Angie Katherine Hernandez Jessika León Johana Patricia Patricia Quiroga
AGENDA
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 6. 7.
Introd troduc ucci ción ón Nivele Niveless de calif califica icació ción n del per person sonal al Gene Generralid alidad ades es Fund Fu ndam amen enttos fís físic icos os Ítem Ít emss en det detec ecció ción n de fal falla lass Equi Eq uipo po de de Ultr Ultras ason onid ido o Téc écni nica cass de Ultr Ultras ason onid ido o Apl pliicaciones Ven enta taja jass y desv desven enta taja jass Conc onclusiones Bibl Biblio iogr graf afía ía
INTRODUCCIÓN
Los métodos de ensayos no destructivos son usados para detectar las imperfecciones superficiales e internas en los materiales, soldaduras, elementos o piezas fabricadas y componentes.
Su finalidad es asegurar un nivel de calidad aceptable del estado estructural y funcional de los equipos, sistemas y componentes (ESC), tanto durante la fase de fabricación o construcción como durante la vida en servicio de los mismos.
INTRODUCCIÓN Ensayos no destructivos inspección superficial
inspección volumétrica
inspección de integridad
inspección visual
Radiografía industrial
Pruebas por perdidas por cambio de presión
Líquidos penetrantes
Ultrasonido industrial
Pruebas por perdidas de fluido
Partículas magnéticas
Emisión acústica
electromagnetismo
NIVEL DE CALIFICACIÓN DEL PERSONAL • debe estar preparado para realizar, según instrucciones escritas,
NIVEL I
calibración de equipos, ensayos y evaluación de resultados.
• debe estar preparado para realizar; calibración de equipos,
NIVEL II
interpretar y evaluar resultados con respecto a códigos y especificaciones. Debe estar en capacidad de preparar instrucciones escritas y reportar resultados de ensayo. • debe ser responsable de establecer técnicas, interpretar códigos y
NIVEL III
designar el método de ensayo junto con la técnica a ser usada. Debe tener una gran experiencia práctica en ésta técnica y estar familiarizado con otras técnicas de Ensayo no Destructivo.
GENERALIDADES DEL ULTRASONIDO En 1881, Jacques and Pierre Curie publicaron los resultados obtenidos al experimentar la aplicación de un campo eléctrico alternante sobre cristales de cuarzo y turmalina, los cuales produjeron ondas sonoras de muy altas frecuencias.
En la naturaleza encontramos desde tiempos inmemoriales animales que utilizan el ultrasonido como medio de orientación, comunicación, localización de alimentos, etc.
En abril de 1912, L.F. Richardson, sugirió la utilización de ecos ultrasónicos para detectar objetos sumergidos.
GENERALIDADES DEL ULTRASONIDO
En 1917, Paul Langevin y Chilowsky produjeron el primer generador piezoeléctrico de ultrasonido cuyo cristal servía también como receptor y generaba cambios eléctricos al recibir vibraciones mecánicas.
En 1929, Sergei Sokolov, propuso el uso del ultrasonido para detectar grietas en metales basándose en el principio de reflexión.
¿ QUE ES UNA PRUEBA DE ULTRASONIDO? Es un proceso de tipo mecánico, basado en la impedancia acústica; que se obtiene al conocer el producto de la velocidad máxima de propagación de una onda sonora especifica entre la densidad de un material.
Se emplea un instrumento electrónico que genera una onda ultrasónica a través de un cristal o un cerámico y que tiene la propiedad de transformar la energía eléctrica mecánica( ondas sonoras) .
FUNDAMENTOS FISICOS
Cualquier sonido puede describirse en su totalidad especificando tres características en su percepción: El tono, la intensidad y el timbre. Estas tres corresponden exactamente a tres características físicas: la frecuencia, la amplitud y la composición armónica también denominada forma de onda.
Impedancia acústica específica (Resistencia): Depende de la densidad de masa y de la velocidad de propagación. A mayor densidad, mayor absorción; a mayor absorción, mayor frecuencia.
