las emisiones acústicas (ae)

7/26/2019 Las Emisiones Acsticas (AE).

1/54

Pau Closa Gonzlez

Diplomatura de Mquines Navals

Facultat Nutica de Barcelona. UPC

01/09/2014

Las emisiones acsticas y su aplicacin al

mantenimiento predictivo


2/54

Agraments

Al David Faro per haver-me donat la idea daquest treball i

per haver confiat en mi i al Ramon Grau per haver volgut ser

el meu tutor en aquest projecte.

A familiars i amics per haver-me recolzat en moments difcils

en els que era difcil continuar.

A tots aquells professors que han intervingut en la mevaformaci i han ajudat a qu avui sigui el que sc.


3/54

Las Emisiones Acsticas y su aplicacin al mantenimiento predictivo

3

ndice

1. ndice de imgenes ................................................................ Error! No s'ha definit el marcador.

2. Principios de las Emisiones Acsticas ........................................................................................... 6

1.1 Introduccin. Objetivos......................................................................................................... 6

1.2 Teora de la Emisin Acstica ............................................................................................... 8

1.3 Fuentes tpicas de emisin acstica ................................................................................... 12

1.4 Causas tpicas de emisin acstica ..................................................................................... 12

1.5 Defectos tpicos que pueden ser detectados con las Emisiones Acsticas ....................... 13

1.6 Propagacin y atenuacin................................................................................................... 14

1.7 Limitaciones de la EA .......................................................................................................... 16

2. Instrumentacin ......................................................................................................................... 17

2.1 Sensores .............................................................................................................................. 17

2.1.1 Caractersticas .................................................................................................................... 18

2.1.2 Posicionamiento ................................................................................................................ 19

Tipos de instalacin .................................................................................................................... 19

2.1.3 Acopladores o Couplant ................................................................................................. 20

2.2 Equipos de medida .............................................................................................................. 21

2.2.1 Acondicionadores de seal ................................................................................................ 21

2.2.2 Procesamiento de la seal ................................................................................................. 22

3. Lectura de los datos .................................................................................................................... 25

3.1 Anlisis de las seales de Emisin Acstica ........................................................................ 25

3.2 Reduccin del ruido: ........................................................................................................... 25

3.3 Parmetros .......................................................................................................................... 27

3.4 Representacin de los datos ............................................................................................... 29

4. Anlisis de los datos .................................................................................................................... 32

4.1 Anlisis de resultados ......................................................................................................... 32

4.2 Ejemplo................................................................................................................................ 34

4.3 Localizacin de la fuente ..................................................................................................... 35


4/54


4

4.4 Identificacin de la fuente .................................................................................................. 37

5. Aplicaciones ................................................................................................................................ 38

5.1 Activos estticos .................................................................................................................. 38

5.2 Activos dinmicos ................................................................................................................. 47

6. Conclusiones ............................................................................................................................... 51

7. Bibliografa .................................................................................................................................. 53


5/54


5

Fig. 1 Tipos de seales de Emisin Acstica. Seal transitoria ........................................................... 15

Fig. 2 Tipos de seales de Emisin Acstica. Seal continua. ............................................................. 15

Fig. 3 Proceso de EA y equipo utilizado (Vallen, 2002) ....................................................................... 17

Fig. 4 Esquema del sistema de monitoreo de emisiones acsticas. Wear monitoring of bearing steel

using electrostaic and acoustic emission techniques. ........................................................................ 18

Fig. 5 Mtodos de ensayos no destructivos. Tomo II. ......................................................................... 19


Fig. 7 Tipos de acopladores. EA Sensors & Preamplifiers Users Manual ............................................ 21

Fig. 8 Proceso de obtencin de emisiones acsticas .......................................................................... 23


Fig. 10 Mtodos de ensayos no destructivos. Tomo II. ....................................................................... 24

Fig. 11 Mtodos de ensayos no destructivos. Tomo II. ....................................................................... 27

Fig. 12 Seccin tpica de un registro de EA/AM de un suceso en el que se sealan algunos

parmetros a considerar en su estudio. .............................................................................................. 29

Fig. 13 Ensayos y mtodos no destructives. Tomo II. Representaciones de datos obtenidos. .......... 30

Fig. 14 Registro acumulativo en funcin de la carga. Se muestran los efectos Kaiser, Felicity y

emisin a carga constante. Fuente: Mtodos de ensayos no destructivos........................................ 34

Fig. 15 El principio de localizacin ....................................................................................................... 35

Fig. 16 Diagrama de puntos (clculo de posicin de defecto) ............................................................ 36

Fig. 17 Hiprbola interseccin 3 sensores ........................................................................................... 36

Fig. 18 Actividad de EA antes y despus de la restauracin ............................................................... 39

Fig. 19 Variacin de peso y registro de emisin acstica durante la etapa de enfriamiento. Izqda:

dolomia de Vinaixa. Dcha: caliza de Murcia. ....................................................................................... 40

Fig. 20 Simulador de descarga parcial por corona de aire .................................................................. 46

Fig. 21 Configuraciones de prueba para medir descargas superficiales. ............................................ 46

Fig. 22 Curva tpica de falla de rodamientos. SKF monitoring, curso de entrenamiento en el anlisis

de vibraciones. ..................................................................................................................................... 48
http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431973http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431973http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431974http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431974http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431976http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431976http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431976http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431977http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431977http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431978http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431978http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431979http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431979http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431981http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431981http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431982http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431982http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431983http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431983http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431984http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431984http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431984http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431985http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431985http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431986http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431986http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431986http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431987http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431987http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431988http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431988http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431989http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431989http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431990http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431990http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431991http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431991http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431991http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431993http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431993http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431994http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431994http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431994http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431994http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431994http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431993http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431991http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431991http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431990http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431989http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431988http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431987http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431986http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431986http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431985http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431984http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431984http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431983http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431982http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431981http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431979http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431978http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431977http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431976http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431976http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431974http://c/Users/Closka/Google%20Drive/Emisions%20ac%C3%BAstiques/Treball/Las%20emisiones%20ac%C3%BAsticas.%20Pau%20Closa.doc%23_Toc397431973


6/54


6

1.Principios de las Emisiones csticas

1.1 Introduccin. Objetivos

El fenmeno que denominamos emisin acstica (EA) es producido como consecuencia de la

liberacin de energa elstica almacenada en el interior de un material cuando este est sometido a

cierto nivel de esfuerzos. Dichos esfuerzos pueden ser provocados al aplicar cargas, otros estmulos

o unas condiciones ambientales severas y pueden producir cambios en la estructura interna del

material, como el crecimiento de grietas internas, deformacin local plstica, corrosin o cambios

de fase.

Esta energa se propaga a travs del material en forma de ondas elsticas y puede ser captadamediante sensores sensibles a dichas ondas.

A grandes rasgos una monitorizacin de dichas ondas nos permitira llegar a detectar fallos internos

en el material y avanzarnos a un posible modo de fallo del equipo o activo, realizando as un eficaz

mantenimiento predictivo.

Dicha tcnica se empez a investigar a mediados del siglo XX, pero a da de hoy todava no se ha

explotado en una gran variedad de activos, si bien algunas aplicaciones en la que se ha

comprobado la efectividad de este ensayo son la deteccin de fallos y/o fugas en depsitos a

presin, sistemas de tuberas, tanques de almacenamiento, control de soldaduras, deteccin de

procesos de corrosin, inspeccin de estructuras o maquinaria. A nivel de materiales la tcnica de

la EA es til en gran diversidad de ellos como metales, materiales compuestos avanzados, plsticos,

hormign, madera, etc.

Este proyecto final de carrera pretende ser un estudio y anlisis de hasta qu punto podra tener

aplicabilidad la Emisin Acstica a la hora de realizar un mantenimiento predictivo en activos

estticos as como tambin dinmicos.

Debido al carcter ultrasnico de dicho fenmeno se ha cuestionado la terminologa de Emisiones

acsticas y se ha denominado en varias ocasiones como Micro-ssmica, Emisin de ondas

elsticas o Emisin de ondas de tensin (SWE).

Entre otras, algunas de las aplicaciones en las que la aplicacin de la Emisin Acstica podra ser

ms viable.

- Ensayos no destructivos de componentes con grandes tensiones mecnicas o estructuras

de materiales compuestos reforzados con fibras, como los utilizados en la industria

aeroespacial.

- Investigacin de nuevos materiales (propiedades, puntos de rotura, comportamiento, etc.)

- Control de calidad y monitorizacin de soldaduras.


7/54


7

- Pruebas de fugas a tiempo-real.

