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Centro de Refinación Paraguaná
MEDICIÓN DE ESPESORES POR
ULTRASONIDO (ASME SECCIÓN V, ART.
23, SE-797)
LABORATORIO E.N.D - INSPECCIONES PREVENTIVAS
20 DE AGOSTO 2014
MEDICIÓN DE ESPESORES POR
ULTRASONIDO (ASME SECCIÓN V, ART.
23, SE-797)
LABORATORIO E.N.D - INSPECCIONES PREVENTIVAS
20 DE AGOSTO 2014

INTRODUCCIÓN
Las líneas de tubería, recipientes a presión y equipos de almacenamiento, entre
otros, se encuentran sometidos a Corrosión (generalizada y/o localizada) debido a
la severidad del servicio y a las condiciones de operación a la cual trabajan. Con el
tiempo esto conlleva a una pérdida paulatina de los espesores poniendo en riesgo
la integridad de estos elementos. Es por ello que se requiere un monitoreo de los
espesores de manera periódica afín de determinar la velocidad de corrosión y con
ello la vida útil de los mismos.
Para la realización de estas inspecciones se hace uso de la técnica de Ultrasonido
por contacto para medición de espesores haciendo uso principalmente de
transductores duales especialmente diseñados a tal fin, siendo un método muy
efectivo pero que requiere tener presente ciertas consideraciones a efectos de
obtener medidas confiables.

MEDICIÓN DE ESPESORES
La medición de espesores se basa en la emisión de una onda ultrasónica a través
del material, cuya respuesta (onda reflejada) es recibida por el transductor y enviada
al instrumento determinándose el tiempo en recorrer dos (02) veces el espesor del
material (tiempo de tránsito), que posteriormente y a través de una simple ecuación
se obtiene el valor del espesor medido.
T = V*t/2
Donde:
T: Espesor del material medido.
V: velocidad del material (longitudinal).
t: Tiempo de recorrido de la onda

MEDICIÓN DE ESPESORES

EQUIPOS DE MEDICIÓN
La medición de espesores por Ultrasonido puede hacerse por uso de diversos
equipos tales como: Detectores de fallas con presentación A-Scan (con o sin
léctura digital del espesor) e instrumentos de lectura digital y directa del espesor
(equipos de medición de espesores con o sin pantalla A-Scan), combinándolos
con transductores de contacto directo de haz recto de un solo cristal con o sin
retraso de línea (detectores de fallas) y duales (detectores de fallas y equipos de
medición de espesores). Estos equipos deben ser debidamente calibrados
haciendo uso de bloques de calibración con espesores conocidos.

Equipo de medición de espesores Equipo de medición de espesores con
presentación A-Scan
Equipo detector de fallas

TRANSDUCTORES
Transductores de contacto directo, haz
recto y elemento simple (mono cristal)
Transductores de elemento simple (monocristal) y
haz recto con retraso de línea
Transductores duales (doble cristal o ER)

CALIBRACIÓN
Para la correcta respuesta del equipo, es necesario calibrar el mismo seleccionando
un bloque de espesor conocido para el caso del uso de un Transductor de contacto
directo y elemento simple y con un detector de fallas chequeando y ajustando
posteriormente con un bloque de menor espesor, o seleccionando dos bloques de
espesores conocidos para el caso de Transductores de elemento simple con retardo
de línea y transductores duales (ER), los cuales pueden ser provistos por un patrón
de calibración escalonado. Para estos dos últimos casos se debe seleccionar dos
espesores tal, que entre estos se contenga el rango de espesores que se espera
medir. El espesor de uno de los bloques debe estar cercano al máximo valor
esperado y el otro próximo al menor valor esperado. En el instrumento básicamente
se fijan los parámetros de: Rango, ganancia, transductor y se ajustan
alternativamente parámetros de velocidad, retraso del transductor y retraso de la
pantalla hasta la obtención de las lecturas correctas de los espesores en el equipo.
Existen equipos para medición de espesores que hacen calibraciones
automáticas haciendo uso de un patrón incorporado, sin embargo debe
verificarse esta calibración con el uso de dos espesores conocidos.

CALIBRACIÓN

CONSIDERACIONES EN EL USO DE TRANSDUCTORES DUALES (ER)
Se debe tener en consideración que a hacer uso de transductores duales, se
producen desviaciones en la medición de espesores bajos por el efecto del paso en
“V” del haz sonoro. Esta desviación será mayor mientras menor sea el espesor a
medir. Es por ello que se requiere producir una curva corregida haciendo uso de
espesores delgados (< 3 mm o 0,125”) aunque esto resultará en un error o
desviaciones para espesores mas altos.

