículas magnéticas del tipo
amarillo, blanco, rojo, verdes, entre otros, dependiendo del fabricante. La luz
ultravioleta (también llamada negra) utilizada con partículas magnéticas
fluorescentes. La aplicación de este tipo de luz requiere de la realización del
ensayo en sitios aislados de luz.
Por otra parte, los procedimientos de desmagnetización es decir, los
materiales ferromagnéticos retienen algún tipo de magnetismo residual cuya
intensidad depende de su retentividad, siendo siempre inferior a la fuerza
magnetizante que lo produce.
La facilidad con que se desmagnetiza una pieza depende de la fuerza
coercitiva del metal. Alta retentividad magnética no necesariamente se
relaciona con elevada fuerza coercitiva, como tampoco se relaciona la
intensidad del magnetismo residual en un material con facilidad en
desmagnetizarlo.
81
Desmagnetización es el proceso por el cual se aplica campo magnético
suficientemente fuerte en una pieza con la finalidad de saturarla y
posteriormente invertir alternativamente este campo a la vez que se va
reduciendo la intensidad del mismo hasta llevarlo a niveles permisibles.
La decisión de desmagnetizar o no una pieza depende de la
retentividad del material y del uso futuro de la pieza, no siendo necesario
desmagnetizar si:
§ Posee baja retentividad
§ Ser tratada térmicamente (más de 770 ºC)
§ Magnetizada en otra dirección o a mayor intensidad.
§ Se trata de un componente estructural o fundición de gran tamaño.
§ No afecta su operación.
Y será necesario desmagnetizar cuando:
§ La pieza sea plateada o pintada.
§ Magnetización a un nivel superior.
§ Se trata de piezas móviles.
§ Procesos subsiguientes de mecanizado o soldadura.
§ Su operación afectará instrumentos sensibles a campos magnéticos.
§ Facilitar la limpieza al concluir el ensayo.
§ LIMPIEZA DE LA PIEZA DESPUÉS DEL ENSAYO
Muchas veces es necesario retirar las partículas magnéticas de la
superficie de la pieza después del ensayo, ya que las mismas pueden afectar
82
las funciones de trabajo cotidianas de la misma. Las técnicas más usadas
son las siguientes:
§ Por aire comprimido en el caso de vía seca.
§ Secar las partículas húmedas solventes en agua y posteriormente
aplicar aire comprimido.
§ Mediante lavado con solventes, agua o vapor, para las partículas
húmedas.
§ Mediante chorro de arena o granalla.
§ DISCONTINUIDADES
Las características de las discontinuidades abarcan un análisis
específico, inicialmente sobre las bases de su origen y ubicación, a fin de
determinar si se trata de discontinuidades superficiales, subsuperficiales o
internas, sobre la base de su orientación con respecto al eje teórico de la
pieza bajo estudio, y por último en la forma de discontinuidad determinado si
se trata de una discontinuidad plana, cilíndrica, irregular, entre otros. Todo
esto contribuirá a determinar como se produjo y en que etapa, ya sea de
manufactura o servicio.
§ CLASIFICACIÓN DE DISCONTINUIDADES
§ DISCONTINUIDADES INHERENTES
Comprende todas aquellas que están relacionadas con el proceso
de solidificación del material desde el estado líquido, haciéndose
83
presentes incluso antes de los procesos de laminación o forja. Entre algunas
de estas discontinuidades se pueden citar rechupes, inclusiones no
metálicas, grietas de lingote. Algunas de las causas de estas
discontinuidades se hallan en los parámetros de manufactura como; altas
temperaturas del vaciado, gases atrapados, mal manejo al alimentar el
molde, entre otros.
§ DISCONTINUIDADES DE FABRICACIÓN
Procesos como la forja o el laminado pueden a su vez introducir
discontinuidades en el material, así mismo, entre los procesos de fabricación
utilizados como paso final que también pueden introducir discontinuidades
podemos citar: mecanizado, extrusión, soldadura, tratamiento térmico, entre
otros.
§ DISCONTINUIDAD DE SERVICIO
Por último tenemos el grupo de discontinuidades formadas una vez
concluido el proceso de fabricación y la pieza ha sido colocada en servicio. A
este grupo pertenecen las discontinuidades generadas por corrosión, fatiga,
corrosión bajo tensión, fatigación por hidrógeno, entre otros.
§ DISCONTINUIDADES EN PIEZAS SOLDADAS
Las discontinuidades más frecuentes en piezas soldadas son las
siguientes:
84
§ Porosidades
§ Escoria atrapada
§ Fusión incompleta.
