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Medición de la corrosión con sondas duales


Medición de la corrosión con sondas duales

Aplicación:

Uso de sondas de dos elementos («sondas duales») para medir el espesor restante en aplicaciones de corrosión.

Problema:

Prácticamente todos los productos hechos de metales estructurales comunes se ven afectados por la corrosión. Un problema particularmente importante que enfrentan muchas industrias es la medición del espesor de pared restante en tuberías, conductos o tanques que pueden presentar corrosión en la superficie interna. Muchas veces esta corrosión no es detectada mediante inspecciones visuales si no se ha cortado o desensamblado la tubería o el tanque bajo inspección. Las vigas de acero, en particular los soportes de puentes y tablestacados de acero, también se ven afectados por la corrosión, la cual reduce el espesor original del metal. Si la corrosión no es detectada con el paso del tiempo podría debilitar las paredes del material y ocasionar posiblemente fallos estructurales peligrosos. Por tanto, teniendo en cuenta los factores económicos y de seguridad, es necesario que las tuberías, conductos o estructuras metálicas sujetas a la corrosión sean inspeccionadas regularmente. Los ensayos por ultrasonido son ampliamente aceptados como métodos no destructivos para realizar este tipo de inspección; un ensayo por ultrasonido en un metal corroído generalmente se efectúa con las sondas duales.

Teoría de funcionamiento:

Las superficies irregulares, observadas frecuentemente en situaciones de corrosión, brindan una ventaja al utilizar las sondas duales con respecto a las sondas monoelemento. Todas las mediciones de espesor por ultrasonido implican el tiempo de ida y retorno de un impulso acústico en un material bajo ensayo. Debido a que los metales sólidos presentan una impedancia acústica que difiere de aquella de los productos gasificados, líquidos o corroídos (como los depósitos de magnetita u óxido), el impulso acústico se reflejará desde la superficie lejana del metal restante. El equipo de ensayo está configurado según la velocidad de propagación acústica del material bajo ensayo y calcula el espesor de pared mediante esta fórmula: Distancia = (Velocidad) × (Tiempo).

Varios de los medidores fabricados para las aplicaciones de corrosión miden el tiempo de intervalo entre la ida y el regreso del primer eco de fondo. Varios equipos también pueden medir el intervalo entre ecos múltiples sucesivos. Esta técnica puede ser útil en situaciones que comprenden recubrimientos de pintura o revestimientos similares; sin embargo, la medición Eco a Eco puede ser menos efectiva cuando se requiere detectar picaduras y medir el espesor real mínimo de paredes en tuberías y tanques picados.

Las sondas duales están compuestas de elementos de emisión y de recepción separados que se encuentran montados en líneas de retardo (suelas), generalmente cortadas en plano horizontal (ángulo de techo) para que las trayectorias de emisión y recepción del haz atraviesen la superficie de la pieza bajo ensayo. Esta configuración de haz cruzado en las sondas duales brinda un efecto de pseudo enfoque que optimiza la medición del espesor de pared mínimo en aplicaciones de corrosión. Las sondas duales generalmente son más sensibles que las sondas monoelemento a los ecos provenientes de la base de un hoyo que representa el espesor de pared mínimo restante. También, el uso de sondas duales en superficies rugosas externas es mucho más efectivo. El acoplante que queda depositado en las cavidades de superficies rugosas por donde ingresa el ultrasonido puede producir ecos de interfase oscilantes que interfieren con la resolución de superficie cercana de las sondas monoelemento. Con una sonda dual, es improbable que el elemento receptor considere este eco falso. Por último, para las mediciones de altas temperaturas, las sondas duales son más adecuadas ya que las sondas monocristales podrían dañarse.

Equipamiento:

Se ha desarrollado especialmente un número de pequeños y portátiles medidores de espesores por ultrasonido para las aplicaciones de control de corrosión. Estos medidores son usados generalmente con un grupo específico de sondas duales que cubren un amplio rango de espesores y soportan diferentes condiciones de temperatura. En el caso de aplicaciones más complejas, especialmente bajo condiciones de alta temperatura, un usuario puede requerir una representación A-scan del ultrasonido para verificar que los ecos válidos estén siendo detectados. El medidor de espesores 38DL PLUS® ofrece la representación A-scan diseñada para este tipo de casos. Para obtener más información, consulte la hoja de información del equipo. Otro equipo diseñado para este tipo de casos es el medidor de espesores 45MG. Para las aplicaciones de inspección de corrosión, las sondas duales también pueden ser usadas eficazmente con los detectores de defectos. Los detectores de defectos digitales, como aquellos de la serie EPOCH® de Olympus (incluidos el EPOCH 650 y el EPOCH 6LT), permiten medir el espesor y ofrecen también la representación A-scan.

