EMISION ACUSTICA 1 - Salgado Carrillo Duncan Eliam

Vista previa del material en texto

Definición.
El término de emisión acústica (EA), se utiliza para describir tres situaciones: un proceso físico, un tipo de señal y un método de END.
Desde el punto de vista del proceso físico, la EA consiste en la liberación espontánea de energía de los materiales cuando están sometidos a ciertos estímulos (deformaciones y procesos de fractura).
 las emisiones acústicas comprenden la clase de fenómenos en donde las ondas elásticas transitorias, son generadas por la rápida liberación de energía dentro del material. Estas ondas elásticas se conocen como emisiones acústicas.
Figura 1 fuente de EA
EQUIPO
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.
SENSORES DE EMISIONES ACÚSTICAS
AE-C / AE-C Micro
Los transductores de sensores usados para la medida de emisión acústica son sensibles a los movimientos de superficie en que se encuentran ubicados. Normalmente, los transductores de EA son sensibles a frecuencias por encima de 100 kHz. Transductores resonantes son más sensibles a una variedad de frecuencia, que debe ser seleccionada según la aplicación. Los transductores resonantes en 150 kHz a 300 kHz son unos de los más usados en aplicaciones EA
Amplificador de EA
El amplificador puede estar en un dispositivo separado o estar integrado en el sensor
Tiene una frecuencia entre 3-2000 kHz. Sus características más importantes son:
Bajo el ruido de entrada para distinguir señales de ruido electrónico
Variedad dinámica grande para tratar amplitudes altas
Variedad grande de temperatura de operaciones para aplicación
Filtro de frecuencia opcional
Filtro de Frecuencia: El filtro de frecuencia es usado para eliminar variedades de frecuencia no deseadas (fuentes del ruido).
Convertidor A/D: El convertidor A/D es usado para digitalizar la señal de EA que ha pasado el filtro de frecuencia.
Ordenador personal y Software: Los sistemas de EA modernos usan ordenadores que proporcionan una entrada de parámetro controlada por menú y control de sistema
ventajas
El método de evaluación no destructiva por emisión acústica es reconocido por su elevada capacidad para monitorear la integridad estructural en tiempo real, detectar la aparición de defectos y fallas incipientes, así como para la caracterización de materiales. Este método, a diferencia del método de UT (ultrasonido) o del método de RT (radiografía), es pasivo en el sentido de que no hay que excitar el elemento de ensayo con ninguna onda ya que solamente se reciben las ondas de EA cuando se somete el elemento estructural a esfuerzos.  En este sentido, el método de EA difiere de otros métodos en dos aspectos fundamentales:  
La onda de EA se origina en el elemento inspeccionado.
Detecta movimientos en tiempo real (procesos dinámicos), y no discontinuidades geométricas sin movimiento o avance, previamente existentes en el material. La evolución de grietas y la deformación plástica de materiales son fuentes tradicionales y muy importantes de ondas de EA.
ventajas
La EA es un método no direccional en el sentido de que la energía liberada por la fuente de EA lo hace en todas las direcciones, es decir, un sensor colocado en cualquier punto cercano a la fuente puede detectar la EA resultante. Esta habilidad es otra gran diferencia con otros métodos de END los cuales, usan en gran medida, el conocimiento a priori de la probable localización y orientación de la discontinuidad.
Es dinámico, ya que proporciona en tiempo real el crecimiento de una falla bajo una tensión estructural impuesta. Las discontinuidades estáticas no generan EA.
Puede detectar y evaluar la magnitud de discontinuidades a través de toda la estructura en un solo ensayo.
Puede detectar discontinuidades dinámicas en zonas inaccesibles que otros métodos no pueden, ya que sólo se requiere un acceso limitado.
Puede usarse para prevenir fallas catastróficas de sistemas con discontinuidades desconocidas.
Rango de aplicaiones.
Diagnóstico de tanques a presión y depósitos de almacenamiento. 
Componentes sometidos a tensión mecánica o estructuras completas de materiales compuestos o plásticos reforzados con fibras, como es el caso de la industria aeronáutica y más recientemente en obras de ingeniería civil.
Monitoreo de estructuras de ingeniería civil, especialmente en materiales con concreto armado y acero como son puentes, túneles, edificios, etc. 
