Analisis Por Ultrasonido

ING.MEC-ELECTRICA UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI

ING. DE MANTENIMIENTO

Fecha 16/07/2012 ULTRASONIDO

INDICE

Introducción

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Definición

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Aplicaciones

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Ventajas

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Equipos de ultrasonido y Funcionamiento

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Conclusiones

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Bibliografía

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Ing. Mecánica eléctrica IX




INTRODUCCION

Análisis por ultrasonido. (Ultrasonido: una técnica predictiva muy versátil en el mantenimiento) este método estudia las ondas de sonido de baja frecuencia producidas por los equipos que no son perceptibles por el oído humano. El método del ultrasonido en la ingeniería es utilizado para el ensayo de los materiales, es una técnica de ensayo no destructivo y tiene diversas aplicaciones, en especial para conocer el interior de un material o sus componentes según la trayectoria de la propagación de las ondas sonoras, al procesar las señales de las ondas sonoras se conoce el comportamiento de las mismas durante su propagación en el interior de la pieza y que dependen de las discontinuidades del material examinado, lo que permite evaluar aquella discontinuidad acerca de su forma, tamaño, orientación, debido que la discontinuidad opone resistencia (conocida como impedancia acústica) al paso de una onda. Las ondas pueden ser sónicas comprendidas en el intervalo de frecuencias entre 20 y 500 kHz y las de ultrasonido con frecuencias superiores a 500 kHz. En el método de ultrasonido se utilizan instrumentos que transmiten ondas con ciertos intervalos de frecuencia y se aplican para detectar defectos como poros, fisuras, también para conocer las propiedades básicas de los líquidos y sólidos como las composición y estructura. El ultrasonido permite la detección de fricción en maquinas rotativas, la detección de fallas y/o fugas en válvulas, detección de fugas de fluidos, perdidas de vacío y las detección de arco eléctrico.

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CONCEPTO DE ANALISIS DE ULTRASONIDO

El ultrasonido se define como ondas de frecuencia por encima del límite audible humano ó en exceso a los 20000 Hz . El sonido se propaga por medio de ondas longitudinales a través de cualquier medio (agua, aire, vidrio, metal, etc.), por definición, las ondas de sonido o ultrasonido no pueden desplazarse en el vacío ya que allí no existe un medio. Una onda es una perturbación en movimiento que ocasiona que las partículas del medio sobre el cual se desplaza vibren.

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Entre las aplicaciones del ultrasonido pasivo podemos mencionar las siguientes: •

Detección de fugas en sistemas de aire o gas comprimido

•

Monitoreo de la condición de lubricación y estado de rodamientos

•

Comprobar estado de trampas de vapor

•

Pruebas de hermeticidad en tanques y cuartos

•

Fugas en intercambiadores de calor y condensadora

•

Cavitación en bombas

•

Válvulas obstruidas y fugas internas

•

Desgaste de compresores reciprocantes

Sensores parabólicos y de distancia extendida pueden incrementar la distancia de detección entre 60-100 yardas.

-Permite captar las ondas de ultrasonido a largas distancias -Fácil de usar no significa necesariamente simplicidad. El trabajo interno del recolector de datos de ultrasonido es complejo. Sin embargo los fabricantes proveen al usuario con aparatos ergonómicos e interface fáciles de interpretar. -El principio es traer un sonido del rango que no es audible por el ser humano a un espectro de sonido que si lo es, y además que un rodamiento suene como rodamiento y una fuga suene como tal.

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APLICACIONES

El análisis por ultrasonido es una técnica de mantenimiento predictivo para el análisis o captar fallos que pueden ser desapercibidos si se utiliza otras técnicas. Existen varios fenómenos que tienen emisiones acústicas que van por encima de las frecuencias del rango audible.

Las aplicaciones más comunes son detección de fallas, monitoreo de la condición y lubricación basada en la acústica de rodamientos, también se monitoreas trampas de vapor, calderas pequeñas, condensadores e intercambiadores de calor. Las características de estos fenómenos hacen posible la detección de ultrasonidos en infinidad de aplicaciones en la industria del mantenimiento

•

Detección de fallos en rodamientos

•

Inspecciones de válvulas

•

Detección de fugas de aire comprimido y de cualquier tipo de gas

•

Detección de purgadores de vapor.