- Investigacin en geologa y micro-sesmos.

- Deteccin y localizacin de descargas parciales en grandes transformadores.

Un poco de historia:

Una de las primeras aplicaciones como herramienta de control de calidad de las EA se puede

aplicar al uso que hacan los antiguos alfareros (alrededor de 2600 a.C.). stos evaluaban la

estabilidad de las vasijas de cermica mientras se enfriaban en el horno, escuchando las EA que

emitan.

Referente a los metales podemos remontarnos al inicio de la elaboracin de estao puro (la pieza

ms antigua encontrada data del 2650 a.C.). Pero la primera observacin documentada de la EA en

metales la realiz el filsofo y alquimista conocido como Gerber (721-815 d.C.). En su publicacin

ndica que el estao emite un fuerte ruido cuando se deforma y que el hierro tambin emite ruidos

cuando se enfra despus de ser forjado.

En varios textos del S. XIX escritos por investigadores se describe cmo durante el desarrollo de

algunos experimentos con metales, como estao, hierro o zinc pueden escucharse sonidos.

En el S.XX diversos profesores estudiaron el fenmeno, pero sin duda los mayores esfuerzos sobre

los fundamentos de la EA y de su comportamiento durante la fractura y la deformacin, tuvieron

lugar en 1950 con la publicacin de la tesis doctoral del ingeniero Joseph Kaiser. A partir de este

momento se produjeron grandes avances en este campo por diversos investigadores. Ademsavanz la tecnologa en los equipos de EA, se caracteriz el comportamiento de EA en muchos

materiales y el mtodo fue ganando reconocimiento gracias a su capacidad de auscultar procesos

dinmicos.

A finales del 1960 se cre AEWG (AE Working Group) para fomentar el intercambio de ideas y para

establecer unas lneas a seguir para investigaciones futuras.

Los primeros ensayos que se llevaron a cabo en los que se relacion la emisin acstica con

procesos de fallo de materiales fueron:

En 1948 Mason demostr utilizando sensores piezoelctricos que el "grito del estao" se

produca por una abrupta reorientacin de los planos atmicos de los cristales.

En 1950 J. Kaiser demostr que la emisin acstica poda ser detectada en los metales,

entre ellos aluminio, cobre, plomo, acero y cinc sometidos a esfuerzos de traccin.

Utilizando detectores piezoelctricos, un amplificador de alta ganancia y la presentacin

en osciloscopio pudo probar que la emisin se produca en forma de impulsos aleatorios

de corta duracin y de amplitud de hasta 4 rdenes de magnitud por debajo de la

observada en el grito del estao.


8/54


8

En 1966 se hizo en USA lo que se conoce como la primera aplicacin de la emisin acstica

como tcnica de Ensayo no Destructivo. Se trat del control del crecimiento de los

defectos durante la prueba hidrosttica de las cmaras de los misiles Polaris, intentando, al

mismo tiempo, predecir el momento del fallo antes de su destruccin. En estos ensayos se

utiliz, por primera vez, el mtodo de triangulacin con sensores mltiples y se pudolocalizar con precisin la zona dbil.

En los ltimos aos, gracias a la irrupcin de los ordenadores se reduce el coste y surgen nuevas

oportunidades de desarrollo. A mediados de los 90 la EA se aplica ampliamente en la industria

petroqumica y aeroespacial. Actualmente la EA es un mtodo fiable para el control de daos en

estructuras, el aumento de su popularidad es debido en parte a los avances en los equipos,

especialmente en el aumento de la velocidad de adquisicin. Adems actualmente se ha abierto un

nuevo enfoque ya que hay una transicin a un anlisis de las seales de EA basado en la forma de

onda y no slo en algunas caractersticas de la seal.

1.2 Teora de la Emisin Acstica

La Emisin Acstica en materiales es provocada por una serie de causas. Todas estas causas o

sucesos ocurren en el interior del material, como pequeos movimientos ssmicos. Generan o

pueden generar breves ondas elsticas (impulsos) que se propagan a travs del material y que

pueden ser detectadas con sensores. En esencia lo que produce la Emisin Acstica es una

variacin en el campo de tensiones creado en el interior del material. Estas ondas son ultrasnicasy estn en el rango de 100-300 kHz.

Por lo general los fenmenos ms interesantes en los que es til el ensayo de EA son fenmenos no

audibles sin un equipo especial, si ms no, cabe destacar que no todos los sonidos provocados por

las EA son ultrasnicos, existen diversos ejemplos, siempre por debajo de los 20kHz, como por

ejemplo la madera al quebrar, un papel al rasgarse o romperse, el agua al congelarse o las

transformaciones martensticas.

Para que el material emita ondas de Emisin Acstica se le debe aplicar cierto nivel de tensin, esta

tensin produce cierta deformacin en el material. A nivel macroscpico la deformacin del

material parece continua pero a nivel microscpico se observa como en realidad es discreta(deformacin discontinua).

Cabe destacar que los defectos estables o de baja emisin no se revelan durante la prueba, sin

embargo estos pueden volverse potencialmente peligrosos con el sucesivo uso del componente a

causa de la presencia de esfuerzos como la fatiga, la corrosin, la sobrecarga, etc.

Por este motivo no se deben sustituir los otros ensayos no destructivos por la emisin acstica.

La emisin acstica nos proporciona mucha informacin en tiempo real: Informacin como el

cundo (tiempo, parmetro de carga externa), cunto (proporcin), intensidad (amplitud, energa),

dnde (localizacin de las fuentes de EA).


9/54


9

Si existe un desarrollo del defecto en el cuerpo la Emisin Acstica revelar su existencia durante

su crecimiento.

Evento:

Se le llama evento al conjunto formado por la onda elstica y la causa que la genera.

Estas ondas elsticas pueden hasta ser audibles por el hombre como en el caso de la madera o del

grito del estao, o incluso en zonas rocosas antes de un terremoto.

Como se ha dicho los eventos son provocados por esfuerzos y por lo tanto a mayor esfuerzo mayor

nmero de eventos. Las ondas elsticas provocadas en los eventos excitan al sensor o sensores y

dichas seales que llegan de uno o ms sensores se amplifican y se procesan antes de ser

presentadas y evaluadas.

El ensayo de emisin acstica se lleva a cabo durante un proceso controlado de carga de la

estructura o componente.

Ventajas generales de la emisin acstica respecto de otros mtodos de END

Inspeccin en servicio:

La emisin acstica permite evaluar la integridad estructural de elementos como vasijas a presin

en lnea, bajo las condiciones normales de operacin y las experiencias mientras est en uso.

Inspeccin de toda la estructura:

Si se determina bien el rea donde se fijar el sensor la inspeccin se puede realizar con un nmero

pequeo de sensores. Esta caracterstica es muy til en estructuras largas, esferas,

intercambiadores de calor en donde el acceso y reas de inspeccin son difciles y requieren

demasiado tiempo.

Permite encontrar defectos significativos:

La Emisin Acstica es utilizada bajo condiciones reales de carga esto permite diferenciar las

anomalas que estn creciendo y las que son insignificantes estructuralmente. Con otras tcnicas,

es posible establecer la presencia de una anomala, pero es difcil determinar sus defectos cuandola estructura est en servicio.

Permite realizar una medicin de la severidad estructural:

Utilizando los procedimientos de inspeccin y anlisis se puede dar una medida de una fuente

activa de Emisin Acstica en una estructura. Existen programas informticos que nos dan

parmetros de los datos de Emisin Acstica cuando inspeccionamos la estructura bajo los

procedimientos determinados. Los programas ms usados son MONPAC y MONPACPLUS.


10/54


10

Es un mtodo no-invasivo

Los sensores son instalados en la parte exterior del recipiente. Slo se necesitan pequeos huecos

de acceso para la instalacin de los sensores y el resto de aislamiento permanece sin perturbacin.

Datos permanentes

La inspeccin por Emisin Acstica deja datos guardados en el ordenador. Estos datos estn

disponibles para hacer futuros anlisis y pueden ser usados para futuras referencias y as ser

comparados con datos de estructuras similares.

Comparacin de la Emisin Acstica respecto de otros mtodos no destructivos

El mtodo de la Emisin Acstica difiere de otros mtodos no destructivos en dos aspectos

principalmente.

En primer lugar, la energa que se detecta se libera del interior del material que se est

inspeccionando, a diferencia de otros en los cuales es necesario inducir una energa en los

materiales, por ejemplo rayos X, rayos gamma, ultrasonidos, energa trmica o microondas.

