Tecnológico de estudios superiores de Ecatepec

Mantenimiento

Trabajo de investigación: “PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS”

Docente: Jorge Arturo García barrera

Presenta:

García Ramírez Erick esteban Molina Rendón Nancy Jazmín

Rojas Gómez Eduardo Téllez Rodríguez Migue l

7º SEMESTRE grupo: 9701

Ing. Mecatrónica

Semestre: 2014 - 1

Fecha de entrega: 20/04/14.

Trabajo de investigación

PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS

Introducción

Pruebas no destructivas (PND)

PND son pruebas o ensayos de carácter NO destructivo, que se realizan a los materiales, ya sean éstos metales, plásticos (polímeros), cerámicos o compuestos. Este tipo de pruebas, generalmente se emplea para determinar cierta característica física o química del material en cuestión.

Las principales aplicaciones de las PND las encontramos en:

Detección de discontinuidades (internas y superficiales). Determinación de composición química. Detección de fugas. Medición de espesores y monitoreo de corrosión. Adherencia entre materiales. Inspección de uniones soldadas.

Las PND son sumamente importantes en él continúo desarrollo industrial. Gracias a ellas es posible, por ejemplo, determinar la presencia defectos en los materiales o en las soldaduras de equipos tales como recipientes a presión, en los cuales una falla catastrófica puede representar grandes pérdidas en dinero, vida humana y daño al medio ambiente.

Las principales PND se muestran en la siguiente Tabla, en la cual, se han agregado las abreviaciones en Inglés, ya que estás en México son comúnmente utilizadas.

Desarrollo

Radiografía industrial

La radiografía como método de prueba no destructivo, se basa en la capacidad de penetración que caracteriza principalmente a los Rayos X y a los Rayos Gama. Con este tipo de radiación es posible irradiar un material y, si internamente, este material presenta cambios internos considerables como para dejar pasar, o bien, retener dicha radiación, entonces es posible determinar la presencia de dichas irregularidades internas, simplemente midiendo o caracterizando la radiación incidente contra la radiación retenida o liberada por el material.

Comúnmente, una forma de determinar la radiación que pasa a través de un material, consiste en colocar una película radiográfica, cuya función es cambiar de tonalidad en el área que recibe radiación. Este mecanismo se puede observar más fácilmente en la figura de abajo. En la parte de arriba se encuentra una fuente radiactiva, la cual emite radiación a un material metálico, el cual a su vez presenta internamente una serie de poros, los cuales por contener aire o algún otro tipo de gas, dejan pasar más cantidad de radiación que en cualquier otra parte del material. El resultado queda plasmado en la película radiográfica situada en la parte inferior del material metálico.

Como puede observarse el método de radiografía es sumamente importante, ya que nos permite obtener una visión de la condición interna de los materiales. De aquí que sea ampliamente utilizada en aplicaciones tales como:

Medicina. Evaluación de Soldaduras. Control de calidad en la producción de diferentes productos. Otros

Sin embargo, este método también tiene sus limitaciones. El equipo necesario para realizar una prueba radiográfica puede representar una seria limitación si se considera su costo de adquisición y mantenimiento. Más aún, dado que en este método de prueba se manejan materiales radiactivos, es necesario contar con un permiso autorizado para su uso, así como también, con detectores de radiación para asegurar la integridad y salud del personal que realiza las pruebas radiográficas.

2da Definición

La radiografía es un proceso por el cual rayos radioactivos son dirigidos hacia un objeto para pasar a través de él y la imagen es capturada en una película. Esta película es a su vez procesada y mostrada en imagen como una secuencia de sombras grises entre negro y el blanco.

La radiografía se vale de recursos tales como rayos X, rayos gama así como de métodos más modernos, como radiografía en tiempo real, radiografía computarizada y tomografía computarizada. No hay una fórmula que por sí misma pueda resolver todas las necesidades radiográficas. La opción adecuada depende de su aplicación. Se deben tomar en cuenta aspectos como las condiciones en la exposición se realiza, las necesidades de calidad de la imagen, la productividad así como los códigos, regulaciones y estándares de práctica internacionales relevantes a nuestra industria

La radiografía convencional es un método no destructivo de análisis que utiliza rayos X y rayos gama del tipo Y para identificar imperfecciones internas, para medir espesor y para detectar corrosión. Con el análisis radiográfico el material se expone a un rayo homogéneo proveniente de un isótopo radiactivo o de un tubo de radiografía, y se coloca una película negativa detrás del material siendo examinado. Después del revelado de la película, las diferencias de grosor y de densidad (es decir imperfecciones) se mostrarán más claras o más oscuras. Los criterios particulares de aceptación definen si la indicación es no-aceptable (un defecto) o no.