•

Control y ayuda a la correcta lubricación

•

Detección de fallos en maquinas alternativas como inspección de válvulas e impactos en componentes acoplados.

•

Detección de intercambiadores de calor, calderas y condensadores

•

Inspecciones eléctricas en armarios eléctricos, transformadores, subestaciones, aisladores, líneas de alta tensión, etc. Para el control de descarga en corona, tracking y arco.

Inspección de Válvulas Las válvulas debidamente asentadas son relativamente silenciosas en tanto que las válvulas con fuga producen un flujo turbulento al moverse el líquido del lado de alta presión atreves de la fuga del lado de la baja presión. Debido a una amplia sensibilidad y a una gama de de selección de frecuencia ultrasónica, todos los tipos de 5




Fecha 16/07/2012 ULTRASONIDO válvulas incluso cuando estén en ambientes ruidosos se pueden probarse en forma exacta.

Detección de fugas de presión y vacio Al pasar cualquier gas a través de un agujero de fuga, genera un flujo turbulento con componentes detectables de alta frecuencia. Con el ultrasonido se puede escuchar una fuga a través de los audífonos como un sonido de caudal o puede observarse en la pantalla del medidor.

Inspecciones de trampa de vapor La inspección de ultrasonido es un método disponible más confiable que las empresas de trampa de vapor han recomendado. El ultrasonido permite a los usuarios a escuchar a través de audífonos y ver en una pantalla o medidor la condición exacta de una trampa de vapor mientras está en línea. Son fáciles de detectar las condiciones de soplido, ametrallado, trampas de sobredimensionadas o bloqueo de líneas. El ultrasonido reduce la confusión de sonidos extraños o de transferencias térmicas, aun cuando las trampas estén cerca entre sí.

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Inspecciones eléctricas Estas descaras eléctricas pueden ubicarse rápidamente escaneando un área con un ultrasonido. La señal se escucha como un de fritura o zumbido en los audífonos. Arcos voltaicos, seguimiento y descara en corona producen ultrasonido en el lugar de emisión.

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Detección de fallos en los rodamientos Los estudios de la nasa demostrado que el monitoreo de rodamientos con ultrasonido ubica fallas potenciales de rodamiento mucho antes de que se detecten con los métodos tradicionales de calor y vibración. Con el ultrasonido los usuarios escuchan la calidad de sonido de un rodamiento así como también monitorean los cambios de amplitud en la pantalla o medidor. Esto proporciona la capacidad para analizar tendencias, solucionar problemas y confirmar problemas potenciales de rodamientos.

Control y ayuda a la correcta lubricación El exceso de lubricación es una de las causas más comunes en la falla de rodamientos.

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Detección de intercambiadores de calor, calderas y condensadores El escape interno o escape de presión puede ubicarse rápidamente con el ultrasonido. Conectores, válvulas, bridas pueden escanearse fácilmente en busca de escapes. La alta frecuencia y onda corta del ultrasonido permite a los operadores precisar la ubicación de una fuga en ambientes con mucho muido. Los tubos de condensador y los tubos de intercambiador de calor pueden probarse en busca de filtraciones mediante el uso de tres métodos: vacio, presión.

VENTAJAS

•

Direccional

•

Localizable

•

Utilización en todos los ambientes

•

Indicación de las fallas incipientes 9




Fecha 16/07/2012 ULTRASONIDO •

Soporte para otras tecnologías

•

Múltiples aplicaciones

EQUIPOS DE ULTRASONIDO Y SU FUNCIONAMIENTO

• Equipos de análisis de ultrasonido. • Equipos portátiles de análisis de ultrasonido.

“Para Que La Inspección Ultrasónica Tenga Alta Confiabilidad Al Reemplazar La Radiografía”, es Necesario asegurar 3 elementos igualmente importantes: equipos apropiados, metodologías y procedimientos validados y personal competente.