En segundo lugar, mediante la tcnica de Emisin Acstica se pueden detectar procesos dinmicos

(movimientos) asociados con la integridad estructural como el crecimiento de grietas o la

deformacin plstica, mientras que los mtodos convencionales de ensayos no destructivos slo

permiten detectar discontinuidades geomtricas.

Otras ventajas de la EA respecto de otros ensayos no destructivos

1. Con un solo ensayo se pueden detectar y evaluar la importancia de discontinuidades en la

totalidad de una estructura.

2. Permite la deteccin de fuentes, dependiendo de las propiedades de los materiales, hasta

varios metros de distancia.

3. Se puede localizar el defecto a partir de la diferencia del tiempo de llegada de las seales de

EA a los transductores.

4. Permite detectar algunas discontinuidades inaccesibles a otros mtodos de END.

5. Algunos ensayos se pueden realizar en servicio, ya que la EA requiere poco o ningn tiempo

de inactividad.

6. Se puede emplear para impedir tanto como para evitar el fallo catastrfico de un sistema

como para conocer la tensin mxima a la que se puede someter una estructura o

componente.

7. Al ser un ensayo no-direccional no tiene mucha importancia la posicin relativa entre los

sensores y las discontinuidades a detectar.


11/54


11

Relacin de ventajas y desventajas del ensayo de Emisin Acstica respecto de otros mtodos

Caracterstica Emisin acstica Otros mtodos

Descubrimiento rpido y temprano de los

defectos s no

Detecta el movimiento del defecto s no

Detecta la forma del defecto no s

Detecta la disposicin de posibles defectos s no

Requiere someter la pieza a esfuerzos s no

Repetitividad del ensayo cada carga es nica muy repetitivo

Sensibilidad al tipo de material alta baja

Sensibilidad a la geometra de la pieza baja alta

Intrusin en el proceso o en la planta baja alta

Acceso requerido slo a los sensores toda el rea de inspeccin

Inspeccin toda la pieza a la vez por zonas

Sensibilidad a la deteccin de

crecimiento/movimiento de los defectosalta baja

Permite monitorizacin global s no

Permite realizar monitorizacin a tiempo real s no

Se requiere limpieza de la superficie no s

Principales problemasRuido, interpretacin de

los resultados

Acceso, geometra e

interpretacin de los resultados


12/54


12

Las principales desventajas de este mtodo son:

1. A veces es difcil diferenciar entre seales caractersticas de EA con las seales producidas

por el ruido.

2. La seal de EA a la salida de los transductores es la combinacin de la onda que provienede la fuente, de sus modos de propagacin y de la respuesta del transductor.

3. Requiere una elevada especializacin y destreza de los operarios, especialmente en la fase

de anlisis de los datos.

1.3 Fuentes tpicas de emisin acstica

Avance del frente de una grieta: Inclusin frgil cuya fractura brusca permite el avance del

frente de una grieta a travs del material. Se ha comprobado que cuando se somete a

esfuerzos una probeta con grietas, la deformacin plstica que da lugar a una emisin acstica

se inicia en los extremos de la grieta y en puntos de concentracin de grietas.

Desplazamiento de una dislocacin:Dislocacin anclada en un precipitado que, por causa de

la tensin creciente, supera el obstculo y se mueve hasta quedar temporalmente anclada en

el siguiente.

Coalescencia de dos cavidades prximas:Microcavidades prximas que, bajo los efectos de la

carga, se funden en una.

Otros:Generacin o propagacin de fisuras, deformaciones del material, desprendimientos

del agregado de la matriz, contracciones o dilataciones por fraguado o variaciones de

temperatura, etc.

1.4 Causas tpicas de emisin acstica

Defectos de soldadura: Un gran nmero de EA son producidas por defectos en las soldaduras.

Esto incluye fisuras desarrolladas debido al calentamiento o al enfriamiento, a las microfisuras

intergranulares y transgranulares, fisuras de la base del metal en las zonas afectadas por

calor, fusiones incompletas, falta de penetracin, porosidad e inclusiones. La posibilidad de

detectar este tipo de fallos depende en gran parte de la concentracin de esfuerzos y de la

habilidad para producir los puntos de fluencia a los niveles de esfuerzos aplicados. Algunos

defectos son muy emisivos y otros no.

Defectos de fundicin: En soldaduras se producen concentraciones de esfuerzos de

fabricacin que pueden ser detectadas por la Emisin Acstica. Esto incluye gas y desperfectos


13/54


13

huecos que producen cavidades y porosidades; inclusiones como escalas de xido,

encogimiento de las cavidades, lgrimas calientes y fisuras debido a la falta de fusin, etc.

Forja: Un gran nmero de defectos originados en la forja del metal pueden ser detectados porEmisiones Acsticas. Algunos de ellos son: Laminaciones causadas por inclusiones en la forma

original; huellas dejadas por las protuberancias por varias pasadas; fisuras causadas por

rolado.

Tratamiento trmico: Cuando el tratamiento por calentamiento falla en la reduccin de

esfuerzos residuales y producen cambios no deseados en la estructura metlica, se pueden

generar EA (durante la prueba hidrosttica).

1.5 Defectos tpicos que pueden ser detectados con las

Emisiones Acsticas

Fatiga mecnica: La variacin en el proceso puede causar daos a la estructura, esta variacin

puede ser causada por presiones internas o presiones cclicas. Ellas pueden ser el resultado de

las variaciones del proceso de flujo. Pueden ser externas como en el caso de las vibraciones. El

propsito de las EA es el de detectar y localizar dichas fisuras antes de provocar un fallo

catastrfico en el elemento.

Fatiga trmica: Las variaciones de temperatura pueden provocar y hacer crecer fisuras

internas. El inicio de dichas fisuras puede ser debido a la concentracin de cargas mecnicas,

normalmente en reas dnde hay boquillas, soportes y articulaciones. Dichas reas

experimentan esfuerzos flexibles debidos a las expansiones y contracciones o pueden ser

debidos a daos por flujos. Es comn detectar daos trmicos en servicio en refineras usando

la Emisin Acstica.

Daos por hidrgeno: En las vasijas a presin de acero se puede producir una absorcin del

hidrgeno al material que puede causar microfisuras provocando en el acero una prdida de

ductilidad y la resistencia del acero. La Emisin Acstica permite detectar en pruebas enservicio dichos daos.

Ampollamiento por hidrgeno: El ampollamiento de produce debido a tomos de hidrgeno,

contenidos en espacios vacos o laminaciones del acero, que cambian su forma a molculas

aumentando as su tamao y provocando una separacin y ampollamiento en la superficie. La

Emisin Acstica permite detectar dicho ampollamiento en etapas tempranas de su

formacin.

Fisuras de corrosin por esfuerzos (ECC-Stress Corrossion Cracking): Este fenmeno es

debido a los efectos de la corrosin y de los esfuerzos en tensin, produce un proceso de

fisuras tpicas estables, es probable detectarlas con la Emisin Acstica. Este efecto ha sido


14/54


14

detectado en un gran nmero de materiales y procesos, entre ellos recipientes de acero

inoxidable y recipientes de acero carbono usados para el proceso de amoniacos.

Corrosin general: En tanques y recipientes a presin se puede producir Emisin Acstica

como resultado de la friccin del producto con el tanque. Esta seal se relaciona con la

presencia de corrosin.

1.6 Propagacin y atenuacin

Concepto de la propagacin de ondas acsticas

La amplitud (la energa) del impulso de tensin generado en una fuente de defecto puede variar

segn la naturaleza del defecto y de dinmica del proceso.

Adems tambin influye la forma y el tipo de material, por ejemplo en superficies planas, la onda

se distribuye formando crculos concntricos alrededor de la fuente y puede ser detectada por uno

o varios sensores. Durante la propagacin, la onda es atenuada.

Otro factor a tener en cuenta es la distancia mxima a la que un evento de Emisin Acstica

todava puede ser descubierto, esta depende de varios parmetros, como las propiedades del

material, la geometra de objeto de prueba, su contenido y ambiente, etc.

Por ejemplo en superficies metlicas planas o cilndricas, los eventos pueden ser captados a una

distancia de varios metros, esto puede suponer una gran ventaja. Las pruebas de Emisin Acstica

pueden captar unas reas de fuentes que no son accesibles por otros mtodos.

Tipos y velocidad de ondas acsticas

Ondas longitudinales o de compresin (ondas P)

La direccin del movimiento de las partculas del material es paralela a la direccin de

propagacin. Se asocian a tensiones normales. Pueden propagarse en todo tipo de medios.

Estas ondas tienen la velocidad de propagacin ms rpida.

