PROPUESTA PARA USO DEL MÉTODO DE LÍQUIDOS …

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

PROPUESTA PARA USO DEL MÉTODO DE LÍQUIDOS PENETRANTES PARA LA

IDENTIFICACIÓN DE DAÑOS EN MATERIALES COMPUESTOS

T E S I N A QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO EN AERONÁUTICA

PRESENTA:

NORZAGARAY CASTILLO LUIS EZEQUIEL

ASESOR: MARCOS FRAGOSO MOSQUEDA MÉXICO D.F. JULIO DEL 2015

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN

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RESUMEN:

La idea de demostrar que es posible realizar una inspección de líquidos

penetrantes fosforescentes a una estructura, formada de materiales compuestos.

Surge a partir de las diferentes necesidades con las que cuenta la industria

aeronáutica, para llevar a cabo la detección de daños estructurales superficiales

mediante inspecciones y mantenimientos a las estructuras, utilizando los líquidos penetrantes fosforescentes.

Este desarrollo se da a partir de la necesidad de crear inspecciones que permitan

la reducción de tiempos de trabajo, desarrollar un mejor análisis visual del daño

estructural que presente la aeronave, obtener la reducción de costos económicos

y proporcionar un resultado más confiable, rápido y seguro. Por tal motivo se

requiere un proceso de inspección que permita la identificación de daños estructurales en materiales compuestos.

Dando como resultado que los líquidos penetrantes fosforescentes visibles, son el

método de inspección más utilizado y eficiente en el medio aeronáutico, que nos

va a permitir acceder hasta 0.015 pulgadas de profundidad en los daños

estructurales. Por lo que, los aviones que cuenten con estructuras de materiales compuestos, les será más factible la aplicación de este método de inspección.



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ABSTRACT:

The idea of demonstrating that it is possible to carry out an inspection of

phosphorescent penetrant dyes to a composite material structure, arises from the

different needs of the aviation industry. In order to carry out the detection of

structural damage, the phosphorescent penetrant dyes will be used.

This development comes from the necessity to have inspections which allow a

reduction in working time, develop a better aircraft structural damage visual

analysis, obtain lower economic costs and finally provide a more reliable, faster

and safer result. For these reasons, an inspection process that allows the identification of structural damage in composite materials is required.

The visible phosphorescent penetrant dyes are the most used and the most

practical inspection methods in the aviation industry. These dyes will allow to

access up to 0.015 inches of depth into structural damage, therefore aircraft which have composite material structures may take advantage of this inspection method.



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AGRADECIMIENTOS

Quiero agradecer primeramente a Dios el creador y proveedor de este nuevo

logro, el que me ha dado la fortaleza y la sabiduría para seguir adelante en momentos difíciles, permitiéndome la culminación de este nuevo ciclo.

Dedico a mis padres este trabajo con orgullo, amor y pasión quienes han sido el motor de mi vida y me han dado los fundamentos para volar alto cada día.

Agradezco a mi hermana por ser un ejemplo de vida y darme su infinito apoyo para crecer profesionalmente.

Agradezco a mis familiares por el apoyo y virtudes que transmitieron sobre mí.

Agradezco a mi novia quien se ha convertido en una parte esencial para seguir creciendo en mi desarrollo personal y profesional.

A mi asesor por la confianza brindada así como los conocimientos transmitidos

sobre mí, que formaran parte de mi vida profesional.

Agradezco al decano Ing. Oscar Roberto Guzmán Caso por sus revisiones y correcciones en mi tesina.

Ing. Norzagaray Castillo Luis Ezequiel



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ÍNDICE

I. Introducción. II. Justificación. III. Objetivo General. IV. Objetivo Específico. V. Hipótesis. VI. Alcance. VII. Metodología. VIII. Capitulado.

CAPÍTULO I ANÁLISIS Y DEFINICIÓN DE TÉRMINOS TÉCNICOS EN LAS NDT DE LÍQUIDOS PENETRANTES VISIBLES Y DE INMERSIÓN. 1.1. Pruebas No Destructivas (NDT). 1.2. Líquidos Penetrantes. 1.3. Daño Estructural. 1.4. Humectabilidad. 1.5. Resistencia Residual. 1.6. Sensibilidad. 1.7. Resolución. 1.8. Discontinuidad. 1.9. Grietas. 1.10. Melladura. 1.11. Abolladura. 1.12. Fatiga. 1.13. Volatilidad. 1.14. Corrosión. 1.15. Rugosidad. 1.16. Material Compuesto. 1.17. Tensión Superficial. 1.18. Viscosidad.

CAPÍTULO II PROCESO DE APLICACIÓN DE LOS LÍQUIDOS PENETRANTES. 2.1. Líquidos Penetrantes 2.1.1. Aplicaciones y Características de los Líquidos Penetrantes. 2.1.2. Características Generales de los Penetrantes. 2.1.3. Limitaciones de los Líquidos Penetrantes.

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2.2. Propiedades Físicas de los Líquidos Penetrantes. 2.3. Clasificación y Tipos de Líquidos Penetrantes. 2.3.1. Penetrantes Fluorescentes. 2.3.2. Penetrantes Visibles. 2.3.3. Penetrantes Lavables con Agua. 2.3.4. Penetrante Post-Emulsificable. 2.3.5. Tipos de Emulsificadores. 2.3.6. Penetrantes Removible con Solvente. 2.3.7. Removedores 2.3.8. Reveladores. CAPÍTULO III DAÑOS PROBABLES EN MATERIALES COMPUESTOS DETECTADOS POR LÍQUIDOS PENETRANTES. 3.1. Materiales Compuestos. 3.2. Daños en la manufactura de los Materiales Compuestos. 3.2.1. Rotura de Fibras. 3.2.2. Imperfecciones de Matriz. 3.2.3. Combinación de Daños. 3.3. Defectos en el Servicio de los Materiales. 3.3.1. Baja Resistencia al Impacto. 3.3.2. Ingresión de Líquidos. 3.3.3. Erosión. CAPÍTULO IV PROCESO DE INSPECCIÓN DE LOS LÍQUIDOS PENETRANTES VISIBLES. 4.1. Preparación y Limpieza de la Superficie. 4.2. Aplicación del Penetrante y Tiempos del Penetrante. 4.3. Remoción del exceso del Penetrante. 4.4. Aplicación del Revelador. 4.5. Inspección de la Superficie. 4.6. Limpieza Final.