EQUIPOS DE ULTRASONIDOS PHASED ARRAY Los equipos de la serie EPOCH® 1000 son detectores de defectos digitales y portátiles que combinan el gran rendimiento de detección de los ultrasonidos 10




Fecha 16/07/2012 ULTRASONIDO convencionales con la eficacia de las imágenes phased array. El EPOCH 1000, 1000iR y 1000i son conformes a la norma EN12668-1 y se caracterizan por su diseño horizontal, su pantalla VGA, su perilla y sus teclas de dirección para la navegación y el ajuste de los parámetros. El EPOCH 1000i es, además, capaz de crear imágenes phased array que amplían el alcance de las funcionalidades ultrasónicas.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES • • • • • • • • • • • • • • • • •

Herramientas para la representación phased array. Conforme a la norma europea EN12668-1. 37 filtros para el receptor digital. PRF de 6 kHz para exploraciones de alta velocidad. Herramienta opcional C-scan codificado o basado en el tiempo. Reconocimiento automático de palpadores phased array. Calibración intuitiva del retardo de la zapata y de la sensibilidad para todas las leyes focales. Programación de las salidas analógicas y de alarma. Conforme al índice medioambiental IP66. Diseño horizontal; panel de navegación y perilla para el ajuste de los parámetros. Receptor digital con un rango dinámico de alto alcance. Pantalla VGA con imágenes legibles bajo la luz del sol. Herramienta ClearWave® para una mejor visualización e interpretación del A-scan. Herramienta SureView®. Cursores de referencia y de medición. Curvas dinámicas DAC/TVG de serie. Curvas DGS/AVG de serie.

Tres modelos de diferente nivel que se adecúan a diferentes necesidades de inspección

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EPOCH 1000 Inspecciones avanzadas por ultrasonidos. El EPOCH® 1000 es un detector de defectos por ultrasonidos de última generación que puede ser optimizado con la herramienta de representación phased array en cualquier centro de servicio autorizado de Olympus.

EPOCH 1000iR Inspecciones avanzadas por ultrasonidos y representaciones phased array prestas

El EPOCH 1000iR Ofrece las mismas capacidades de detección por ultrasonidos que el EPOCH 1000, pero la herramienta phased array puede ser fácilmente activada a distancia.

EPOCH 1000i

Inspecciones avanzadas por ultrasonidos y representaciones phased array integradas El EPOCH 1000i integra de manera estándar la representación phased array y las mismas capacidades a detección por ultrasonidos que el EPOCH 1000.

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Fecha 16/07/2012 ULTRASONIDO  Los equipos EPOCH 1000, EPOCH 1000 iR y EPOCH 1000 i están dotados de avanzadas herramientas de inspección por ultrasonidos convencionales, ideales durante ensayos estándares y complejos. Estos portátiles equipos pueden ser integrados en pequeños sistemas para aplicaciones de exploración de alta velocidad y crear imágenes de un solo canal. Además, incorporan una variedad de herramientas estándares de alto rendimiento, como la frecuencia de repetición de impulsos máxima de 6 kHz para mayor precisión en exploraciones de alta velocidad con mediciones de disparo único; el emisor de ondas cuadradas ajustable de tecnología PerfectSquare™; y los filtros digitales integrales para una claridad señalruido excepcional.

PRINCIPALES INDUSTRIAS Y APLICACIONES • • • • • • • • • •

Inspección general de soldaduras. Detecciones y mediciones de grietas. Inspecciones en centrales de generación de energía. Inspecciones de soldaduras AWS D1.1/D1.5. Inspecciones de defectos en piezas fundidas y forjadas. Mediciones de defectos con curvas DGS/AVG. Inspecciones en la línea de producción. Inspección de defectos y laminación en compuestos. Ensayos en la industria aeroespacial y de mantenimiento. Ensayos en la industria automotriz y de transporte.

Los equipos de la serie EPOCH® 1000 han sido diseñados para satisfacer el índice de protección ambiental IP66. Sometidos a ensayos de resistencia contra choques, vibraciones, ambientes explosivos y grandes variaciones de temperatura, los resultados revelan que estos equipos pueden soportar condiciones de inspección adversas. Algunas características físicas de los equipos de la serie EPOCH 1000 son:

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Gran pantalla VGA (640x480) transflectiva y en color que permite una legibilidad óptima en condiciones de luminosidad alta o baja. Empuñadura de goma robusta para un transporte fácil. Anillos en D durables para utilizar el arnés de pecho.