Ondas transversales o de cortante (ondas S)

La direccin del movimiento de las partculas del material es perpendicular a la direccin

de propagacin. Se asocian a tensiones tangenciales. Solo pueden propagarse en medios

con rigidez a cortante, es decir en medios slidos.

Ondas de superficie (Ondas Rayleigh)

La onda se propaga a travs de la superficie y el movimiento de las partculas es elptico

retrgrado. Estas ondas tienen la velocidad de propagacin ms lenta.

La velocidad particular de propagacin de cada onda depende de las propiedades elsticas y de la

densidad del medio.


15/54


15

Tipos de seales en Emisin acstica

Seal transitoria (bursts):

Este tipo de seal tiene puntos definidos claramente de principio y final del ruido que provoca un

defecto. Indican la aparicin y el crecimiento de las fisuras de un material.

Seal continua:

Este tipo de seal est formada por ondas continuas que tienen amplitudes y frecuencias variadas.

Nunca se terminan. Indican movimientos o dislocaciones.

Fig. 1 Tipos de seales de Emisin Acstica. Seal transitoria

http://www.ndt.net/article/v07n09/05/05.htm

Fig. 2 Tipos de seales de Emisin Acstica. Seal continua.

http://www.ndt.net/article/v07n09/05/05.htm


16/54


16

1.7 Limitaciones de la EA

En grandes estructuras el uso de las EA puede ser muy complejo debido a la gran multitud de

transductores y de canales que se deben de emplear. En algunos casos el coste puede llegar a serdemasiado elevado.

Otra limitacin es la alta sensibilidad al ruido y a las inestabilidades locales. Para realizar un buen

ensayo de EA es necesario conocer las posibles fuentes de ruido y este debe ser identificado antes

de realizar el ensayo.

Otro gran problema que nos encontramos es la falta de resultados cuantitativos, mediante este

mtodo no se puede determinar el tamao, el profundidad o el estado general del material, por

ello este END debe ser complementado con otros.

A diferencia de otros pases Espaa no dispone de un sistema de formacin y certificacin detcnicos.


17/54


17

2.Instrumentacin

Fig. 3 Proceso de EA y equipo utilizado (Vallen, 2002)

2.1 Sensores

Las ondas que se generan se propagan en todas direcciones. Cuando alcanzan la superficie del

material inducen pequeos desplazamientos en esta que pueden ser captados con un transductor

apropiado. Se pueden detectar movimientos superficiales del orden de 10-12m. Los sensores

convierten estos desplazamientos en seales elctricas.

El monitoreo de las EA no es direccional, la mayora de fuentes de Emisin Acstica actan de

forma puntual, irradiando energa en frentes de onda esfricos. Por lo que el sensor puede estar

colocado en cualquier punto de las proximidades de la fuente de Emisin Acsticaindependientemente de la direccin del sensor, a diferencia de los sensores usados en medicin de

vibraciones.

De todas maneras, es importante que el sensor est lo ms cerca posible de la fuente de EA ya que

todas las superficies lmite aumentan la amortiguacin de la Emisin Acstica.

Normalmente se debe ubicar el sensor en el lado de carga del rodamiento.


18/54


18

El nmero de sensores necesarios para llevar a cabo un ensayo depender del tamao de la zona a

ensayar y de la atenuacin del material, que en algunos casos (como los materiales compuestos)

puede ser muy elevada.

2.1.1 Caractersticas

Los transductores ms usados son los transductores piezoelctricos ya que son los que ofrecenmayor sensibilidad y a su vez mucha robustez que permite su utilizacin en aplicaciones

industriales. La diferencia entre el acelermetro y el sensor de EA es que el sensor de EA no tiene

masa unida en el cristal piezoelctrico. El cristal piezolctrico suele ser un disco metalizado por

ambas caras para los contactos elctricos, y montado en un cilindro de metal para proporcionar

proteccin a la interferencia electromagntica. Los piezoelctricos de cermica ms comunes en

los sensores de EA estn hechos de pequeos cristales de titanatos y zirconates.

Para aprovechar la alta sensibilidad del sensor se usan capas finas de grasa, aceite o adhesivo epoxi

garantizando que la energa acstica pase al sensor como una prdida mnima entre el objeto en

observacin y este.

Los transductores convierten el movimiento ondulatorio que llega a la superficie en voltaje alterno.

El ancho de banda de frecuencia en la medicin de emisin acstica est tpicamente en el rango

de 100 kHz a 1 MHz. La frecuencia de resonancia del sensor suele estar entre 100 y 300 kHz y 150

kHz es la frecuencia de resonancia ms comn. Se puede trabajar a otras frecuencias pero hay

ciertas limitaciones.

Si la frecuencia es ms alta, se tiene ms sensibilidad pero la atenuacin es mayor y, por lo tanto, la

distancia mxima a la que puede trabajar el sensor es menor.

Las altas frecuencias se usan cuando el ruido de fondo es muy alto. Como en plantas de produccin

de energa.

Fig. 4 Esquema del sistema de monitoreo de emisiones acsticas. Wear monitoring of bearing steel using electrostaic and acoustic

emission techniques.


19/54


19

Las frecuencias ms bajas se utilizan para ensayo de conducciones por tuberas, donde la distancia

es fundamental para no utilizar demasiados sensores.

La frecuencia de resonancia de los sensores de emisin acstica no es una funcin directa del

espesor del transductor piezoelctrico, como ocurre en los de ultrasonidos, de frecuencia mucho

ms alta, sino una relacin ms compleja en la que intervienen el espesor y el dimetro.

Los sensores integrales estn completamente encerrados en una caja de acero inoxidable, y

recubiertos para reducir las interferencias al mnimo. Adems est aislada trmicamente la etapa

de entrada crtica del pre-amplificador, con el fin de proporcionar excelente estabilidad a

temperaturas de entre -45C a +80C. Estos sensores utilizan un cable coaxial con conector BNC

para alimentar el pre-amplificador y llevar a la salida de la seal.

2.1.2 Posicionamiento

Tipos de instalacin

Sensorpiezoelctricoparaemisionesacsticas:

Esta es una configuracin tpica de un sensor piezoelctrico.

Generalmente, no se utiliza contramasa para no penalizar la sensibilidad.

Fig. 5 Mtodos de ensayos no destructivos. Tomo II.

Tipos de seales de Emisin Acstica.


20/54


20

Paraeliminarelruidosepuedeutilizarunmontajediferencial:

En este tipo de transductor, la onda elstica excita dos elementos piezoelctricos

conectados con la polaridad invertida y la salida del sensor se conecta a un amplificador

diferencial.

De esta forma, las seales de emisin acstica se suman ya que se invierten dos veces, una

en el transductor y otra en el amplificador, mientras que las que se inducen en los cables

por ruido electromagntico se anulan.

Esta tcnica permite reducir el nivel de ruido hasta en 40 dB.

1.1.3Acopladores o Couplant

Se requiere un contacto ntimo entre el sensor y la superficie de la muestra, esto se logra mediante

un medio de acoplamiento (lquido, capas finas de grasa o un adhesivo epoxi). Garantizando que la

energa acstica pase al sensor con una prdida mnima entre el objeto en observacin y este.

Como el sensor de emisin acstica debe permanecer durante largos perodos en la misma

posicin se suele asociar a un dispositivo de fijacin mecnico o magntico. En casos extremos

dnde el sensor debe funcionar a alta temperatura (900C), se puede montar el transductor en una

gua de onda.

Utilizando un lquido o sustancia acopladora se obtiene una seal mucho ms fuerte que sin ella.

Fsicamente esto se explica al observar la onda acstica como onda de presin transmitida a travs

de dos superficies en contacto. En una escala microscpica las superficies de sensor y objeto sonmuy speras y solo algunos puntos se tocan estando en contacto, si los espacios microscpicos

estn llenos de un fluido la presin ser transmitida de manera uniforme entre las superficies.

Es importante elegirlo bien ya que se requiere un buen contacto acstico entre sensor y superficie

y a la vez no debe corroer la superficie. Se suele usar grasa de silicona (grasa de vaco alta),

petrleo o pegamento.


Tipos de seales de Emisin Acstica. Montajediferencial


21/54


21

2.2 Equipos de medida

2.2.1 Acondicionadores de seal

La seal en forma de impulso de voltaje alterno que se produce en el sensor no est en condiciones

de ser procesada por la instrumentacin electrnica debido a tres motivos:

Tiene una amplitud demasiado baja, del orden de 10-3o 10-6 Voltios. Una seal tan baja

resultara muy contaminada por ruido despus de recorrer los 3-10 m. de cable hasta el

equipo electrnico. Y sera imposible trabajar a la distancia que a veces se requiere (200-

300 m. en ensayos de tuberas).

