Mantenimiento Preventivo End

UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y

ELÉCTRICA

“MANTENIMIENTO PREVENTIVO A LÍNEAS DE PROCESO EN

INSTALACIONES COSTA FUERA MEDIANTE ENSAYOS NO

DESTRUCTIVOS“

TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO

Que para obtener el título de: INGENIERO MECÁNICO ELÉCTRICISTA

PRESENTA: RAFAEL ANTONIO ROSARIO FISCAL

DIRECTOR: DR. ANDRÉS LÓPEZ VELÁSQUEZ

XALAPA, VER. MARZO 2014

2

3

Agradecimientos

A nuestro creador por brindarnos la vida, sabiduría, perseverancia, fuerza y así tener la satisfacción de ver realizados nuestros objetivos para poder servir a la humanidad. A mis Padres Rafael Rosario y María Isabel Fiscal Cruz por su apoyo incondicional en cada etapa de mi vida, por creer en mí pese a los errores cometidos, por las enseñanzas en todos los aspectos, por todo lo que representan en mi vida, a ellos ofrezco cada día de esfuerzo para lograr lo que el día de hoy soy y ofrezco. A mi esposa Maribel Castro ya que el amor, respeto y gratitud que hemos compartido representan mis objetivos logrados, por la confianza depositada en mí y por apoyarme en tiempos difíciles. A mis Hermanas Fernanda Rosario y Montserrat Rosario por hacer siempre más ameno todo, por sus ganas de salir adelante que han impulsado mi desarrollo y mi ímpetu por lograr cada vez más, por su confianza depositada y por creer siempre que en la vida todo tiene solución. A mi Director de Trabajo y Amigo Dr. Andrés López Velásquez ya que por varios años me ha compartido sus conocimientos, valioso tiempo, con su ayuda oportuna y desinteresada contribuyó con la culminación de este proyecto. A mis amigos y familia importantes en mi vida que con sus convivencias, consejos y apoyo he logrado salir adelante en todo sentido.

4

UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

Región Xalapa

Experiencia Recepcional

Mantenimiento Preventivo a Líneas de Proceso en Instalaciones Costa

Fuera mediante Ensayos No Destructivos.

Modalidad

Trabajo Práctico Técnico

Que Presenta:

Rafael Antonio Rosario Fiscal

Director

Dr. Andrés López Velásquez

Xalapa, Ver. Marzo de 2014

5

Índice de Contenido Índice de Contenido ............................................................................................................. 5

Índice de Figuras .................................................................................................................. 8

Índice de Tablas ................................................................................................................. 10

PRÓLOGO .......................................................................................................................... 11

GLOSARIO ......................................................................................................................... 12

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 17

Capítulo 1 .......................................................................................................................... 18

Ensayos Destructivos y No Destructivos ............................................................................. 18

INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 19

ENSAYOS DESTRUCTIVOS (ED) ................................................................................................. 20

Clasificación de los métodos de ED ..................................................................................... 20

LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS (END) ................................................................................. 22

Etapas Básicas de la Inspección de un Material .................................................................. 24

Métodos de END Según la A.S.N.T. ..................................................................................... 27

CONCLUSIONES ....................................................................................................................... 28

Capítulo 2 .......................................................................................................................... 29

Inspección Visual............................................................................................................. 29

INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 30

INSPECCIÓN VISUAL ................................................................................................................ 31

MATERIAL Y EQUIPO ............................................................................................................... 33

TERMINOLOGÍA ....................................................................................................................... 34

METODOLOGÍA ........................................................................................................................ 35

Tipos de Discontinuidades comúnmente encontradas en la Inspección Visual. ................ 37

EJEMPLOS DE HALLAZGOS APLICANDO LA TÉCNICA DE INSPECCIÓN VISUAL. ....................... 38

DISCONTINUIDADES EN SOLDADURA...................................................................................... 43

CONCLUSIONES ....................................................................................................................... 44

Capítulo 3 .......................................................................................................................... 45

Ultrasonido Industrial ........................................................................................................ 45

INTRODUCCIÓN. ...................................................................................................................... 46

PRINCIPIOS FÍSICOS. ................................................................................................................ 47

Propagación De La Onda. .................................................................................................... 48

Longitud de Onda y Detección de Defectos. ....................................................................... 49

6

TRANSDUCTORES. ................................................................................................................... 51

Características Del Haz Ultrasónico ..................................................................................... 52

Campo Muerto .................................................................................................................... 53

Relación Señal – Ruido ........................................................................................................ 54

Bloque de calibración .......................................................................................................... 55

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL EXAMEN POR ULTRASONIDO ............................................... 58

Ventajas del examen por ultrasonido: ................................................................................ 58

Desventajas del examen por ultrasonido: ........................................................................... 58

SENSIBILIDAD........................................................................................................................... 59

Umbral de detección ........................................................................................................... 60

Indicación. ........................................................................................................................... 61

Discontinuidad. ................................................................................................................... 62

Interpretación ..................................................................................................................... 63

Evaluación ........................................................................................................................... 63

Interrogantes durante el proceso de evaluación ................................................................ 63

Consideraciones para Aceptación y Rechazo ...................................................................... 63

Clasificación de Discontinuidades ....................................................................................... 64

ACOPLANTE ............................................................................................................................. 65

Características Del Líquido Acoplante: ................................................................................ 65

Efecto del Medio de Acoplamiento ..................................................................................... 65

Evaluación de Discontinuidades Empleando Haz Recto. .................................................... 66

Método Por Corrección Distancia Amplitud (DAC). Haz Angular. ....................................... 67

INSPECCIÓN CON APOYO DE BARCO DE POSICIONAMIENTO DINÁMICO. .............................. 68

Procedimiento de Inspección con Pruebas No Destructivas (PND). .................................. 68

Resultados ........................................................................................................................... 76

DETERMINACION DEL ESPESOR REQUERIDO ZONAS A Y B ..................................................... 82

Discusión del problema de las zonas A y B: ........................................................................ 83

Discusión del problema de las zonas C, D, E y F: ................................................................. 83

DETERMINACION DEL ESPESOR MÍNIMO REQUERIDO ZONAS C, D E Y F: .............................. 84

CONCLUSIONES ....................................................................................................................... 86

RECOMENDACIONES ............................................................................................................... 86

Capítulo 4 .......................................................................................................................... 87

Líquidos Penetrantes. ........................................................................................................ 87

INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 88

LIQUIDOS PENETRANTES ......................................................................................................... 89

7

Materiales Penetrantes ....................................................................................................... 89

Restricciones ....................................................................................................................... 89

PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE ............................................................................................ 90

Secado después de la Inspección ........................................................................................ 91

Técnica para Temperatura Estándar ................................................................................... 91

APLICACIÓN DEL PENETRANTE ................................................................................................ 92

Remoción del exceso de penetrante ................................................................................... 93

REVELADO ............................................................................................................................... 95

INTERPRETACIÓN .................................................................................................................... 96

EVALUACIÓN ........................................................................................................................... 97

Discontinuidades detectables según su localización .......................................................... 97

CONCLUSIONES. ...................................................................................................................... 99

Capítulo 5 Metalografía. .................................................................................................. 100

INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 101

OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................... 102

PROCEDIMIENTO ................................................................................................................... 104

Fases de Desbaste ............................................................................................................. 104

INTERPRETACIÓN/EVALUACIÓN............................................................................................ 107

DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD Y/O METODOLOGÍA ........................................................... 108

Preparación de la Superficie. ............................................................................................ 109

Pulido ................................................................................................................................. 110

Ataque Químico. ............................................................................................................... 110

Fotomicrografía con Microscopio Portátil Dino-Lite ......................................................... 112

RESULTADOS ......................................................................................................................... 114

CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 115

BIBLIOGRAFÍA. ................................................................................................................. 116

8

Índice de Figuras Fig. 1.1 Resistencia a la Tensión ........................................................................................... 21

Fig. 1.2 Resistencia a la Compresión .................................................................................... 21

Fig. 2.1 Vernier ......................................................................................................................... 33

Fig. 2.2 Flexómetro .................................................................................................................. 33

Fig. 2.3 Bridge Cam ................................................................................................................. 33

Fig. 2.4 Bridge Cam ................................................................................................................. 33

Fig. 2.5 Corrosión Media Pasiva ............................................................................................ 38

Fig. 2.6 Corrosión Media Pasiva Generalizada ................................................................... 38

Fig. 2.7 Corrosión Ligera Pasiva Localizada ........................................................................ 38

Fig. 2.8 Corrosión Media Pasiva Localizada ........................................................................ 38

Fig. 2.9 Corrosión Generalizada ............................................................................................ 39