Fecha 16/07/2012 ULTRASONIDO • • • • •

Soportes delanteros y traseros para colocar el equipo sobre superficies planas o inclinadas. Puertos USB cliente y servidor para la comunicación directa con una PC, una impresora y periféricos. Puerto de salida VGA para presentaciones, capacitaciones y el control remoto del equipo. Salidas analógicas, salidas de alarma y salida RS-232 programables. Batería de iones de litio estándar y recargable.

UNIDADES DE MEMORIA E INFORMES

Los equipos de la serie EPOCH 1000 están equipados con herramientas para transferir archivos y bases de datos, capturar imágenes y crear informes básicos. Estas herramientas ofrecen una variedad de opciones para acceder a los datos almacenados previamente y gestionar las imágenes en vivo. Las imágenes y los informes pueden ser exportados mediante una tarjeta Compact Flash o un llavero USB. El equipo de serie EPOCH 1000 es suministrado con una tarjeta Compact Flash.

REGISTRADOR DE DATOS

El sofisticado registrador de datos del EPOCH 1000 ha sido diseñado para facilitar la captura de los datos y la creación de informes que contienen imágenes e información sobre las medidas y la calibración. Los archivos de calibración facilitan la consulta de las configuraciones para efectuar rápidamente los ajustes. Asimismo, los archivos de inspección pueden ser guardados con los datos completos o con capturas de imagen o de medición sencillas para crear informes en pocos segundos. También es posible crear archivos especialmente concebidos para diversas aplicaciones de corrosión.

TRANSFERENCIAS DE ARCHIVOS Y DE LA BASE DE DATOS Una copia de seguridad de la base de datos del equipo puede ser creada en una memoria USB para poder restaurarla posteriormente en el EPOCH 1000. Los archivos 14




Fecha 16/07/2012 ULTRASONIDO también pueden ser copiados individualmente en un llavero USB para transferirlos entre las unidades.

CAPTURA DE IMÁGENES Las imágenes de la pantalla en vivo pueden ser capturadas y exportadas usando una de las unidades de memoria extraíbles (Compact Flash o USB). También es posible crear archivos particulares que facilitan la exportación de la imagen guardada para usarla en cualquier tipo de informe.

CREACIÓN DE INFORMES El EPOCH 1000 está dotado de herramientas eficaces para crear informes que permiten una salida dinámica de la información en una variedad de formatos. Los informes pueden ser creados directamente en la pantalla a partir de los archivos de datos almacenados y ser enviados a la unidad de destino deseada (Compact Flash o USB) en formato HTML. Existen dos modelos de informe, según la información necesaria que se debe incluir en el informe. El logotipo personalizado puede ser importado y usado en el informe, en lugar del logotipo Olympus estándar.

SOFTWARE PARA EQUIPOS DE ULTRASONIDO •

ULTRAWALL 3.0

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ULTRALINK 3.5

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ULTRALINK GO

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ULTRADUR_DYNA

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LOGOSVIEW 5.0

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OMNIPC SOFTWARE

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TOMO VIEW SOFTWARE

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TOMO VIEW LITE SOFTWARE

•

SOFTWARE ULTRALINK 3.5

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OMNISCAN MX2 El detector de defectos phased array OmniScan MX2 con interfaz de pantalla táctil permite aumentar la eficiencia de los ensayos. Incluye nuevas y potentes herramientas software que aseguran rendimientos superiores en aplicaciones manuales y automáticas avanzadas, con configuraciones, ciclos de ensayos y creación de informes más rápidos. Es compatible con todos los módulos phased array existentes.

OMNISCAN MX El OmniScan MX es un detector de defectos de punta que integra múltiples tecnologías. Ofrece una alta velocidad de adquisición y potentes funciones software incorporadas en un instrumento portátil y modular, que permite realizar inspecciones manuales y automatizadas eficaces. Disponible con los módulos de ultrasonidos convencional y phased array (PA) así como con los módulos de corrientes de Foucault (EC) convencional y multielementos (ECA).

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TOMOSCAN FOCUS LT El TomoScan FOCUS LT está diseñado para los sistemas de inspección automatizados e industriales más exigentes, con configuración para los ultrasonidos convencionales y phased array con múltiples palpadores. Es controlado por el software de gran versatilidad TomoView. El TomoScan FOCUS LT es un equipo liviano y compacto que brinda soluciones fiables, incluso a las aplicaciones de inspección más exigentes.