La impedancia del sensor es muy alta, pero la de la instrumentacin suele ser 50 ohmios, si

se conecta directamente la seal al amplificador principal, se producirn prdidas de

amplitud y distorsiones.

Puede contener ruido o informacin sin inters.

El acondicionador por tanto debe cumplir:

Amplificar, generalmente 40 dB (multiplica por un factor de 100).

Adaptar impedancias, haciendo compatible la salida del sensor con el resto de la cadena

electrnica.

Reducir el ruido aislando, mediante el filtro paso-banda adecuado, el rango de frecuencias

que son relevantes.

Para ello se utiliza un preamplificador de bajo nivel de ruido situado lo ms cerca posible del

sensor. En general, el preamplificador se instala junto al sensor. A veces se instala dentro del

propio sensor para mejorar el comportamiento frente al ruido.

Fig. 7 Tipos de acopladores. EA Sensors & Preamplifiers Users Manual


22/54


22

PreamplificadordesealSon comunes los pre-amplificadores de ganancia entre 20-40 dB, aunque pueden usarse otras

ganancias.

Puede estar en un dispositivo separado o integrado en el mismo sensor. Suele tener una frecuencia

entre 3-2000 KHz.

Sus caractersticas ms importantes son:

Baja el ruido de entrada para distinguir seales de ruido electrnico.

Tiene una gran variedad dinmica para tratar amplitudes altas.

Soporta una gran variedad de temperaturas.

Es un filtro de frecuencia opcional.

Un amplificador tpico para esta aplicacin tiene una banda entre 100 Hz y 1 MHz, 40 dB deganancia y un nivel de ruido del orden de 10 V.

PreamplificadorintegraldelsensorExisten sensores con el preamplificador integrado, lo que supone un gran avance en el mbito de la

EA ya que elimina la necesidad de usar preamplificadores externos. Reduciendo as los costes del

equipo y disminuyendo el tiempo de instalacin para aplicaciones de campo.

FiltrodefrecuenciaEl filtrado de la seal es fundamental, se usa para eliminar variedades de frecuencia no deseadas.

El borde inferior de filtrado se suele situar por encima de 100 Hz para eliminar los ruidos asociados

a la frecuencia de la red. Se puede mejorar tambin el resultado modificando el lmite superior de

la banda de filtrado, lo que elimina posibles fuentes de ruido. La banda de 100 a 300 KHz es la ms

utilizada.

ConvertidorA/DEl convertidor A/D se usa para digitalizar la seal de Emisin Acstica que ha pasado el filtro de

frecuencia.

2.2.2 Procesamiento de la seal

Ordenadorpersonalysoftwarey/oosciloscopio

Se puede utilizar un osciloscopio con puerto USB, el cual permite capturar la seal del sensor

proveniente del desacoplador y llevarla a un ordenador para su anlisis en Matlab por ejemplo.


23/54


23

El osciloscopio permite guardar datos de la seal e imgenes de la onda. Para el anlisis con Matlab

slo se requerir de los datos de la seal, que se encontrarn en formato CSV (representacin de

los datos en forma de tabla), pudiendo ser ledos por Excel y exportados a Matlab.

Las tareas del ordenador personal son:

Recibir y guardar datos

Anlisis de datos

Filtracin lgica

Clculo de resultado

Estadstica

Representacin de los resultados (grficamente y numricamente)

Control de hardware de sistema.

Prueba de enganche de sensor, grabacin de la respuesta de frecuencia del sensor.

Tambin es importante tener en consideracin la evolucin de la carga, la deformacin, presin y/otemperatura de la estructura durante el ensayo para poder referenciar las seales de EA. Este tipo

de entradas del equipo de EA se suelen denominar entradas paramtricas.

Fig. 8 Proceso de obtencin de emisiones acsticas


24/54


24

Procesodelaseal:

Estas seales varan mucho en su forma, amplitud

y ritmo de aparicin dependiendo de la estructura

y de las condiciones de ensayo.

Cuando se producen muchas al mismo tiempo, las

seales se suman dando lugar a una emisin

continua, fenmeno que se utiliza para evaluar el

resultado en determinados casos.

Una vez preamplificada y filtrada la seal pasa al circuito de deteccin, que genera la seal digital

de salida. En general, esto se lleva a cabo por un comparador (Fig. 10) que da un impulso cada vez

que la seal rebasa un umbral predeterminado. La altura del umbral se fija por el operador y es un

parmetro clave que define la sensibilidad del ensayo.

La determinacin de umbrales y la seleccin de

filtros es muy importante y debe hacerse con

cuidado luego de un anlisis detenido de la

naturaleza y localizacin de las fuentes, ya que

estos ensayos son muy propensos a contaminarse

por fuentes de ruido de diversos orgenes.


Seal tpica de un evento de emisin acstica.


Tipos de seales de Emisin Acstica. Comparador de seal.


25/54


25

3.Lectura de losdatos

3.1 Anlisis de las seales de Emisin Acstica

Se usan varias tcnicas para analizar las seales de Emisin Acstica. Esencialmente las seales

pueden ser recogidas en forma de:

Anlisis paramtrico:

Puede ser clasificada como cuantitativa y cualitativa. Las tendencias generales de los datos

registrados en tiempo real pueden ser observadas en formas grficas.

La observacin de las tendencias de grfico de golpe acumulativo y distribucin de amplitud puede

dar una buena informacin a la hora de evaluar cambios que ocurren en la estructura.

Anlisis de intensidad:

Este tipo de anlisis ayuda a evaluar los resultados y el significado estructural del evento de

Emisin Acstica registrado. La intensidad de la seal es un parmetro que incluye como la

duracin y la amplitud de la seal.

Se determinan dos ndices el ndice Histrico, definido como medicin de cambio de fuerza de

seal; y el ndice Grado (Severity), definida como la fuerza de seal media entre los valores

numricos ms grandes de la seal. Los ndices estn calculado por frmulas de Blessing (1992).

Este anlisis es estadstico y permite generar un histrico til para la clasificacin del dao.

3.2 Reduccin del ruido:

Debido a que los niveles de voltaje en las EA son muy bajos, es muy importante minimizar el efecto

de las perturbaciones del medio ambiente en la medicin.

Fuertes perturbaciones elctricas pueden causar campos magnticos, campos de corriente de

Foucault, los inversores de los motores elctricos y lmparas fluorescentes. Adems existe el ruido

de fondo proveniente de recipientes a presin, soldadura, ruido hidrulico y mecnico que pueden

perturbar las mediciones de Emisin Acstica.

El ruido puede ser de origen acstico o electromagntico.

En fuentes de tipo acstico:

Flujo de lquido o gas por las tuberas.

Vibraciones de bombas o compresores.


26/54


26

Movimientos de estructuras o de soportes.

Impactos de gotas de agua o golpes accidentales.

En general este tipo de ruido est muy relacionado con la banda de frecuencia elegida. Siendo as el

ruido acstico ms alto en la banda de las bajas frecuencias (menor de 100 KHz.).

En ambientes muy ruidosos como plantas de energa se trabaja a veces en la banda de los 500 KHz.

Hecho que elimina la mayor parte de ruidos, pero que comporta una reduccin de la distancia a la

que se pueden detectar los defectos. Por lo que se requiere una solucin de compromiso: Hay que

eliminar la mayor parte de ruido sin reducir en exceso la distancia de trabajo.

En fuentes de tipo electromagntico:

Lazos de masa en los circuitos de conexin y tambin de interruptores, motores, etc.

Este tipo de ruidos se pueden evitar si hay una buena prctica en el diseo y realizacin de

apantallamientos y masas. An y as si el ruido persiste se pueden usar sensores diferenciales.

Supresin de ruido digitalmente:

Las tcnicas ms recientes de supresin de ruido tanto acstico como electromagntico hacen uso

del anlisis y del tratamiento de la seal digitalizada. Las formas de onda de la seal de emisin

acstica son netamente distintas que a las debidas al ruido permite elaborar filtros digitales que

pueden trabajar en alguna de las etapas del ensayo, en ciertos casos tambin en tiempo real. Esto

ha hecho posible los ensayos de emisin acstica en ambientes muy ruidosos como es el caso delcontrol on-line de procesos de soldadura o de la vigilancia durante el vuelo del crecimiento de

grietas de fatiga en aviones.


27/54


27

3.3 Parmetros

Diversos aspectos influyen en la seal, los dos

principales son la atenuacin, definida como laprdida de amplitud de seal y la geometra del

material.

