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Ondas Guiadas: Tecnología

Fundamentos del Ultrasonido de Largo Alcance

Los ensayos de ultrasonido (UT) son utilizados extensivamente como técnica de ensayo no destructivo para detectar defectos en una amplia variedad de estructuras y componentes, tanto en su etapa de fabricación como durante su servicio.

ondas1La tecnología de Ultrasonido Convencional emplea ondas de ultrasonido en el rango de los MHz. Los pulsos viajan en un haz angosto y los ecos de los defectos localizados dentro de este haz son entonces detectados permitiendo caracterizar el defecto. El rango de inspección de este método es generalmente medido en milímetros o centímetros.

El Ultrasonido de Largo Alcance se basa en la generación de ondas de placa u ondas de Lamb. Estas, con frecuencias en el rango de los KHz, se propagan acorde a la interacción de las ondas de superficie generadas por las reflexiones (con cierto ángulo de incidencia particular) de un haz ultrasónico en las caras de una placa suficientemente fina. Estas ondas se propagan varios metros a través del espesor del material pudiendo ser asimétricas (ondas de superficie en fase) o simétricas (ondas de superficie en contrafase).

Puede considerarse a las ondas guiadas de ultrasonido como un caso particular de las ondas de placa o Lamb viajando a través de una guía de ondas, típicamente una tubería.


 

Principio de Detección

Mediante la utilización de varios anillos de transductores piezoeléctricos es posible generar ondas guiadas simétricas, longitudinales o torsionales según el sentido en que se coloquen los transductores, que se propagan en ambos sentidos de la tubería.

El mecanismo de detección de discontinuidades se basa en que la propagación de estas ondas se encuentra determinada por la frecuencia de la onda y el espesor de la tubería. En los puntos donde la onda enfrenta un cambio en el espesor del ducto, ya sea que este se incrementa o reduce, un porcentaje de la energía rebota y regresa a los transductores.

En los casos de los eventos de los ductos como una soldadura circunferencial, el incremento del espesor es simétrico alrededor de todo el ducto, por lo que la onda avanzará desde un reflector uniforme generando una onda reflejada también simétrica del mismo modo de onda que la incidente (longitudinal o torsional).

En el caso de un área corroída, la perdida de espesor será localizada, produciendo una dispersión de la onda incidente y generando una conversión de modo de la onda reflejada, pasando esta a ser asimétrica (flexural).
De esta forma, con anillos de transductores capaces de reconecer estas reflexiones asimétricas y utilizando modos y frecuencias de propagación poco dispersivos, es posible determinar a partir del tiempo en que se recibe la onda reflejada la ubicación de la discontinuidad sobre el ducto.

Por otra parte, tomando como referencia que las soldaduras de una cañeria reflejan un 20% de la señal incidente, es posible estimar la pérdida o aumento del espesor en la sección transversal de las indicaciones detectadas.
Algunas tecnologías existentes, como la de Teletest Focus+, adicionalmente permiten la realización de "focos" sobre las indicaciones detectadas posibilitando determinar la concentración y posición horaria de la pérdida de espesor.