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CAPÍTULO V RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 5.1. Resultados. 5.2. Conclusiones. 5.3. Bibliografía.

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I. INTRODUCCIÓN A lo largo de la historia la industria de la aviación ha evolucionado los

diversos métodos de mantenimiento e inspección para la identificación

de daños estructurales en piezas y/o componentes. Es por ello, que se

han desarrollado a lo largo de los años procesos de inspección más

eficientes para brindar mejores resultados.

Las pruebas no destructivas en México, se han desarrollado desde hace

más de 60 años y se ha convertido en una parte fundamental para el

mantenimiento de los aviones en el mundo. Uno de los primeros

métodos de pruebas no destructivas fue la inspección de líquidos

penetrantes, donde los primeros inspectores utilizaron este método para

incrementar la capacidad de observación en las superficies estructurales

que normalmente no son visibles a simple vista. Esta técnica permite

evidenciar de manera rápida, las discontinuidades abiertas sobre la

superficie de cualquier componente, independientemente de la forma

geométrica que tenga la pieza.

En los últimos años la industria aeronáutica ha innovado la fabricación

de nuevas piezas y/o componentes formados de materiales

compuestos, con el propósito de mejorar la resistencia al esfuerzo

estructural, hacerlo más resistente a la corrosión y hacer un material

más liviano. Por ejemplo: los fuselajes, estructuras alares, superficies

sustentadoras, superficies de control, cubiertas de motor etc.



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Por tal motivo se han demandado métodos de inspección más rápidos,

de menor costo y más eficientes, para cumplir con la demanda que

exigen los nuevos materiales.

Es por ello que actualmente la industria aeronáutica utiliza el método de

inspección de líquidos penetrantes por ser un método de inspección

eficiente, rápido y de bajo costo, para la detección de daños y

discontinuidades presentes en los materiales compuestos.



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II. JUSTIFICACIÓN

Considerando que los puntos claves para garantizar la seguridad

operacional de la aeronave y salvaguardar la seguridad del pasajero en

una aerolínea a nivel mundial, son los mantenimientos e inspecciones

que se realizan a una aeronave, se debe reconocer la importancia de las

tareas de inspección, que se efectúan dentro un taller de reparación.

En la actualidad la industria aeronáutica ha desarrollado nuevas

tecnologías en la fabricación de nuevos componentes con aleaciones de

materiales compuestos que tiene como objetivo, reducir del peso de la

aeronave, ahorro considerable de combustible y reducir los niveles de

contaminación. .

Por tal motivo la presente investigación tiene como propósito comprobar

mediante la aplicación del método de líquidos penetrantes, que es

posible identificar los daños estructurales en piezas y/o componentes

fabricados con materiales compuestos, para dar como resultado

inspección más rápida, confiable y de bajo costo.



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III. OBJETIVO GENERAL Comprobar mediante la utilización del método de inspección de líquidos

penetrantes, que es posible identificar discontinuidades y daños

estructurales en materiales compuestos que componen a la aeronave.

IV. OBJETIVO ESPECIFICO

• Conocer el proceso y aplicación de los líquidos penetrantes.

• Conocer la clasificación de líquidos penetrantes.

• Identificar los tipos de daños estructurales que rebela la

aplicación de los líquidos penetrantes.



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V. HIPÓTESIS

Si se comprueba que es posible realizar la inspección de líquidos

penetrantes a piezas fabricadas con materiales compuestos. Entonces

se obtendrá como resultado, reducir el tiempo de trabajo, disminuir el

costo económico de su proceso y se harán eficientes los trabajos de mantenimiento.



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VI. ALCANCE

Las inspecciones de líquidos penetrantes, nos permite identificar si

existen daños estructurales presente en superficies de un material

compuesto que esté sometido a inspección. Por tal motivo el presente

proyecto de investigación, menciona los procedimientos y técnicas a

detalle, para llevar a cabo una correcta inspección y así ofrecer inspecciones rápidas y eficaces.



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VII. METODOLOGÍA

El presente trabajo contiene un nivel de investigación explicativo y una aproximación cualitativa.

Como primera etapa, se recopilo información sobre definiciones y

términos técnicos sobre los materiales compuestos y líquidos penetrantes visibles y por inmersión.

Como segunda etapa, se define el proceso de los líquidos penetrantes,

sus aplicaciones, características, tipos y clasificaciones de los líquidos penetrantes.

Como tercera etapa, se menciona los tipos de daños que puede sufrir

un material compuesto, tomando en cuenta su manufactura y los tipos

de materiales con los que esta compuesto.

Como cuarta etapa, se describe el proceso general para llevar acabo

inspecciones de líquidos penetrantes a piezas fabricadas de material

compuesto. Definiendo a detalle cada una de las seis etapas para

realizar una inspección adecuada.

Como quinta y última etapa, se muestran las conclusiones y resultados obtenidos durante esta presente tesina.



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VIII. CAPÍTULADO

INTRODUCCIÓN

CAPÍTULO I: “ANÁLISIS Y DEFINICIÓN DE TÉRMINOS TÉCNICOS EN

LAS NDT DE LÍQUIDOS PENETRANTES VISIBLES Y DE INMERSIÓN”.

CAPÍTULO II: “PROCESO DE APLICACIÓN DE LOS LÍQUIDOS

PENETRANTES”.

CAPÍTULO III: “DAÑOS PROBABLES EN MATERIALES COMPUESTOS

DETECTADOS CON LOS LÍQUIDOS PENETRANTES VISIBLES”.

CAPÍTULO IV: “PROCESO DE INSPECCIÓN DE LOS LÍQUIDOS

PENETRANTES VISIBLES”.

CAPÍTULO V: “RESULTADOS Y CONCLUSIONES”.

BIBLIOGRAFÍA



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CAPÍTULO I

ANÁLISIS Y DEFINICIÓN DE TÉRMINOS TÉCNICOS EN

LAS NDT DE LÍQUIDOS PENETRANTES VISIBLES Y

DE INMERSIÓN



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1.1. Pruebas No Destructivas (NDT) Los ensayos no destructivos consisten en la aplicación de ciertas pruebas sobre

un objeto, para verificar su calidad sin modificar sus propiedades, permiten

detectar y evaluar discontinuidades en los materiales sin modificar sus condiciones de uso o servicio.