Procedimiento:

Los siguientes principios generales se aplican a todas las mediciones de corrosión efectuadas con las sondas duales usando un medidor de espesores o un detector de defectos. Tenga en consideración que, para cualquier tipo de inspección, el equipo debe estar calibrado adecuadamente con la velocidad de propagación acústica y compensación cero cuyos procedimientos se encuentran detallados en el manual del usuario del equipo.

1. Selección de sonda:

Para cualquier sistema de medición ultrasónico (combinación de sonda más el equipo de medición o de detección de defectos), existe un espesor mínimo del material por debajo del cual no será posible obtener medidas válidas. Normalmente, este rango mínimo será especificado en la documentación brindada por el fabricante. De esta manera, a medida que aumenta la frecuencia de la sonda, disminuye el espesor mínimo mensurable. En las aplicaciones de corrosión, en donde el espesor de pared mínimo restante es normalmente el parámetro mensurable, es importante estar atento al rango de espesor específico de la sonda utilizada. Si se utiliza una sonda dual para medir una pieza que está por debajo del rango de espesor mínimo determinado, el medidor puede detectar ecos no válidos y mostrar una lectura incorrecta de espesor elevado. La tabla a continuación detalla los espesores mínimos mensurables para el acero con las sondas de serie que operan con los medidores de espesores 38DL PLUS y 45MG. Nótese que estos valores son aproximados. El espesor mínimo mensurable para una determinada aplicación depende de la velocidad de propagación del ultrasonido en el material, como también de la condición y geometría de la superficie; además, este debe ser determinado experimentalmente por el usuario.

Sonda

Diámetro

Frecuencia

Conector

Espesor mínimo aprox.

Radio mínimo aprox.

Rango de temperatura*

mm

MHz

mm

mm

°F

°C

D790, D790-SM

11

5

Recta

1

20

De –5 a 932

De –20 a 500

D791

11

5

Ángulo de 90°

1

20

De –5 a 932

De –20 a 500

D791-RM

11

5

Ángulo de 90°

1

20

De –5 a 752

De –20 a 400

D7912

7,5

10

Recta

0,5

12,7

De –32 a 122

De 0 a 50

D7913

7,5

10

Ángulo de 90°

0,5

12,7

De –32 a 122

De 0 a 50

D794

7,2

5

Recta

0,75

12,7

De –32 a 122

De 0 a 50

D797-SM

22,9

Recta

3,8

100

De –5 a 752

De –20 a 400

D797

22,9

2

Ángulo de 90°

3,8

100

De –5 a 752

De –20 a 400

D798

7,2

7,5

Ángulo de 90°

0,71

12,7

De –5 a 300

De –20 a 150

D799

11

5

Ángulo de 90°

1

20

De –5 a 300

De –20 a 150

D7226

8,9

7,5

Ángulo de 90°

0,71

12,7

De –5 a 300

De –20 a 150

D7906-SM

11

5

Recta

1

20

De –32 a 122

De 0 a 50

D7906-RM

11

5

Recta

1

20

De –32 a 122

De 0 a 50

D7908

2

7,5

Recta

1

12,7

De –32 a 122

De 0 a 50

D7910

7

5

Ángulo de 90°

1

25

De –32 a 122

De 0 a 50

MTD705

5,1

5

Ángulo de 90°

1

12,7

De –32 a 122

De 0 a 50

*Puede que se requieran ajustes de ganancia para obtener medidas más confiables en radios iguales o inferiores al valor mínimo especificado.

2. Condiciones de la superficie:

El descascarillado o desprendimiento de capas de óxido, orín o suciedad en la superficie externa de la pieza bajo ensayo puede interferir en la transmisión de la energía acústica durante el acoplamiento de sonda con la pieza bajo ensayo. Por tanto, cualquier tipo de residuo desprendido debe ser limpiado en la muestra con un cepillo de alambres o una lima antes de iniciar una medición. Normalmente, es posible llevar a cabo mediciones de corrosión a través de capas finas de orín, siempre y cuando este elemento esté liso y bien adherido al metal. En algunos casos, las superficies de fundición muy rugosas o corroídas requieren ser niveladas o pulidas para asegurar un correcto acoplamiento acústico. También, puede ser necesario decapar la pintura si se presenta en capa gruesa o se desprende del metal. A pesar de que es posible llevar a cabo mediciones de corrosión estándares sobre capas delgadas de pintura (de unas cuantas milésimas de pulgadas o de 0,1 a 0,2 mm), el espesor grueso de una capa de pintura atenúa las señales o crea posibles ecos parásitos, requiriendo así técnicas especiales como la medición Eco a Eco o THRU-COAT®. Las picaduras u hoyos profundos que se hallan sobre la superficie de tuberías o tanques pueden representar un problema. Solo en algunas superficies ásperas o rugosas, el uso de geles o aceites, en lugar de un acoplante líquido, puede mejorar la transmisión de energía acústica dentro de la pieza bajo ensayo. En casos extremos, será necesario limar o pulir la superficie para que quede lo suficientemente plana y permita el contacto con la punta de la sonda. Si la picadura o el hoyo es demasiado profundo sobre la tubería o el tanque, será necesario medir el espesor del metal restante desde la base del hoyo hasta el fondo de la pared interna de la pieza. Existen técnicas ultrasónicas sofisticadas que emplean sondas de inmersión por focalización; estas pueden medir desde el fondo de la picadura externa hasta la pared interna; sin embargo, no son muy prácticas para trabajos en campo. La técnica más convencional implica la medición ultrasónica del espesor del metal no afectado para, después, medir mecánicamente la profundidad de la picadura en el metal y, finalmente, sustraer la profundidad de la picadura del valor del espesor medido. Alternativamente, se podrá nivelar o pulir la superficie de la pieza a la altura de la base de la picadura para medirla normalmente. Como con cualquier otra aplicación difícil, la experimentación con los bloques de calibración de la muestra bajo ensayo es la mejor forma para determinar los límites de un conjunto medidor-sonda en particular sobre una superficie específica.