Evaluación manual de las películas de rayos X convencionales

Análisis de aceite: El Análisis de aceite es un conjunto de procedimientos y mediciones aplicadas al aceite usado en las máquinas y equipos, que facilitan el control tanto del estado del lubricante, como de manera indirecta permiten establecer el estado de los componentes.

El objetivo primordial y final es suministrar información para adelantarse a tomar acciones y buscar la reducción de los costos de operación y mantenimiento a través de la preservación de las máquinas y la extracción de la mejor vida de los lubricantes.

Los procedimientos de análisis se pueden realizar en un laboratorio especializado, pero también pueden hacerse en el campo con ayuda de herramientas simples. Es la actividad de monitorear y reportar lo observado en las condiciones del lubricante para alcanzar las metas propuestas de mantenimiento a través de las buenas prácticas de lubricación.

Es una herramienta que sirve para documentar los procesos de mantenimiento, siempre y cuando, se tenga un buen entrenamiento y conocimiento de la interpretación de los resultados de laboratorio.

Ultrasonido

El método de Ultrasonido se basa en la generación, propagación y detección de ondas elásticas (sonido) a través de los materiales. En la figura de abajo, se muestra un sensor o transductor acústicamente acoplado en la superficie de un material. Este sensor, contiene un elemento piezo-eléctrico, cuya función es convertir pulsos eléctricos en pequeños movimientos o vibraciones, las cuales a su vez generan sonido, con una frecuencia en el rango de los megahertz (inaudible al oído humano). El sonido o las vibraciones, en forma de ondas elásticas, se propaga a través del material hasta que pierde por completo su intensidad ó hasta que topa con una interfase, es decir algún otro material tal como el aire o el agua y, como consecuencia, las ondas pueden sufrir reflexión, refracción, distorsión, etc. Lo cual puede traducirse en un cambio de intensidad, dirección y ángulo de propagación de las ondas originales.

De esta manera, es posible aplicar el método de ultrasonido para determinar ciertas características de los materiales tales como:

Velocidad de propagación de ondas. Tamaño de grano en metales. Presencia de discontinuidades (grietas, poros, laminaciones, etc.) Adhesión entre materiales. Inspección de soldaduras. Medición de espesores de pared.

Como puede observarse, con el método de ultrasonido es posible obtener una evaluación de la condición interna del material en cuestión. Sin embargo, el método de ultrasonido es más complejo en práctica y en teoría, lo cual demanda personal calificado para su aplicación e interpretación de indicaciones o resultados de prueba.

Inspección ultrasónica

Esta técnica es utilizada para la detección de defectos internos y superficiales en materiales conductores de sonido.

El principio es similar al sonido de eco. Un pequeño pulso de ultrasonido es generado por una carga eléctrica sobre el material, el cual genera una vibración por un corto periodo de tiempo. Las vibraciones u ondas de sonidos tienen la habilidad de viajar a una distancia considerable, la velocidad a la cual se propaga es relacionada con cada material.

La energía ultrasónica es tenue en el aire y un haz que se propaga a través de un sólido, los cuales, entre el material y el aire relejan una cantidad considerable de energicen la misma dirección al ángulo de incidencia.

El método estándar para presentar información de pruebas ultrasónicas es por medio de un tubo de rayos catódicos, en el cual el movimiento horizontal representa el tiempo transcurrido.

Ya que la inspección ultrasónica se basa en un fenómeno mecánico, se puede adaptar para que pueda determinarse la integridad estructural de los materiales de ingeniería. Sus principales aplicaciones consisten en:

1.- Detección y caracterización de discontinuidades;

2.- Medición de espesores, extensión y grado de corrosión;

3.- Determinación de características físicas, tales como: estructura metalúrgica, tamaño de grano y constantes elásticas;

4.- Definir características de enlaces (uniones);

5.- Evaluación de la influencia de variables de proceso en el material.