1.2. Líquidos Penetrantes Es un método de pruebas no destructivas que tiene como función principal la

identificación de discontinuidades dentro de un material solido no poroso.

Figura 1.1. Ensayo de líquidos penetrantes.

Figura 1.2. Inspección por líquidos penetrantes.

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRw&url=http://civilgeeks.com/2013/09/24/calidad-en-metales-con-ensayos-no-destructivos-end/&ei=ExI3VYiJOYSRyQTIhoGYBw&bvm=bv.91071109,d.b2w&psig=AFQjCNEhNIFx4dni2Vbe1MLFehFbPqUn8g&ust=1429758783648124

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRw&url=http://www.jbsensaios.com.br/liquido.php&ei=jw43VYqYG9OeyASZoIG4Dw&bvm=bv.91071109,d.b2w&psig=AFQjCNGIC9est6uRblNVfeFJvvz0jxUvww&ust=1429757755565607



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1.3. Daño Estructural

Se clasifica en 2 tipos de daños:

DAÑOS MAYORES: Se originan durante la operación en vuelo de la

aeronave, afectando considerablemente la resistencia estructural y provocando

roturas en las superficies del avión, dependiendo de las condiciones de vuelo.

Cuando sucede esto, normalmente se exige una reparación mayor o bien el

cambio total del componente, dependiendo el área o zona afectada. Comúnmente

sucede en motores, estabilizadores, pilones, superficies de control, superficies alares y fuselajes.

DAÑOS MENORES: Se considera necesario realizar una reparación menor o

la reparación de un componente, a todo aquel daño estructural que no afecta

adversamente la estructura, la resistencia del material o la aeronavegabilidad, con

el fin de llevar acabo la reparación lo antes rápido posible, sin que permanezca

gran tiempo la aeronave en tierra.

Figura 1.3. Daño Estructural Mayor en el Avión



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1.4. Humectabilidad

Es la propiedad de un líquido que al expandirse se adhiere a la superficie de un

sólido, la cual depende de la interacción del líquido con la fase sólida y gaseosa

en la que se encuentra. La humectación está estrechamente ligada a la tensión

superficial y está determinada por el ángulo de contacto con la superficie estructural.

Las fuerzas con las que se determinan el ángulo de contacto entre el líquido y la

superficie, se describen dependiendo del ángulo de contacto entre la superficie del

material y el líquido.

• Cuando el ángulo Ө es menor de 90° se obtiene una buena humectabilidad.

• Cuando el ángulo Ө es igual o mayor de 90° la humectabilidad es mínima.

Figura 1.4. Ángulos de contacto en la interface Líquido-Sólido.



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1.5. Resistencia Residual

La resistencia residual se define como el máximo daño que una estructura

puede soportar debido a que la rotura en los materiales compuestos, se

caracteriza por una cantidad grande de fisuras dentro de la matriz,

aumentando considerablemente el crecimiento de las roturas de fibras y se

utiliza para describir el grado de daño, en lugar de la longitud de fisura,

1.6. Sensibilidad

Es la capacidad del revelador para formar una indicación con un volumen pequeño de penétrate atrapado.

1.7. Resolución

Es la capacidad del revelador para mostrar dos o más indicaciones de un

daño cercanas entre sí.

1.8. Discontinuidad

La detección de discontinuidades se refiere a la localización de grietas, corrosión, erosión y daños mecánicos en la superficie de las piezas.

1.9. Grietas



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Son las fracturas o puntos visibles de separación en la superficie del material compuesto.

1.10. Melladura

Hendidura causada por el impacto de un objeto pequeño provocando una pérdida de material.

1.11. Abolladura

Daño causado por el golpe de un objeto provoca una deformación sin pérdida de material.

1.12. Fatiga

La fatiga es el proceso de cambio estructural permanente o progresivo que

ocurre en un material sujeto a tensiones y deformaciones cíclicas, produciéndose grietas o fracturas.

1.13. Volatilidad

Es la propiedad física de los líquidos que pasan fácilmente al estado

gaseoso. La volatilidad depende de la temperatura y la presión a la cual se encuentra la mezcla del líquido penetrante.



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Figura 1.5. Formación de corrosión en semiala izquierda del avión.

1.14. Corrosión

Es una reacción química que produce alteraciones en los metales a causa

del aire, el ambiente, el agua o por medio de reacciones electroquímicas, provocando su oxidación.

1.15. Rugosidad

Son la variación existente en la superficie de un material sólido, la cual le

confieren aspereza y ondulación que pueden ocasionar flexión en una pieza

durante su fabricación.



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Figura 1.6. Características de identificación en una superficie rugosa.

Figura 1.7. Tensión molecular de un líquido.

1.16. Material Compuesto

Son todos aquellos formados por dos o más materiales distintos sin que

produzcan reacciones químicas entre ellos. Los materiales están compuestos

principalmente por 2 componentes:

1. La matriz componente que se presenta en fase continua, actuando como

ligante. 2. El refuerzo en fase discontinua, que es el elemento resistente.

1.17. Tensión Superficial

La tensión superficial se emplea en el ámbito de la física para hacer el trabajo que

un líquido debe realizar para llevar moléculas en número suficiente hasta su superficie,



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1.18. Viscosidad

La viscosidad es una característica de los fluidos en movimiento ante la aplicación

de una fuerza. Cuanta más resistencia oponen los líquidos a fluir, más viscosidad

poseen. Los líquidos a diferencia de los sólidos, se caracterizan por ser sometidos a una fuerza.

Esta propiedad no produce efecto alguno en la habilidad del líquido para penetrar,

aunque afecta la velocidad de penetración. Los líquidos de alta viscosidad

penetran lentamente, en tanto que los de baja viscosidades penetran muy rápido y tienen la tendencia a no ser retenidos en los defectos de poca profundidad.

Figura 1.8. Penetrantes de alta y baja velocidad.

