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Ultrasonido

  1. 1. “Ultrasonido” Ricardo Suárez Palacios Universidad Industrial de SantanderHarold Hernández Moreno Estructura y Propiedades de losOmar José Morales Camelo Materiales Ing. Oscar Rey Castellanos
  2. 2. Agenda Introducción Generalidades Definición y fundamentos físicos Ítems en detección de fallas Equipo de Ultrasonido: (Componentes) Técnicas de Ultrasonido Aplicaciones Ventajas y desventajas Norma IRAM-ISO 9712 Conclusión Bibliografía
  3. 3. IntroducciónEl ultrasonido es utilizado para el ensayo nodestructivo de los materiales, se aplica paraconocer el interior de un material ocomponentes al procesar la trayectoria de lapropagación de las ondas sonorasTiene diferentes aplicaciones a nivel deingeniería e industria ya que trabaja conprincipios físicos que generan un conocimientopreciso acerca del material de estudio.
  4. 4. GeneralidadesEn 1881, Jacques y Pierre Curie publicaron los resultadosobtenidos al experimentar la aplicación de un campo eléctricoalternante sobre cristales de cuarzo y turmalina, los cualesprodujeron 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, defensa, etc. En abril de 1912 poco después del hundimiento del Titanic, L. F. Richardson, sugirió la utilización de ecos ultrasónicos para detectar objetos sumergidos.
  5. 5. Generalidades 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. El aparato fue utilizado para estudiar el fondo marino, como una sonda ultrasónica para medir profundidad.En 1929, Sergei Sokolov, científicoruso, propuso el uso delultrasonido para detectar grietasen metales basándose en elprincipio de reflexión.
  6. 6. ¿Que es una prueba de Ultrasonido?Es una herramienta útil para conocer e interpretar el estado físicode determinado material mediante una onda acústica o sonoracuya frecuencia está por encima del espectro audible del oído delser humano (aproximadamente 20.000 Hz) la reflexión del sonidoes causado por las discontinuidades en el material las cuales semanifiestan en una pantalla en forma de señales (ecos).
  7. 7. Fundamentos físicosCualquier sonido puede describirse en su totalidad especificando trescaracterísticas en su percepción: El tono, la intensidad y el timbre. Estas trescorresponden exactamente a tres características físicas: la frecuencia, laamplitud y la composición armónica también denominada forma de onda.Impedancia acústica específica (Resistencia): Depende de la densidadde masa y de la velocidad de propagación. A mayor densidad, mayorabsorción; a mayor absorción, mayor frecuencia. Z = ρv
  8. 8. Fundamentos físicosReflexión: Se produce en los límites dentrode los metales. Depende de la geometríadel mismo.Refracción: El haz ultrasónico se desvíadependiendo de la velocidad depropagación y de la densidad del material.Efecto piezoeléctrico: Fenómeno físico porel cual aparece una diferencia de potencialeléctrico entre las caras de un cristal cuandoéste se somete a una presión mecánica.Transductores piezoeléctricos:Convierten un cambio en la magnitud que seva a medir en un cambio en la cargaelectrostática o tensión generada a ciertosmateriales cuando se encuentran sometidos
  9. 9. Ondas Ultrasónicas • Son aquellas que se desplazan sobre la superficie • Los del material y desplazamiento de penetran a una las partículas son profundidad • Los en forma máxima de una desplazamientos perpendicular a la longitud de onda, de las partículas dirección del haz también es son paralelos a la ultrasónico, se conocida como prolongación del propagan en ondas de Rayleigh sonido. sólidos y se propaga solo únicamente. en sólidosLongitudinal Transversal Superficial
  10. 10. Ítems en detección de fallas Selección del equipo de prueba adecuado. Conocimiento de los requerimientos específicos de la prueba. Experiencia y conocimiento de la técnica a utilizar.
  11. 11. Equipo de inspección Ultrasónica 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.
  12. 12. Partes del Equipo TransductorUn transductor es un dispositivo capaz detransformar o convertir un determinado tipo deenergía de entrada, en otra diferente de salida.El nombre del transductor ya nos indica cual esla transformación que realiza, aunque nonecesariamente la dirección de la misma.Los transductores pueden ser clasificados enlos siguientes grupos de acuerdo a:a) Forma de propagar el haz ultrasónico: Hazrecto y haz angular.b) Técnica de inspección: De contacto y deinmersión.c) Número de cristales: Un cristal, dos cristaleso 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 ycon línea de retardo.
  13. 13. Partes del Equipo Cable coaxialUn accesorio del sistema de ultrasonido es el cable coaxial, el cualen sus extremos posee conectores los cuales unen al instrumento yal 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.
