UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE ALTAMIRAOrganismoPúblico Descentralizado de la Administración Pública Estatal
INGENIERIA EN MANTENIMIENTO INDUSTRIAL
MATERIA: ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
PROFESOR: FRANCISCO ESTRADA
GRUPO IMI – 10°B
EMISION ACUSTICA
EQUIPO #4
INTEGRANTES:
RAMOS PACHECO JESUS
SEGURA CASTAN GABRIEL
31 de enero de 2013
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Emisión acústica
Este ensayo se basa en la captación de las ondas acústicas que producen los
micros fenómenos dinámicos provocados por los defectos de los materiales. Por
ejemplo: es capaz de detectar: fisuras, efectos de la corrosión (incluyendo fisuras
producidas por la misma corrosión o fluencia localizadas, dislocaciones cristalinas,
fragilización por disolución de gases, marcas o estrías, problemas de laminación,
etc.) sin necesidad de desarmar, limpiar o introducir elemento dentro del sistema
ensayado.
Aplicaciones
Es un método de ensayo no destructivo, empleado para evaluar el estado de
integridad de recipientes atmosféricos y sometidos a presión, tales como:
Tanques para Gas o Líquidos.
Pisos de Tanques de almacenamiento de Hidrocarburos
Esferas de Gas.
Cilindros Domiciliarios.
Cilindros de Gas instalados en vehículos.
Tanques sobre Vagones
Intercambiadores.
Calderas.
Cañerías.
Inspección de estructuras
Estudios de evaluación de estructura
Pruebas de carga
Estudios de corrosión
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Esta tecnología utiliza sensores capaces de detectar las señales de alta frecuencia
emitidas por el deterioro en una estructura bajo esfuerzo, que pueden ser el
resultado de una concentración excesiva de esfuerzos, crecimiento de grietas o
fisuras, corrosión o descohesión.
Los ensayos de Emisión Acústica se realizan generalmente mediante un aumento
controlado del esfuerzo o bien durante cambios también controlados de
temperatura, cuando los esfuerzos térmicos son significativos.
En razón de que sólo los defectos y el deterioro activo producen Emisión Acústica,
no se pierde tiempo en la evaluación de los defectos inactivos ya que los mismos
no amenazan la integridad estructural del elemento ensayado.
Ventajas
A diferencia de otros ensayos:
Monitorea integralmente y de una vez todo el elemento o equipo y lo
adherido a el. No es necesario desafectar de producción dicho elemento.
Por ello ...
Monitoreo en tiempo real
No se produce el temido e inconmensurable "lucro cesante".
Su empleo lleva a una reducción importante en los costos de
mantenimiento a la vez que multiplica la información disponible sobre la
integridad del elemento o equipo en la Planta y minimiza el tiempo muerto
de inspección.
Solo toma unas horas. Ningún otro método comparable puede proporcionar
una inspección "volumétrica total".
A diferencia de la Prueba Hidráulica, no deja secuelas. Es más, el ensayo
de Emisión Acústica ejecutado "durante" la prueba hidráulica puede
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detectar las discontinuidades producidas durante el esfuerzo aplicado por la
presión del fluído.
Para recipientes que se encuentren en operación una pequeña sobre
presión de +5 a 10% respecto de la presión de trabajo, bastará para realizar
el ensayo de EA.
La información resultante se digitaliza y almacena en disco, lo cual
proporciona un registro permanente de los resultados. Ello permite re-
analizar en cualquier momento el equipo o instalación que nos ocupa.
Los defectos hacen su propia señal (responden a carga, por eso permiten
un descubrimiento
rápido y temprano de defectos)
La EA detecta los movimientos (otros métodos no destructivos detectan las
discontinuidades
geométricas)
Detección de crecimiento/movimiento de los defectos (sensibilidad alta)
Monitorización global
Tiempo real de monitorización
Detección de disposición de posibles defectos
No es necesario limpiar la superficie.
Desventajas y limitaciones del ensayo de EA.
El método es basado en las experiencias y determina el estado y condiciones del
fondo, bueno, intermedio, o pobre del estado de corrosión activa, en orden de
determinar si son necesarias otros inspecciones y reparaciones internas. Es muy
una herramienta efectiva-económica de mantenimiento y su planeación para un
programa de inspección. No da la información del estado remanente de la platina
de fondo, pero si nos da la herramienta de separar los buenos tanque de los que
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se encuentra corroídos. Fondos de tanques que tienen fugas en el momento de la
inspección:
• Pequeñas fugas pueden ser localizadas; no tienen efectos significantes en la
prueba y del grado íntegro del tanque. Las emisiones en un piso con corrosión
activa, pueden confundirse pequeñas fugas.
• Es afectada por el ruido de fondo.
• El tanque debe ser aislado del sistema entre 12 a 24 horas antes de la prueba.