3.2.8.4.- ULTRASONIDO
A través de los siglos, el hombre ha intentado utilizar el sonido para
evaluar la robustez y calidad de materiales, golpeando las piezas mediante
algún instrumento romo o desafilado, y escuchando las diferencias de tono,
que puedan evidenciar la presencia de discontinuidades. Esta forma de
ensayo se considera como la precursora de lo que conocemos hoy en día,
como ultrasonido.
Según Finol y Salazar (1990, p. 1), el método de Ultrasonido en los
ensayos no destructivos permite distinguir la cualidad de detectar si una
pieza tiene o no defectos internos mediante un análisis con ondas
ultrasónicas.
FIGURA 7 ENSAYO POR ULTRASONIDO
Fuente: Bonia (2004)
85
Martillo
Metal
Oído
De acuerdo con sus características básicas, el ensayo de ultrasonido
puede ser utilizado en la examinación de productos metálicos y no metálicos,
tales como soldaduras, forjas, fundiciones, planchas, tubos, plásticos,
cerámicas, entre otros. El ensayo de ultrasonido es aplicable en la detección
de discontinuidades superficiales, siendo una de las herramientas más
efectivas existentes, para el aseguramiento y control de calidad.
§ PRINCIPIOS FÍSICOS DEL ENSAYO
Según Finol y Salazar (1990, p. 1), cuando el cuerpo es sometido a un
movimiento vibratorio, este comprime al aire que lo rodea, en un movimiento
hacia atrás. La capa de aire comprimida, a su vez comprimirá a la capa
inmediata, esta comprimirá la siguiente y así sucesivamente. De igual
manera sucede con el movimiento de expansión. El aire transmite estas
perturbaciones en forma de ondas, las cuales al llegar al oído, producen la
sensación del sonido; por lo que dichas ondas son conocidas como ondas
sonoras o acústicas.
FIGURA 8
PERCEPCIÓN DEL SONIDO
Fuente: Finol y Salazar (1990)
86
Las partes rayadas nos indican las zonas de compresión y los espacios
en blanco, las zonas de expansión. La intensidad es la cualidad por la que se
percibe un sonido fuerte o débil. Un sonido será más intenso cuanto mayor
sea la energía de vibración de las partículas y como puede demostrarse que
dicha energía es proporcional al cuadrado de la amplitud de la onda,
entonces la intensidad de una onda depende de su amplitud. El tono de un
sonido es la cualidad que lo hace percibir como agudo o grave y depende de
la cantidad de veces en un periodo de tiempo de un segundo en el cual se
repita la onda, o sea, la frecuencia.
El timbre de un sonido es la cualidad que permite distinguir un mismo
tono, pero producido por dos instrumentos diferentes. Por ejemplo el tono
producido por un tubo de acero, tendrá un timbre diferente al mismo tono
producido por una pieza de acero macizo. Esto indica que el timbre del
sonido depende del medio que lo produzca. Esta es la cualidad que permite
detectar si una pieza tiene o no defectos internos; ya que el sonido en una
pieza sana, será diferente al sonido por una pieza dañada.
Por su naturaleza, las ondas sonoras son ondas mecánicas similares
(solo en su forma), a la onda producida por una varilla metálica sometida a
vibración y a la onda producida por la compresión brusca de aire por un
pistón dentro de un cilindro, y a la onda producida por el movimiento de una
cuerda que cuelga de una campana.
Una onda mecánica está definida por cuatro (4) características
principales a saber: periodo, amplitud, frecuencia y longitud de onda. Donde
87
el período es el tiempo que tarda el cuerpo o partícula en realizar una
vibración completa y también el que emplea una perturbación en avanzar
una longitud de onda. El período es el inverso de la frecuencia.
En base a la frecuencia (F), las ondas sonoras se dividen en tres
grandes grupos:
FIGURA 9 ESPECTRO DE FRECUENCIA
Fuente: Finol y Salazar (1990)
§ Infrasónicos: F < 16 Hz.
§ Sónica (Audible): 16 Hz < F < 20 KHz, el que una onda sónica sea
audible depende de su frecuencia y de su intensidad.
§ Ultrasónica: F > 20 KHz, el límite superior de frecuencia no está
definido físicamente. Las frecuencias más altas logradas hasta el presente es
del orden de 1000 MHz.