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRw&url=http://noticiasdelaciencia.com/not/3602/el-liquido-mas-perfecto-del-universo/&ei=7xk3VdKdNoHCsAXomYD4Cg&bvm=bv.91071109,d.b2w&psig=AFQjCNHkzKwzY4BqI0PxS4dYEHKsMKhD_A&ust=1429760816793078

http://deconceptos.com/ciencias-naturales/movimiento

http://deconceptos.com/general/resistencia

http://deconceptos.com/general/diferencia

http://deconceptos.com/ciencias-naturales/solidos



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CAPITULO II

PROCESO DE APLICACIÓN DE LOS

LÍQUIDOS PENETRANTES



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2.1. Líquidos Penetrantes

Los líquidos penetrantes son un método de NDT (Pruebas No Destructivas), que

se lleva a cabo principalmente, para la identificación de discontinuidades superficiales dentro de un material solido no poroso.

2.1.1. Aplicaciones y Características de los Líquidos Penetrantes

La aplicación de este método demuestra ser muy versátil para la identificación de daños en diversas partes de una aeronave.

Principalmente la aplicación de líquidos penetrantes va dirigida a los metales, sin embargo es posible inspeccionar otros materiales como:

• Cerámicos.

• Plásticos.

• Porcelanas.

• Recubrimientos Electroquímicos.

• Aceros.

• Aluminios.

• Materiales Compuestos.



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2.1.2. Características Generales de los Penetrantes

La característica principal que hace de los líquidos penetrantes una prueba no

destructiva confiable, es su poder de penetración sobre algún daño dentro del

material, sin embargo para ser único e ideal debe cumplir estrictamente las

siguientes características:

• No se evaporara con rapidez.

• Conservara la fluorescencia o color por tiempo suficiente para indicar la

fisura al aplicar el revelador.

• No ser altamente corrosivo para evitar que agreda al material.

• No ser un líquido inflamable.

• Contar con la capacidad de introducirse dentro de las grietas para

revelar el daño.

• Ser un líquido que tolera altas temperaturas.

• Ser atóxico y no inflamable.

2.1.3. Limitaciones de los Líquidos Penetrantes

• Requiere de una adecuada limpieza la superficie a inspeccionarse.

• No es posible llevarse a cabo en superficies muy ásperas y/o rugosas.

• No es posible la detección en materiales porosos.

• La falta de experiencia en la combinación exacta de revelador y

penetrante ocasionara una falta de sensibilidad en el resultado.

• El rango ideal de temperatura para ser aplicado es de 12 °C a 56 °C.



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2.2. Propiedades Físicas de los Penetrantes

Cohesión

Es la fuerza que mantiene a las moléculas de una misma sustancia a una

distancia determinada unas de otras. Por ejemplo, los sólidos tienen alta cohesión,

en comparación con los líquidos; a su vez los líquidos tienen mayor cohesión que

los gases.

Punto de Inflamación

Es la temperatura mínima a la cual el líquido penetrante debe ser calentado en

condiciones normales, para producir vapor en cantidad suficiente como para formar una mezcla inflamable.

En las inspecciones se requieren penetrantes con alto punto de inflamabilidad que además, debe poseer un bajo grado de volatilidad.

Adherencia

Es la fuerza de atracción entre las moléculas de sustancias distintas.



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Inactividad Química

Penetrantes que contienen cloro, flúor o azufre son frecuentemente restringidos

para usarse en aceros, aleaciones de titanio y aceros con alto contenido de níquel.

Esto se debe a que esos elementos químicamente muy activos y se puede

combinar y reaccionar fácilmente con otras sustancias, lo cual puede producir

fragilidad del material y agrietamiento.

Gravedad Específica

Es la comparación entre la densidad de un penetrante y la densidad del agua

destilada a 4 °C. El penetrante debe tener una gravedad específica menor que 1

para asegurar que el agua no flote por arriba del penetrante.

Figura 2.1. Gravedad específica del penetrante menor que 1



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2.3. Clasificación y Tipos de Líquidos Penetrantes

• Líquidos Penetrantes Fluorescentes.

• Líquidos Penetrantes Visibles.

TIPO I

• MÉTODO A. Lavable con Agua.

• MÉTODO B. Post-emulsificable Lipofílico.

• MÉTODO C. Post-emulsificable Hidrofílico.

• MÉTODO D. Penetrante Lipofílico.

TIPO II

• MÉTODO A. Lavables con agua.

• MÉTODO B. Removibles con solvente.

2.3.1. Penetrantes Fluorescentes

Los penetrantes fluorescentes se utilizan cuando los materiales no son

ferromagnéticos, la apariencia del penetrante fluorescente es un color amarillo

verdoso que se revela visiblemente con la ayuda de una radiación ultravioleta.

Otro método para su identificación es a base de luz negra, que necesita de una

longitud de onda de 365 nanómetros.



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La calidad de los pigmentos fluorescentes está determinada por su eficiencia para

absorber luz ultravioleta y convertirla en luz visible. Los penetrantes fluorescentes

son aplicados principalmente en, materiales metálicos, materiales cerámicos,

porcelanas, plásticos etc.

2.3.2. Penetrantes Visibles

Debido a que los penetrantes deben ser visibles después de que han sido

extraídos por el revelador, se emplea un pigmento de color rojo, que produce el

alto contraste de fondo color blanco y son fáciles de mezclar con aceite. Se

emplean emulsificantes o solventes para la remoción del exceso de penetrante, la

pequeña cantidad de penetrante atrapado en las discontinuidades se diluye. Para

equilibrar esta dilución, deben emplearse los pigmentos más oscuros y en la más

alta concentración posible.

Figura 2.2. Inspección fluorescente a la costilla de la semiala.



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2.3.3. Penetrantes Lavable con Agua

Los penetrantes lavables con agua, son ocupados principalmente para la

detección de rupturas o fisuras dentro de un material. Este tipo de inspección es

para materiales que necesitan de una penetración sensible, por lo que el método

detectara discontinuidades o grietas en cualquier tipo de material siendo estos ferrosos o no ferrosos.

Los penetrantes lavables con agua cuentan con un punto de inflamación alto, es

por ello que se recomienda que la presión del agua de lavado sea superior a 50

psi (345 Kpa) y que la temperatura de ésta oscile entre los 16 °C y 43 °C (61 °F y 109 °F).