• El personal requiere alto nivel de entrenamiento técnico.
• Ruido exterior.
• Interpretación de los resultados.
Alcance
Los resultados que brindan esta técnica son:
1. Detección de áreas que presentan actividad corrosiva.
2. Ubicación de las áreas corroídas en el piso del tanque.
3. Nivel de actividad corrosiva para determinar la próxima actividad de
inspección y la programación de la fecha de ejecución.
4. Resultados gráficos Bi y Tri-dimensionales para mostrar la distribución de la
actividad corrosiva en el piso.
Equipos empleados:
a) Equipo de emisión acústica de 32 canales AMSY4 Marca Vallen System.
b) Sensores de emisión acústica de baja frecuencia.
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c) Computador portátil.
Personal de inspección
a) Inspector Nivel II en emisión Acústica.
b) Inspector nivel III en emisión acústica para la elaboración y firma del
reporte final.
c) Ayudante.
d) Ingeniero de Campo.
El método de EA puede aplicarse en siguientes casos:
Estudios en laboratorio (ensayos no destructivos) Inspección de estructuras Estudios de evaluación de estructura Pruebas de carga Estudios de corrosión.
Pruebas de materiales avanzadas (compuestos, cerámica) Control de calidad de producción Detección de fallos incipientes por fatiga en componentes
estructurales de aeronaves Control de agrietamiento de las soldaduras durante el
proceso de enfriamiento. Estudios del comportamiento de los materiales a altas
temperaturas
EMISION ACUSTICA vs OTROS METODOS:
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CRECIMIENTO / MOVIMIENTO DE LOS DEFECTOS
RELACIONADO CON EL STRESS
(MAS) SENSITIVO CON EL MATERIAL
CADA CARGA ES UNICA (MENOS) ACCESO DEL
HOMBRE REQUERIDO (MENOS) INTRUSO MONITOREO GLOBAL RUIDO E INTERPRETACION
DETECTA PRESENCIA DE DEFECTOS
RELACIONADO CON LA FORMA
(MENOS) SENSITIVO CON EL MATERIAL
LAS INSPECCIONES SON FACILMENTE
(MAS) ACCESO DEL HOBRE REQUERIDO
(MAS) INTRUSO SCANEO LOCAL ACCESO Y GEOMETRIA
Generalidades
La principal ventaja de la EA es que el rango de frecuencias de sus señales es
mucho mayor que los de las vibraciones de las máquinas y los ruidos ambientales
y no es intrusivo en las operaciones de corte.
Además la EA está directamente relacionada con el estado de la herramienta, ya
que es generada por la deformación plástica, rozamiento, fractura de virutas y
propagación de fisuras.
Este método detecta cambios internos en los materiales o dicho de otra manera,
detecta micro-movimientos que ocurren en los materiales cuando por ejemplo:
existe un cambio micro-estructural, tal como lo son las transformaciones de fase
en los metales, el crecimiento de grietas, la fractura de los frágiles productos de
corrosión, cedencia, deformación plástica, etc. La detección de estos mecanismos
mediante EA, se basa en el hecho de que cuando ocurren, parte de la energía que
liberan es transmitida hacia el exterior del material en forma de ondas elásticas
(sonido), es decir, emiten sonido (emisión acústica). La detección de estas ondas
elásticas se realiza mediante el uso de sensores piezo-eléctricos, los cuales son
instalados en la superficie del material. Los sensores, al igual que en el método de
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ultrasonido, convierten las ondas elásticas en pulsos eléctricos y los envía hacia
un sistema de adquisición de datos, en el cual se realiza el análisis de los mismos.
La figura de abajo muestra un cuerpo, con una discontinuidad inicial, sometido a
esfuerzo de tensión. Si la discontinuidad crece o se desarrolla, sus señales de
emisión acústica asociadas revelarán su existencia durante su crecimiento. Esta
es una de las principales ventajas de la técnica de emisión acústica “Monitoreo en
Tiempo Real”.
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
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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.