Termografía

Termografía por Infrarrojos: La Termografía Infrarroja es una técnica que permite, a distancia y sin ningún contacto, medir y visualizartemperaturas de superficie con precisión.

La Física permite convertir las mediciones de la radiación infrarroja en medición de temperatura, esto se logra midiendo la radiación emitida en la porción infrarroja del espectro electromagnético desde la superficie del objeto, convirtiendo estas mediciones en señales eléctricas.

Los ojos humanos no son sensibles a la radiación infrarroja emitida por un objeto, perolas cámara termográficas, o de termovisión, son capaces de medir la energía con sensores infrarrojos, capacitados para "ver" en estas longitudes de onda. Esto nos permite medir la energía radiante emitida por objetos y, por consiguiente, determinar la temperatura de la superficie a distancia, en tiempo real y sin contacto.

La radiación infrarroja es la señal de entrada que la cámara termográfica necesita para generar una imagen de un espectro de colores, en el que cada uno de los colores, según una escala determinada, significa una temperatura distinta, de manera que la temperatura medida más elevada aparece en color blanco.

La Termografía en el Mantenimiento Industrial Preventivo

La gran mayoría de los problemas y averías en el entorno industrial - ya sea de tipo mecánico, eléctrico y de fabricación - están precedidos por cambios de temperatura que pueden ser detectados mediante la monitorización de temperatura con sistema deTermovisión por Infrarrojos. La implementación de programas de inspecciones termográficas en instalaciones, maquinaria, cuadros eléctricos, etc es posible minimizar el riesgo de un falla de equipos y sus consecuencias, a la vez que también ofrece una herramienta para el control de calidad de las reparaciones efectuadas.

El análisis mediante Termográfia infrarroja debe complementarse con otras técnicas y sistemas de ensayo conocidos, como pueden ser el análisis de aceites lubricantes, el análisis de

vibraciones, los ultrasonidos pasivos y el análisis predictivo en motores eléctricos. Pueden añadirse los ensayos no destructivos clásicos: ensayos radiográfico, el ultrasonido activo, partículas magnéticas, etc.

Aplicaciones de la Termografía en Mantenimiento Preventivo Industrial. El análisis mediante Cámaras Termográficas Infrarrojas, está recomendado para:

Instalaciones y líneas eléctricas de Alta y Baja Tensión.Cuadros, conexiones, bornes, transformadores, fusibles y empalmes eléctricos.Motores eléctricos, generadores, bobinados, etc.Reductores, frenos, rodamientos, acoplamientos y embragues mecánicos.Hornos, calderas e intercambiadores de calor. Instalaciones de Frío industrial y climatización.Líneas de producción, corte, prensado, forja, tratamientos térmicos.

Ventajas del Mantenimiento Preventivo por Termovisión.

Método de análisis sin detención de procesos productivos, ahorra gastos.Baja peligrosidad para el operario por evitar la necesidad de contacto con el equipo.Determinación exacta de puntos deficientes en una línea de proceso.Reduce el tiempo de reparación por la localización precisa de la Falla.Facilita informes muy precisos al personal de mantenimiento.Ayuda al seguimiento de las reparaciones previas.

Técnicas de Termografía Infrarroja

Termografía Pasiva:

Consiste en simplemente obtener un termograma del componente en cuestión, sin la aplicación de energía. El componente por si mismo proporciona la energía para generar la imagen infrarroja. Ejemplos de la aplicación de ésta técnica los encontramos por ejemplo en la evaluación de un motor funcionando, maquinaria industrial, conductores eléctricos, etc.

Termografía Activa:

En esta técnica, para obtener un termograma, es necesario inducir cierta energía al material o componente en cuestión. Muchos componentes, dadas sus condiciones de operación y servicio,

son evaluados en forma estática o a temperatura ambiente, lo cual da lugar a que el termograma que se obtenga, presente un patrón o gradiente térmico uniforme, es en este tipo de situaciones en que la termografía activa tiene uso. Así, esta técnica puede ser empleada en la detección de laminaciones o inclusiones, las cuales representan variaciones en conducción de calor y por lo tanto son evidentes en el termograma.