2.3.4. Penetrante Post-Emulsificable

El Penetrante Post-emulsificable consiste en una aplicación directa a la superficie

de la pieza, está compuesto de una base aceite o un vehículo al que se le ha

añadido un pigmento. Los penetrantes utilizados en el proceso post-emulsificable

no son lavables con agua, es necesario aplicar sobre las piezas de prueba un

emulsificante después de que ha transcurrido el tiempo de penetración y antes del

proceso de lavado.

En este método el tiempo de emulsificación es un factor crítico, ya que debe ser el

suficiente para que el emulsificante se mezcle con el penetrante en la superficie.



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2.3.5. Tipos de Emulsificadores

• Emulsificadores Hidrofílico.

• Emulsificadores Lipofílicos.

Post-Emulsificable Hidrofílico

Los emulsificadores hidrofílico contienen esencialmente agentes activos que

actúan desplazando el exceso de penetrante en la superficie. Una vez aplicado, emulsifican el exceso de penetrante de base aceite, haciéndolo lavable con agua.

El procedimiento de inspección varía cuando se utiliza emulsificadores hidrofílico,

debido a que se realiza un enjuague previo a la pieza, con el propósito de remover

la mayor cantidad posible de penetrante antes de aplicar el emulsificador. La

concentración del emulsificador está relacionada a la sensibilidad del ensayo, se

deberá determinar la concentración más adecuada de la pieza de acuerdo a la terminación superficial.

En este caso, deben ser biodegradables, especialmente libre de espuma. Además,

estos no deben contener compuestos fenólicos, cromátos o algún otro metal pesado.



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Emulsificadores Lipofílico

Los emulsificadores lipofílicos contienen agentes disueltos en bases de aceite y

trabajan por difusión, una vez aplicados emulsifican el exceso del penetrante

haciéndolo lavable con agua. Los emulsificantes lipofílicos poseen tres

propiedades básicas, las cuales se deben equilibrar para asegurar las características de uso:

1.- Actividad. 2.- Viscosidad. 3.- Tolerancia al Agua.

Estas propiedades deben ser compatibles con las características del penetrante, si

este es altamente in-soluble en agua, es necesario utilizar emulsificantes más

activos.

Al agregar agua se reduce la viscosidad del emulsificante y se puede efectuar una

prueba de comparación entre el emulsificante recién preparado y el emulsificante

sin diluir para determinar el efecto del agua sobre los mismos.

Hay emulsificantes que muestran una ligera turbiedad antes de alcanzar la

tolerancia establecida, la turbiedad es más notable al adicionar más agua. Algunos

emulsificantes se espesan pero no se enturbian, otros presentan ambos

fenómenos.



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2.3.6. Penetrante Removibles con Solvente

Los materiales usados para remover el exceso de penetrante son identificados

como removedores, y son normalmente mezclas volátiles de hidrocarburos o

compuestos alifáticos. Cuando se utilizan estos penetrantes nunca se debe aplicar el solvente directamente sobre el penetrante.

El procedimiento de remoción se lleva a cabo limpiando el exceso de penetrante

con un trapo o paño limpio y seco, hasta que no pueda removerse más

penetrante, se humedece un trapo o paño con solvente y se limpian los rastros de penetrante.

Figura 2.3. Emulsificador Lipofílico ZE-4B.



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Este penetrante es difícil de usar en piezas con superficies rugosas o en huecos por la dificultad para limpiar el fondo.

2.3.7. Removedores

En la práctica de los líquidos penetrantes se llama agente removedor al solvente

empleado para la eliminación del exceso del penetrante, así mismo llamado REMOVER en inglés.

Existen dos tipos de removedores:

• Los inflamables.

• Los no inflamables.

Los inflamables:

Son aquellos que se encuentran libres de los halógenos sin embargo, son potencialmente peligrosos.

Figura 2.4. Limpieza Superficial para la remoción del Solvente.



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Los no Inflamables:

También llamados halogenados son principalmente los más usados, lo que los conlleva a ser inapropiados para algunas aplicaciones.

2.3.8. Reveladores

La mayoría de procedimientos requieren el uso de revelador, pero existe la

posibilidad de no usarlos.

El propósito principal de un revelador es formar una indicación que sea detectada a simple vista, para lo cual realiza cuatro funciones básicas:

1. Extraer la cantidad suficiente de penetrante para formar una

indicación.

2. Expandir el ancho de la indicación lo suficiente para hacerla visible.

3. Incrementar la brillantez del tinte fluorescente. 4. Incrementar el espesor de la indicación.

Figura 2.5. Limpieza y Aplicación del Removedor.



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El primer paso del revelador es adherirse a la superficie, ya que la rugosidad de la

pieza influye en la adhesión del revelador que es emplea mediante calor, es por

ello, que al expandirse el penetrante y reducir su viscosidad, ayuda en la función de revelado.

Tipos de Reveladores

• Reveladores en solución Acuosa. • Reveladores en Suspensión. • Reveladores Secos.

Acción Capilar del Removedor

El revelador proporciona un recubrimiento poroso para la acción capilar del

penetrante y actúa como papel secante que extrae todas las funciones del

revelador y son parcialmente completadas por acción capilar, la cual:

I. Dispersa el penetrante sobre la superficie, ensanchando la indicación.

II. Expande el tinte en capas delgadas alrededor de las partículas del

revelador para resaltar su brillantez.

III. Trabaja verticalmente a través del revelador para incrementar el

espesor del tinte.



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Figura 2.7. Incremento de espesor de la tinta del revelador, identificando el daño.



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CAPÍTULO III

DAÑOS PROBABLES EN MATERIALES COMPUESTOS

DETECTADOS CON LÍQUIDOS PENETRANTES



41

3.1. MATERIALES COMPUESTOS

Para la fabricación y manufactura de piezas y/o componentes de aeronaves sus componentes más importantes que forman a los materiales compuestos son:

• Fibra de Vidrio.

• Fibra de Carbón.

• Fibra de Boro.

• Fibra Aramida (Kevlar 49).

• Aluminio.

• Aluminio-Titanio.

3.2. DAÑOS EN LA MANUFACTURA DE LOS MATERIALES

Uno de los principales problemas que presentan los materiales compuestos

durante su proceso de manufactura y/o fabricación, son daños que incluyen

anomalías comunes como; porosidades, micro-grietas, delaminaciones, cortes

superficiales, remaches dañados o bien daños por impacto sobre la estructura, ocasionadas por discrepancias presentadas durante su procesos.