La velocidad de onda, la geometra y las propiedades

materiales son todos los factores que varan la

cantidad de la actividad acstica generada.

Los parmetros que se extraen del detector que van a

ser utilizados posteriormente son los siguientes:

Umbral (threshold). El umbral es un nivel de

deteccin determinado a travs de la amplitud que

tienen las ondas del ruido, de tal manera que las

seales por encima del umbral sern de amplitud

superior a las de los ruidos.

Amplitud (A). Es el valor mximo del voltaje de un evento aislado. Es fundamental, ya que est

relacionado con la magnitud del propio evento. Puede variar entre pocos micro voltios y varios

voltios.

La amplitud de una seal en dB es:

ref

p

EAv

vdBA log20)(

Dnde vpes el voltaje mximo a la salida del transformador y vrefes el voltaje de referencia.

Factores que tienden a aumentar la amplitudde emisin de la respuesta acstica

Factores que tienden a disminuir la amplitud dela respuesta acstica de emisin

Alta resistencia Material que contienediscontinuidades

Baja resistencia Material sindiscontinuidades

Alta velocidad dedeformacin

Transformaciones defase martensita

Alta temperaturaIsotropa

Difusin controlada-transformaciones defase

Baja temperatura Propagacin de lagrieta

Homogeneidad Deformacionesplsticas

Secciones gruesas Materiales defundicin

Secciones delgadas Forjado materiales

Fallas frgiles(Hendedura)

Tamao de granogrande

Fallas dctiles Tamao de granopequeo


Parmetros de monitorizacin.


28/54


28

Cuentas/golpes/eventos/ringdown counts (N).Es el nmero de veces que se supera el umbral. Se

le llama tambin golpes porque es el resultado de las ondas que golpean el sensor. Es la tcnica

ms antigua y ms simple para cuantificar la actividad de emisin acstica. El inconveniente es que

las cuentas dependen de la resonancia del elemento transformador.

Velocidad de emisin acstica. Es una medida de la EA muy utilizada, definida como el nmero de

cuentas o sucesos por unidad de tiempo.

Energa (E)/MARSE (Measured Area of the Rectified Signal Envelope). Se mide como el rea de la

envolvente de la seal rectificada. Este parmetro ha ido ganando aceptacin, reemplazando en

muchos casos a las cuentas (N), a pesar de que el circuito para su medida es complejo. Su principal

ventaja es que no slo es sensible a la amplitud sino, tambin, a la duracin de la seal y depende

menos de la posicin del umbral y de la frecuencia de ensayo.

La energa de la seal de salida del sensor es directamente proporcional al rea contenida por laforma de onda y se refiere como la fuerza de seal.

Duracin (D).Es el tiempo que transcurre entre la primera vez que se cruza el umbral y la ltima. Es

til para reconocer procesos de larga duracin, como la formacin de delaminaciones en

materiales compuestos.

Es en particular til para la filtracin del ruido y otras clases de la calificacin de seal.

Tiempo de subida (R).Es el intervalo que transcurre entre el primer cruce del umbral y el mximo

de la seal. Se aplica en tcnicas de eliminacin de ruido. A menudo se utiliza para problemas que

dependen del tiempo, como vibracin y dinmica.

Tiempo de llegada. Es el tiempo absoluto que transcurre desde el inicio del ensayo hasta que

aparece la primera seal de descubrimiento de un defecto y que puede ser captado por los

sensores establecidos.


29/54


29

3.4 Representacin de los datos

Los datos obtenidos se pueden representar en grficas, relacionando dos parmetros ocaractersticas de la seal de EA. EN el eje X se suele representar una caracterstica de seal,

usualmente la amplitud y en el eje Y el nmero de emisiones o sucesos que tienen la

correspondiente amplitud.

La friccin mecnica se caracteriza por bajas amplitudes y largas duraciones. De esta forma resulta

fcil obtener grficos de correlacin entre la amplitud y la duracin, para identificar y filtrar ruidos

generados por friccin.

Fig. 12 Seccin tpica de un registro de EA/AM de un suceso en el que se sealan algunos parmetros a considerar en su estudio.


30/54


30

Una vez obtenidos los datos del ensayo se pueden mostrar de diversas maneras:

Los grficos anteriores (fig. 9) referentes a formas de presentacin de datos de emisin acstica

corresponden a los puntos escritos a continuacin.

a) Histrico de cuentas (N) o energa (E).

b) Histrico de cuentas en la unidad de tiempo.

c) Cuentas (N), o energa (E) frente a carga.

(h)

Fig. 13 Ensayos y mtodos no destructives. Tomo II. Representaciones de datos obtenidos.


31/54


31

d) Acumulativo, cuentas que rebasan un nivel de amplitud.

e) Amplitud, diferencial.

f) Localizacin en el plano.

g) Cuentas frente a amplitud.

h) Diagramas de forma de onda.

En (a) y (b), se representa el histrico de cuentas en forma acumulativa (a) y en cuentas por unidad

de tiempo (b). El modo acumulativo es til para estimar la actividad total de emisin, y el otro

resalta las variaciones de emisin que se producen durante el ensayo.

(c) Representa el histrico frente a la carga, en lugar de frente al tiempo. Es fundamental, ya que

relaciona directamente la causa (carga) y el efecto (emisin acstica). Es muy til para separar

piezas buenas de malas ya que stas tienden a empezar a dar cuentas con cargas ms bajas ytambin ms cuentas en total. Este grfico es tambin la mejor forma de representar los efectos

Kaiser y Felicity que se describen a continuacin, en el apartado de Tcnicas de ensayo.

La representacin de los datos se puede agrupar en distintos grupos:

Grficos de tipo histrico, que muestran la evolucin del ensayo de principio a fin.

Funciones de distribucin, que muestran diversas formas de estadstica de la emisin.

Grficos de los resultados individualizados por canal,

Grficos en 2D que muestran localizacin de las fuentes de emisin acstica en relacin

con la posicin de los sensores,

Grficos de correlacin entre diferentes parmetros, Grficos de diagnstico, que muestran la severidad de las indicaciones de emisin acstica.


32/54


32

4. nlisis de los datos

4.1 Anlisis de resultados

Evaluacin tpica de datos:

Los dos programas informticos ms utilizadas en la evaluacin de los datos son MONPAC y

MONPAC PLUS, dos programas desarrollados por el Dr. T. Fowler en Monsanto Chemical Company.

Una evaluacin tpica de datos consiste en:

- Actividad durante los perodos de parada: Puede indicar fluencia de esfuerzos continuos o

daos.

- Presencia de actividad durante la carga: Puede indicar daos espaciados como la corrosin.

- Cantidad de actividad: Indica la presencia de defectos.

- Seales de gran amplitud: Pueden indicar la presencia de defectos en crecimientos.

- Energa acumulada: Indica que las reas de defectos estn respondiendo a los incrementos

de esfuerzos.

-

Ciclos de carga:

El resultado del ensayo depende mucho del historial de carga de la estructura, es decir de la formaen la que se aplica el ciclo del ensayo y a los posibles estados de carga anteriores al ensayo.

Tambin depende de los materiales, algunos emiten seales muy rpidamente al aplicar la carga y

en otros es necesaria una carga constante como en el caso de la enfragilizacin por hidrgeno.

Efecto Kaiser:

Lo habitual es aplicar una carga creciente, la primera vez que se aplica la carga se obtiene mucha

ms emisin que en las siguientes. De hecho para la mayora de materiales la emisin es 0 mientras

que no se rebasa el nivel de carga del ensayo anterior o exista una presencia mayor de dao, estose conoce como efecto Kaiser, fue observado por Wilhelm Kaiser en 1950.

Kaiser observ que la emisin acstica es irreversible, es decir, no se produce cuando se vuelve a

cargar un material, hasta que el nivel de solicitacin no excede el nivel mximo alcanzado en el

ensayo anterior.

Basado en este efecto, se pudo demostrar (Dunegan, 1971) que un material que obedece al efecto

Kaiser y que, sin embargo, presenta emisin al volver a cargarlo, es porque entre los dos ciclos de

carga ha sufrido un dao estructural.


33/54


33

En este hecho se han basado la mayora de revisiones peridicas de recipientes a presin y otras

estructuras. Actualmente no slo se tiene en cuenta la emisin que se produce antes del mximo

anterior sino tambin se tiene en cuenta la emisin que se produce cuando se mantiene la carga

constante ya que un defecto significativo tender a emitir en ambos casos mientras que las

emisiones debidas a la estabilizacin de la estructura (por liberacin de tensiones residuales)tendern a no producirse al repetir la carga.

