Termografía & Radiografía

I n t e g r a n t e s d e l e q u i p o :

L u i s M a n u e l D u r á nE s t r a d a

L u i s A l b e r t o C h a v i r aB u s t i l l o s

I v á n J i m é n e z E s t r a d a

O s b a l d o M e l é n d e z C h á v e z

E d u a r d o A g u a y o

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Propiedades de los materialesBásicamente veremos la aplicación delos métodos de Ensayos No destructivosde Termografía y Radiografía en queconsiste, su utilización La serie detécnicas no invasivas para laidentificación y caracterización deun material así como la determinaciónde su integridad.

¿Qué son?

Son una serie de ensayos cuya finalidad es conocer, evaluarel estado de los materiales (soldaduras, estructuras puentes,edificios, etc.) y medios de transporte (barcos, aviones,etc.) sin afectar las propiedades y funcionalidad de losmateriales examinados.

Todas las soldaduras y uniones presentan fallos. (Grietas,defectos, discontinuidades) el fin es “localizar y determinarel tamaño” de los defectos que comprometen la resistencia.

Termografía

La termografía infrarroja es una técnica que permite laobtención de imágenes de la radiación térmica de los cuerposmediante equipos de adquisición de imágenes sin contactodirecto. Por ello está reconocida como un ensayo nodestructivo NDT (por sus siglas en inglés) en multitud depaíses, y como tal permite estudiar y analizar gran variedadde elementos.

La termografía infrarroja permite realizar ensayos en varioscampos para realizar estudios o analizar el comportamiento dediferentes elementos.

Todo el proceso se realiza de la manera más rigurosa posible,controlando y documentando condiciones medioambientales,procedimientos de ejecución de los ensayos, etc. Al final delproceso dispondremos de imágenes termo gráficas (termogramas) y datos que nos permitirán conocer el comportamientode los materiales y determinar posibles irregularidades odeficiencias. Con la termografía infrarroja podemos:

Ensayar nuevos productos y materiales de construcción. Analizar estado de revestimientos o pinturas en

aeronáutica.

Realizar control de calidad en pegamentos y pinturas especiales.

Ensayar productos destinados a otros usos, como el farmacéutico (parches).

Caracterización:

La técnica termo gráfica supone la evaluación y registro dela temperatura a distancia. La mayoría de las disfunciones enlos diferentes procesos o máquinas y equipos se manifiestanpor un cambio de la temperatura normal del servicio. Unadetección rápida y eficaz del mismo puede prevenir fallos defuncionamiento o consecuencias fatales.

Normas aplicadas:

ASTM: Designation: E1149 – 90 (1991) Definitions of TermsRelating to NDT by Infrared Thermography

ASTM: Designation: E1213 - 97(2009) Standard Test Method forMinimum Resolvable Temperature Difference for Thermal ImagingSystems

ASTM: Designation: E1311 - 89(2004) Standard Test Method forMinimum Detectable Temperature Difference for Thermal ImagingSystems

Radiometers

ASTM: Designation: E1897 - 97(2010) Standard Test Methods forMeasuring and Compensating for Transmittance of anAttenuating Medium Using Infrared Imaging Radiometers

ASME BPVC Section V-Nondestructive Examination Article 4Ultrasonic Examination Methods for Welds. ASME 2010.

Equipo:

La termografía por infrarrojos utiliza como equipo detectorel termógrafo. Es un aparato que percibe la radiacióninfrarroja y la transforma, a través de una pantalla, enimágenes luminosas visibles por el ojo humano. Los objetosmás calientes emiten más radiación infrarroja que los fríos.

Objetivo:

El análisis termo gráfico consiste en la obtención gráfica dela temperatura en la superficie de un objeto. Aplicado a laindustria, podemos obtener un mapa de temperaturas donde sevisualizan puntos fríos o calientes sobre una tubería, pieza,maquinaria, envolventes, puntos de contacto en subestacioneseléctricas, etc.

De este modo podremos conseguir:

Conocer el estado térmico de una instalación o de unproceso.

Detectar la presencia de pérdidas existentes (fugastérmicas) y por lo tanto de posibles puntos deactuación.

Una mayor eficiencia energética de los sistemasevaluados y, por tanto, el ahorro correspondiente.