Fig. 2.10 Corrosión Ligera Activa en zona de contacto tubo-soporte y manchas de

crudo ........................................................................................................................................... 39

Fig. 2.11 Quemada por arco eléctrico ................................................................................... 39




Fig. 2.15 Restos de soldadura................................................................................................ 40

Fig. 2.16 Restos de Soldadura ............................................................................................... 40

Fig. 2.17 Corrosión Severa Activa en zona de contacto con soporte .............................. 40

Fig. 2.18 Corrosión Severa Activa en zona de contacto con soporte .............................. 40

Fig. 2.19 Corrosión Ligera Activa producida por contacto entre líneas ........................... 41

Fig. 2.20 Corrosión Ligera Activa producida por contacto entre líneas ........................... 41

Fig. 2.21 Vista general, codo 90° en zona de marea .......................................................... 41

Fig. 2.22 Abolladura causada por una embarcación .......................................................... 41

Fig. 2.23 Práctica NO recomendada de la inspección visual ............................................ 42

Fig. 2.24 Abolladura causada por una embarcación .......................................................... 42

Fig. 2.25 Corrosión Media Activa del retiro de soporte tipo media caña ......................... 42

Fig. 2.26 Corrosión Media Activa del retiro de soporte tipo media caña ......................... 42

Fig. 2.27 Daño Caliente, Grietas ............................................................................................ 43

Fig. 2.28 Discontinuidades ...................................................................................................... 43

Fig. 3.1 Partes de un Transductor ......................................................................................... 51

Fig. 3.2 Caracteristicas del Haz Ultrasónico ........................................................................ 52

Fig. 3.3 Campo Muerto ............................................................................................................ 53

Fig. 3.4 Bloque ASTM .............................................................................................................. 55

Fig. 3.5 Bloque ASME ............................................................................................................. 56

Fig. 3.6 Bloque IIW ................................................................................................................... 56

Fig. 3.7 Bloque de Pasos ........................................................................................................ 57

Fig. 3.8 Bloque DSC ................................................................................................................ 57

Fig. 3.9 Equipo con Bloque de 4 pasos ................................................................................ 66

9

Fig. 3.10 Equipo y Bloque de Haz Angular .......................................................................... 67

Fig. 3.11 Bloque de 5 Pasos ................................................................................................... 69

Fig. 3.12 Transductores con Zapata de Acoplamiento ....................................................... 69

Fig. 3.13 Transductores con Zapata de Acoplamiento ....................................................... 69

Fig. 3.14 Equipo para medir espesores ................................................................................ 70

Fig. 3.15 Equipo para medir espesores ................................................................................ 70

Fig. 3.16 Isométrico de la Trampa de Diablos ..................................................................... 72

Fig. 3.17 Definición de las Zonas de Inspección ................................................................. 73

Fig. 3.18 Vista General de la Plataforma de Rebombeo .................................................... 74

Fig. 3.19 Ducto 161 de 36”Ø localizado en la Pierna A-3 .................................................. 74

Fig. 3.20 Junta aislante de tipo Monoblock .......................................................................... 75

Fig. 4.1 Secuencia de la Técnica de Líquidos Penetrantes ............................................... 88

Fig. 4.2 Preparación de la Superficie .................................................................................... 90

Fig. 4.3 Secado y Aplicación del Penetrante ....................................................................... 91

Fig. 4.4 Secado y Aplicación del Penetrante ....................................................................... 91

Fig. 4.5 Aplicación del Penetrante con brocha .................................................................... 92

Fig. 4.6 Práctica NO recomendada para Aplicación de Penetrante ................................. 92

Fig. 4.7 Acción del Penetrante ............................................................................................... 93

Fig. 4.8 Remoción del Penetrante ......................................................................................... 94

Fig. 4.9 Práctica NO recomendada para Remoción del Penetrante ................................ 94

Fig. 4.10 Aplicación del Revelador ........................................................................................ 95

Fig. 4.11 Aplicación del Revelador ........................................................................................ 95

Fig. 4.12 Interpretación de las Indicaciones ......................................................................... 96

Fig. 4.13 Interpretación de las Indicaciones ......................................................................... 96

Fig. 4.14 Discontinuidades Detectables (Superficiales) ..................................................... 97

Fig. 4.15 Discontinuidades Detectables (Sub-Superficiales) ............................................. 97

Fig. 4.16 Líquidos Penetrantes Fluorescentes .................................................................... 98

Fig. 5.1 Hierros Típicos ......................................................................................................... 101

Fig. 5.2 Desbaste con Lija ..................................................................................................... 109

Fig. 5.3 Desbaste para obtener acabado Espejo .............................................................. 109

Fig. 5.4 Desbaste para obtener acabado Espejo .............................................................. 109

Fig. 5.5 Pulido con paño Matalográfico y Alúmina ............................................................ 110

Fig. 5.6 Pulido con paño Matalográfico y Alúmina ............................................................ 110

Fig. 5.8 Granos de Ferrita y Perlita después de Ataque Químico .................................. 111

Fig. 5.9 Microscopio Dino-Lite .............................................................................................. 112

Fig. 5.10 Tomando Microfotografía ...................................................................................... 112

Fig. 5.11 Microfotografía a 100x antes y después de Ataque Químico ......................... 112

Fig. 5.12 Microfotografía a 100x antes y después de Ataque Químico ......................... 112

Fig. 5.13 Tamaño de Grano .................................................................................................. 113

Fig. 5.14 Tamaño de Grano .................................................................................................. 113

Fig. 5.15 Acero al Carbón A-106 GR B ............................................................................... 114

10

Índice de Tablas

Tabla 3.1 Tipos de ondas más comunes en sólidos ........................................................... 48

Tabla 3.2 Factores de Diseño ................................................................................................ 77

Tabla 3.3 Diámetro Nominal y Exterior .................................... ¡Error! Marcador no definido.

Tabla 3.4 Espesor por Corrosión ........................................................................................... 78

Tabla 3.5 Esfuerzos ................................................................................................................. 80

Tabla 5.1 Tabla de Resultados ............................................................................................ 114

11

PRÓLOGO Misión

El presente Trabajo tiene como objetivo mostrar cómo se efectúan además de

dar a conocer la significante aplicación que tienen los Ensayos No Destructivos

en la Industria Petrolera, mediante amplios conocimientos actuales y

adecuados como métodos de control de calidad capaces de diagnosticar los

problemas y necesidades tecnológicas con criterios, eficiencia y sostenibilidad

ambiental.

Visión

Proyectar la especialización de Ensayos No Destructivos como un programa de

excelencia en la formación Académica e Integral de Estudiantes en el uso de

métodos no destructivos, con gran dominio técnico y tecnológico que

contribuya al desarrollo del país, contando para ello con el recurso humano y la

infraestructura física que proporcione al estudiante las habilidades para su

excelente desempeño profesional.

En este trabajo se discuten los fundamentos de las Pruebas No Destructivas

así como su aplicación en Instalaciones Costa Fuera sin pretender hacer una

revisión bibliográfica exhaustiva ya que la misma se puede hallar en algunas de

las referencias citadas.

12

GLOSARIO

Aleación: Es la mezcla homogénea de dos o más metales para obtener una

sustancia con diferentes propiedades.

Ataque químico: Permite poner en evidencia la estructura del metal o

aleación, revelando por coloración o por corrosión, los distintos componentes

de la estructura metalográfica para poder diferenciarlos con facilidad.

Austenita: Se define como una solución sólida de carbono en hierro gamma.

Carrete: Tubo sin bridas, soldado con otro tubo.

Cementita: Es carburo de hierro (CFe3), contiene 6.67% de carbono y 93.33%

hierro. Es el constituyente más duro y frágil de los aceros al carbono.

Corrosión: Deterioro que sufre un metal con el medio que lo rodea, siendo

esta la tendencia de los metales al pasar a su estado natural.

Corrosión generalizada: Es la que se encuentra distribuida a lo largo del

elemento

Corrosión localizada: Es la que está contenida en un área o longitud definida.

Cubeta: Nombre común con el que se le denomina a la sección de la Trampa

de Diablos que aloja al diablo para su envío y recibo.

Daño Caliente: Es una pérdida de material debida a la penetración excesiva

de un electrodo. Usualmente estas anomalías son producidas por el soldador,

cuando por falta de una placa utilizada para verificar que el electrodo tenga

suficiente corriente, lo hacen sobre la tubería.

13

Daño Mecánico: Aquellos que rebasan los límites de aceptación en la pared

del tubo y son designados como “fuera de Norma”. Como son, abolladuras,

arrancaduras, etc.