Otro problema que puede presentarse es que no se puedan obtener lecturas en
espesores muy delgados, ya que por la configuración de los haces (asociado a su
vez al posicionamiento de los cristales), el reflejo de la pared de fondo quede fuera
del intervalo o área de trabajo. Esta misma consideración aplica para espesores
altos. Otra precaución a tener en cuenta es que al hacer uso de transductores
duales deben conectarse correctamente los cables asociados a cada cristal del
transductor para aprovechar sus ventajas como emisor y receptor respectivamente.

Intervalo de trabajo de un transductor DUAL (ER)

MEDICIONES DE ESPESOR A ELEVADAS TEMPERATURAS
Debe considerarse que al medir espesores a altas temperaturas (hasta 540°
C)
existirá una desviación de la lectura por encima del valor real, esto se debe a que
la velocidad del sonido tanto del material a medir como el del retraso de línea
varían con la temperatura, disminuyendo esta al aumentar este parámetro. Una
regla para hacer la corrección de los valores obtenidos cuando se evalúan partes
de acero al carbono a altas temperaturas, es restar el 1% del espesor medido por
cada 55°
C por encima de la temperatura a la cual se calibró el el equipo. Asi por
ejemplo, si el equipo fue calibrado a 20°
C, y se ob tiene un valor de 0,400” a 460
°
C, debe restarse el 8% a la léctura obtenida del i nstrumento.
Valor real = 0,400” - 8% = 0,368”
Se debe cuidado al seleccionar el transductor en función de la temperatura a medir.

Hoy en día existen equipos que hacen la corrección de los espesores por
temperatura, en la que se fijan los valores de este parámetro a las cuales se
calibró el equipo y a la que se realizó el ensayo, así como el cambio de la
velocidad del material por grados de temperatura, obtenidos a partir de la tabla del
usuario según el fabricante, por ejemplo y para este último parámetro el valor
normal del acero al carbono obtenido del manual de un equipo GE DMS Go es -
0,0002 pul/us/°
F. Fijando estos par ámetros se obtienen del equipo los valores de
los espesores ajustados por altas temperaturas.

TRANDUSCTORES DUALES GE

MEDICION DE ESPESOR EN UN MATERIAL EN EL QUE NO SE DISPONE DEL
BLOQUE DE CALIBRACIÓN DE LA MISMA ESPECIFICACIÓN
Puede suceder el caso en que se requiera hacer una medición de espesor en un
material dado y no se disponga de un bloque o patrón de calibración de la misma
especificación, en este caso se podrá hacer la calibración con otro material (P.e:
Acero al carbono), hacer posteriormente las mediciones en el material requerido y
finalmente corregir los valores obtenidos de estas mediciones multiplicando los
mismos por un factor de corrección, el cual resulta de dividir la velocidad del sonido
del material evaluado entre la velocidad del sonido del material con el que se realizó
la calibración del instrumento (P.e: Acero al carbono). En la lámina siguiente se
muestra la deducción de esta expresión donde se muestra dos mediciones sobre el
mismo material o pieza, el primero con el equipo calibrado con un patrón de la
misma especificación de la pieza a inspeccionar, y el segundo con una calibración
realizada con un material diferente a la pieza a evaluar.

MEDICION DE ESPESOR EN UN MATERIAL EN EL QUE NO SE DISPONE DEL
BLOQUE DE CALIBRACIÓN DE LA MISMA ESPECIFICACIÓN
T
T
EQUIPO CALIBRADO CON EL MISMO
MATERIAL A EVALUAR (V)
EQUIPO CALIBRADO CON UN
MATERIAL DIFERENTE A EVALUAR (V’)
t: Tiempo de tránsito
T’
T
t: Tiempo de tránsito
T = V*t/2 T’ = V’*t/2
t = 2*T/V t = 2*T’/V’
2*T/V = 2*T’/V’
T = (V/V’)*T’
V V

