05/03/2014

TCNICAS

AVANZADAS DE

END

EMISIN ACSTICA

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NDICE

SONOMETRA (Emisin Acstica)

Descripcin y fundamentos fsicos

Aplicaciones

Proceso de actuacin

Equipo de inspeccin

Comparacin con otras tcnicas de END

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El ensayo de Emisin Acstica (EA) es un Ensayo No Destructivo

Se basa en las ondas snicas o ultrasnicas que genera un material slido al deformarse o fracturarse por estar sometido a tensiones mecnicas o trmicas

EMISIN ACSTICA (EA)

Una deformacin plstica en un

material slido produce una onda

que se expande hasta la superficie

exterior. Si en esa superficie

colocamos un transductor

adecuado, mediante efecto

piezoelctrico (similar a la tcnica

de inspeccin clsica por

ultrasonidos) esas ondas mecnicas

se traducen en impulsos elctricos

interpretables

DESCRIPCIN Y FUNDAMENTOS FSICOS

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El origen del ensayo de EA data del 6.500 AC, cuando los fabricantes de cermica escuchaban los estallidos de las piezas de arcilla que enfriaban

demasiado deprisa.

Por experiencia, aprendieron que esos estallidos estaban relacionados con

agrietamientos de las piezas y stas iban a fallar prematuramente

Pese a este uso ya ancestral, el uso de la moderna EA se debe Josef Kaiser, quien en 1950 hizo dos importantes descubrimientos:

Los materiales emiten impulsos de energa elstica cuando estn sometidos a tensiones

Una vez que un material ha sido sometido a una carga, y el sonido de la EA ha cesado, no se volver a producir ninguna EA hasta que se aplique

una carga que exceda a la anterior, incluso aunque la carga inicial cese y

sea aplicada posteriormente. Es el llamado Efecto Kaiser

EMISIN ACSTICA (EA)

DESCRIPCIN Y FUNDAMENTOS FSICOS

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EMISIN ACSTICA (EA)

DESCRIPCIN Y FUNDAMENTOS FSICOS

El tramo BCB representa el Efecto Kaiser

El tramo DEF representa el Efecto Felicity,

donde debido a las elevadas tensiones

acumuladas por el material y su proximidad a la

zona de rotura, defectos importantes

comienzan a emitir antes de llegar a la carga

mxima anterior. Se puede cuantificar por la

Relacin Felicity (FR, Felicity Ratio)

De acuerdo con ASME, son rechazables

equipos de fibra de vidrio con FR < 0.95

previa mxima Carga

nuevo de comienzaEA la que la a cargaFR

Grfica representativa de la respuesta de EA frente a la carga aplicada al material

objeto de ensayo.

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La EA es un fenmeno natural que tiene lugar en un amplio rango de materiales, estructuras y procesos.

Se puede aplicar desde eventos a gran escala, como las Emisiones Ssmicas a emisiones microscpicas, como son las dislocaciones microestructurales de

los materiales metlicos sometidos a tensin.

La EA nos proporciona una gran informacin del comportamiento de materiales en situaciones de tensin y por tanto de su resistencia al dao o al fallo.

Los agrietamientos de elementos como alas de aviones, tuberas, tanques de almacenamiento, recipientes a presin producen EA

Tambin son fuente de EA las fugas de vapor en vlvulas, fallos en cojinetes, defectos en procesos de soldadura

EMISIN ACSTICA (EA)

APLICACIONES

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Estudio de Materiales

La EA nos da informacin del comportamiento de los materiales bajo las cargas tensionales que soporta.

Los mecanismos que producen EA son aquellos que dan lugar a deformaciones permanentes (plsticas, no elsticas), como son las

dislocaciones, formacin y crecimiento de grietas, corrosin,).

La cantidad de energa de EA generada en el material depender del tamao y velocidad de propagacin del proceso de deformacin

Este tipo de estudios estn ms orientados a fases de diseo y de laboratorio que a inspeccin en servicio

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APLICACIONES

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Inspeccin en Servicio deteccin de agrietamientos

Es la aplicacin ms interesante de la EA como END, muy til en la inspeccin de tuberas, recipientes a presin, tanques de almacenamiento

Objetivo del ensayo: Detectar defectos (grietas) y asegurar la integridad estructural del equipo

La EA ejerce el papel de monitorizacin de la condicin de equipos estticos, de la misma manera que el ensayo de vibraciones lo hace para los rotativos.

Debemos diferenciar entre la EA de la zona plstica alrededor de la punta de la grieta y la EA del movimiento de avance de la grieta en s mismo. Estos

ltimos dependen mucho del tipo de mecanismo:

Mecanismos rpidos como son las fracturas frgiles, se detectan inmediatamente

Otros como la coalescencia de microvacos son silenciosos. Se detectan porque van asociados a la EA producida en la zona plstica por rotura de precipitados o

inclusiones

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APLICACIONES

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Inspeccin en Servicio deteccin de agrietamientos

En la dcada de los 70, se produjeron numerosos daos en la industria petroqumica en tanques y recipientes a presin de fibra de vidrio

Las causas principales eran:

Inadecuado diseo y fabricacin

Manejo incorrecto durante el transporte

Mal uso del material (no era familiar la fibra de vidrio)