Defecto: Imperfección que rebasa los criterios de evaluación de un código o de

una norma.

Desalineamiento: Cuando dos elementos unidos de contornos iguales, son

desfasados entre sí.

Diablo: Equipo con la libertad de movimiento que es insertado en el ducto para

realizar funciones de limpieza e inspección del mismo.

Diablo de limpieza (E.L.I.): Equipo para limpieza, eliminar aire y para verificar

dimensiones interiores de la tubería.

Diablo Instrumentado: Dispositivo mecánico electrónico que recolecta y

almacena datos en todo el perímetro interno/externo y trayectoria total del

ducto.

Discontinuidad: Cualquier interrupción en la estructura de la materia, puede

ser una simple variación en la geometría o una inclusión de un material

extraño, una grieta, etc.

Ducto: Sistema de tubería con diferente componentes; válvulas, bridas,

accesorios, espárragos, etc. Y por medio del cual se transportan

hidrocarburos.

Ducto Ascendente: Tramo de tubería, comprendido desde la curva de

expansión (en la zona sumergida) hasta la trampa de envío/recibo de diablos

(en la zona aérea).

Dureza: Resistencia de un metal a la deformación plástica.

14

Fase: una porción de un sistema metálico, homogénea y físicamente diferente.

Ferrita: Es hierro alfa, o sea hierro casi puro, que puede contener en solución

pequeñas cantidades de silicio, fósforo y otras impurezas.

Fisura: Hendidura o abertura pequeña en la pared del tubo o en soldaduras

longitudinales o circunferenciales.

Grieta: Separación del material inducido por esfuerzos, se presenta como una

línea aguda y alargada.

Grit: Número de lija (calibre).

Imperfecciones: Son las que se encuentran dentro de los límites de

aceptación o “dentro de Norma”. Pueden ser de fabricación (inclusiones no

metálicas, etc.), así como también corrosiones interiores o exteriores,

abolladuras, arrancaduras, etc.

Inclusión de Escoria: Es un sólido no metálico atrapado dentro de la

soldadura o entre la soldadura y el metal base.

Indicación: Es la evidencia de la existencia de una discontinuidad en la

materia, puede ser el tamaño grano, un valor de dureza, una línea de

penetrante, un eco en ultrasonidos, etc.

Junta Aislante tipo Monoblock: Es un accesorio con protección catódica que

une a la parte vertical del ducto ascendente con la tubería de cubierta y tiene

como función la de aislar la corriente que tiene la parte sumergida de la tubería

y así evitar la corrosión.

Líneas de Proceso: Sistemas de transporte que tienen por objeto enviar

petróleo crudo y asociado con otros hidrocarburos, entre una estación de

recolección o una estación de almacenamiento y las terminales.

15

Martensita: Constituyente típico de los aceros templados, formado por una

solución sólida sobresaturada de carbono o carburo de hierro en hierro alfa.

Metal base: Es el espécimen o material de prueba.

Metalografía: Es la ciencia que estudia las características estructurales o

constitutivas de un metal o aleación, relacionándolas con las propiedades

físicas y mecánicas.

Microestructura: Es la forma y alineación de los componentes microscópicos

de un metal.

Perlita: Es un constituyente formado por capas alternas de ferrita y cementita.

Poro: Es la erupción de gases atrapados en la soldadura, los cuales se

presentan en cualquier etapa de pase de soldadura y es de forma cilíndrica y

alargada.

Presión de diseño: Es la presión máxima permitida calculada, siendo ésta

mayor que la presión máxima de operación.

Presión de operación máxima permisible (PMO): Es la presión máxima a la

que un ducto puede ser sometido durante su operación.

Puntos de soldadura: Depósitos de metal solidificado, causados por

salpicaduras de soldadura durante el proceso de soldado, sin pérdidas el

material base.

Quemaduras por arco eléctrico: Profundidad en la superficie provocada en el

material con la varilla durante el proceso de soldado, causando perdida del

material base.

16

Socavado: Cavidad que se encuentra adyacente al cordón de vista de la

soldadura y es causada principalmente por arco eléctrico y/o corrosión

localizada.

Soporte: Elemento que soporta tanto cargas estáticas como dinámicas en la

tubería y equipos a los cuales se encuentra asociado.

Spool: Tramo de tubería prefabricada, parte de un arreglo de tubería de

tamaño práctico para transportarlo con extremos bridados, que periódicamente

se desmontan o reparan para evitar desmantelamiento de gran parte de

tuberías.

Tamaño de grano: Medición microestructural cuantitativa más común.

17

INTRODUCCIÓN En el Control de Calidad de los materiales metálicos empleados en la

fabricación de un intercambiador de calor, un cuerpo de válvula, un reactor

químico, una estructura, un gasoducto, etc., se requiere evaluar su

composición química, sus propiedades mecánicas y su sanidad; para ello se

aplican Ensayos Destructivos y Ensayos No Destructivos.

A partir de esta definición se puede observar que ensayos aplicados sobre

determinadas piezas se consideran destructivos, ya que alteran sus

condiciones, pero aplicados sobre otras piezas, se consideran no destructivos.

Un ejemplo es la determinación de dureza. Si lo hacemos sobre una superficie

que requiere una terminación muy buena, la huella que se deje será

inaceptable, en cambio si lo hacemos sobre una línea de proceso, la huella no

tendrá influencia alguna en la integridad mecánica de dicha línea.

Los métodos de Ensayos No Destructivos (END) permiten obtener información

de piezas o partes de una estructura metálica o no metálica, sin alterar sus

condiciones de utilización o de servicio; es decir no provocan daños en el

material, ni perjudican o interfieren con el uso futuro de las piezas o partes

inspeccionadas.

La estructura del presente trabajo está dividida en cinco partes; en la primera

parte se incluye el Capítulo I que describe los Ensayos Destructivos y a los

Ensayos No Destructivos además de la Normatividad aplicable a los Ensayos

No Destructivos, el Capítulo II describe el método de Inspección Visual, el

Capítulo III que describe los principios físicos y las principales definiciones del

ultrasonido, el Capítulo IV que describe de forma general la Inspección por

Líquidos Penetrantes y el Capítulo V describe las pruebas de Metalografía.

18

Capítulo 1

Ensayos Destructivos y No Destructivos

19

INTRODUCCIÓN

Para poder explicar sobre qué tratan los ensayos destructivos y no destructivos

de materiales primero daremos una referencia de ensayo y fallas en materiales:

Se define ensayo como un proceso experimental, que por la investigación de

una pequeña muestra del material -a la cual llamamos probeta- se puede hacer

una estimación de la calidad del conjunto.

La falla es el daño de una pieza que no le permite continuar en servicio,

causando la sustitución prematura de los componentes. Refiriéndonos a

prematuro por la sustitución de la pieza antes de haber alcanzado su vida útil

especificada en el diseño.

La falla de los materiales pueden producirse por defectos de fabricación,

errores de operación o inadecuada selección de materiales.

Por lo cual sometiendo a ensayos los materiales a utilizar verificaremos que

sean apropiados para el uso y las condiciones bajo las cuales se los

emplearan.

A continuación se dará a entender de manera más específica la función

particular de los Ensayos Destructivos y No Destructivos con sus respectivas

aplicaciones. A modo de poder entender cómo se efectúan los mismos y para

que se efectúan.

20

ENSAYOS DESTRUCTIVOS (ED)

Son la aplicación de métodos físicos directos, que dañan y alteran de forma

permanente las propiedades: físicas, químicas mecánicas o dimensionales del

material, parte o componente sujeto a inspección.

Se emplean las pruebas destructivas cuando Deseamos conocer las

propiedades mecánicas de un material tal como:

Resistencia a la tensión

Compresión.

Dureza.

Para la ejecución de estos ensayos se requiere de una muestra o probeta la

cuál será destruida durante el ensayo y perderá su utilidad ya que se produce

una deformación sobre la muestra en cuestión que la deja inutilizable para otro

ensayo.

Sin embargo se obtienen datos de una zona de la pieza y no pueden asegurar

la calidad de todos los elementos de un lote.

Clasificación de los métodos de ED

Podemos establecer distintas clasificaciones de los métodos de ED según sus

esfuerzos y según la carga aplicada;

A) Según sus esfuerzos

Esfuerzos normales: Son producidos por cargas que tienden a trasladar a las

secciones transversales en un determinado sentido.

Tracción y compresión: se obtiene cuando las fuerzas exteriores, de igual

magnitud, dirección y sentido contrario, tienden a estirar (tracción) o aplastar

(compresión) el material según el eje en que actúan.

21

Flexión y choque: tiene lugar cuando se producen pares de fuerzas

perpendiculares al eje, que provocan el giro de las secciones transversales.