MEDICIONES DE ESPESOR EN PAREDES BIMETALICAS
Al medir espesores en materiales diferentes fundidos (substrato + recubrimiento)
tales como equipos y tuberías con cladding y babbibts en cojinetes, deberá
tenerse en cuenta diversos factores para la correcta obtención de los valores de
los espesores tanto del recubrimiento como del substrato. Estos parámetros a
considerar son básicamente la diferencia entre sus impedancias, las velocidades
de los materiales involucrados y el lado desde donde se realiza la inspeccion. Si la
las impedancias son similares habrá poca reflexión en la interfase, dificultando
visualizar la indicación en pantalla correspondiente (pico). En este caso se
recomienda hacer la inspección con un equipo provisto de presentación A-Scan en
Modo RF. Debido a la diferencia de velocidades entre el substrato y el
recubrimiento, se producirá un error en la lectura del espesor de pared total o del
recubrimiento, el cual será mayor mientras mayor sea esta diferencia de
velocidades. En todo caso el espesor “aparente” tanto del recubrimiento como del
substrato pueden determinarse mediante funciones especiales en los equipos
fijando compuertas que “toquen” los ecos de la interfase y de fondo,...

..., determinando el espesor del recubrimiento por la diferencia entre estos ecos
(Función SAB en equipos como GE USN-60 y DMS Go) y corrigiendo este valor
según de explico en la sección anterior (Medicion de espesor en un material en el
que no se dispone del bloque de calibración de la misma especificación), restando
este valor del espesor total se obtendrá el espesor del substrato. La posición
desde donde se realice la inspección es también importante, si esta es realizada
desde el lado opuesto al recubrimiento (por ejemplo el lado externo de un
recipiente), la inspección puede ser realizada con cualquier tipo de transductor y el
espesor del substrato es medido directamente hasta la interfase. Si la inspección
es realizada desde el lado de substrato (por ejemplo el lado interno de un
recipiente), es conveniente hacer uso de un transductor de haz recto monocristal
con retraso de línea para depejar la sección inicial de la pantalla y poder evaluar el
substrato. Puede hacerse uso también de un transductor dual o emisor receptor,
pero debe tenerse en cuenta el error que se produce al medir bajos espesores así
como el intervalo de trabajo del transductor. En la lámina siguiente se muestra una
imagen A-Scan en modo RF en la que se muestra la interfase cladding - substrato
y medido desde la parte externa del equipo.

Compuerta A
Compuerta B
SAB
Interfase
Evaluación de la pared de un recipiente con recubrimiento interno (cladding)
desde su parte externa y uso de un transductor de haz recto monocristal

SELECCIÓN DEL INSTRUMENTO DE MEDICIÓN SEGÚN LA CONDICIÓN DE LA
SUPERFICIE INTERNA
La condición de la superficie interna debe ser considerada para la correcta elección
del instrumento de medición, así por ejemplo, si la superficie interna presenta una
condición de pérdida de espesor uniforme, cualquier instrumento nos dará una
lectura confiable. Esto se evidencia por la poca variación de la lectura del espesor
en la pantalla del equipo. Caso contrario, si las lecturas varían rápidamente o se
muestran fluctuantes, este es un indicativo de que la superficie interna presenta una
condición irregular, rugosa o con presencia de picaduras. En tal caso es
recomendable el uso de equipos de medición de espesores de lectura directa
provisto con presentación A-Scan. Esta última condición también puede presentarse
al detectar inclusiones o microlaminaciones en el espesor del material,
requiriéndose igualmente un equipo con barrido tipo A (A-Scan)

SELECCIÓN DEL INSTRUMENTO SEGÚN LA CONDICIÓN DE LA SUPERFICIE
INTERNA

CUIDADOS DE LOS EQUIPOS DE MEDICIÓN DE ESPESORES
Con el objeto resguardar la integridad del equipo y accesorios, y con ello obtener
mediciones confiables, se requiere tener los siguientes cuidados:
•Evite golpear el instrumento de medición, para ello trate de asegurarlo al cuerpo
cuando se traslada en el sitio de trabajo o se suban escaleras o andamios.
•Mientras no este realizando mediciones desconecte el cable del equipo.
•Evita doblar o enrrollar excesivamente el cable.
•Seleccione adecuadamente el transductor en función de la temperatura de la pieza
a evaluar.
•Evite golpear el transductor.
•Al limpiar el instrumento haga uso de trapo o papel absorbente, este puede estar
ligeramente humedecido con agua. No haga uso de solventes ya que este puede
dañar, e incluso destruir la pantalla del equipo.
•Al almacenar el equipo extraiga las baterías de mismo.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN
Realizado por: Ing. Carlos Alvarez

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