DETECTORES DE ULTRASONIDO PORTÁTILES

A) DETECTOR DE ULTRASONIDOS SDT 270 Presentamos el detector de ultrasonidos para mantenimiento predictivo SDT270 configurable por módulos para disponer del equipo más sencillo o el más completo con el mismo hardware. El detector de ultrasonidos SDT270, junto con el software de gestión y análisis de datos UAS conforman el sistema más avanzado que ofrece el mercado en instrumentación para la escucha, medida, registro y análisis de ultrasonidos. La captación de ultrasonidos es una técnica de mantenimiento predictivo para la detección de fallos que pueden pasar desapercibidos si sólo utilizamos otras técnicas.

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Fecha 16/07/2012 ULTRASONIDO Existen numerosos fenómenos que van acompañados de emisión acústica por encima de las frecuencias del rango audible. Las características de estos fenómenos ultrasónicos hacen posible la utilización de detectores de ultrasonidos en infinidad de aplicaciones industriales dentro del mantenimiento:

• Detección de fugas de fluidos en conducciones, sistemas de aire comprimido, válvulas, etc. • Verificación de purgadores de vapor. • Inspección mecánica de rodamientos, reductoras, comprobaciones de alineación, etc. • Control y ayuda a la correcta lubricación. • Detección de fallos en máquinas alternativas como inspección de válvulas e impactos en componentes acoplados. • Inspecciones eléctricas en armarios eléctricos, transformadores, subestaciones, aisladores, líneas de alta tensión, etc. para el control de descargas eléctricas en corona, tracking y arco. • Ensayos de estanqueidad en vehículos, barcos, trenes, 'salas limpias', autoclaves, etc. • Verificación del funcionamiento de válvulas hidráulicas y neumáticas. • Comprobación del fenómeno de la cavitación. • La detección de ultrasonidos se aplica en la inspección de líneas a presión, purgadores y válvulas de vapor, sistemas hidráulicos, verificación de la hermeticidad, control de la lubricación y estado de rodamientos y engranajes...

EL NUEVO DETECTOR PORTÁTIL SDT270, INCORPORA: • Sensores • Nueva

internos,

aplicación

de

accesorios diagnóstico

y

kits:

su

Ultrasound

instrumento Analysis

a

Software

medida. -

UAS.

• Grabación de formas de onda (pueden ser comparadas, anlizadas, guardadas,

etc). • Versiones diferentes según las necesidades y requerimientos de cada cliente.

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Fecha 16/07/2012 ULTRASONIDO Aplicaciones:  Detección de fallos en rodamientos  Inspección de válvulas  Detección de fugas de aire comprimido  Detección de fallos en rodamientos  Inspección de purgadores de vapor  Detección de fallos en rodamientos  Detección de fugas de gas a distancia  Detección de pequeñas fugas de gas  Inspección de líneas de alta presión

Detección de fallos en rodamientos.

Inspección de válvulas.

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Detección de fugas de aire comprimido.


Inspección de purgadores de vapor.

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Detección de fugas de gas a distancia.

Detección de pequeñas fugas de gas. 21





Inspección de armarios eléctricos

Inspección de líneas de alta presión.

B) NUEVO DETECTOR DE ULTRASONIDOS SDT200 La compañía líder en tecnología para inspección ultrasónica lanza un nuevo equipo de inspección con la mejor relación calidad-precio del mercado. Desde el momento que se toca el equipo de inspección ultrasónica SDT200 se sabe que SDT no ha reducido la calidad de este equipo, a pesar de haberlo lanzado a un coste muy reducido. Al colocarse los auriculares de alto confort escuchará los ultrasonidos en alta definición y tendrá acceso a una nueva dimensión que le guiará para inspeccionar aplicaciones que hasta ahora pasaban desapercibidas. 22





 Las aplicaciones de este equipo de inspección ultrasónica son: • Detección de fugas de aire comprimido • Inspección de purgadores de vapor • Detección de rodamientos y engranajes dañados • Localización de fallos eléctricos: Corona, Tracking y Arco eléctrico • Lubricación de precisión de rodamientos