Esfuerzos tangenciales: Son generados por cargas, que actúan en el plano

de las secciones transversales y tienden a producir sus giros o

desplazamientos.

Torsión y fatiga: se originan por efecto de pares que actúan sobre las

secciones transversales, produciendo un giro de las mismas en sus planos.

Corte: las fuerzas actúan normalmente al eje del cuerpo, desplazando entre si

las secciones inmediatas.

B) Según la carga aplicada.

Los ensayos destructivos se clasificarán en estáticos o dinámicos, según la

velocidad y forma como se aplica la carga.

Ensayos Estáticos:

a) Tracción

b) Compresión

c) Flexión

d) Torsión

e) Corte

Ensayos Dinámicos

a) Choque

b) Fatiga

1

2 Fig. 1.2 Resistencia a la Compresión.

Fuente: Introducción a los ensayos

destructivos. IMENDE

Fig. 1.1 Resistencia a la tensión.

Fuente: Introducción a los ensayos

destructivos. IMENDE

22

LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS (END)

Son un campo de la ingeniería que se aplica en la fabricación y/o construcción

de componentes, equipos e instalaciones donde intervienen varias actividades,

Las actividades son principalmente:

a) El diseño

b) Fabricación o construcción

c) Montaje o instalación

d) Inspecciones y pruebas.

Son métodos de inspección que se emplean para la detección y evaluación de

discontinuidades superficiales y sub-superficiales de los materiales, sin alterar

o afectar su utilidad, permiten el control del 100 % de una producción y pueden

obtener información de todo el volumen de una pieza, con lo que contribuyen a

mantener un nivel de calidad uniforme, con la consiguiente conservación y

aseguramiento de la calidad de los sistemas y elementos.

Además colaboran en prevenir accidentes, ya que se aplican en mantenimiento

y en vigilancia de los sistemas a lo largo del servicio.

Por otra parte proporcionan beneficios económicos directos e indirectos.

Beneficios directos, por la disminución de los costos de fabricación, al eliminar

en las primeras etapas de fabricación, los productos que serían rechazados en

la inspección final, y el aumento de la productividad, por reducirse el porcentaje

de productos rechazados en dicha inspección final. Entre los beneficios

indirectos se pueden citar su contribución a la mejora de los diseños, por

ejemplo, demostrando la necesidad de realizar un cambio de diseño de molde

en zonas críticas de piezas fundidas o también contribuyendo en el control de

procesos de fabricación.

Se denomina ensayo no destructivo (también llamado END, o en inglés NDT de

(nondestructive testing) a cualquier tipo de prueba practicada a un material que

no altere de forma permanente sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o

dimensionales.

23

Los ensayos no destructivos implican un daño imperceptible o nulo. Los

diferentes métodos de ensayos no destructivos se basan en la aplicación de

fenómenos físicos tales como ondas electromagnéticas, acústicas, elásticas,

emisión de partículas subatómicas, capilaridad, absorción y cualquier tipo de

prueba que no implique un daño considerable a la muestra examinada.

Bajo el aspecto de sus aplicaciones los Métodos de Ensayos No Destructivos

cubren tres amplias áreas:

1.- Defectología.

Detección de heterogeneidades, discontinuidades e impurezas, evaluación de

la corrosión y deterioro por agentes ambientales, determinación de tensiones,

detección de fugas.

2.- Caracterización de los Materiales.

Propiedades mecánicas, físicas, químicas y estructurales.

3.- Metrología.

Control de espesores.

24

Etapas Básicas de la Inspección de un Material

Las etapas básicas de la inspección de un material estructural mediante los

métodos de Ensayos No Destructivos se dividen en:

1.- Selección del Método y técnicas operatorias adecuadas.

En esta etapa hay que tener presente la naturaleza del material y su estado

estructural, es decir, procesos de elaboración a los que ha sido sometido, el

tamaño y forma del producto, así como tipo de discontinuidades que se

pretenden detectar, la característica del material que se pretende determinar, o

la dimensión a medir, ya que todos los métodos presentan limitaciones en su

aplicación, interpretación y sensibilidad.

Es importante establecer los criterios de aceptación y rechazo para que queden

claramente definidos el nivel de calidad o nivel de aceptación determinado.

2.- Obtención de una indicación propia.

Para producir una indicación propia de una discontinuidad presente en el

material, es preciso tener conocimientos sobre las características de los

productos y posibles discontinuidades que pueden ser detectadas por cada

método.

Así por ejemplo, en el método radiográfico, se interpreta, una indicación que es

una imagen de las heterogeneidades presentes en el material sobre una

película fotosensible; en el método ultrasónico, se interpreta una indicación en

la pantalla; en los métodos de partículas magnéticas y de líquidos penetrantes,

se interpreta una indicación que es una ampliación de la heterogeneidad sobre

la superficie de observación.

La obtención de una indicación está relacionada con la naturaleza de la

discontinuidad, con su forma (esférica, cilíndrica o plana), con su ubicación

(superficial, sub-superficial e interna), con su orientación y con su tamaño.

25

Por ejemplo para la obtención de una indicación propia de una fisura

(discontinuidad plana), las condiciones óptimas de detección se presentarán

cuando la discontinuidad sea paralela al haz de radiación X o perpendicular al

haz ultrasónico, o que se haga visible en superficie, en el caso del ensayo por

líquidos penetrantes.

3.- Interpretación de la indicación.

Producida la indicación es preciso interpretarla, es decir, emitir el dictamen

sobre qué es lo que da motivo a la indicación observada y la naturaleza,

orientación y tamaño de la discontinuidad.

Para una correcta interpretación, es aconsejable recurrir, en la primera fase del

método, a las técnicas y ensayos no destructivos complementarios que sean

necesarios, con el fin de asegurar la validez del ensayo.

La interpretación, es una función de primordial importancia y su responsabilidad

recae en el personal calificado en el método aplicado.

4.- Evaluación de las indicaciones.

Después de obtenida e interpretada la indicación, deberá evaluarse

convenientemente. Esta fase consiste en decir cuándo y que características del

material afectan su empleo.

Por otro lado y comparativamente a la fase de interpretación, en la cual

intervenía fundamentalmente la experiencia, la evaluación vendrá determinada

por un grupo de técnicos compuesto por proyectistas, responsables de los

ensayos, por expertos de fiabilidad y expertos en conocimientos de materiales.

Estos grupos determinarán los valores y tolerancias a aplicar, que en resumen

suelen estar reflejados en códigos, normas, especificaciones y/o

procedimientos elaborados, específicamente para estos fines en Ensayos No

Destructivos.

26

Este equipo analizará los datos relativos a cargas de servicios y condiciones de

funcionamiento, determinará, con dichos datos, las secciones o zonas críticas

de la pieza o del componente estructural, estableciendo en cada una de ellas

un grado de responsabilidad y fijará, teniendo presente los resultados

estadísticos de los ensayos de duración, el nivel de calidad, es decir, los

criterios de aceptación y rechazo relacionados a la aplicación de los métodos

de Ensayos No Destructivos.

Como consecuencia de ello, muchos programas de ensayos no destructivos

han fracasado al no estar establecidas especificaciones adecuadas relativas a

la evaluación. En estos casos, muchas veces el inspector basa sus decisiones,

en la experiencia sobre el comportamiento de piezas similares bajo iguales

condiciones de servicio. Pero puede ser muy peligroso si extrapola sus

conclusiones para condiciones de servicio nuevas y completamente diferentes.

En caso de dudas, el inspector tiende generalmente, a ser muy precavido,

particularmente en el caso de no poseer especificaciones. Esto puede traer

como consecuencia, pérdidas económicas a la industria.

De alguna forma estos planteamientos son los que definirán el nivel de calidad,

es decir, los criterios de aceptación o rechazo requerido.

Para ello existe la Sociedad Americana de Ensayos No Destructivos (A.S.N.T.)

cuya función es desarrollar y difundir los conocimientos en END; esta Sociedad

capacita, examina y certifica al personal técnico profesional en END.

27

Métodos de END Según la A.S.N.T.

1) Inspección Visual

2) Líquidos Penetrantes

3) Partículas Magnéticas

4) Electromagnetismo (Corrientes Eddy).

5) Ultrasonido

6) Radiografía

7) Emisión Acústica

8) Radiografía con Neutrones

9) Termografía Infrarroja

10) Análisis de Vibraciones

11) Prueba de Fuga

Permiten detectar los errores en los diferentes pasos de un proceso:

Mal maquinado.

Tratamientos térmicos incompletos.

Defectos de soldadura.