Hoy en día la termografía infrarroja se utiliza exitosamente en numerosas aplicaciones, entre las cuales podemos nombrar: discontinuidades sub-superficiales y superficiales como la corrosión, resistencia eléctrica, inclusiones, perdida de material, grietas, esfuerzos residuales, deficiencias en espesores de recubrimiento, etc. El principal inconveniente puede ser el costo del equipo. Sin embargo, los resultados se obtienen rápidamente y la evaluación es relativamente sencilla, por lo que no se requiere mucho entrenamiento en el uso y aplicación de la técnica.

La inspección de tanques atmosféricos de almacenamiento, recipientes a presión tuberías, puentes, reactores, transformadores, etc., son solo algunos ejemplos de las numerosas aplicaciones que tiene el método de EA a escala mundial.

Es importante mencionar que el método de EA, solamente indica áreas con actividad acústica asociada con la presencia de discontinuidades y no proporciona información acerca del tipo, dimensiones y orientación de la discontinuidad que genera dicha actividad acústica. Por tal, este método en muchas ocasiones se utiliza complementariamente con otros métodos de inspección. Primero, con el método de EA se detectan aquellas áreas con actividad acústica significativa y, posteriormente se aplica algún otro método no destructivo como el ultrasonido o las partículas magnéticas y se obtiene el detalle de la discontinuidad que generó dicha actividad acústica. Actualmente, muchas investigaciones se están llevando a cabo con el objetivo de poder determinar no solamente áreas con actividad acústica sino también el tipo de discontinuidad que la está generando. Estas investigaciones incluyen estudios más avanzados acerca de la forma de onda de las señales, su procesamiento mediante algoritmos de redes neurológicas, modos de propagación de ondas, simulación mediante elementos finitos, etc

Líquidos penetrantes

Líquido, con buenas características de penetración en pequeñas aberturas, sobre la superficie limpia del material a inspeccionar. Una vez que ha transcurrido un tiempo suficiente, como para que el líquido penetrante recién aplicado, penetre considerablemente en cualquier abertura superficial, se realiza una remoción o limpieza del exceso de líquido penetrante, mediante el uso de algún material absorbente (papel, trapo, etc.) y, a continuación se aplica un líquido absorbente, comúnmente llamado revelador, de color diferente al líquido penetrante, el cual absorberá el líquido que haya penetrado en las aberturas superficiales.

Por consiguiente, las áreas en las que se observe la presencia de líquido penetrante después de la aplicación del líquido absorbente, son áreas que contienen discontinuidades superficiales (grietas, perforaciones, etc.)

En la siguiente Figura, se puede visualizar el procedimiento general de ejecución del método de LP.

En general, existen dos principales técnicas del proceso de aplicación de los LP: la diferencia entre ambas es que, en una se emplean líquidos penetrantes que son visibles a simple vista ó con ayuda de luz artificial blanca y, en la segunda, se emplean líquidos penetrantes que solo son visibles al ojo humano cuando se les observa en la oscuridad y utilizando luz negra o ultravioleta, lo cual les da un aspecto fluorescente.

Estas dos principales técnicas son comúnmente conocidas como: Líquidos Penetrantes Visibles y Líquidos Penetrantes Fluorescentes. Cada una de estas, pueden a su vez, ser divididas en tres subtécnicas: aquellas en las que se utiliza líquidos removibles con agua, aquellas en las que se utiliza líquidos removibles con solvente y aquellas en las que se utilizan líquidos posemulsificables.

Cada una de las técnicas existentes en el método de LP, tiene sus ventajas, desventajas y sensibilidad asociada. En general, la elección de la técnica a utilizar dependerá del material en cuestión, el tipo de discontinuidades a detectar y el costo. En la siguiente tabla se muestran las técnicas de aplicación de los LP.

Técnica. Sub-Técnica

Líquidos Visibles Lavables con agua Lavables son solvente Posemulsificables Líquidos Fluorescentes Lavables con agua Lavables son solvente Posemulsificables

El análisis no destructivo con líquidos penetrantes se emplea generalmente para evidenciar discontinuidades superficiales sobre casi todos los materiales no porosos (o con excesiva rugosidad o escamado) como metales, cerámicos, vidrios, plásticos, etc. característica que lo hace utilizable en innumerables campos de aplicación.