Los defectos que ocurren en la manufactura se deben por la contaminación de la superficie entre las líneas de unión, tales como el pre-impregnado.



42

Los daños pueden ocurrir a grandes escalas con materiales compuestos o

configuraciones estructurales. Los rangos de daños en la matriz y las fibras

pueden provocar roturas y fallas en los bordes o en los ensambles. Los daños ocasionados por la resistencia residual, son puntos críticos para la tolerancia de

Defectos Comunes en la Manufactura

de Materiales

• Delaminación.

• Áreas de resinas.

• Burbujas.

• Arrugas.

• Huecos.

• Descomposición termal.

Métodos Inapropiados en el uso de la

Manufactura

• Procesos inadecuados.

• Maquinas inadecuadas.

• Barrenados inapropiadas.

• Contaminación.

• Material sub-estandarizado.

• Herramienta inadecuada.

• Errónea identificación de daños.



43

3.2.1. ROTURA DE FIBRAS

La rotura de una fibra puede ser crítica debido a que las estructuras designadas

no soportar una carga muy grande, afortunadamente las fallas principales se

limitan a las zonas más cercanas del punto de impacto y son provocados por el tamaño y la energía del objeto de impacto.

3.2.2. IMPERFECCIONES DE MATRIZ

Las imperfecciones de matriz usualmente ocurren en interfaces y fibras de

matrices paralelas. Estas imperfecciones pueden reducir ligeramente algunas

propiedades que pueden ser raramente críticas para las estructuras, a menos de

que las matrices degradadas sean extendidas en las acumulaciones de grietas en matrices y puedan causar degradación en las propiedades matriciales.

Las imperfecciones se pueden observar cuando la matriz está severamente

dañada y presenta daños como; grietas en la matriz, o micro-grietas que pueden

tener un efecto negativo en las propiedades de resistencia a la temperatura en

resinas.

Figura 3.1. Tipos de Fibras.

a. Fibras Continuas. b. Fibras Discontinuas. c. Fibras Ortogonales. d. Fibras en Capas

Múltiples



44

Las imperfecciones en la matriz pueden desarrollarse dentro de una delaminación,

las cuales son daños críticos que pueden reducir significantemente las

propiedades del material dependiendo de la resina o del interface.

3.2.3. COMBINACIÓN DE DAÑOS

La combinación de daños se refiere a las fallas significativas que presentan los

materiales compuestos. Ya sea por rotura de fibras, grietas de matriz,

delaminaciones, tornillos o remaches rotos, y elementos de desunión.

Generalmente, este tipo de eventos se relacionan por impactos de alta velocidad y

energía sobre la estructural del material. Sin embargo estos pueden contener

estructuras de fibras rotas, grietas y múltiples delaminaciones, que causan la rotura total de los materiales.

Figura 3.2. Daño estructural por impacto



45

3.3. DEFÉCTOS EN EL SERVICIO DE LOS MATERIALES

Los defectos más comunes que se presentan al llevar a cabo una reparación estructural son:

• Degradación del medio ambiente.

• Fatiga.

• Grietas formadas por una sobrecarga.

• Desuniones.

• Delaminación.

• Rotura de fibras.

Figura 3.3. Rotura de fibras en el borde de ataque de semiala.



46

Las estructuras de materiales compuestos, presentan problemas de durabilidad que se agrupan en tres categorías:

1. Baja resistencia al Impacto.

2. Ingresión de Líquidos.

3. Erosión.

3.3.1 BAJA RESISTENCIA AL IMPACTO

La estructura de un material compuesto cuenta con una rigidez y fuerza, pero

también cuentan con una baja resistencia al impacto, provocando que las partes o componentes queden expuestos a daños mayores.

Por otro lado este tipo de componentes son fácilmente detectables durante una

inspección visual. Algunas veces los daños se pasan por alto reflejando algún

daño estructural menos, sin embargo, al realizar estas malas inspecciones se

refleja en el retrasos de la salida de las aeronaves o bien un paro total de operación de la aeronave.

3.3.2. INGRESIÓN DE LÍQUIDOS

Las reparaciones de estos materiales durante la ingresión de líquidos, pueden

variar dependiendo del líquido del que se trate, continuamente se ocupa el agua, sky-drol o fluidos hidráulicos.



47

El agua crea daños adicionales en partes reparadas cuando son curadas, a menos

que todos los que tengan humedad sean removidos desde las partes, muchas de

las reparaciones en los materiales se curan por medio de temperaturas de punto de ebullición que pueden causar desuniones en la interface de la base de la piel.

Por esta razón, los ciclos de secado son incluidos típicamente para la realización de cualquier reparación.

3.3.3. EROSIÓN

Los daños por corrosión más comunes se presentan en sellos de partes metálicas

como los ensambles y montajes, sin embargo pueden mostrar daños por corrosión debido a una inadecuada selección de aleación de aluminio.

La erosión del material es la pérdida del mismo de forma superficial, provocada

por acciones mecánicas entre las que distinguimos dos causas:

Impactos y Rozamientos:

Como consecuencia del uso continuo y habitual, provoca desgastes en zonas

accesibles, siendo más vulnerables las esquinas por su mayor nivel de exposición,

lo cual exige soluciones que aporten mayor resistencia a las superficies.



48

CAPÍTULO IV

PROCESO DE INSPECCIÓN DE LOS

LÍQUIDOS PENETRANTES



49

4. Proceso de Inspección de Líquidos Penetrantes

Para llevar a cabo el procedimiento de una inspección de líquidos penetrantes, es necesario realizar los siguientes pasos:

1. Preparación y Limpieza de la Superficie.

2. Aplicación del Penetrante y Tiempo de Penetración.

3. Remoción del exceso del Penetrante.

4. Aplicación del Revelador.

5. Inspección de la Superficie.

6. Limpieza Final.

4.1. Preparación y Limpieza de la Superficie

El uso de líquidos penetrantes es un método de inspección para detectar

discontinuidades superficiales, por lo que es importante mantener la superficie

limpia de contaminantes (recubrimientos, manchas, suciedad), de no ser así

puede resultar una inspección errónea ya que el removedor no conseguirá las tres principales funciones:

a) Limpiar la superficie.

b) Penetrar en las discontinuidades. c) Revelar las discontinuidades.