Detección de fugas térmicas: Termografía (defectos deaislamiento y puntos calientes en instalacioneseléctricas, frigoríficas).

Otra de las aplicaciones de la termografía infrarroja son lasenergías renovables, algunos ejemplos:

Energía Eólica

Comprobación de huecos y fallos de pegado en laestructura de la concha de la pala.

Revisión de las palas en los parque eólicos comprobandoque no hayan sufrido daños bajo condiciones climáticasadversas.

Vigilancia de Almacenamiento de Material.

Energía Solar

Controlar del proceso de fabricación antes y después dela laminación de las células fotovoltaicas.

Comprobar el intercambio de líquidos en las célulastérmicas.

Mantenimiento de los huertos solares, verificando que notienen ninguna célula muerta que disminuya elrendimiento del mismo.

Guía del ensayo:

Como primera aproximación, pueden tomarse como referencia lassiguientes variaciones sobre la temperatura habitual, a finde determinar un programa de reparación:

- Hasta 20ºC...Indica problemas, pero la reparación no esurgente. Se puede efectuar en paradas programadas.

- 20ºC a 40ºC. Indica que la reparación requerida es urgentedentro de los 30 días.

- 40ºC y más. Indica una condición de emergencia. Lareparación, se debe realizar de inmediato.

Es importante indicar que en la termografía, como en casitodas las técnicas predictivas, tan importante como el valorpuntual es la evolución del valor. Una única medición notiene por qué ser indicativa de que exista un problema, y encambio, el aumento de temperatura sobre lo que se midió enotras ocasiones en las mismas condiciones es lo que indicaque se está gestando un problema que requerirá de solución.Por tanto, para poder determinar por termografía laexistencia de un problema en la mayor parte de las ocasionestiene que haber constancia de una evolución negativa de unatemperatura medida anteriormente en condiciones similares. Lodicho no es de aplicación cuando se detectan fugas (de calor,de vapor o de aire comprimido).

Ventajas:

Evitan interrumpir los procesos productivos

Disminuyen las interrupciones en los procesosproductivos y se controla la integridad del sistema quelos alimenta y protege. El ahorro final depende delintervalo de tiempo en que se realice el mantenimientopredictivo (se recomienda un lapso no mayor a 6 meses).

Localizan con exactitud y anticipadamente las potencialesfallas

Debido al incremento de temperatura es posible localizarcon exactitud y anticipadamente las potenciales fallas.Inmediatamente después de realizar el mantenimientopredictivo ya se puede organizar la solución a losproblemas detectados.

Disminución en las intervenciones de mantenimiento

Reducen el tiempo de reparación y la disminución de lasintervenciones del personal de mantenimientotradicional. Las anomalías se predicen con suficienteantelación para que sean reparadas y no se llegue aproducir una falla que supondría un considerable tiempoy costo de reparación.

Alargan la vida de los equipos

Mediante ensayos no destructivos se realiza unseguimiento del funcionamiento de los equipos,corrigiendo las anomalías detectadas en el menor tiempoposible para alargar su vida útil.

Permiten un uso más eficiente de la energía

Se consigue una disminución del consumo de los equiposde calefacción/refrigeración actuando sobre las causasque originan pérdidas de frío o de calor. Se consigue,por tanto, un ahorro económico y un menor impacto sobreel medio ambiente.

Limitaciones:

Presenta una capacidad limitada para la detección dedefectos internos si no se manifiestan externamente porincremento de la temperatura.

Requiere operarios con formación especializada y unaamplia experiencia.

Puede resultar complicado producir un calentamientouniforme al aplicar las técnicas activas y puedenexistir variaciones de emisividad en diferentes partesdel cuerpo estudiado.

Radiografía

El caso de la Radiografía Industrial, como prueba nodestructiva, es muy interesante; pues permite asegurar laintegridad y confiabilidad de un producto; además,proporciona información para el desarrollo de mejorestécnicas de producción y para el perfeccionamiento de unproducto en particular.

La inspección por RT se define corno un procedimiento deinspección no destructivo de tipo físico, diseñado paradetectar discontinuidades macroscópicas y variaciones en laestructura interna o configuración física de un material.