  14. 14. Partes del Equipo AcoplantesLos acoplantes normalmente usados para la inspección por contacto sonagua, aceites, glicerina, grasas de petróleo, grasa de silicón, pasta de tapiz yvarias sustancias comerciales tipo pasta.La técnica ultrasónica necesita de un acoplante adecuado para transmitir elultrasonido entre el transductor y la pieza de prueba. El acoplante puede serlíquido, semilíquido o pastoso.
  15. 15. Partes del Equipo Bloque De CalibraciónLos bloques patrones son usados para estandarizar la calibración del equipoy evaluar en forma comparativa las indicaciones obtenidas de la pieza deensayo. Los patrones de referencia están hechos de materialesdebidamente seleccionados para garantizar su sanidad interna y quesatisfagan los requisitos de atenuación, tamaño de grano y tratamientotérmico.
  16. 16. Técnicas de Ultrasonido Técnica Pulso - EcoSe utiliza un solo transductorque envía y recibe el pulso(transmisor – receptor) porlo que requiere acceso auna sola superficie.
  17. 17. Técnicas de Ultrasonido Técnica de transmisión a travésTambién se utiliza un transmisory un receptor, solo que en estecaso se encuentran localizadosen superficies opuestas.
  18. 18. Técnicas de Ultrasonido Técnica con haz angularEl método de inspección por hazangular es utilizado paratransmitir un haz angularpredeterminado de prueba, deacuerdo al ángulo de incidenciaes el tipo de ondas producidasdentro del material (transversal,longitudinal y superficial).
  19. 19. Técnicas de Ultrasonido Técnica con transductores dualesEsta técnica proporciona unmétodo para incrementar laresolución, el elemento doblepermite que la función del cristalreceptor se encuentre electrónica yacústicamente aislado de losefectos del pulso de excitación.Estos transductores miden elespesor y descubren defectos ycorrosión en materiales delgados.
  20. 20. Técnicas de Ultrasonido Técnica de Picha y CachaSe utilizan dos transductores,donde uno envía el pulso y el otrolo recibe (un transmisor y unreceptor), ambos transductores selocalizan en una misma superficie.
  21. 21. Aplicaciones Ingeniería MecánicaDetectar etapa incipiente de falla en rodamientos, impedir el exceso ofalta de lubricación, Cavitación en bombas, motores, cajas deengranajes, ventiladores, compresores, desgastes en los materiales,corrosión de materiales, verificación del estado de pinturas, forjas,fundiciones y laminas. También para detectar algunas falencias en losmateriales y equipos tales como fallas, grietas, estructura granular,soldaduras y fracturas. En general la industria de automóviles, trenes,barcos y aviones.
  22. 22. Aplicaciones Sector CivilEl ultrasonido es útil paradetectar el espesor de materialescomo el concreto, ayuda adetectar fallas en materialescomo corrosión o desgaste entuberías, y ayuda a detectar lacantidad de flujo que pasa através de un ducto, ejemplo delos acueductos.
  23. 23. Aplicaciones Corrosión
  24. 24. Aplicaciones MedicinaLas imágenes por ultrasonido, tambiéndenominadas exploración porultrasonido o ecografía, involucran laexposición del cuerpo a ondasacústicas de alta frecuencia paraproducir imágenes del interior delorganismo. Las examinaciones porultrasonido no utilizan radiaciónionizante (como se usa en los rayos X).Debido a que las imágenes porultrasonido se capturan en tiempo real,pueden mostrar la estructura y elmovimiento de los órganos internos delcuerpo, como así también la sangre quefluye por los vasos sanguíneos.(Imagen Vesícula biliar)
  25. 25. Aplicaciones Medicina Estado actual del ultrasonido de alta frecuencia (HIFU) en el tratamiento del adenocarcinoma prostáticoDispositivo AblathermRLa máquina dispone de un módulo detratamiento que incluye la camilla del paciente,el sistema de posicionamiento de la sonda, elsistema de enfriamiento para la conservaciónde la temperatura de la pared rectal y eltransductor ultrasónico utilizado durante lafase de localización anatómica. Se dispone deuna sonda endorectal de tratamiento quetrabaja a 7.5 MHz y de un transductor detratamiento, focalizado a 40 mm que trabaja a3 MHz.
  26. 26. Ventajas del UltrasonidoEs una técnica muy sensible y que puede cubrir áreas muy grandes en una solaprueba, 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 largasdistancias de la refinería o del pozo.Gran velocidad de prueba; debido a que la operación es electrónica, proporcionaindicaciones prácticamente instantáneas de la presencia de discontinuidades.Mayor exactitud: En comparación con los demás métodos no destructivos, en ladeterminación de la posición de discontinuidades internas, estimando sus tamaños,orientaciones, forma y profundidad.