Ayudan a predecir el estado del equipo o material inspeccionado.

Ayudan a programar las fechas más convenientes de reparación.

Aumentan la seguridad de las reparaciones.

Permiten monitorear la vida remanente de los materiales.

Reducen los riegos de accidentes.

Reducen los paros imprevistos.

Puede aumentar los tiempos de operación sin arriesgar la seguridad.

28

CONCLUSIONES

En la actualidad los ensayos de materiales han incrementado su campo de

aplicación a un ritmo desmesurado. Debido a la demanda de la industria para

poder certificar la calidad de sus productos y de este modo poder

normalizarlos.

Es un tema de suma importancia ya que la mayoría de los productos de

nuestra vida cotidiana antes de salir al mercado son analizados bajo rigurosas

pruebas que demuestran su calidad.

Cada tipo de ensayo se realiza por medio de una norma que lo regula, para su

correcta realización y homogeneidad de la información obtenida del mismo.

En general los ensayos no destructivos proveen datos menos exactos acerca

del estado de la variable a medir que los ensayos destructivos. Sin embargo,

suelen ser más baratos para el propietario de la pieza a examinar, ya que no

implican la destrucción de la misma.

29

Capítulo 2

Inspección Visual

30

INTRODUCCIÓN

En el hombre, la mayor parte de la información que le llega procedente del

mundo exterior, la analiza a través del “canal” visual. Es más, la inmensa

mayoría de los experimentos y ensayos realizados sobre los materiales nos

proporcionan sus resultados, en forma óptica. Esta información es,

generalmente, indirecta: el sentido de la vista proporciona sensaciones acerca

de lo que vemos por ejemplo en un osciloscopio, observamos las posiciones de

las agujas indicadoras, de diagramas u otras representaciones gráficas de

puntos que se mueven en las pantallas, etc., a partir de las cuales se infiere

una realidad física.

Sin embargo, la vista puede proporcionar información de primera mano

inalcanzable por otros medios. De hecho el ojo no ha evolucionado a lo largo

de miles de millones de años para ver diagramas u osciloscopios, sino para

proporcionar un amplio ventanal al mundo exterior, a través del que éste se

muestra accesible a una interpretación visual rica y compleja. Tanto, que aún

hoy, en plena explosión de la informática, no se ha podido poner a punto una

“máquina de ver” que se aproxime, ni de lejos a las características del ojo

humano.

Enfocándonos a los ensayos de los materiales “ver” un objeto industrial

proporciona, generalmente, una masa de información muy superior a la

alcanzable por otros medios más sofisticados. Esto suele pasar desapercibido

por la obvia razón de que esa información se adquiere sin esfuerzo por quien

examina y está, a “dominio público”.

Además, la inspección visual es el ensayo no destructivo por excelencia. La

luz, su agente físico, no produce daño alguno en la inmensa mayoría de los

materiales.

31

INSPECCIÓN VISUAL

La Inspección Visual es un método para la detección y evaluación de

discontinuidades superficiales tales como:

Fracturas.

Corrosión.

Daños físicos.

Discontinuidades superficiales en soldadura.

Consiste en la observación directa de la superficie con o sin la ayuda de

instrumentos de medición mecánica, tales como: vernier, tornillo micrométrico,

escantillones, con o sin la ayuda de amplificadores ópticos o electrónicos como:

lupas, microscopios, endoscopios comparadores ópticos.

De acuerdo con las características del sistema de inspección visual, pueden

resumirse los requisitos y condiciones necesarios para la realización de una

inspección visual correcta puesto que no puede emprenderse un trabajo de

este tipo sin tener la seguridad de que el personal que lo realiza no tiene una

visión defectuosa. En segundo lugar la identificación de: qué se trata de

examinar y qué es lo que se va buscando.

Lo común es ponerse a mirar a ver qué se ve. Es muy importante disponer de

ejemplos reales o fotográficos de buena calidad, que deberán estudiarse antes

de emprender la inspección.

Sin embargo, dejar a la inspección visual en el puro examen a simple vista es,

técnicamente, demasiado pobre. Por lo contrario, englobando como inspección

visual todos los métodos ópticos utilizables como métodos de ensayo no

destructivo, como complementos para conducir al diagnóstico correcto, sería

exagerado.

32

En Inspecciones en Campo sólo nos ocupamos de:

La inspección a simple vista

Medios simples de apoyo a la inspección a simple vista (lupas, espejos,

etc.)

Registro de indicaciones

Quedando excluidas aquí técnicas, tales como:

Interferometría

Holografía

Microscopía (por encima de X 50)

Análisis fotoelástico.

Endoscopia.

Contraste de fase, etc.....

Hay ensayos cuyas indicaciones propias recuerdan el aspecto visual de la

discontinuidad, si nuestros ojos gozaran de facultades apropiadas para verlas.

Tal es el caso de los líquidos penetrantes, las partículas magnéticas o la misma

radiografía.

Otros, en cambio, proporcionan indicaciones abstractas de las que se deduce

la forma de la discontinuidad, que es lo que en definitiva nos interesa, como

ocurre con los métodos de corrientes inducidas y ultrasonidos convencionales.

En el caso de la inspección visual el método proporciona indicaciones

inmediatas que frecuentemente no precisan de interpretación elaborada. No

obstante no debe caerse en de que “lo que vemos” es “como se ve”: En

muchos casos lo visto debe ser revisado en función de los aspectos de la

propia técnica de observación, tal como el tipo o color de la luz empleada, se

deben evitar diagnósticos subjetivos.

33

MATERIAL Y EQUIPO

• Calibrador Bridge Cam

• Vernier

• Cámara fotográfica

• Flexómetro

• Lupa

• Lámpara de mano

• Espejo

• Crayones de cera

• Tabla de apoyo

6

5

4

3

Fig. 2.1 Vernier.

Fuente: Propia.

Fig. 2.2 Flexómetro.

Fuente: Propia.

Fig. 2.4 Bridge Cam.

Fuente: Propia.

Fig. 2.3 Bridge Cam.

Fuente: Propia.

34

TERMINOLOGÍA

LA LONGITUD AXIAL

LC LONGITUD CIRCUNFERENCIAL

tA ESPESOR ADYACENTE A LA ZONA DE INSPECCION

d PROFUNDIDAD DE LA INDICACION

CLA CORROSION LIGERA ACTIVA

CMA CORROSION MEDIA ACTIVA

CSA CORROSION SEVERA ACTIVA

CLP CORROSION LIGERA PASIVA

CMP CORROSION MEDIA PASIVA

CSP CORROSION SEVERA PASIVA

FPA FALTA DE PROTECCION ANTICORROSIVA

BEPA BUEN ESTADO DE PROTECCION ANTICORROSIVA

PAME PROTECCION ANTICORROSIVA EN MAL ESTADO

SL SOLDADURA LONGITUDINAL

SC SOLDADURA CIRCUNFERENCIAL

CE CORROSION EXTERNA

35

METODOLOGÍA

Antes de iniciar la prueba, el inspector visual debe contar con toda la

información disponible para la inspección de las líneas de proceso que serán

evaluadas, en caso de no contar con ésta, debe recopilarla con las autoridades

de área, representantes del cliente y/o los archivos de inspecciones anteriores

si se cuenta con estos.

1. Al realizar la inspección se establecerán los puntos relevantes de la

misma de acuerdo a los alcances estipulados con el cliente, el inspector

debe registrar estos puntos de revisión a las líneas inspeccionadas en el

formato correspondiente.

2. El reporte debe mencionar, dimensiones, localización horaria,

profundidades y el código de referencia aplicado para los resultados de

las inspecciones y verificaciones.

3. Al inspeccionar las líneas de proceso, se debe considerar el estado que

guardan todos sus componentes, tales como soportes, carretes, válvulas,

bridas, niples y demás accesorios.

4. Corrosión: Para el caso específico de daño superficial se debe

dimensionar y registrar la discontinuidad y posteriormente debe ser

evaluada de acuerdo a la norma ASME B31.G. para Evaluación de

Defectos en Tuberías Corroídas.

5. Abolladuras: Se debe medir y registrar la longitud circunferencial, así

como la profundidad máxima, en caso de detectar fisuras o grietas se

recomendará una prueba de pruebas no destructivas superficial.

6. Quemadas por Arco Eléctrico: Deben dimensionarse, repararse y

evaluarse de acuerdo al código aplicable.

7. Muescas y Ranuras: Se debe registrar y dimensionar todas las

indicaciones existentes y tomar el criterio de Quemadas por Arco

Eléctrico.