Con el SDT200 podrá aumentar la eficiencia energética de su planta al eliminar fugas de aire y mantener sus circuitos de vapor en perfecto estado. También reducirá los contaminantes al aplicar sólo el lubricante necesario a sus rodamientos. Con la versión ATEX Ex II 1G Ex ia II C T3/T2 Ga podrá realizar inspecciones en áreas explosivas. • Características del SDT200: • Sensor de ultrasonido estándar interno • Sensor de temperatura incorporado • Puntero láser • Conexiones para sensores externos opcionales • Memoria interna con 400 posiciones para almacenar los niveles de amplitud de los puntos inspeccionados • USB estándar para la conexión al software DataDump

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VENTAJAS DE EMPLEAR EL ENSAYO DE ULTRASONIDO EN LUGAR DE RADIOGRAFÍA

 No requiere zonas de exclusión las cuales generan grandes pérdidas económicas y atrasos en producción, al tener que detener las labores en planta para la toma de placas radiográficas por causar daño a las personas.  Reemplaza a los Rayos X y Gamma por las dificultades cada vez mayores en todo el mundo para importar, exportar, manipular y legalizar fuentes radiactivas y operadores.  Alta probabilidad de detección con ubicación y dimensionamiento en 3D.  No contamina el planeta con residuos químicos ni radiactivos (El UT es calificado como una tecnología limpia que ayuda a la conservación del medio ambiente).  Permite realizar controles oportunos al proceso.  Reduce las ratas de rechazo con el empleo de evaluaciones de ingeniería (ECA).  Permite registrar el 100% del volumen de una soldadura para análisis en diferentes vistas, por ej: Strip Chart, S-Scan, B-Scan, D-Scan, C-Scan o TOFD.  Información digital 100% auditable y reproducible.  La interpretación y resultados son instantáneos y en campo, sin la necesidad de espacios especiales o desplazamientos innecesarios.

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CONCLUCIONES

Con el desarrollo de esta práctica se pudo observar lo siguiente: ÁREA INDUSTRIAL

•

Los ultrasonidos son utilizados habitualmente en aplicaciones industriales (medición de distancias, caracterización interna de materiales, ensayos no destructivos y otros). También se emplean equipos de ultrasonidos en ingeniería civil, para detectar posibles anomalías

•

Se estudio toda la información teórica necesaria acerca de la prueba no destructiva de ultrasonido.

•

La prueba de ultrasonido es realizada mediante la emisión de un sonido de alta frecuencia que nos indica los defectos de nuestro material a través de la pantalla de un osciloscopio.

•

Al efectuar la prueba de ultrasonido a nuestras "probetas" se pudo observar físicamente cual es el procedimiento a seguir para la realización de la prueba. Así mismo se determino el defecto que presentaba nuestra probeta pudiendo determinar la distancia a la cual se encontraba.

•

Se observo físicamente cual es equipo necesario para realizar la prueba de ultrasonido siendo estos: Una fuente de poder, un osciloscopio, un palpador, acoplante y la probeta.

•

También se realizaron los cálculos pertinentes para la determinación de los parámetros siguientes: Longitud de onda, ángulo de divergencia, campo cercano y diámetro del defecto.

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•

También se observo que si la frecuencia aumenta el poder resolutivo será menor y el campo muerto de los ecos de fondo disminuirá.

•

Los materiales sometidos a la prueba de ultrasonido deben de ser de forma regular y de materiales no porosos. Por otro lado encontramos que tanto los materiales ferrosos como los no ferrosos pueden ser sometidos a esta prueba.

•

La prueba de ultrasonido nos permite localizar defectos de tipo interno tales como: poros, grietas, rechupes, defectos de soldadura, etc.

•

Algunas de las ventajas de esta prueba son: Es usada en cualquier tipo de material, puede obtenerse un registro en papel, se determinan defectos internos y sus superficiales.

•

Algunas de sus desventajas son: Se requiere de personal calificado, costo inicial elevado por el tipo de equipo necesario para realizar la prueba.

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BIBLIOGRAFIA

•

WWW.PREDITEC.COM

•

WWW.PREDITEC.COM/PRODUCTOSPOR-TECNICAPREDICTIVA/DETECCION-ULTRASONICA

•

ULTRASONIDO.TRIPOD.COM

•

MANTENIMIENTOINDUSTRIAL.COM/HERRAMIENTAS-DELMANTENIMIENTO.HTML

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Analisis Por Ultrasonido

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