El método de Líquidos Penetrantes (LP) se produjo en la industria en los años que precedieron a la Segunda Guerra Mundial, la causa principal fue la necesidad de disponer de un control alternativo a las partículas magnéticas.

Esta técnica permite evidenciar rápidamente discontinuidades abiertas a la superficie (fisuras, porosidad, pliegues, entre otros) sobre cualquier componente (ferroso y no ferroso) independiente de la pieza.

Análisis de vibraciones

El análisis de vibraciones ayuda a diagnosticar problemas en el equipo de trabajo antes de que ocurra algún fallo catastrófico y ofrece importantes ventajas:

Gran reducción en los costos de mantenimiento no planeado. (mantenimiento correctivo). Altas reducciones en inventario de partes de repuesto al tener un mejor conocimiento del

estado de la maquinaria. Reducción en las ordenes de trabajo de emergencia y tiempo extra. Reparaciones mas eficientes y reducción de costes de mantenimiento. Incremento en la capacidad de producción, debido a menos rechazos por fallas en el

equipo ocasionadas por excesiva vibración. Mejores condiciones de seguridad, al no forzar a las máquinas a trabajar hasta el punto de

fallar. Una máquina que tiene un fallo, sea este eléctrico o mecánico, genera vibraciones. La frecuencia de estas vibraciones son leidas y cotejadas por los instrumentos de análisis,

que reconocen en ellas parámetros específicos (firma de vibración), establecidos a lo largo de años de experiencia en el uso y mantenimiento de maquinaria.

Un espectro de vibración es una imagen de cálculo de datos que nos muestra los datos de frecuencia / amplitud. La frecuencia ayuda a determinar el origen de la vibración, mientras la amplitud ayuda a determinar la severidad del problema. Un incremento en el nivel de frecuencia indica un cambio en el mecanismo: bandas flojas, grietas en la estructura, daños en los rodamientos, desbalanceo, desgaste excesivo de piezas.

Los parámetros que se ofrecen en la actualidad provienen de tablas de los fabricantes y tablas de normatividad de ISO.

Conclusión

La demanda de pruebas no destructivas es suficiente para sostener un taller con especialidad en estas inspecciones. Para asegurar la recuperación de la totalidad de las inversiones a 5 años, se tiene que tener un promedio de participación anual en el mercado del 46,56% en la combinación de pruebas Líquidos Penetrantes - Corrientes Eddy - inspección Visual - Partículas Magnéticas. De lo contrario la recuperación de la inversión se alarga a más de 5 años.

Tener un taller que preste servicios de inspección en pruebas no destructivas que tenga una sola prueba no se considera viable económicamente debido al porcentaje de participación tan alto que se necesita para poder recuperar la inversión en 5 años. En algunos casos no basta con tener el 100% de la participación en el mercado para asegurar la recuperación de la inversión. Corrientes Eddy es la única prueba que garantizando un 79,70% asegure la recuperación de la inversión en un plazo no mayor a 5 años.

Las pruebas no destructivas demandadas por las empresas que se encuentran ubicadas en el aeropuerto Olaya Herrera, se encuentran en el siguiente orden de importancia: 1) Corrientes Eddy, 2) Líquidos Penetrantes, 3) Partículas Magnéticas y 4) Inspección visual

Comparando el TIR y VPN para la combinación de las pruebas no destructivas Líquidos penetrantes Corrientes Eddy - Inspección Visual Partículas Magnéticas no es el mejor a diferencia de otras combinaciones. Pero se considera esta combinación como la opción con mayores beneficios a la comunidad academia y que a su vez puede traer buenos beneficios económicos para la universidad.

Las empresas tiene una visión cerrada sobre las pruebas no destructivas, tomándolas como un gasto y no como una inversión que puede prevenir enormes pérdidas económicas y compromiso con la seguridad de los trabajadores.

El mercado en pruebas no destructivas en Medellín producido por otras industrias puede considerarse como potencial. La dificultad radica en concientizar a las empresas y a los encargados del mantenimiento de estas de la importancia de contar con estas inspecciones en el cronograma de mantenimiento y darles a entender los beneficios que obtendrían.