Investigación de las propiedades de los materiales. Mecanismos de falla y comportamiento frente al daño.
Control e inspección de calidad de diferentes procesos, por ejemplo: soldadura, secado de madera, inspección de componentes cerámicos, inspección de recubrimientos, etc.
Detección de fugas y localización de éstas en tiempo real, ya sea en pequeñas válvulas o hasta en fondos de grandes tanques, o en tuberías enterradas.
Fuentes de emisiones acusticas
Los cambios de deformación o carga en materiales sólidos producen diferentes tipos de fuentes de ondas de EA. Existe un amplio rango de posibles fuentes de eventos de EA y se pueden clasificar en dos tipos, eventos primarios y secundarios, siendo las más importantes las siguientes
Eventos primarios: Degradación de materiales y procesos de falla, tales como crecimiento de grietas, deformaciones, formación de huecos, corrosión, fracturas de segunda fase y descohesión fibra/matriz en materiales compuestos.
Eventos secundarios: Procesos tribológicos, especialmente fricción entre superficies como las caras de una fractura, cohesión y descohesión de productos de corrosión, fugas de líquidos o gases, procesos de soldadura y detección de piezas sueltas.
Fuentes de emisones acusticas
Eventos primarios: Degradación de materiales y procesos de falla, tales como crecimiento de grietas, deformaciones, formación de huecos, corrosión, fracturas de segunda fase y descohesión fibra/matriz en materiales compuestos.
Eventos secundarios: Procesos tribológicos, especialmente fricción entre superficies como las caras de una fractura, cohesión y descohesión de productos de corrosión, fugas de líquidos o gases, procesos de soldadura y detección de piezas sueltas.
Figura 2 FUENTES PRIMARIAS Y SECUNDARIAS DE EA
Ondas de EMISIONES ACUSTICAS
Básicamente existen dos tipos de señales de EA, señales transitorias (Figura 3) y señales continuas (Figura 4). Las señales transitorias tienen un inicio y un final bien definidos respecto al ruido de fondo, y por lo tanto una duración bien definida. Por otro lado, las señales continuas presentan variaciones en su amplitud y frecuencia a lo largo del tiempo, no tienen un principio ni un final bien definido, y sólo se presentan mientras el proceso que las genera está activo.
Figura 3 SEÑAL TRANSITORIA
Figura 4SEÑAL CONTINUA
Ondas de emisiones acusticas
Las señales transitorias se pueden generar por grietas activas o por roturas de fibras en los materiales. Las señales continuas se generan, por ejemplo, durante procesos de fricción, flujo de fluidos, fugas de líquidos, o deformación de materiales
Un aspecto fundamental en un sistema de EA, es la detección de las señales respecto al ruido de fondo (Figura 5). Para ello se usan umbrales de detección, los cuales generalmente se definen por el inspector. 
Figura 5 DETECCION DE RUIDO DE FONDO
Resultados
Cuando dicha señal pasa el umbral se genera un registro, así se aíslan las diferentes señales de interés del  ruido de fondo, a estas señales se les conoce como Hits.
Un Hit se puede definir e identificar de acuerdo a los valores que se establezcan para los parámetros de las señales acústicas que lo componen (Figura 6) y la elección de estos parámetros es de suma importancia en la evaluación por EA.
Figura 6 PARAMETROS USADOS PARA LA DEFINICION DE HIT
unidades
Los parámetros más importantes para registrar y que definen a un Hit son:
Amplitud: es el voltaje más alto (amplitud pico) en la representaciónvoltaje-tiempo (Figura 6), sus unidades son dBAE.
Energía MARSE (Measured Area under Rectified Signal Envelope): Se define como el área bajo la envolvente de la señal rectificada, sus unidades son Volts por segundo (Vs). -       Cuentas o Pulsos: Es el número de veces que la señal cruza un umbral establecido en una polaridad.
Cuentas hasta el pico: Son las cuentas contabilizadas, únicamente desde que la señal cruza el umbral hasta que se alcanza el máximo de la señal.
Duración: Intervalo de tiempo entre la primera y la última vez que la señal discreta cruza el umbral de detección. Sus unidades típicamente son microsegundos (µs).
Tiempo de subida (Rise Time): Intervalo de tiempo entre el primer cruce del umbral y la amplitud máxima de la señal discreta (µs).