36

8. Soportes: Se debe registrar y no aceptar ninguno, si presenta condición

anormal o la ausencia de los mismos, tales como instalación defectuosa o

falta de aislante (concha de sacrificio, neopreno) principalmente si esto es

motivo o causa de corrosión.

9. Mencionar todos los hallazgos encontrados durante la inspección, tales

como, corrosión, laminaciones, daños calientes, abolladuras,

deformaciones, rayones, estado del recubrimiento, estado de la soldadura

entre envolventes y tapas, así como soldaduras longitudinales,

vibraciones, fugas o filtraciones, grietas, soportes y la falta de estos, etc.

10. Al término de la jornada se elaborará un reporte de los resultados de la

inspección realizada en el cual se debe plasmar como mínimo los

siguientes datos:

1. NOMENCLATURA DE LA LINEA.

2. ISOMÉTRICO.

3. FECHA DE INSPECCIÓN.

4. DIMENSIONES.

5. NOMENCLATURA DE LOS COMPONENTES.

6. TIPO DE COMPONENTE (válvulas, soportes, bridas, codos, tees, etc.).

7. TIPO DE INDICACIONES ENCONTRADAS.

8. ESTANDAR DE ACEPTACION-RECHAZO.

9. DIMENSIONES Y PROFUNDIDADES DE LAS INDICACIONES.

10. NOMBRE, FIRMA Y CATEGORIA DEL INSPECTOR QUE REALIZA LA

PRUEBA.

37

Se deberán tomar 12:00 horas técnicas del elemento en sentido del flujo, los

horarios consecutivos se dan conforme a la regla de la mano derecha,

apuntando con el pulgar en el sentido del flujo, y el resto de los dedos dirige el

horario.

Las 12:00 horas técnicas en codos, se da conforme a la cara que se encuentra

hacia el lado del radio de la curvatura mayor o zona de choque de flujo.

Las imperfecciones relevantes en cuerpo de elementos se anotan, y se hace

referencia en con respecto a la soldadura de referencia y con respecto al

horario técnico.

Tipos de Discontinuidades comúnmente encontradas en la

Inspección Visual. SOCAVADOS

RESTO DE SOLDADURAS

QUEMADAS POR ARCO ELECTRICO

POROS

ABOLLADURAS

AREAS ESMERILADAS

IRREGULARIDADES EN LA SOLDADURA

AISLAMIENTO TERMICO EN MAL ESTADO

DAÑOS MECANICOS

38

EJEMPLOS DE HALLAZGOS APLICANDO LA TÉCNICA DE

INSPECCIÓN VISUAL.

10

9

7 8

Fig. 2.5 Corrosión media pasiva.

Fuente: Propia.

Fig. 2.6 Corrosión media pasiva generalizada.

Fuente: Propia.

.

Fig. 2.7 Corrosión ligera pasiva localizada.

Fuente: Propia.

Fig. 2.8 Corrosión media pasiva localizada.

Fuente: Propia.

39

16

15

13 14

12 11

Fig. 2.9 Corrosión generalizada.

Fuente: Propia.

Fig. 2.10 Corrosión ligera activa en zona de

contacto tubo-soporte y manchas de crudo.

Fuente: Propia.

Fig. 2.11 Quemada por arco eléctrico.

Fuente: Propia.


Fuente: Propia.


Fuente: Propia.


Fuente: Propia

40

20

19

17

18

Fig. 2.15 Restos de soldadura.

Fuente: Propia.

FIG. 2.17 y 2.18 Corrosión severa activa en zona de contacto con soporte.

Fuente: Propia.

Fig. 2.16 Restos de soldadura.

Fuente: Propia.

41

24 23

22

21

Fig. 2.19 y 2.20 Corrosión ligera activa producida por contacto entre líneas.

Fuente: Propia.

Fig. 2.21 Vista general codo 90° en zona de marea.

Fuente: Propia.

Fig. 2.22 Abolladura causada por una embarcación.

Fuente: Propia.

42

|

M

28 27

26 25

Fig. 2.23 Práctica “no” recomendada de la

inspección visual. Fuente: Propia.

Fig. 2.24 Abolladura causada por una embarcación.

Fuente: Propia.

Fig. 2.25 y 2.26 Corrosión media activa después del retiro de soporte tipo media caña.

Fuente: Propia.

43

DISCONTINUIDADES EN SOLDADURA

30

29

Fig. 2.27 Daño caliente, grietas.

Fuente: Inspección visual a soldaduras. ICAEND.

Fig. 2.28 Discontinuidades.

Fuente: Inspección visual a soldaduras. ICAEND.

44

CONCLUSIONES.

La interpretación es un dictamen que no permite decidir acerca de la

aceptación o rechazo del objeto inspeccionado. Es preciso disponer a tal fin de

un criterio de interpretación objetivas según factores que se suman y de

aceptación que suelen venir impuestos por una especificación u orden técnica

concreta en los que se fijan los límites de tamaño, situación, número y

orientación que pueden hacer inadmisible a las discontinuidades detectada e

identificadas.

Si tales documentos no existen, la única posibilidad de juicio consistirá en que

un equipo de expertos sea capaz de valorar la incidencia que la presencia de

las discontinuidades pueda tener en la funcionalidad del objeto examinado.

De la aplicación de las especificaciones o del juicio de los expertos puede

deducirse que tal o cual discontinuidad no alterarían significativamente con su

presencia la funcionalidad de la muestra. En tal caso la discontinuidad se

clasificará como imperfección y no nos volveremos a ocupar de ella.

Si por el contrario hay la seguridad, al menos, dudas razonables de ser cierto lo

contrario, entonces será clasificada como defecto y el material será reparado o

rechazado definitivamente.

45

Capítulo 3

Ultrasonido Industrial

46

INTRODUCCIÓN

En el campo de las Pruebas No Destructivas la inspección con ultrasonido es

muy importante, ya que es aplicable antes, durante y después de la vida útil

de las líneas de proceso. Con ésta técnica se adquieren los datos del estado

que guarda el cuerpo en general de las líneas de proceso involucradas en

procesos productivos.

El examen por ultrasonido utiliza la transmisión de ondas de sonido de alta

frecuencia dentro de un material para detectar discontinuidades o cambios

dentro de este, ya que las ondas ultrasónicas se propagan dentro de un medio

elástico como es el sólido, un líquido o un gas, pero no en el vacío.

El examen por ultrasonido consiste en el empleo de ondas mecánicas que

viajan a través de un material, en el que sus partículas vibran a la misma

frecuencia que las ondas sonoras con respecto a un punto fijo, sin embargo las

partículas no viajan con ellas, sino que tan solo reaccionan a su energía, que

es la que se mueve a través del medio.

Una onda mecánica cuya frecuencia es inferior al límite audible, se llama

infrasónica; en el caso de que la frecuencia sea superior al límite audible, se

denomina ultrasónica.

Con respecto a los Ensayos No Destructivos y específicamente a el examen

por ultrasonido las frecuencias utilizadas para la detección de discontinuidades

en los materiales comienzan en la proximidad de la zona audible

(aproximadamente 25,000 ciclos/seg.) y se extienden hasta los 25,000,000

ciclos/seg.)

47

PRINCIPIOS FÍSICOS.

La prueba de ultrasonido se basa en la relación tiempo–variaciones de

deformación en los materiales, los cuales son generalmente referidos como

acústicos. Todas las sustancias y materiales están compuestos de átomos, los

cuales pueden ser forzados a un movimiento vibracional sobre su posición de

equilibrio. Existen diferentes formas de movimiento vibracional a un nivel

atómico, sin embargo, muchos de ellos son irrelevantes en acústica y en la

prueba con ultrasonido. La acústica está enfocada a las partículas que tienen

muchos átomos que se mueven al mismo ritmo constante para producir ondas

mecánicas.

Cuando un material no está sometido a esfuerzos de tensión o de compresión

más allá de su límite elástico, sus partículas individuales desarrollan

oscilaciones elásticas. Cuando las partículas de un medio son desplazadas de

su posición de equilibrio, las fuerzas internas de restauración (electrostática) se

incrementan.

Estas fuerzas de restauración elástica entre las partículas, combinadas con la

inercia de las partículas, provocan el movimiento de oscilación de los

materiales.

En los sólidos, las ondas de sonido se pueden propagar de cuatro modos

principales que se basan en la forma de oscilación. El sonido puede

propagarse como ondas longitudinales, ondas de corte, ondas superficiales y

en materiales delgados como ondas de placa. Las ondas longitudinales y de

corte son los dos modos de propagación más usados en la inspección con

ultrasonido.

48

Propagación De La Onda.