Debido a la poca sensibilidad del oído humano para detectar pequeños
defectos por los ensayos de sonoridad y como a mayor frecuencia, mayor
sensibilidad, esto implica que para detectar defectos pequeños es necesario
trabajar en el campo del ultrasonido, donde las frecuencias son altas.
INFRASONICA ZONA AUDIBLEZONA
ULTRASONICA
16 Hz 20.000 Hz 20 MHz
´ ´
88
El ensayo por ultrasonido consiste en introducir en el material a
ensayar, impulsos muy cortos de energía mecánica en forma de oscilaciones
de alta frecuencia. Tales impulsos se propagan en el material a la velocidad
acústica propia de dicho material. Desde 1940 cuando Sproule y Firestone
desarrollaron independientemente equipos ultrasónicos a impulso, esta
técnica ha cobrado una gran importancia dentro del marco general de
Ensayos No Destructivos, en el examen volumétrico de materiales y
soldaduras.
§ PRINCIPIOS BÁSICOS DEL ENSAYO POR ULTRASONIDO
El método ultrasonido emplea energía vibracional mecánica de alta
frecuencia para revelar y localizar discontinuidades o diferencias
estructurales y para medir el espesor de gran variedad de materiales. Una
pulsación eléctrica es generada en un instrumento de prueba y transmitida a
un transductor (palpador), que convierte la pulsación eléctrica en vibraciones
mecánicas. Estas vibraciones de bajo grado de energía se transmiten a
través de un líquido de acoplamiento sobre el objeto que se prueba, en
donde la energía ultrasónica se atenúa, se dispersa, se refleja o resuena,
para iniciar condiciones dentro del material.
La energía de sonido reflejada, transmitida o resonante, se convierte en
energía eléctrica mediante un transductor y se retorna al instrumento de
prueba, en donde se amplifica la energía recibida y se exhibe comúnmente
89
después en un tubo de rayos catódicos. La presencia, posición y amplitud de
los ecos indican condiciones del material que se prueba.
Los materiales capaces de ser aprobados por energía ultrasónica son
aquellos que transmiten energía vibracional. Cada material tiene una
velocidad de sonido característica, que es una función de su densidad y
módulo (elástico o de corte).
§ APLICACIÓN DEL ULTRASONIDO
Los equipos de ultrasonido que se emplean actualmente permiten
detectar discontinuidades superficiales, subsuperficiales e internas,
dependiendo del tipo de palpador utilizado y de las frecuencias que se
seleccionen dentro de un ámbito de 0.25 hasta 25 MHz.
Las ondas ultrasónicas son generadas por un cristal o un cerámico
piezoeléctrico dentro del palpador; este elemento, que llamaremos
transductor, tiene la propiedad de transformar la energía eléctrica en energía
mecánica y viceversa. Al ser excitado eléctricamente, y por el efecto
piezoeléctrico, el transductor vibra a altas frecuencias (lo que genera
ultrasonido); estas vibraciones son transmitidas al material que se desea
inspeccionar. Durante el trayecto en el material, la intensidad de la energía
sónica sufre una atenuación, que es proporcional a la distancia del recorrido.
Cuando el haz sónico alcanza la frontera del material, dicho haz es
reflejado. Los ecos o reflexiones del sonido son recibidos por otro (o por el
90
mismo) elemento piezoeléctrico y su señal es filtrada e incrementada para
ser enviada a un osciloscopio de rayos catódicos, en donde la trayectoria del
haz es indicada por las señales de la pantalla; también puede ser transmitida
a un sistema de graficado, donde se obtiene un perfil acústico de la pieza a
una pantalla digital, donde se leerá un valor o a una computadora, para el
análisis matemático de la información lograda. En muchos aspectos la onda
de ultrasonido es similar a las ondas de luz; ambas son ondas y obedecen a
una ecuación general de onda.
§ PROPÓSITO DEL ENSAYO ULTRASÓNICO
La inspección ultrasónica es comúnmente utilizada para satisfacer
muchas necesidades, como asegurar la calidad de la pieza inspeccionada.
Para conseguir este objetivo se deben tomar en cuenta tres factores, que
son:
§ Obtener una imagen visual relativa al determinar la presencia,
locación y severidad de las discontinuidades presentes en la pieza bajo
ensayo.
§ Revelar la naturaleza de las discontinuidades sin perjudicar el
material.
§ Diferenciar las discontinuidades aceptables de las que no lo son, de
acuerdo con criterios de aceptabilidad o especificaciones estandarizadas:
“Tamaño crítico de defecto”.