50

4.1.1. SECADO

Es esencial que las superficies se encuentren completamente secas después

de la limpieza, esto se debe a que cualquier líquido residual puede impedir la entrada del penetrante.

El secado puede realizarse calentando las piezas en un horno secador, lámparas infrarrojas, aire caliente o exposición al medio ambiente.

Figura 4.1. Limpieza de la superficie.

Figura 4.2. Secado Superficial.



51

4.2. Aplicación del Penetrante y Tiempo de Penetración

Posterior a la limpieza y secado de la superficie, el rango de temperatura

especificado del penetrante para ser aplicado, es hasta que toda la pieza o el área a inspeccionar quedé completamente cubierta.

El penetrante puede ser aplicado de varias formas; por inmersión, aerosol y

brocha. El método de aplicación depende de algunos factores que incluyen

tamaño, forma y configuración de la pieza.

Todos los métodos de aplicación son aceptables, sin embargo, existen algunas condiciones que deben cumplirse para cada uno, por ejemplo.

No se deben aplicar penetrantes fluorescentes en piezas que fueron

previamente inspeccionadas con penetrantes visibles o viceversa, ya que los residuos reducen el contraste y visibilidad de las indicaciones.

4.2.1. INMERSIÓN

Para el método de inmersión las piezas se sumergen en pequeños lotes (cuando

son piezas pequeñas) Las piezas deben estar separadas durante la inmersión y mientras transcurre el tiempo de penetración.

Los componentes deben permanecer fuera del tanque del penetrante mientras

transcurre el tiempo de penetración, con lo que se obtiene mayor sensibilidad

gracias a que algunos constituyentes del penetrante se evaporan dejando una concentración más alta del tinte que la del penetrante original.



52

Figura 4.3. Masa del tren de aterrizaje por método de Inmersión.

4.2.2. ASPERSIÓN

Este método es especialmente utilizado en piezas grandes cuando solo una

porción de la pieza requiere ser inspeccionada. Existen dos opciones de aplicación: pistolas electrostáticas y botes aspersores

La aplicación por aerosol tiene grandes ventajas sobre el método por

inmersión, por ejemplo, no existe contaminación o deterioro del penetrante

como en el tanque de inmersión.

Los botes aspersores proporcionan un método conveniente cuando es necesaria la inspección en campo.

También existen desventajas, con botes aspersores el costo de la presentación

es alto y se debe cuidar que la capa de penetrante sea aplicada de la forma más uniforme posible.



53

4.2.3. BROCHA

La aplicación con brocha es la mejor opción cuando se requiere regular la

cantidad de penetrante que se aplica sobre la pieza, ya que puede aplicarse en

áreas locales pequeñas, especialmente en lugares de difícil acceso, lo que

ayuda a eliminar la necesidad de remover el exceso del penetrante y conlleva a un ahorro económico consumible.

El tiempo de penetración es muy importante, ya que corresponde al tiempo

transcurrido desde la aplicación del penetrante hasta su remoción. El objetivo

es que el penetrante llene las posibles discontinuidades en la superficie inspeccionada.

Figura 4.4. Aplicación del Penetrante.

Figura 4.5. Penetrante después de 5.0 Minutos.



54

4.2.4. FACTORES QUE AFECTAN LA PENETRACIÓN

Existen factores que interactúan en el tiempo requerido para detectar una discontinuidad abierta sobre la superficie a inspeccionar.

A. Tipo de penetrante

El tipo de penetrante y su nivel de sensibilidad afectan el tiempo de

penetración, las diferencias entre los tiempos se deben a las características del penetrante como tensión superficial, ángulo de contacto y viscosidad.

B. Superficie y forma del material

La rugosidad afecta la tensión superficial y con ello la velocidad de penetración del penetrante.

C. Tipo de discontinuidad

Diferentes tipos de discontinuidad difieren en su abertura a la superficie, por

ejemplo, los traslapes son más apretados que la porosidad, y las grietas por

fatiga son aún más apretadas que ambos. El tiempo de penetración aumenta

inversamente proporcional como la abertura de la discontinuidad se reduce.

D. Viscosidad del penetrante

Siendo la viscosidad la resistencia de los líquidos para fluir, es el factor de

mayor influencia en el tiempo requerido para llenar una discontinuidad La

viscosidad de los aceites que forman parte de los penetrantes cambia

drásticamente con la temperatura, los aceites se vuelven más delgados (menos viscosos) a temperaturas altas.



55

Los tiempos de penetración están normalmente basados en la aplicación a temperatura ambiente y deben ser ajustados a otras temperaturas.

Normalmente, las temperaturas entre16 °C y 30 °C son consideradas como

temperatura ambiente.

E. Tamaño de la discontinuidad

El tiempo para que el penetrante llene una discontinuidad depende en gran

parte de su ancho y profundidad. El penetrante llena rápidamente

discontinuidades abiertas y anchas, en cambio, le toma más tiempo llenar

discontinuidades cerradas y apretadas. Por ejemplo, grietas por fatiga pueden requerir de 2 a 5 veces el tiempo requerido para una grieta de otro tipo.

4.3. Remoción del exceso del Penetrante

La remoción del penetrante es un paso crítico para el proceso de inspección, Todo

el penetrante de la superficie, debe ser removido sin que la remoción sea excesiva

como para reducir o eliminar totalmente el penetrante atrapado en las

discontinuidades. Si el penetrante atrapado no es removido, formará un efecto

visible o fluorescente que reduce y oculta las indicaciones de discontinuidades significativas.

Con una buena remoción del exceso de penetrante, las indicaciones aparecerán

claramente con un color intenso o un contraste brillante y pueden ser fácilmente

vistas, si se realiza una remoción incompleta, puede producir un contraste residual que puede interferir con una interpretación adecuada.



56

4.3.1. SECADO

El secado después de la remoción del penetrante, depende del método de

remoción y del revelador que será usado. El secado después de la remoción

con solvente se realiza con aire o por evaporación normal, el secado después

de la remoción con agua requiere calentar para evaporar el agua, para expandir el penetrante y para reducir su viscosidad.