Z = ρv
FUNDAMENTOS FISICOS Reflexión: Se produce en los límites dentro de los metales. Depende de la geometría del mismo. Refracción: El haz ultrasónico se desvía dependiendo de la velocidad de propagación y de la densidad del material. Efecto piezoeléctrico: Fenómeno físico por el cual aparece una diferencia de potencial eléctrico entre las caras de un cristal cuando éste se somete a una presión mecánica. Transductores piezoeléctricos: Convierten un cambio en la magnitud que se va a medir en un cambio en la carga electrostática o tensión generada a ciertos materiales cuando se encuentran sometidos a un esfuerzo mecánico.
FUNDAMENTOS FISICOS • Son
aquellas que se desplazan sobre la superficie del material y penetran a una profundidad máxima de una longitud de onda, también es conocida como ondas de Rayleigh y se propaga solo en sólidos Superficial
• Los
desplazamiento de las partículas son en forma perpendicular a la dirección del haz ultrasónico, se propagan en sólidos únicamente. Transversal
• Los
desplazamientos de las partículas son paralelos a la prolongación del sonido. Longitudinal
PARAMETROS PARA DETECTAR UNA FALLA
Selección del equipo de prueba adecuado.
Conocer los requerimientos específicos de la prueba.
Experiencia y conocimiento de la técnica a utilizar.
EQUIPO DE INSPECCIÓN ULTRASONICA
Equipo básico pulso-eco
La selección deberá ser de acuerdo a las necesidades de inspección y al sistema de transmisión apropiado. Sin embargo, el sistema de transmisión pulso-eco es el más utilizado en la actualidad.
PARTES DEL EQUIPO Transductor Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energía de entrada, en otra diferente de salida. El nombre del transductor ya nos indica cual es la transformación que realiza, aunque no necesariamente la dirección de la misma. Los transductores pueden ser clasificados en los siguientes grupos de acuerdo a: a) Forma de propagar el haz ultrasónico: Haz recto y haz angular. b) Técnica de inspección: De contacto y de inmersión. c) Número de cristales: Un cristal, dos cristales o dual y de cristales múltiples. d) Grado de amortiguamiento: De banda ancha, banda angosta y de amortiguamiento interno. e) Aplicaciones especiales: Transductores libres, súper amortiguados, puntuales, periscópicos y con línea de retardo.
PARTES DEL EQUIPO Cable coaxial Un accesorio del sistema de ultrasonido es el cable coaxial, el cual en sus extremos posee conectores los cuales unen al instrumento y al transductor. Los tipos de conectores más comunes son: a) Microdot: Para transductores muy pequeños (con rosca). b) BNC: De medio giro. c) UHF: Para muy alta frecuencia (con rosca), usado en inmersión. d) Lemo: De media presión. e) Tuchel: En la actualidad fuera de uso.
PARTES DEL EQUIPO Acoplantes Los acoplantes normalmente usados para la inspección por contacto son agua, aceites, glicerina, grasas de petróleo, grasa de silicón, pasta de tapiz y varias sustancias comerciales tipo pasta. La técnica ultrasónica necesita de un acoplante adecuado para transmitir el ultrasonido entre el transductor y la pieza de prueba. El acoplante puede ser líquido, semilíquido o pastoso.
PARTES DEL EQUIPO Bloque De Calibración Los bloques patrones son usados para estandarizar la calibración del equipo y evaluar en forma comparativa las indicaciones obtenidas de la pieza de ensayo. Los patrones de referencia están hechos de materiales debidamente seleccionados para garantizar su sanidad interna y que satisfagan los requisitos de atenuación, tamaño de grano y tratamiento térmico.
TÉCNICAS DE ULTRASONIDO
Técnica Pulso - Eco
Se utiliza un solo transductor que envía y recibe el pulso (transmisor – receptor) por lo que requiere acceso a una sola superficie.
TÉCNICAS DE ULTRASONIDO
Técnica de transmisión a través
También se utiliza un transmisor y un receptor, solo que en este caso se encuentran localizados en superficies opuestas.
TÉCNICAS DE ULTRASONIDO
Técnica con haz angular
El método de inspección por haz angular es utilizado para transmitir un haz angular predeterminado de prueba, de acuerdo al ángulo de incidencia es el tipo de ondas producidas dentro del material (transversal, longitudinal y superficial).
TÉCNICAS DE ULTRASONIDO
Técnica con transductores duales Esta técnica proporciona un método para incrementar la resolución, el elemento doble permite que la función del cristal receptor se encuentre electrónica y acústicamente aislado de los efectos del pulso de excitación. Estos transductores miden el espesor y descubren defectos y corrosión en materiales delgados.