Al aplicar RT, Determinación de Composición Química(espectrometría, fluorescencia de Rx) normalmente se obtieneuna imagen de la estructura interna de una pieza ocomponente, debido a que este método emplea radiación de altaenergía, que es capaz de penetrar materiales sólidos, por loque el propósito principal de este tipo de inspección es laobtención de registros permanentes para el estudio yevaluación de discontinuidades presentes en dicho material.Por lo anterior, esta prueba es utilizada para detectardiscontinuidades internas en una amplia variedad demateriales.

Dentro de los END, la Radiografía Industrial es uno de losmétodos más antiguos y de mayor uso en la industria. Debido aesto, continuamente se realizan nuevos desarrollos que

modifican las técnicas radiográficas aplicadas al estudio nosólo de materiales, sino también de partes y componentes;todo con el fin de hacer más confiables los resultadosdurante la aplicación de la técnica.

Caracterización

El principio físico en el que se basa esta técnica es lainteracción entre la materia y la radiación electromagnética,siendo esta última de una longitud de onda muy corta y dealta energía.

Durante la exposición radiográfica, la energía de los rayos Xo gamma es absorbida o atenuada al atravesar un material.Esta atenuación es proporcional a la densidad, espesor yconfiguración del material inspeccionado.

La radiación ionizante que logra traspasar el objeto puedeser registrada por medio de la impresión en una placa o papelfotosensible, que posteriormente se somete a un proceso derevelado para obtener la imagen del área inspeccionada; obien, por medio de una pantalla fluorescente o un tubo devideo, para después analizar su imagen en una pantalla detelevisión o grabarla en una cinta de video. En términosgenerales, es un proceso similar a la fotografía, con ladiferencia principal de que la radiografía emplea rayos X orayos Gamma y no energía luminosa.

En la actualidad, dentro del campo de la industria existendos técnicas comúnmente empleadas para la inspecciónradiográfica:

Radiografía con rayos X. Radiografía con rayos gamma.

La principal diferencia entre estas dos técnicas es el origende la radiación electromagnética; ya que, mientras los rayosX son generados por un alto potencial eléctrico, los rayosgamma se producen por desintegración atómica espontánea de unradioisótopo.

Los rayos X son generados por dispositivos electrónicos y losrayos gamma por fuentes radioactivas naturales o por isótoposradioactivos artificiales producidos para fines específicosde Radiografía Industrial, tales como: iridio 192, cobalto60, cesio 137 y tulio 170.

La fuente de rayos X es el ánodo en un tubo eléctrico de altovoltaje. Cuando se prende, el haz de electrones generado enel cátodo impacta sobre el ánodo y esto provoca la emisión delos rayos X en todas direcciones; la capa de blindajealrededor del tubo absorbe los rayos X, excepto aquellos queescapan a través de un orificio o ventana que existe para talfin. Los rayos que pasan se emplean para producir laradiografía. Cuando se apaga la máquina de rayos X, laradiación cesa y la pieza inspeccionada no conservaradioactividad.

Aunque existen arreglos especiales, diseñados para casosdeterminados, el equipo que se emplea con más frecuencia parala inspección radiográfica es el siguiente:

1. Fuente de radiación (rayos X o rayos gamma).

2. Controles de la fuente.

3. Película radiográfica.

4. Pantallas intensificadoras.

5. Indicadores de calidad de la imagen.

6. Accesorios.

Normas aplicadas:

UNE-EN- 462-2

Ensayos no destructivos -Calidad de imagen de lasradiografías - Parte2: Indicadores de calidad de imagen (Tipotaladros y escalones) - Determinación del valor de calidad deimagen

UNE-EN 462-3

Ensayos no destructivos -Calidad de imagen de lasradiografías - Parte3: Clases de calidad de imagen parametales férreos.

UNE-EN 462-4

Ensayos no destructivos -Calidad de imagen de lasradiografías - Parte4: Evaluación experimental de los valoresdela calidad de la imagen y tablas de calidad dela imagen

UNE-EN 462-5

Ensayos no destructivos -Calidad de las radiografías - Parte5: Indicadores de calidad de imagen (tipo doble hilo) -Determinación del valor de penumbra de la imagen

UNE-EN 584-1

Ensayos no destructivos -Película para radiografía industrial- Parte 1: Clasificación de los sistemas de película pararadiografía industrial

UNE-EN 584-2

Ensayos no destructivos -Película para radiografía industrial- Parte 2: Control del proceso de las películas mediantevalores de referencia

Equipos:

De proyección de radiación. Para la medición de la radiación. Película radiográfica. Elementos para la marcación. Elementos químicos para el proceso de revelado y fijado

de la película radiográfica. Equipos para la visualización e interpretación de

resultados.