No exista un mtodo adecuado de inspeccin

El desarrollo por Monsanto de un mtodo de inspeccin por EA dio como resultado la reduccin drstica de la problemtica. El procedimiento de ensayo

desarrollado por el CARP (Comit de Emisin Acstica para Plsticos

Reforzados) dio origen a la inclusin del ensayo de EA en ASME en 1983

El ensayo se realiza con 8 a 30 sensores, con frecuencias de 150 kHz en zonas de alta tensin y de 30kHz en zonas menos crticas

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APLICACIONES

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Inspeccin de capas no metlicas

Es la otra aplicacin de la EA como END

Se utiliza para la deteccin de fenmenos de:

Oxidacin de Alta Temperatura

Procesos de Corrosin a Temperatura ambiente

Para optimizar procesos de fabricacin de recubrimientos cermicos en compuestos de alta temperatura

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APLICACIONES

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Control de calidad de produccin

Monitorizacin en procesos de soldadura (entre otros GTAW o SMAW) durante procesos de ejecucin. Los procesos ms sencillos de monitorizar son

aquellos libres de escorias

La EA durante los procesos de solidificacin y enfriamiento est relacionada

con el tamao de las deposiciones de material de aporte, lo cual se puede

relacionar con ciertas propiedades de la soldadura.

Monitorizacin en procesos de enderezado de ejes forjados. Donde las fuerzas de curvado que se aplican para corregir defectos, pueden provocar

microagrietamientos de los ejes en la superficie endurecida del mismo.

Mediante EA, se pueden detectar esos microagrietamientos y alertar al

personal que realiza los trabajos.

En estos casos, las tensiones que producen la EA son inherentes al trabajo que se est realizando, por tanto no es necesario aplicarlas para la realizacin

del ensayo de EA

EMISIN ACSTICA (EA)

APLICACIONES

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Para poder llevar a cabo el ensayo de EA, es necesario que el material est sometido a tensin (mecnica o trmica).

En caso de que no est sometido a ella debido al proceso en s, habr que aplicrsela, de forma que estimule la EA de todos aquellos defectos que

puedan ser significativos

Los pasos del proceso son los siguientes:

Aplicacin de la carga al objeto a ensayar para producir tensiones mecnicas

Los mecanismos de defecto generan energa elstica

Propagacin de las ondas a travs de la pieza hacia el exterior

Sensores adecuados convierten la energa mecnica en seales elctricas por efecto piezoelctrico

Adquisicin de datos para estudio y Representacin en una pantalla

Evaluacin e interpretacin de las seales

EMISIN ACSTICA (EA)

PROCESO DE ACTUACIN

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EMISIN ACSTICA (EA)

EQUIPOS DE INSPECCIN

Los elementos que intervienen en la inspeccin de EA son los siguientes.

Acoplante

Como en el ensayo de ultrasonidos, son un elemento clave para garantizar una adecuada sensibilidad del ensayo.

Han de proporcionar un adecuado contacto entre el sensor (palpador) y la superficie a ensayar

Debe ser el adecuado para la temperatura de ensayo y no corroer el material.

La capa de acoplante ha de ser lo ms delgada posible

Los ms usados son aceites o grasas

Sensor o palpador

Sensores piezoelctricos que convierten

la energa mecnica en seales elctricas

Las frecuencias habituales de los sensores de EA abarcan un rango de 20 a 1.200 kHz

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EMISIN ACSTICA (EA)

EQUIPOS DE INSPECCIN

Equipo de EA

Compuesto por:

un preamplificador que amplifica la seal generada por los sensores

Un filtro de frecuencias

Un almacenador de datos

Un convertidor de ondas

Un procesador de seal

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EMISIN ACSTICA (EA)

EQUIPOS DE INSPECCIN

Equipo de emisin acstica

Esquema del proceso de

inspeccin y seal tpica de EA

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EMISIN ACSTICA (EA)

COMPARACIN CON OTRAS TCNICAS DE END

Emisin Acstica Otras tcnicas de END

Detecta movimiento de defectos Detectan la forma geomtrica del defecto

Requiere tensin en el material No requiere tensin durante el ensayo

Cada carga es nica Repetibilidad del ensayo

Ms sensible al material Menos sensible al material

Menos sensible a la geometra de la pieza Sensible a la geometra de la pieza

Menos intrusivo en la operacin de la

planta

Precisan de equipos fuera de servicio

Necesita slo acceso a los palpadores Necesita acceso a toda la pieza

Examina toda la pieza a la vez Examen por partes

Mayor problema el ruido de fondo Mayor problema. La geometra de la pieza

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LA PROBLEMTICA DEL RUIDO

La mayor limitacin del ensayo de EA es el ruido producido por los procesos de las instalaciones (flujos de fluido, movimientos de estructuras, etc).

Para reducirlo lo ideal es eliminar esas fuentes de ruido, en caso de no ser viable u operativo, debemos ajustar las condiciones del ensayo o tratar de

filtrar el ruido mediante hardware y software adecuado en nuestro equipo.

Es bsico seleccionar un rango de frecuencia apropiado para el ensayo. A bajas frecuencias, se incrementa el ruido de fondo. El rango de 100-300 kHz

es vlido para el 90% de los ensayos de EA

En plantas con alto nivel de ruido ambiental como las CCTT, es necesario realizar los ensayos de EA a frecuencias superiores (500 kHz) para reducir el

ruido de fondo que causa el flujo de agua/vapor. El problema de trabajar a

altas frecuencias es que se reduce el rango de deteccin.

Hay que llegar a un compromiso entre el rango de deteccin y el ruido de fondo.

EMISIN ACSTICA (EA)

COMPARACIN CON OTRAS TCNICAS DE END