TÉCNICAS DE ULTRASONIDO
Técnica de Picha y Cacha
Se utilizan dos transductores, donde uno envía el pulso y el otro lo recibe (un transmisor y un receptor), ambos transductores se localizan en una misma superficie.
APLICACIONES
Detección y caracterización de discontinuidades. Medición de espesores, extensión y grado de corrosión. Determinación de características físicas, tales como: estructura metalúrgica tamaño de grano y constantes elásticas. Definir características de enlaces (uniones). Evaluación de la influencia de variables de proceso en el material.
APLICACIONES Ingeniería Mecánica Detectar etapa incipiente de falla en rodamientos, impedir el exceso o falta de lubricación, Cavitación en bombas, motores, cajas de engranajes, ventiladores, compresores, desgastes en los materiales, corrosión de materiales, verificación del estado de pinturas, forjas, fundiciones y laminas. También para detectar algunas falencias en los materiales y equipos tales como fallas, grietas, estructura granular, soldaduras y fracturas. En general la industria de automóviles, trenes, barcos y aviones.
APLICACIONES Sector Civil
El ultrasonido es útil para detectar el espesor de materiales como el concreto, ayuda a detectar fallas en materiales como corrosión o desgaste en tuberías, y ayuda a detectar la cantidad de flujo que pasa a través de un ducto, ejemplo de los acueductos.
APLICACIONES Corrosión
APLICACIONES
Sistema de inspección de soldaduras circunferenciales
Robot usado para inspeccionar cascos de barco por debajo de la línea de flotación
Sistema para inspeccionar oleoductos en busca de corrosión
VENTAJAS DEL ULTRASONIDO Es una técnica muy sensible y que puede cubrir áreas muy grandes en una sola prueba, en comparación con otra técnica de ensayo no destructivo.
Mayor poder de penetración que otras técnicas de ensayo no destructivo. Fácil acceso a la superficie de los materiales. No representa ningún peligro para el operario Es portátil, por lo tanto es de gran ayuda para inspecciones de tuberías a largas distancias de la refinería o del pozo. Gran velocidad de prueba; debido a que la operación es electrónica, proporciona indicaciones prácticamente instantáneas de la presencia de discontinuidades. Mayor exactitud: En comparación con los demás métodos no destructivos, en la determinación de la posición de discontinuidades internas, estimando sus tamaños, orientaciones, forma y profundidad.
VENTAJAS DEL ULTRASONIDO Alto poder de penetración: Lo que permite localizar discontinuidades a una gran profundidad (varios metros). Buena resolución: Siendo esta característica la que determina que puedan diferenciarse los ecos procedentes de discontinuidades próximas en profundidad. Permite la interpretación inmediata, la automatización y el control del proceso de fabricación. No utiliza radiaciones perjudiciales para el organismo humano y no tiene efectos sobre el material inspeccionado. Alta sensibilidad: Permitiendo extremadamente pequeñas.
la
detección
de
Accesibilidad: Solo requiere acceso por un lado del material. Seguridad: No requiere condiciones especiales de seguridad.
discontinuidades
DESVENTAJAS DEL ULTRASONIDO Está limitado por la geometría, estructura interna, espesor y acabado superficial de los materiales sujetos a inspección. Localiza mejor aquellas discontinuidades que son perpendiculares al haz de sonido. Las partes pequeñas o delgadas son difíciles de inspeccionar por este método. El equipo puede tener un costo elevado, que depende del nivel de sensibilidad y de sofisticación requerido. El personal debe estar calificado y generalmente requiere de mucho mayor entrenamiento y experiencia para este método que para cualquier otro de los métodos de inspección. La interpretación de las indicaciones requiere de mucho entrenamiento y experiencia de parte del operador.
CONCLUSIÓN
El estudio de ultrasonido en los materiales es muy importante en nuestro campo de acción como petroleros, debido a su utilización se a optimizado de manera muy eficaz la producción de hidrocarburos remediando el estado las tuberías de producción, oleoductos o tanques de almacenamiento que presenten “daños” internos o externos ya sea por falla mecánica, corrosión, etc.