El calor también es esencial cuando serán usados reveladores suspendidos en

agua y solubles en agua, debido a que el agua del revelador debe ser evaporada.

4.4. Aplicación del Revelador

La cantidad de penetrante que emerge desde las pequeñas discontinuidades es

casi invisible, por lo tanto, es necesario realizar otra operación antes de poder

observar las indicaciones de discontinuidades. Los reveladores actúan de

muchas formas, todas aumentando la visibilidad, por lo que puede considerarse que son los encargados de hacer visibles las indicaciones.

4.4.1. Tiempos del Revelado

El revelador debe permanecer sobre la superficie de la pieza inspeccionada

durante un periodo de tiempo antes de realizar la inspección, a este se le

conoce como “tiempo de revelado”.



57

El tiempo requerido para que una indicación sea revelada es inversamente proporcional al volumen de la discontinuidad.

Para usar el tiempo necesario para el revelado de indicaciones, como una

medición de la extensión de la discontinuidad, deben controlarse las siguientes variables:

Tipo de penetrante.

Sensibilidad de la técnica.

Temperatura de la pieza.

El tiempo de penetración.

Las condiciones de la inspección.

El tiempo de revelado inicia inmediatamente después de la aplicación del

revelador seco. El documento ASTM E-165 recomienda que el tiempo de revelado

no sea menor de 10 minutos, y establece que el tiempo máximo de revelado

permitido es de 2 horas para reveladores acuosos y de 1 hora para reveladores no acuosos.

Figura 4.6. Tiempo de Revelado máximo 5.0 Minutos.



58

4.5. Inspección de la Superficie

La inspección es una parte crítica de la inspección por líquidos penetrantes, pero

no puede considerarse como más importante que el proceso, porque si el proceso

es inadecuado no se producirán indicaciones que sean vistas a un nivel de

sensibilidad adecuado, por lo que no podrán ser detectadas por el inspector.

Se requiere iluminación adecuada para asegurar que no exista pérdida en la

sensibilidad durante la inspección.

Pueden ser examinadas con luz de día (natural) o luz blanca (artificial). De

acuerdo con ASTM E-165, la intensidad mínima de luz recomendada sobre la superficie de interés es de 1000 luxes. (100 pies candela).

Figura 4.7. Inspección visible por luz blanca.



59

4.6. Limpieza Final

La limpieza final normalmente no es necesaria si han sido usados reveladores

secos, pero los reveladores acuosos y no acuosos si deben ser removidos.

La limpieza con rocío de agua es suficiente y puede usarse un desengrasante o solvente.

Es preferible que el revelador sea removido tan pronto como sea posible después

de la inspección, esto se debe a que algunos reveladores son más difíciles de remover conforme pasa el tiempo.

Figura 4.8. Inspección final remoción del revelador.



60

CAPÍTULO V

RESULTADOS Y

CONCLUSIONES



61

5.1. RESULTADOS

Para comprobar prácticamente lo descrito en esta tesina, lleve a cabo dentro

de las instalaciones de INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD

PROFESIONAL ESIME TICOMÄN una inspección de líquidos penetrantes, al

radomo del avión BOEING 727, el radomo se sometió a inspección para identificar una discontinuidad superficial presente en la parte superior.

El radomo se sometió a la inspección durante un periodo no mayor de 20

minutos, el cual revelo una discontinuidad que presento una profundidad de daño de 4 a 6 milésimas.

El proceso de inspección se llevó a cabo bajo el procedimiento descrito en el

CAPÍTULO IV página 54 a 66, Finalmente puede observar y llegar a la

conclusión final, que el procedimiento es sumamente eficiente ya que logre realizar la inspección en un periodo de tiempo no mayor a 20 minutos.

Figura. 5.1. Radomo del Boeing 727 en reparación estructural por daño.



62

5.2. CONCLUSIONES

Considerando que el proceso de fabricación de las aeronave en la industria

aeroespacial, se ha convertido en una parte esencial para la fabricación de

estructuras aeronáuticas, hoy en día demandan características especiales

tales como una mayor fuerza y resistencia, materiales más livianos en peso

y que sean altamente resistente a la corrosión. Por tal motivo es que en

este trabajo de tesina, desarrolle una serie de investigaciones sobre los

principios, procesos, ventajas, limitación, características y toda información

necesaria para concluir que los líquidos penetrantes es la inspección más

eficiente y rápida para un material compuesto.

Cabe mencionar que los actuales líquidos penetrantes visibles que se

utilizan dentro de las aerolíneas y talleres de reparación, nos lleva a la

obtención de mayores ventajas como la reducción de tiempos de trabajo,

permite desarrollar un mejor análisis visual del daño estructural y hace más

eficiente la aeronavegabilidad y sus trabajos de inspección, además de

permitir acceder hasta una profundidad estructural de 0.015” que presente como daño el material.

De tal manera deduzco, que la utilización del procedimiento de los líquidos

penetrantes sobre un material compuesto, es el proceso de inspección más

utilizado dentro de las aerolíneas a nivel mundial, por su alto grado de

eficacia en su aplicación y su excelente obtención de resultados.



63

5.3. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA

I. Chapter 7 “Advanced Composite Materials” FAA.

https://www.faa.gov/regulations_policies/handbooks_manuals/aircraft/amt_

airframe_handbook/media/ama_Ch07.pdf

II. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COMAHUE “Ensayos No Destructivos”

http://www.sistendca.com/DOCUMENTOS/LP.pdf.

III. Asociación española de ensayos no destructivos (AEND). Ensayos No

Destructivos. Líquidos penetrantes. Nivel II. España, Fundación

Confemetal, 2002.

IV. Ensayos no Destructivos, Líquidos Penetrantes Nivel I y Nivel II,

http://es.scribd.com/doc/38555328/Manual-de-Liquidos-Penetrantes-

VISITE-http-bib-ciata-blogspot-com#scribd

V. García cueto, Alfonso R. LÍQUIDOS PENETRANTES, México, 1987.

}

http://www.sistendca.com/DOCUMENTOS/LP.pdf

PROPUESTA PARA USO DEL MÉTODO DE LÍQUIDOS …

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Transcript of PROPUESTA PARA USO DEL MÉTODO DE LÍQUIDOS …