El efecto Kaiser en la prctica tiene gran aplicacin. Por ejemplo: para que una estructura, que ha

estado en servicio, pueda ser inspeccionada mediante EA, es necesario conocer el mximo nivel de

esfuerzos experimentado por dicha estructura hasta antes de su prueba o inspeccin con EA. De

otra forma si durante la prueba o inspeccin con EA no se sobrepasa el mximo nivel de esfuerzos

previamente aplicado, entonces habr muy pocas y/o insignificantes seales de EA.

Efecto Felicity:

Este efecto se define como la emisin acstica significativa a un nivel de carga por debajo de la

carga mxima anterior que se observa en el efecto Kaiser. Podemos ver que a niveles ms altos de

la tensin el material est dbil y por eso aparecen las ondas acsticas antes de que la carga

mxima anterior es alcanzada. Dicho de otra manera el efecto Felicity es lo contrario que el efecto

Kaiser.

A menudo se presenta en materiales en condiciones pobres y/o cercanos a fallar y se le denomina

el efecto Felicity.

La relacin de Felicity se expresa como:

Se deduce por tanto que el efecto Kaiser es un efecto Felicity cuya relacin FR es igual o superior a

1.

Este efecto a menudo se presenta en materiales pobres y/o cercanos a fallar.

Lectura del valor FR:

El valor de FR es muy til en los ensayos de recipientes de plstico reforzados con fibra . Cuando el

material se aproxima a la rotura, se produce una disminucin sistemtica de la relacin y, segn

ASME 11, un valor de FR inferior a 095 es causa suficiente para el rechazo del recipiente.


34/54


34

En el caso de los recipientes metlicos, ASME 12 considera admisible descartar los resultados del

primer ciclo de carga y considerar slo los del segundo. Esto se basa en el hecho de que los

resultados del primer ciclo estn muy contaminados por emisiones locales de poco o nulo inters

prctico, mientras que slo los defectos significativos emitirn en el segundo ciclo.

4.2 Ejemplo

Lectura del registro de cuentas en funcin de la carga:

Efecto Kaiser:

En esta figura se observan diversos fenmenos de inters que se producen durante los sucesivos

ensayos de carga. En el primer ensayo la emisin empieza cuando llega al valor A, al aumentar la

carga se acumulan las cuentas hasta B y si, en ese momento se descarga el registro pasa al punto C.

Si ahora se vuelve a cargar no se producen nuevas cuentas hasta que la carga alcanza de nuevo el

valor en B, dnde la curva de acumulacin retoma el crecimiento que es el efecto Kaiser.

Fig. 14 Registro acumulativo en funcin de la carga. Se muestran los efectos Kaiser, Felicity y emisin

a carga constante. Fuente: Mtodos de ensayos no destructivos


35/54


35

Efecto Felicity:

Pero cuando aumentan los niveles de carga se produce el efecto Felicity, que se representa en la

zona DEF, la emisin se reanuda en F, que es antes de llegar a D, el nivel mximo de la carga

anterior.

Fenmeno de la emisin continua a carga constante:

Sucede en el tramo GH de la curva. Su explicacin est asociada, igual que el efecto Felicity a la

naturaleza inestable de los defectos significativos. Este efecto simplifica los ensayos de recipientes

de plsticos ya que, durante el mantenimiento de la carga, la emisin est mucho menos

contaminada por ruido que cuando la carga est creciendo.

Los detalles que definen el ciclo de aplicacin de la carga, tales como velocidades, tiempos, etc.

Deben especificarse escrupulosamente. En el caso de los recipientes de plstico reforzado se

recurre a veces a un perodo de acondicionamiento (aplicacin de una carga reducida) antes del

ensayo. No pueden permitirse fallos de coordinacin entre el personal de fabricacin y el

responsable de las pruebas, ya que un ensayo de emisin acstica puede ser totalmente invalidado

si el recipiente o la estructura han sido cargados antes inadvertidamente.

4.3 Localizacin de la fuente

La determinacin de la posicin del defecto de cada uno de los eventos es fundamental para las

pruebas de EA. La distancia entre defecto y sensores es igual al tiempo de llegada multiplicado porla velocidad de la seal. La onda de EA se distribuye en crculos concntricos de su fuente y llega a

los sensores en tiempos distintos. La diferencia de tiempo es proporcional a la distancia entre el

sensor y el defecto.

Mediante un grfico de hiprboles se pueden representar los clculos de la posicin del defecto de

varios sensores. La interseccin entre las distintas hiprboles determinar el punto exacto de la

fuente de la onda y por tanto la situacin del defecto. Otra manera es utilizando un diagrama de

puntos que incluye las posiciones de los sensores.

Fig. 15 El principio de localizacinFuente: http://www.ndt.net/article/v07n09/05/05.htm


36/54


36

Localizacin puntual

Desde los principios de la emisin acstica se hace uso de la posibilidad de determinar la posicin

de la fuente origen de la seal mediante tcnicas de triangulacin que toman como referencia el

tiempo de llegada a cada sensor de los mximos de amplitud de cada seal.

Sin embargo no siempre se obtienen buenos resultados. La complejidad del proceso de transmisin

hace que el error pueda ser superior al 10%.

Factores que provocan el error:

- A pesar de que la onda elstica es de muy corta duracin, a veces inferior a 1 s, el hecho

de que se irradie en forma esfrica provoca que pueda llegar al sensor por caminos muy

diferentes y por tanto en tiempos diferentes dando origen a una seal en el sensor quepuede durar ms de 100 s en materiales de alta atenuacin (metlicos, compuestos) o

varios milisegundos en metales con bajo coeficiente de atenuacin.

- El mximo de la seal no se forma el inicio de la misma, sino por interferencias

constructivas de ondas que llegan al sensor por diferentes caminos.

- La formacin de la seal en el sensor es siempre compleja, incluso con piezas con

geometra sencilla.

La localizacin puntual (inicialmente uno de los objetivos principales del ensayo por emisin

acstica) se ha ido desmitificando debido a la puesta a punto de nuevos parmetros de evaluacin

de los resultados, adems se ha demostrado que muchos eventos excitan un nico sensor lo cualimpide aplicar las tcnicas de localizacin puntual.

Localizacin zonal:

Se ha ido substituyendo por la localizacin zonal, menos precisa pero ms realista. Adems la

localizacin zonal permite, al igual que la localizacin puntual, concentrar en las zonas crticas los

esfuerzos posteriores de inspeccin con otras tcnicas de END para una evaluacin individualizada

de la fuente.

Esta estrategia, que combina la inspeccin global con emisin acstica y la detallada con otros

mtodos, se aplica con xito a grandes recipientes y estructuras para reducir los costes totales de

inspeccin y mejorar, al mismo tiempo, su fiabilidad.

Fig. 17 Hiprbola interseccin 3 sensores

Fuente: http://www.ndt.net/article/v07n09/05/05.htm Fig. 16 Diagrama de puntos (clculo de posicin de defecto)

Fuente: http://www.ndt.net/article/v07n09/05/05.htm


37/54


37

4.4 Identificacin de la fuente

Este proceso tambin lo conocemos por el nombre de inversin acstica, es decir, la determinacin

de la naturaleza de la fuente a partir de la seal recibida en el sensor.

Aunque el proceso de generacin de onda es relativamente simple, la formacin de la seal en el

sensor es muy compleja. Este hecho ha impedido hasta ahora disponer de una solucin general.

Uno de los problemas que se han estudiado recientemente es la determinacin cuantitativa del

avance de una grieta o su orientacin, en muestras de geometra sencilla.

En estos casos se utilizan slo los primeros ciclos de la seal, en lugar de toda la forma de onda

como en el caso de la localizacin. Para ello se usan sensores de alta fidelidad, en los que la

sensibilidad se ha sacrificado en beneficio de una menor distorsin de la seal.


38/54


38

5. plicaciones

La EA tiene diversas aplicaciones en una amplia variedad de campos, tanto en investigacin como

en mbitos civiles e industriales.

En ensayos y caracterizacin de materiales diversos: metales, materiales compuestos avanzados,

plsticos, madera, hormign, material biolgico, etc.

Industria qumica y petrolfera: ensayos de integridad en recipientes a presin, ensayos de tanques

de almacenamiento, tanques criognicos, pruebas de tiempo de reutilizacin de los reactores

termales, torres, columnas y sistemas de tuberas, ensayos del fondo de tanques, deteccin de

corrosin en tiempo real, ensayo de tanques de FRP, inspeccin en la red de tuberas, deteccin de

fugas en vlvulas y en tuberas enterradas, deteccin de arena en las tuberas de alta mar y

auscultacin e las plataformas offshore.