HDT (Hit Definition Time) o DDT (Duration Discrimination Time): Si no hay más cruces en el umbral durante este tiempo, se considera que el Hitha finalizado.
HLT (Hit Lockout Time) o RT (Rearm Time): Es el tiempo que tiene que pasar después de haber detectado un Hit y antes de que se pueda detectar uno nuevo.
 PDT (Peak Definition Time): Es el tiempo que se usa con el objetivo de encontrar el verdadero pico de amplitud de la señal.
Evaluacion de resultados
El primer paso para la evaluación de un elemento por EA, es un análisis paramétrico, con el fin de identificar defectos o discontinuidades. Por ejemplo, el número de Hits registrados durante la prueba y, la duración de estos, dan un indicio de alguna discontinuidad incipiente.
El índice de severidad está asociado a la energía de cada Hit, y se define como la fuerza promedio de la señal para cierto número de eventos acústicos, los incrementos en la magnitud de este índice están típicamente relacionados con el desarrollo y detección de daño estructural en el elemento evaluado. Este índice queda definido como:
Donde Soi representa la energía de la señal correspondiente al i-ésimo hit, donde el orden está basado en la magnitud descendente de la energía y J es una constante empírica que depende del tipo de material, para concreto J = 50 y para metales J = 10.
NORMAS
UNE-EN ISO 9712:2012
El sistema descrito en esta norma internacional también puede aplicarse a otros métodos de END o a nuevas técnicas dentro de un método de END establecido. Los métodos en los cuales se pueden aplicarse a la norma son: 
a) ensayos de emisión acústica;
b) ensayos de corrientes inducidas;
c) ensayos de termografía infrarroja
d) ensayos de fugas (excluidos los ensayos de presión hidráulicos);
e) ensayos mediante partículas magnéticas;
f) ensayos mediante líquidos penetrantes;
g) ensayos de radiografía industrial;
h) ensayos de tensiones residuales;
i) ensayos de ultrasonidos.
Establece los requisitos para la formación, la experiencia y la evaluación del personal que realiza ensayos no destructivos, incluyendo los requisitos para los niveles de cualificación y certificación
ASTM 1316-22
La norma ASTM E1316-19 es ampliamente utilizada en diferentes industrias, incluyendo la aeroespacial, la energética, la de petróleo y gas, la de construcción y la de fabricación, entre otras. 
Emisión acústica
Pruebas electromagnéticas
Rayos X y gamma
Pruebas de fugas
Pruebas de líquidos penetrantes 
Pruebas de partículas magnéticas 
Radiología y medición de neutrones 
Pruebas ultrasónicas y otros métodos técnicos.
NORMAS PARA TEMAS EN ESPECIFICO.
ANSI/AWWA D102-17 - Estándar para la inspección de depósitos de agua potable mediante emisiones acústicas.
ASME PCC-2 - Reparación de equipos y tuberías de proceso mediante compuestos de reparación, materiales y tecnologías de ensayos no destructivos.
EJEMPLO DE PRUEBA DE EMSION ACUSTICA.
VIDEO 1
BIBLIOGRAFIA
FIGURA 1-6; Hernández, J. A., Machorro, J. M., Martínez, L. A., & Hernández, A. (2020). NOTAS núm. 188, NOVIEMBRE-DICIEMBRE 2020, artículo 2. Recuperado 29 de octubre de 2022, de Instituto Mexicano del Transporte website: https://imt.mx/resumen-boletines.html?IdArticulo=521&IdBoletin=188
 Hernández, J. A., Machorro, J. M., Martínez, L. A., & Hernández, A. (2020). NOTAS núm. 188, NOVIEMBRE-DICIEMBRE 2020, artículo 2. Recuperado 29 de octubre de 2022, de Instituto Mexicano del Transporte website: https://imt.mx/resumen-boletines.html?IdArticulo=521&IdBoletin=188
Q. (s. f.). Qualicontrol - Emisión Acústica. https://www.qualicontrolsa.com/emision-acustica.php 
VIDEO 1 https://youtu.be/JrmDv_NPxVw
ASTM E1106 https://www.astm.org/e1106-12r21.html
ISO 16808 https://www.une.org/encuentra-tu-norma/busca-tu-norma/norma?c=N0041519
EN 15085-4 https://www.asme.org/