3. Posicionamiento y alineación de la sonda:

Para un acoplamiento adecuado del sonido, la sonda debe ser colocada firmemente sobre la superficie que será inspeccionada. En superficies cilíndricas de diámetro pequeño, como las tuberías, mantenga la sonda de modo que la barrera acústica, visible desde la parte frontal de la sonda, esté alineada perpendicularmente con el eje central del tubo (vea la figura la continuación). Al igual que es necesario ejercer una presión firme sobre la sonda para obtener óptimas lecturas, es necesario evitar raspar o invertir la orientación de la sonda contra una superficie metálica rugosa. Estas acciones producen rasguños en la parte frontal (cara) de la sonda y podrían afectar su rendimiento eventualmente. La manera más segura para desplazar una sonda a lo largo de una superficie rugosa es levantándola y colocándola nuevamente sobre la pieza en cada medición, sin deslizarla. Recuerde que un ensayo por ultrasonido mide el espesor solo en un punto entre el haz de la sonda y, en situaciones de corrosión, esto hace que el espesor de pared siempre varíe considerablemente. Los procedimientos de ensayo normalmente invitan a efectuar una cantidad de mediciones en un área definida con un espesor mínimo establecido o promedio. Idealmente, los datos deben ser adquiridos en incrementos no superiores a la mitad del diámetro de la sonda para asegurar que ninguna otra picadura o variación local en el espesor de pared sea ignorada. Depende del usuario definir los patrones apropiados para la adquisición de datos que requiere una aplicación específica. En materiales con picaduras o efectos severos de corrosión, puede que sea imposible adquirir las lecturas de algunas áreas. Esto resulta ya que la superficie interna del material es extremadamente irregular; es decir, que la energía acústica es dispersada en lugar de ser reflejada hacia la sonda. La falta de dichas lecturas podría indicar un espesor anormal al rango de la sonda y del medidor de espesores, que están siendo utilizados. Generalmente, la incapacidad para obtener una lectura válida en un punto particular, sobre la pieza bajo ensayo, puede representar una fuerte degradación de su pared. De ser este el caso, es necesario asegurar una investigación más detallada utilizando otros medios.

Posición de la sonda

4. Mediciones de altas temperaturas:

Las mediciones de la corrosión a elevadas temperaturas requieren una atención particular. Siga las siguientes recomendaciones:

  • Asegúrese de que la temperatura de la superficie de la pieza bajo inspección no exceda la temperatura máxima de la sonda o del acoplante que está utilizando. Algunas sondas duales están concebidas para efectuar mediciones solo bajo una temperatura ambiente.
  • Utilice un acoplante determinado conforme a la temperatura tomada en su área de trabajo. Los acoplantes para altas temperaturas pueden evaporarse a una determinada temperatura; esto dejará un residuo duro que impedirá la transmisión de la energía sonora.Las temperaturas máximas recomendadas para nuestros acoplantes son las siguientes:
     

    N.º de pieza

    Descripción

    Volumen

    Aplicación

    B2

    Glicerina

    2 oz. (0,06 litros)

    Sirve para propósitos generales, es más viscoso y ofrece una alta impedancia acústica, siendo el acoplante de preferencia para superficies rugosas. Uso en temperatura ambiente.

    D12

    Tipo de gel

    12 oz. (0,35 litros)

    Sirve para superficies rugosas, superficies verticales y aéreas. Uso en temperatura ambiente.