En el aire, el sonido viaja por compresión y rarefacción de las moléculas de aire

en la dirección de viaje. Sin embargo, en los sólidos, las moléculas pueden

soportar vibraciones en otras direcciones, de ésta forma es posible tener varios

tipos de ondas de sonido. Como se mencionó anteriormente, las ondas

longitudinales y de corte son las más comunes en la inspección con

ultrasonido. Sin embargo, en la superficie e interfaces, otras vibraciones

elípticas o complejas de las partículas hacen posible otro tipo de ondas.

Algunos de éstos tipos de modos de onda son; las ondas de Rayleigh

(superficiales) y de Lamb (placa).

Tabla 3.1 Tipos de ondas más comunes en sólidos. Tabla 1

Fuente: Ultrasonido Industrial. IMENDE.

Tipos De Ondas en Sólidos

Modo De Vibración De Las Partículas

Longitudinales (Compresión)

Paralelo a la dirección de la onda

Transversales (Corte)

Perpendicular a la dirección de la onda

Superficiales (Rayleigh)

Órbita Elíptica – modo simétrico

Ondas de Placa (Lamb)

Componente perpendicular a la superficie

(onda extensional)

49

Longitud de Onda y Detección de Defectos.

En la prueba con ultrasonido, el inspector debe tomar la decisión sobre qué

frecuencia del transductor debe usar. Al cambiar la frecuencia cuando la

velocidad permanece constante, resultará en un cambio de longitud de onda

del sonido. La longitud de onda del ultrasonido tiene un efecto significativo en la

probabilidad de detección de discontinuidad. Una regla empírica en la

inspección industrial, nos dice que las discontinuidades que sean mayores a la

mitad de la longitud de onda, pueden ser detectadas.

Velocidad de Propagación o Velocidad Acústica (v): Es la velocidad de

transmisión de la energía sonora a través de un medio en la dirección de

propagación.

Las velocidades de los diversos tipos de onda pueden ser calculadas a partir

de las constantes elásticas del material de que se trate. Estas constantes son:

Impedancia Acústica (Z): Otro factor importante en el examen por ultrasonido

es la impedancia acústica, definida como la resistencia de un material a las

vibraciones de las ondas ultrasónicas. La impedancia es el producto de la

velocidad máxima de vibración en el material por la densidad del mismo.

Los materiales con impedancia acústica elevada se denominan acústicamente

duros. La impedancia es mayor en los cuerpos sólidos que en los líquidos y por

lo tanto, mayor en líquidos que en gases.

Reflexión: Cantidad de energía ultrasónica que es reflejada al incidir en una

interfase acústica.

Ley de reflexión: El ángulo de onda reflejada es igual al ángulo de la onda

incidente de la misma especie.

Refracción: Se lleva a cabo cuando un haz ultrasónico pasa de un medio a

otro, siendo su velocidad del medio diferente entre sí y cambia la dirección en

relación con la dirección de incidencia.

50

Ley de refracción: El cambio de dirección de la onda refractada, acercándose

en la normal a su superficie de separación de ambos medios, depende de la

velocidad del sonido en el segundo medio sea menor o mayor que en el primer

medio.

Como vemos, la propagación del ultrasonido está caracterizada por vibraciones

mecánicas periódicas, las cuales son comúnmente representadas por

“movimientos ondulatorios” (ondas sinusoidales).

En la inspección por ultrasonido, la velocidad acústica es de gran importancia

práctica puesto que los instrumentos ultrasónicos deben calibrarse

considerando el mismo valor para el material que será inspeccionado; esto se

debe a que es una constante del material y se define como: “la distancia total

de viaje por unidad de tiempo”.

Los principales parámetros que deben ser controlados en un sistema

ultrasónico son:

Sensibilidad. Es la capacidad de un transductor para detectar discontinuidades

pequeñas.

Resolución. Es la capacidad para separar dos señales cercanas en tiempo o

profundidad.

Frecuencia. Los transductores deben utilizar en su rango de frecuencia

especificado para obtener una aplicación óptima.

Atenuación del haz. Es la perdida de energía de una onda ultrasónica al

desplazarse a través de un material. Las causas principales son la dispersión y

la absorción.

51

TRANSDUCTORES.

Es el medio por el cual la energía eléctrica se convierte en energía mecánica

(ondas sonoras) o viceversa. Operan debido al efecto piezoeléctrico, el cual

consiste en que ciertos cristales cuando se tensionan, se polarizan

eléctricamente y generan voltaje eléctrico entre las superficies opuestas.

Características Del Haz Ultrasónico

31

Fig. 3.1 Partes de un transductor.

Fuente: Ultrasonido Industrial. IMENDE

52

Características Del Haz Ultrasónico

Un eje central.

Un campo muerto.

Un campo cercano o zona de Fresnel.

Un campo lejano o zona de Fraunhofer.

32

Fig. 3.2 Características del haz Ultrasónico.


53

Campo Muerto

Es la distancia frente al transductor, su longitud es equivalente a la

longitud de un pulso completo, en esta zona ninguna indicación puede

detectarse.

Es causado por:

La longitud finita del pulso inicial.

Tiempo de resonancia (oscilación) del transductor.

Características electrónicas del instrumento.

33

Fig. 3.3 Campo Muerto.


54

Relación Señal – Ruido

Anteriormente ya se discutió el efecto que tiene la frecuencia o la longitud de

onda en la detección de las discontinuidades. Sin embargo, la detección de una

discontinuidad involucra algunos otros factores. Por ejemplo, la cantidad de

sonido que se refleja de una discontinuidad es también dependiente de la

diferencia de impedancias acústicas entre la discontinuidad y el material que la

contiene. Un hueco o un poro generalmente es un mejor reflector que una

inclusión metálica, debido a que la diferencia de impedancias acústicas es

mayor entre el aire y el metal que entre el metal y otro metal.

Una buena medida en la detección de una discontinuidad es la relación Señal –

Ruido. La relación Señal – Ruido es una medida de cómo la señal que proviene

de una discontinuidad comparada con otras reflexiones de fondo

(caracterizadas como ruido).

El nivel absoluto de ruido y la fuerza absoluta de un eco proveniente de una

discontinuidad pequeña, depende de varios factores:

• El tamaño del transductor y sus propiedades focales.

• La frecuencia del transductor, ancho de banda y eficiencia.

• La trayectoria y distancia del haz ultrasónico (agua y/o sólidos).

• La curvatura superficial y rugosidad.

• La localización de la discontinuidad con respecto al haz incidente.

• El ruido inherente a la micro estructura del material.

• La reflectividad inherente de la discontinuidad, la cual depende de su

impedancia acústica, tamaño, forma, y orientación.

• Grietas y discontinuidades pueden reflejar ondas ultrasónicas de forma

diferente. Algunas grietas son “invisibles” desde una dirección y muy buenos

reflectores desde la otra dirección.

• Discontinuidades agrupadas y multi orientadas tienden a dispersar el sonido

lejos del transductor.

55

Bloque de calibración

Los patrones de referencia pueden ser un bloque o juego de bloques con

discontinuidades artificiales y espesores conocidos, son empleados para

calibrar equipos de ultrasonido y para evaluar las indicaciones de las

discontinuidades de la muestra inspeccionada.

Los bloques de calibración deben de tener las mismas propiedades físicas,

químicas y de estructura que el material a inspeccionar.

Por medio de los bloques de calibración se puede:

Verificar que el sistema compuesto por el transductor, cable coaxial y el equipo

funciona correctamente.

Fijar la ganancia o la sensibilidad con la cual se detectará las discontinuidades

equivalentes a un tamaño especificado o mayores.

34

Fig. 3.4 Bloque ASTM.

Fuente: Principios de Ultrasonido. COMIMSA

56

35

36

Fig. 3.5 Bloque ASME.


Fig. 3.6 Bloque IIW.


57

38

37

Fig. 3.7 Bloque de Pasos.


Fig. 3.8 Bloque DSC.


58

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL EXAMEN POR

ULTRASONIDO

Ventajas del examen por ultrasonido: 1. Alto poder de penetración, lo cual permite detectar discontinuidades

profundas en piezas de varios metros de longitud.

2. Se puede realizar el examen teniendo acceso por solo una de las

superficies del componente.

3. Alta sensibilidad, que permite detectar discontinuidades

extremadamente pequeñas.

4. Mayor precisión que otros exámenes no destructivos, ya que permite

determinar la posición, tamaño, orientación, forma y naturaleza de las

discontinuidades.

5. Se puede aplicar en cualquier tipo de materiales.

6. No resulta peligrosa su operación para el personal y no tiene ningún

efecto adverso sobre el equipo y materiales inspeccionados.

7. Es portátil

Desventajas del examen por ultrasonido: 1. Requiere de personal técnico con mucha experiencia para la

interpretación y evaluación de resultados.