PRINCIPIO DE EMISION ACUSTICA
La figura 1a muestra un cuerpo, con un defecto inicial, sometido a esfuerzo de tensión. Si existeDesarrollo del defecto en el cuerpo, sus señales de emisión acústica revelarán su existencia durante su crecimiento. Esta es una de las principales ventajas de la técnica de emisión acústica
Una fuente de emisión acústica genera un paquete de ondas elásticas expandiéndose y, cuando este paquete de ondas llega a la superficie del cuerpo, las ondas empiezan a transmitirse superficialmente. Gracias a este fenómeno es posible realizar la detección de defectos a distancia mediante el uso de sensores cerámicos piezoeléctricos
Efecto Kaiser
Una característica importante en las aplicaciones de emisión acústica es la respuesta, generalmente irreversible, de la mayoría de los metales. En la práctica, a menudo se encuentra que, una vez que la carga ha sido aplicada y que la emisión acústica, relacionada a esta carga, ha ocurrido, no habrá señales de emisión acústica adicionales, sino hasta que se aplique una carga mayor a la previamente aplicada (ver figura ). A este comportamiento a menudo útil (y algunas veces problemático) se le ha llamado el efecto Kaiser, en honor del investigador, quien fue el primero en reportarlo
Efecto Felicity
Otra aplicación del efecto Kaiser se derivó del estudio de casos en los cuales éste efecto no sepresentaba. En general, se encontró que el material generaba ondas de emisión acústica, aun y cuando no se hubiese aplicado una carga mayor a la previamente aplicada, esto a menudo se presenta en materiales en condiciones pobres y/o cercanos a fallar y se le denomina el efecto Felicity.
Se puede decir:
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Puede emplearse para evaluar el estado o condición de fondos de tanques
sin vaciarlos ni limpiarlos.
Ayuda a seleccionar y planificar el orden de las inspecciones y reparaciones
de tanques.
El tanque a ensayar debe permanecer aislado previamente durante 6 a 30
horas (dependiendo del tamaño y Contenido).
Para realizar el ensayo se debe interrumpir la operación del tanque durante
uno o dos días.
La técnica esta basada en la experiencia y permite determinar la condición
de todo el piso
La evaluación del tanque puede ser:
“Buena” (grado A, la cual no requiere tomar ninguna acción)
“intermedia” ( Grado B o C actividades globales o fuentes potenciales de
fuga)
“Pobre” (grado D que requiere inspecciones internas y reparaciones)
No da información de espesor permanente aunque es posible separar
tanques corroídos de tanques no corroídos. Algunas fuentes de emisión son
detectadas pero esta información debe ser empleada con cuidado.
En los pisos de tanques que estén fugando en el momento del ensayo pueden
localizarse:
Pequeñas fugas y estas no tienen ningún efecto significativo en la
evaluación del ensayo. Sin embargo, pequeñas fugas pueden ser ocultadas
si el piso está muy corroído.
Grandes fugas, pero pueden enmascarar otras fuentes de emisión
causadas por actividad corrosiva. 2.
TIPOS DE PROBLEMAS DETECTADO POR EMISIÓN ACÚSTICA (EA)
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a) Defectos de soldadura – Hay un gran número de Emisiones Acústicas
producidas por defectos en las soldaduras durante la prueba hidrostática. Esto
incluye fisuras desarrolladas debido calentamiento o enfriamiento, a las micro
fisuras intergranulares y transgranulares, fisuras de la base del metal en las zonas
afectadas por calor, fusiones incompletas, falta de penetración, porosidad e
inclusiones. Como notamos en lo descrito anteriormente la habilidad de detectar
estos defectos es dependiente en el factor de la concentración de los esfuerzos y
de la habilidad para producir los puntos de cedencia a los niveles de esfuerzos
aplicados. Es muy posible el tener tipos de defectos que son muy emisivos en un
caso y no emisivos en otros.
b) Defectos de fundición – en soldaduras, esfuerzos de fabricación que
producen concentraciones que pueden ser detectadas por la EA. Esto incluye gas
y desperfectos huecos que producen cavidades y porosidad; inclusiones como
escalas de óxido, encogimiento de las cavidades, lágrimas calientes y fisuras
debido a la falta de fusión etc.
c) Forja - Un gran número de defectos originados en la forja del metal puede ser
detectado por EA que deben debe ser esforzados para producir cedencia. Algunos
de ellos son: laminaciones causadas por inclusiones en la forma original; huellas
dejadas por las protuberancias por varias pasadas; fisuras causadas por rolado.
d) Tratamiento térmico – cuando el tratamiento por calentamiento falla en la
reducción de esfuerzos residuales y producen cambios deseados en la estructura
metalúrgica, una cantidad de Emisiones acústicas pueden ser generadas durante
la prueba hidrostática.
Norma A.P.I. 653
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La norma API 653 hace referencia a los requisitos que deben cumplirse en la
inspección, reparación, modificación o nueva ubicación de tanques construidos
según la norma API 650.
Aunque las normas API 650 y API 653, son, en muchos casos complementarias, y
para una completa visión de conjunto es necesario tener ambas en cuenta; la
norma API 653 es la herramienta idónea para el usuario de tanques
atmosféricos.API 653 está pensada para condiciones de servicio de los tanques.
Esto elimina todas aquellas trabas que supone aplicar para labores de
mantenimiento un código pensado para la fabricación de un componente.
La API 653 puede ser considerada una norma autónoma ya que, en el caso de un
aparente conflicto entre la norma API 653 y API 650 prevalece la norma API 653
durante las labores antes descritas.