    H-2

    Alta temperatura

    2 oz. (0,06 litros)

    Orece un rango de temperatura de –18 °C (0 °F) a 400 °C (750 °F) en varias aplicaciones que comprenden ambientes abiertos cuando es usado según el procedimiento recomendado del fabricante. *

    I-2

    Alta temperatura

    2 oz. (0,06 litros)

    Ofrece un rango de temperatura de 371–538 °C (700–1000 °F). Para obtener más detalles, por favor consulte la ficha de datos de seguridad. *

    *Generalmente, en las aplicaciones relativas a la medición de espesores y detección de defectos por ultrasonido se usan películas finas de acoplante en ambientes abiertos donde la más mínima cantidad de gas generado puede disiparse rápidamente. Sin embargo, si intempestivas llamaradas de autoignición se desprenden a partir del gas producido por el acoplante, este acoplante no debe ser usado por encima de la temperatura de autoignición descrita en la ficha de datos de seguridad.

  • Efectúe rápidamente las mediciones y permita que la estructura de la sonda se enfríe entre cada lectura. Las sondas duales de alta temperatura cuentan con suelas de retardo, hechas de un material térmicamente tolerante; pero, debido a la exposición continua a temperaturas muy altas, la sonda puede recalentarse causando el desprendimiento de sus uniones encoladas o daños irreparables. La función de congelación del equipo es útil para capturar una lectura durante un ensayo que implica contactos breves con la superficie.
  • Recuerde que la velocidad de propagación acústica en el material y la compensación cero cambiará según la temperatura. Para obtener lecturas altamente fiables en temperaturas elevadas, la calibración de la velocidad de propagación del ultrasonido debe efectuarse sobre el espesor conocido del bloque de calibración que ha sido calentado conforme a la temperatura que será empleada en la medición. Alternativamente, los medidores avanzados, como el 38DL PLUS, proporcionan una opción software que permite programar una compensación automática de la velocidad para variaciones de temperatura conocidas. Los medidores de corrosión Olympus se dotan de la función automática de calibración cero que sirve para configurar los parámetros cero para altas temperaturas. Consúltese el manual de operación para obtener más detalles. Para otros medidores o detectores de defectos, consulte los manuales de usuario respectivos si desea obtener más información sobre la manera de compensar la desviación cero en altas temperaturas. Asimismo, es necesario incrementar la ganancia frecuentemente cuando se efectúan mediciones a altas temperaturas. Todos los medidores de corrosión de Olympus se dotan de una función de Ajuste de la ganancia o de Incremento de ganancia ideal para este tipo de operaciones.

5. Medidores de espesores y detectores de defectos:

Un medidor de corrosión por ultrasonido está concebido para detectar y medir los ecos reflejados en la pared interna de la pieza bajo ensayo. Es posible que las discontinuidades del material como los defectos, grietas, huecos o laminaciones produzcan ecos con una amplitud suficiente para que el equipo muestre inusuales medidas delgadas en áreas particulares de la pieza bajo ensayo. Sin embargo, tenga en consideración que el medidor de corrosión no está desarrollado para detectar defectos o grietas, ni debe ser utilizado para detectar discontinuidades en el material. Para una evaluación correcta de las discontinuidades se requiere detectores de defectos por ultrasonido, como el EPOCH 6LT o el EPOCH 650, que sean operados correctamente por técnicos capacitados. Generalmente, las medidas inexplicables, adquiridas por un medidor de corrosión, merecen un análisis más profundo.

Olympus IMS
Productos para la aplicación

El detector de defectos por ultrasonido EPOCH 6LT está optimizado para ser operado con una sola mano y ofrecer un excelente rendimiento en aplicaciones que requieren acceso mediante cuerdas y alta portabilidad. Gracias a su estructura liviana y ergonómica, este equipo puede ser asegurado a la mano del usuario o ser instalado en la correa del arnés que cubre su pierna para trabajos verticales en cuerda.
Los palpadores de ultrasonidos se utilizan en vastas aplicaciones, tales como la detección de defectos, la medición de espesores, la investigación sobre los materiales y los diagnósticos médicos. Existen más de 5000 tipos de palpadores por ultrasonidos, que vienen de diferentes clases y con una gran variedad de diámetros de elementos, frecuencias y conectores.
El EPOCH 650 es un detector de defectos por ultrasonidos con una excelente capacidad de inspección y utilidad para una amplia variedad de aplicaciones. Este equipo intuitivo y resistente es la continuación del popular detector de defectos EPOCH 600 y cuenta una variedad de características adicionales.
Está diseñado para las inspecciones por corrientes de Foucault multielementos. La configuración del ensayo incluye 32 bobinas sensoras (hasta 64 con un multiplexor externo) que trabajan en puente o en modo emisión-recepción. La gama de frecuencias de funcionamiento se extiende de 20 Hz a 6 MHz, con la opción para utilizar frecuencias múltiples en la misma adquisición.
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