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Ningún ensayo está totalmente efectuado sin antes realizar un análisis
de resultados. La ejecución de los procedimientos de ensayo y el análisis de
resultados, requieren del conocimiento de la pieza en todo lo concerniente a
material, dimensiones, forma y procesos de fabricación, entre otros.
§ VENTAJAS Y LIMITACIONES DEL ENSAYO POR ULTRASONIDO.
Según Finol y Salazar (1990, p. 30), se presentan las siguientes
limitaciones en la aplicación del ensayo de ultrasonido:
§ Las piezas rugosas, de formas muy irregulares o muy pequeñas y
delgadas son difíciles de inspeccionar por este método.
§ No se permite detectar discontinuidades subsuperficiales muy
cercanas a la superficie.
§ Se requiere de un acoplante para lograr una transmisión efectiva de la
energía ultrasónica entre el transductor y la pieza bajo ensayo.
§ La posibilidad de detectar una discontinuidad está en función del
tamaño y orientación de su superficie reflectora.
§ Se requieren referencias estándares, tanto para calibrar el equipo
como para caracterización de defectos.
§ A veces es difícil interpretar correctamente la información obtenida.
§ Requiere un mayor conocimiento y entrenamiento del operador con
respecto al requerimiento para otros ensayos, como por ejemplo el
radiográfico.
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§ Se requiere tener un conocimiento técnico profundo para la
elaboración de procedimientos escritos.
El ensayo de ultrasonido posee características peculiares que lo hacen
versátil, y sumamente útil, en la determinación de la integridad estructural de
los materiales; sin embargo, presentan ciertas ventajas y limitaciones, en
cuento a la técnica en sí y a los métodos utilizados, las cuales serán
descritas a continuación:
§ VENTAJAS
§ Alta sensibilidad para detectar defectos de pocos tamaños.
§ Gran poder de penetración que permiten la examinación de
materiales con grandes espesores.
§ Exactitud en la determinación de la posición y el tamaño del defecto.
§ Rapidez de la respuesta, lo que permite la automatización de los
ensayos.
§ Accesibilidad a una sola superficie del objeto bajo ensayo.
§ LIMITACIONES
Como todos los métodos de ensayo no destructivos, el ultrasonido tiene
ciertas limitaciones en lo que a las condiciones de la pieza de ensayo se
refiere, estas limitaciones son:
§ Geometría desfavorable del objeto bajo ensayo.
§ Estructura interna desfavorable.
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En piezas de ensayo con formas irregulares, tales como, dimensiones,
contornos, formas complejas y orientación de las discontinuidades, se
pueden presentar pérdidas parciales o totales de las indicaciones de
defectos o pared posterior.
Por otra parte, la disposición producida por los bordes de grano,
cuando la pieza de ensayo, presenta una micro estructura con gran tamaño
de grano, puede significar pérdidas parciales significativas de la señal
ultrasónica.
§ PROPIEDADES FUNDAMENTALES DEL SONIDO
Ultrasonido, es el nombre dado al estudio y aplicación de ondas
sonoras con frecuencias superiores a las audibles por el oído humano. Las
ondas sonoras pueden ser divididas en tres grandes grupos.
Infrasónica, donde el rango de frecuencia es menor a 16 ciclos por
segundo (f <16Hz).
Sónica, donde las frecuencia se encuentran entre 16 y 20.000 ciclos por
segundo (16 Hz < f < 20kHz).
Ultrasónica, donde las frecuencias son mayores a 20.000 ciclos por
segundo (f>20 kHz).
Sin embrago la frecuencia más alta lograda hasta el presente, es del
orden de 1.000.000.000 ciclos por segundo (1.000 MHz). El rango de
frecuencia usado en ultrasonido abarca desde los 200.000 hasta los
25.000.000 de ciclos por segundo (200 kHz hasta 25 MHz.)
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§ IMPEDANCIA ACÚSTICA
Es la resistencia que ofrece el material a la propagación del sonido a
través de este. El cual es determinado por la densidad y la velocidad de
propagación del sonido del material.
§ TEORÍA DEL SONIDO
El sonido se define como la vibración mecánica de partículas en
un medio o la transmisión de una onda mecánica a través de un
medio. Se debe comprender y recordar que la vibración es:
§ Un movimiento alternativo.
§ Energía en movimiento.