Objetivo:

La radiología industrial se basa en la propiedad de lasradiaciones ionizantes de atravesar los materiales opacos ala luz. El resultado es la obtención de una imagen del objetoensayado sobre una película radiográfica.

Dentro de las diferentes técnicas radiográficas destacan porla frecuencia de su aplicación la radiografía con fuenteemisora de rayos X y la gammagrafía, que utiliza como emisorde radiación ionizante diferentes isótopos radiactivos(Ir192, Se75, Co60…)

Puede ser aplicado a casi todos los materiales. Proporciona un registro permanente, la radiografía, del

estado interno del objeto examinado. Permite ver la naturaleza de la discontinuidad. Detecta determinados errores de fabricación y, muchas

veces, proporciona suficiente información sobre las medidas correctoras necesarias.

Descubre las discontinuidades estructurales y los errores de montaje.

Procedimiento del ensayo:

I. Determinación del área donde no puede ingresar personal laboralmente no expuesto

II. Cálculos de tiempo de exposición a la radiaciónIII. Elaboración de las marcas a estampar en la película

radiográficaIV. Marcación de la zona a inspeccionarV. Montaje de la película radiográfica

VI. Ubicación del emisor de radiación a la distancia calculada.

VII. Procesamiento de la película radiográfica Revelado, lavado del exceso de revelador, fijado, lavado del exceso del fijador.

VIII. Secado de la película radiográfica (Acetato de celulosa y partículas de haluro de plata).

IX. Interpretación de los resultados de la inspección radiográfica, se realiza utilizando una fuente de iluminación variable y de la intensidad suficiente.

X. Elaboración del informe correspondiente.

Ventajas:

Es un excelente medio de registro de inspección. Su uso se extiende a diversos materiales. Se obtiene una imagen visual del interior del material.

Se obtiene un registro permanente de la inspección. Descubre los errores de fabricación y ayuda a establecer

las acciones correctivas.

Limitaciones:

No es recomendable utilizarla en piezas de geometríacomplicada.

No debe emplearse cuando la orientación de la radiaciónsobre el objeto sea inoperante, ya que no es posibleobtener una definición correcta.

La pieza de inspección debe tener acceso al menos pordos lados.

Su empleo requiere el cumplimiento de estrictas medidasde seguridad.

Requiere personal altamente capacitado, calificado y conexperiencia.

Requiere de instalaciones especiales como son: el áreade exposición, equipo de seguridad y un cuarto oscuropara el proceso de revelado.

Las discontinuidades de tipo laminar no pueden serdetectadas por este método.

Conclusiones

Luis Manuel Durán Estrada

Considero que en base a estos dos ensayos se puede encontrarla falla posible contando con la herramienta sofisticada yasí inspeccionar el material a revisar aplicando termografíao radiografía dependiendo de la situación y la falla.

También comparando costos las ventajas que me ofrecen y quelimitaciones me da el ensayo y por ende elegir el correcto.

Bibliografías

ZAMORA, Manuel Carranza; TERMO I: UN ESTUDIO DE LOS SISTEMAS

TERMODINÁMICOS, Universidad de Sevilla, 1999. Págs. 145 –160...

Janan Al-Karawi, Jürgen Schmidt; Application of InfraredThermography to the Analysis of Welding Processes. Instituteof Fluid Dynamics and

Thermodynamics, Otto-von-Guericke University,Universitätsplatz, 2, D-39106 Magdeburg, Germany.

Balagas Daniel, Termografía Infrarroja: una técnicamultifacética para la Evaluación No Destructiva (END). ONERA(The French Aerospace Lab). Structure and Damage Department

http://www.landinst.es/infrarroja/descarga_de_ficheros/pdf/Termografia_Guia_Basica.pdf.

http://mantenimientoindustrial.wikispaces.com.