Auscultacin y diagnstico de centrales elctricas.

Industria aeronutica y aeroespacial: Ensayos en aviones, ensayos de envejecimiento de aviones,

ensayos de fatiga de componentes, deteccin de corrosin bajo las alas, inspeccin in-situ de

partes del tren de aterrizaje, ensayo de labes y palas en helicpteros, deteccin de grietas en el

fuselaje, etc.

Industria metalrgica: Desgaste de herramientas y deteccin de roturas, deteccin de contacto

entre piezas, control de calidad de procesos de trabajo en metales, deteccin de colisiones y

prevencin en procesos de fabricacin.

Ingeniera civil: Inspeccin de la estructura de edificios de hormign, ensayos en puentes y tneles,

la vigilancia continua de daos o propagacin de grietas, ensayos de las gras, etc.

Aplicaciones en el transporte: Deteccin y localizacin de fallos en remolques, vagones y camiones

cisternas, deteccin de grietas en materiales y estructuras ferroviarias, pruebas de integridad de

puentes y tneles, control del estado de los rodamientos y cojinete de camiones cisternas,

deteccin de grietas en las ruedas y los ejes de los trenes, etc.

Otras aplicaciones: Control de soldaduras, control de sequa de los cultivos y bosques, aplicaciones

geolgicas y sismolgicas, supervisin del estado del motor, control de procesos on -line demquinas rotativas, aplicaciones mdicas, etc.

A continuacin se resumen algunos estudios realizados al respecto, en la bibliografa se incluyen los

ttulos y los autores de los documentos estudiados.

5.1 Activos estticos

La inspeccin mediante EA es un mtodo que permite detectar grietas, corrosin, discontinuidades,

fugas, etc., en cualquier tipo de estructura sujeta a presin o cargas (Tanques, Tuberas,

Recipientes a presin, etc.)


39/54


39

5.1.1Estructuras

Introduccin:

La Emisin Acstica actualmente es usada en la monitorizacin de puentes sometidos a grandes

cargas.

Evaluacin de las emisiones acsticas en la reconstruccin el I-80 Bryte Bend Bridge en

Sacramento, California.

A este puente se le someti a una restauracin despus de observar importantes grietas internas.

El objetivo de este estudio fue llevar a cabo una monitorizacin de EA en dicho puente, antes y

despus de la restauracin y comparar los resultados para ver si haba habido una disminucin

significativa de las EA.

Ingenieros de la Northwestern Universitys Infrastructure Technology Institute realizaron tests de

EA antes de la restauracin, durante y despus. Finalmente gracias a los tests de EA realizados se

pudo comprobar que la restauracin fue efectiva para reducir el agrietamiento.

Desarrollo:

Los datos fueron adquiridos en ambos testsusando un sistema de seis canales Vallen

Systeme AMY5 de monitorizacin de EA y seis

transductores piezoelctricos de 375 kHz con

preamplificadores internos. Un transductor fue

colocado en la grieta visible y el resto en una

matriz alrededor.

Los transductores fueron acoplados a la

estructura con una grasa de silicona y fijado con

soportes magnticos. Los datos fueron

adquiridos durante 30-60 minutos usando unporttil y fueron guardados en formato digital y

analgico.

Los resultados obtenidos muestran que la restauracin ha sido til para disminuir el crecimiento de

las grietas causadas por fatiga. Cada lado muestra un decremento en la actividad de crecimiento de

grietas medida en nmero de golpes por hora de EA (cada golpe una amplitud por encima de 55

dB.

Conclusin:

Fig. 18 Actividad de EA antes y despus de la restauracin


40/54


40

Las pruebas de emisiones acsticas pueden ser muy tiles a la hora de proveer datos para la

evaluacin de la fatiga y de las grietas asociadas. En el caso de este puente se ha utilizado en varias

ocasiones para ayudar en la caracterizacin de grietas, el desarrollo de un diseo restauracin

efectiva y finalmente en la evaluacin del plan completo de restauracin de la estructura. Sin la

ayuda de la tcnica de las EA se habra gastado mucho tiempo y esfuerzos en un diseo inefectivode plan de restauracin.

5.1.2Obracivil

Estudio del deterioro de la piedra en ensayos de cristalizacin con sulfato de sodio.

Introduccin:

Las sales solubles son uno de los principales agentes de deterioro de las rocas de los monumentos.En las rocas la EA puede estar relacionada con procesos de deformacin y rotura como

dislocaciones en la red cristalina, maclaciones, movimientos intergranulares, generacin y

propagacin de fisuras, etc.

Los esfuerzos generados por las sales en el interior de una roca porosa pueden dar lugar a una

liberacin de energa en forma de ondas elsticas (EA). Dichas ondas pueden ser registradas y

analizadas. Quizs la parte ms difcil es la interpretacin de estos resultados, especialmente

cuando se practican in situ, la gran cantidad de sucesos que pueden generar EA.

Desarrollo:

En este caso se ha registrado la EA durante los ciclos de cristalizacin de sales para estudiar los

mecanismos de deterioro de la piedra

por el sulfato de sodio en ensayos de

laboratorio.

Se han seleccionado distintos tipos

rocas carbonatadas con distinta

porosidad las dolomas de Vinaixa y

Laspra y la caliza de Murcia.A las que

se le aplica un ensayo de cristalizacincon distintas etapas, inmersin,

secado y enfriamiento.

Para registrar la EA, se utiliz un

equipo Spartan 3000 (Physical

Acoustic Corporation, NJ, USA),

usando transductores piezoelctricos (R15, Physical Acoustic corporation) con una frecuencia de

resonancia de 150 kHz. Se utiliz un filtro de paso de banda de 100-300 kHz. El almacenamiento y

procesado de seales se realiz con un ordenador personal acoplado.

Fig. 19 Variacin de peso y registro de emisin acstica durante la etapa de

enfriamiento. Izqda: dolomia de Vinaixa. Dcha: caliza de Murcia.


41/54


41

Para conocer el papel desempeado por la sal en la generacin de EA se realiza un ensayo. En dicho

ensayo se sumerge unas 4 horas la muestra en una solucin acuosa al 14% de sulfato sdico

decahidratado (a una temperatura de 20C). A continuacin se seca durante unas 14 horas en un

horno con ventilacin forzada, precalentado a 60C. Finalmente se deja reposar unas 6 horas en

condiciones ambientales producindose as un enfriamiento.

Conclusin:

Todas las rocas ensayadas sufren un deterioro (distinto dependiendo de la roca) a lo largo de los

ciclos que depende de su porosidad y configuracin del sistema poroso. Los niveles significativos de

emisiones acsticas se detectan en la etapa de enfriamiento.

Cuando la precipitacin es completa (no queda resto de solucin) hay un registro elevado de EA

durante el enfriamiento, cuanto mayor es la cantidad de sulfato sdico precipitado mayores son los

niveles de EA registrados.

Se observan dos modelos de comportamiento, que suceda un secado u otro depende por la

configuracin del sistema poroso de las piedras que condicionar la toma de solucin durante la

inmersin, la evaporacin de la misma y la precipitacin de la sal durante el secado.

Modelo A. Si el secado no es completo, queda algo de solucin en el interior de la roca al final de la

etapa del secado. Durante la etapa de enfriamiento tiene lugar una cristalizacin del decahidrato,

no detectndose EA.

Es el caso de la piedra de Laspra, muy porosa y con radios de acceso de poro muy pequeos, al final

de la etapa de secado queda un resto de solucin que dar lugar a la cristalizacin del sulfato

hidratado durante el enfriamiento.

Modelo B. Si el secado es completo, no queda ningn resto de solucin y la sal precipitada es

sulfato de sodio. Durante la fase de enfriamiento se producen cambios en la sal. En este caso se

registra EA.

Es el caso de las otras dos rocas (Vinaixa y Murcia), tienen mayores radios de acceso a los poros y el

secado generalmente es completo.

Todo ello lleva a concluir que la tcnica de las EA puede resultar vlida para interpretar los

mecanismos de deterioro de las rocas porosas por sales solubles, al menos en las condiciones en lasque se han realizado estos ensayos.

5.1.3Tanquesdealmacenamiento

Los productos generados en la corrosin generalmente forman una cascarilla frgil y cuando la

estructura es sometida a carga o a presin esta cascarilla se rompe generando ondas de emisin

acstica. Dichas ondas pueden ser detectadas, registradas y analizadas, para as detectar daos por

las emisiones acústicas (ae)

Documents