  27. 27. Ventajas del UltrasonidoAlto poder de penetración: Lo que permite localizar discontinuidades a una granprofundidad (varios metros).Buena resolución: Siendo esta característica la que determina que puedandiferenciarse los ecos procedentes de discontinuidades próximas en profundidad.Permite la interpretación inmediata, la automatización y el control del proceso defabricación.No utiliza radiaciones perjudiciales para el organismo humano y no tiene efectossobre el material inspeccionado.Accesibilidad: Solo requiere acceso por un lado del material.Seguridad: No requiere condiciones especiales de seguridad. Alta sensibilidad: Permitiendo la detección de discontinuidades extremadamentepequeñas.
  28. 28. Desventajas del UltrasonidoX Está limitado por la geometría, estructura interna, espesor y acabadosuperficial de los materiales sujetos a inspección.X Localiza mejor aquellas discontinuidades que son perpendiculares al hazde sonido.X Las partes pequeñas o delgadas son difíciles de inspeccionar por estemétodo.X El equipo puede tener un costo elevado, que depende del nivel desensibilidad y de sofisticación requerido.X El personal debe estar calificado y generalmente requiere de muchomayor entrenamiento y experiencia para este método que para cualquierotro de los métodos de inspección.X La interpretación de las indicaciones requiere de mucho entrenamiento yexperiencia de parte del operador.
  29. 29. Norma IRAM-ISO 9712 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - CALIFICACION DE PERSONAL CRITERIOS PARA LA EVALUACION PRACTICA EN EL METODO DE ULTRASONIDOS - NIVEL 1, UTILIZANDO PIEZAS DE EXAMEN MECANIZADAS.Con la implementación de la Norma ISO 9712 a partir del año 1993 setiende a unificar internacionalmente los criterios de Calificación yCertificación de Personal en Ensayos No Destructivos, produciéndosecambios y adaptaciones de los diferentes sistemas hasta ese momentoutilizados, por ejemplo la ASNT crea el Sistema de Calificación Central.Esto incluye todos los procedimientos necesarios para demostrar lacalificación de una persona para un método de END y que conducen a untestimonio escrito sobre su calificación, con la asistencia de entidadescalificadoras debidamente autorizadas. Actualmente está a discusiónpública la Norma IRAM – ISO 9712:1999.
  30. 30. ConclusiónEl estudio de ultrasonido en los materiales es muy importante ennuestro campo de acción como petroleros, debido a suutilización se a optimizado de manera muy eficaz la producciónde hidrocarburos remediando el estado las tuberías deproducción, oleoductos o tanques de almacenamiento quepresenten “daños” internos o externos ya sea por falla mecánica,corrosión, etc.
  31. 31. Bibliografía FUENTES, Miguel Angel; LÓPEZ MEDINA, Fredy; RAMIREZ, JuanPablo; Ultrasonido Industrial (técnicas de inspección), algunas imágenes ytexto de la presentación fueron basadas en esta exposición. Revista de la Facultad de Ingeniería Industrial, Vol. (8) 1: pp. 25-28(2005) UNMSM ISSN: 1560-9146 (impreso) / ISSN: 1810-9993(electrónico), El ultrasonido y su aplicación., febrero de 2005. Ensayos no destructivos - calificación de personal criterios para laevaluación práctica en el método de ultrasonidos - nivel 1, (utilizandopiezas de examen mecanizadas). Norma IRAM-ISO 9712. http://www.acquip.com; Ultrasonido: Otra Herramienta de MantenimientoPredictivo, Septiembre 8 de 2010, Empresa de servicios, aplicaciónindustrial.
  32. 32. Gracias por su atención!“La vida es el acuerdo al que llegamos entre loque el ego desea hacer, lo que la experiencia nosdice que hagamos y lo que los nervios nospermiten hacer” (BruceCrampton)
  33. 33. Importante para leer….. Muchos de los grandes inventos de la humanidad se han basado en observaciones de la naturaleza. En 1794, el italiano Spallanzani habló por primera vez de "ULTRASONIDO" para referirse a la capacidad de los murciélagos de emitir sonidos no audibles por el hombre y que les permiten orientarse durante su vuelo. En 1881, Jacques y Pierre Curie publicaron la aplicación de un campo eléctrico alternante sobre cristales de cuarzo y turmalina, los cuales produjeron ondas sonoras de muy altas frecuencias. En 1910, el inglés Paul Langevin consigue que la Royal Navy utilice el SONAR (Sound Navigation And Ranking), aparato que emite ondas sonoras de muy alta frecuencia, no divergentes, que se pueden dirigir permitiendo localizar submarinos en el Océano lo que fue utilizado en la 1ª GUERRA MUNDIAL.

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