El sonido tiene tres cualidades importantes, que son:
a. Intensidad: es la cualidad por la cual se percibe un sonido fuerte o
débil. El sonido será más intenso, cuanto mayor sea la energía de vibración
de las partículas, la intensidad de una onda sonora dependerá de la amplitud
de la misma.
b. Tono: el tono de un sonido, es la cualidad que lo hace percibir como
agudo o grave, y depende de la cantidad de veces en un periodo de tiempo,
en el cual se repite la vibración, o sea, la frecuencia.
c. Timbre: es la cualidad que permite distinguir un mismo tono, pero
producido por dos instrumentos diferentes. Esto indica que el timbre de un
sonido depende del medio que lo produzca.
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§ CARACTERÍSTICA DE UNA ONDA SONORA
Cuando se habla de sonido, se habla de vibración, un movimiento atrás
y adelante alternativo, o sea, se produce infinidades de veces pero de una
forma ordenada. Cuando una partícula parte de un punto “0” y se desplaza
hasta una posición máxima “+”, luego, se devuelve al punto “0”, pero
continua su movimiento hacia atrás y logra posición de desplazamiento “-“, y
regresa al punto “0”, ha realizado un ciclo. El concepto de ciclo está
relacionado directamente con el periodo y la frecuencia. Una onda sonora
está definida por tres características principales:
§ PERIODO, FRECUENCIA Y LONGITUD DE ONDA
El periodo, T, es el tiempo que toma una partícula en realizar un ciclo
completo. Por otra parte, la frecuencia, f, es el número de oscilaciones de
una práctica por segundo. Dentro de una misma onda, la frecuencia es la
misma para todas las partículas, y es idéntica a la frecuencia del generador.
La unidad internacional de frecuencia es el Hertzio, donde:
1 Hertzio= 1 Hz =1 Ciclo por segundo
1.000 Hertzio = 1 kHz = 1.000 Ciclos por segundo
1.000.000 Hertzio = MHZ 1.000.000 Ciclos por segundo
Como se puede ver, el periodo y la frecuencia están relacionados, pues;
T = 1 F Donde: T: Periodo
F: Frecuencia
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Así mismo, la longitud de onda, es la distancia entre dos planos en los
que las partículas se encuentran en el mismo estado de movimiento. La
longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia. El periodo y
la longitud de onda están relacionados, pues el periodo es el tiempo que
toma una partícula en recorrer una longitud de onda.
§ GENERACIÓN DEL ULTRASONIDO
La aplicación del ultrasonido como método de Ensayo No Destructivo,
envuelve la utilización de mecanismos que generen y reciban las señales
ultrasónicas; los palpadores. Un palpador, es un mecanismo que convierte
energía de una forma a otra; por ejemplo; la energía eléctrica puede ser
convertida en energía mecánica y la energía mecánica puede ser
transformada en energía eléctrica. La conversión de energía se realiza en
ultrasonido.
4. SISTEMA DE VARIABLES
De acuerdo al propósito de la investigación ésta se encuentra
conformada por las variables“Procedimientos Operacionales” y “Ensayos No
Destructivos”.
VARIABLE 1
Procedimientos Operacionales
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4.1. DEFINICION CONCEPTUAL
Según Galindo y Martínez (1999 p. 31).Es un conjunto de pasos o
etapas sucesivas a través de los cuales se interrelacionan para llevar a cabo
una actividad. Las organizaciones en su desenvolvimiento operacional y
funcional requieren de la realización de actividades y tareas para lograr
desarrollar sus actividades productivas, estas se aglomeran en procesos.
4.2. DEFINICION OPERACIONAL
En el caso de un laboratorio de ensayos no destructivos, se refieren al
conjunto de pasos sucesivos necesarios para llevar a cabo un ensayo y que
se realizan de acuerdo con unas leyes, normas, principios y reglas para
alcanzar los objetivos y las metas establecidas por la cátedra de laboratorio
de procesos de manufactura de una institución de educación superior.
VARIABLE 2
Ensayos No Destructivos
4.3. DEFINICION CONCEPTUAL
Según la Asociación Española de Ensayos no Destructivos (2000 p. 4).
Consisten en ciertas pruebas a las cuales se somete un objeto para verificar
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su calidad o el estado de la misma, sin que éste resulte dañado o inutilizado,
una vez efectuados aquellos. Todos ellos están basados en principios físicos
y de su aplicación se obtienen los resultados necesarios para establecer un
diagnóstico del estado de la calidad del objeto inspeccionado
4.4. DEFINICION OPERACIONAL
Son aquellos aplicados a una pieza o material para determinar las
características de los defectos presentes con el fin de evaluar la calidad de la
misma sin que el material o la pieza resulten dañados o inutilizables para su
fin original.