2. Las piezas que son rugosas, de forma irregular, muy pequeña o

delgada, son difíciles de examinar.

3. Se requiere el empleo de bloques estandarizados para la calibración del

sistema y para la descripción de la discontinuidad.

4. No se obtiene una imagen permanente de las discontinuidades, salvo

que se adapten a otros equipos computarizados que almacenen

información y estos a su vez a graficadores o equipos de video

grabación.

5. Se requiere de información suficiente sobre la pieza o componente a

examinar para la correcta interpretación de los resultados.

6. Dificultad para detectar o evaluar discontinuidades cercanas a la

superficie sobre la que se introduce el ultrasonido.

59

SENSIBILIDAD

Es la capacidad del sistema ultrasónico para detectar discontinuidades que

tienen una cierta dimensión establecida por un código, norma o especificación.

La sensibilidad se incrementa con altas frecuencias (longitud de onda corta).

La Resolución es la habilidad del sistema para localizar discontinuidades que

están muy cercanas en tiempo o para localizar discontinuidades muy cercanas

a la superficie. La resolución generalmente, también se incrementa,

aumentando la frecuencia.

La frecuencia de la onda, también puede afectar adversamente la capacidad de

una inspección. Por lo tanto, la selección adecuada de la frecuencia del

transductor involucra mantener un balance entre resultados favorables y

desfavorables. Antes de seleccionar la frecuencia de inspección, se deben

considerar la estructura de grano, espesor del material, tamaño, tipo, y

probabilidad de localización de las discontinuidades.

Las fundiciones frecuentemente tienen una estructura de grano grueso, por lo

tanto requieren de frecuencias bajas para ser evaluadas. Los productos

forjados o conformados con estructuras de grano direccionadas o de grano

refinado, generalmente son inspeccionados con transductores de frecuencias

altas ya que hay muchos factores dentro de un material que pueden causar que

una porción de la energía ultrasónica se disperse a altas frecuencias, el poder

de penetración (máxima profundidad en un material a la que una falla puede

ser localizada) también se reduce. La frecuencia también tiene un efecto en la

forma del haz ultrasónico, dispersión del haz, y la divergencia del haz desde el

centro del transductor.

En todos los Métodos de Ensayos No Destructivos se producen indicaciones en

forma directa o indirecta, las cuales deben ser correctamente interpretadas

antes de obtener información útil.

60

Los términos de “Interpretación” y “Evaluación” se refieren a dos etapas del

proceso de inspección que requieren niveles distintos de conocimiento y

experiencia.

• Interpretar significa predecir qué tipo de discontinuidad puede ser la

causa de la indicación

• Evaluar consiste en comparar las características de la indicación o

posible discontinuidad con los requisitos establecidos por una norma.

• La evaluación es posterior a la interpretación

• Puesto que la evaluación correcta de las indicaciones obtenidas

depende de gran parte de la interpretación de las mismas es necesario

clarificar algunos conceptos importantes empleados en la inspección no

destructiva.

Umbral de detección • Es la capacidad de un sistema ultrasónico para detectar una

discontinuidad de un tamaño determinado y producir una indicación que

pueda ser interpretada y evaluada sin dificultades.

61

Indicación. • Es una señal generada por el método de inspección no destructivo

empleado

• Puede ser producida por una alteración en el material o pieza sujeta a

inspección.

Tipos de Indicaciones:

Indicación Falsa

• Es aquella que aparece durante la inspección y que puede ser

provocada por una mala aplicación del método.

Indicación no Relevante

• Es producida por la estructura del material o por la configuración de la

pieza.

• Se produce por interrupciones de la configuración de la pieza

• La ocasiona algunas características del material

Indicación Relevante

• Es aquella producida por una discontinuidad.

• Para determinar su importancia se debe de interpretar la indicación y

evaluar la discontinuidad.

62

Discontinuidad. • Es la falta de homogeneidad o interrupción en la estructura física normal

de un material.

• Puede ser una deficiencia en la configuración física de una pieza, parte

o componente.

•

Tipos de Discontinuidades:

Discontinuidad No Relevante

• Es aquella que por su tamaño, forma o localización requiere de ser

interpretada, pero no es necesario evaluarla.

Discontinuidad Relevante

• Es aquella que por su tamaño, forma o localización requiere de ser

interpretada y evaluada.

Defecto

• Es toda discontinuidad o indicación de una discontinuidad que por su

tamaño, forma o localización excede los límites de aceptación

establecidos por el código, norma o especificación aplicable.

Discontinuidad Crítica

• Es la discontinuidad más grande que se puede aceptar o la más

pequeña que puede ser rechazada.

63

Interpretación

• Es la determinación del tipo de discontinuidad que ha provocado la

indicación y la predicción del posible origen de la misma.

Evaluación

• Es la ponderación de la severidad de la discontinuidad después de que

la indicación se ha interpretado; es decir, si la pieza debe de ser

aceptada, rechazada o reparada.

Interrogantes durante el proceso de evaluación

• Se plantean por lo general las 4 interrogantes siguientes:

¿Qué tipo de discontinuidad causa la indicación?

¿Cuál es la extensión de la discontinuidad?

¿Qué efecto tiene la discontinuidad en la calidad de la pieza?

¿Cuáles son las tolerancias establecidas por el documento o

norma para la indicación?

Consideraciones para Aceptación y Rechazo

• El tipo y tamaño de la discontinuidad no sólo se determina con respecto

a la amplitud de la indicación, sino también en base a la experiencia del

técnico.

64

Clasificación de Discontinuidades

• Las discontinuidades se clasifican en 3 tipos:

Inherentes

De Proceso

De Servicio

Discontinuidades Inherentes • Son aquellas que se forman durante la solidificación del metal fundido.

• Estas discontinuidades están directamente relacionadas con la calidad,

el tipo de aleación, la forma del vaciado y solidificación del metal.

Discontinuidades de Proceso • Son aquellas que se relacionan con los procesos de manufactura tales

como maquinados, tratamientos térmicos, recubrimientos métalicos, etc.

• Durante estos procesos discontinuidades sub-superficiales se pueden

convertir en superficiales.

Discontinuidades de Servicio • Son aquellas que se generan por las diferentes condiciones del servicio

al que se sujeta la pieza.

• Son originadas por esfuerzos de tensión ó compresión, fatiga, fricción o

corrosión.

65

ACOPLANTE

Liquido más o menos viscoso que se utiliza para permitir el paso de las ondas

del transductor a la pieza bajo examinación, ya que las frecuencias que se

utilizan para materiales metálicos no se transmiten en el aire.

Características Del Líquido Acoplante:

* Humectabilidad. (Capaz de mojar la superficie y el palpador )

* Viscosidad adecuada.

* Baja atenuación. ( que el sonido se transmita al 100% )

* Bajo costo.

* Removible.

* No toxico.

* No corrosivo.

* Impedancia acústica adecuada.

Tipos De Acoplantes:

Agua, Aceite, Grasa, Glicerina, Vaselina.

Efecto del Medio de Acoplamiento Es conveniente emplear un medio acústicamente conductor interpuesto entre el

transductor y la muestra bajo inspección para impedir la presencia de alguna

película fina de aire.

El aire nos impediría la transmisión de casi la totalidad de la presión acústica

incidente.

66

Evaluación de Discontinuidades Empleando Haz Recto.

El dimensionamiento de las discontinuidades comprende cuatro aspectos

importantes:

1.- La posición de la discontinuidad con respecto al haz.

2.- El tipo de discontinuidad.

3.- El ancho de la discontinuidad.

4.- El largo de la discontinuidad.

Para determinar el tipo de discontinuidad a detectar, debe efectuarse un

estudio completo del proceso de fabricación del material,, además de la

examinación completa de la pieza y sólo hasta entonces se podrá especificar el

tipo de discontinuidad y su magnitud.

La determinación del tamaño de una discontinuidad es sin duda el aspecto más

controvertido de la interpretación y el que ha dado lugar a un gran número de

investigaciones y de bibliografía técnica; especialmente cuando se trata de una

discontinuidad cuyo tamaño es menor que la sección transversal del haz

ultrasónico.

Antes de cualquier estudio de dimensionamiento, se deben conocer las

características del haz y para ello se hace uso de un bloque de calibración.

39

Fig. 3.9 Equipo con Bloque de 4 Pasos.

Fuente: Ultrasonido Industrial. ILOG.

67

Método Por Corrección Distancia Amplitud (DAC). Haz

Angular. En este método se corrige la amplitud de la señal de acuerdo a la distancia a la

cual se encuentra el reflector de la superficie.

El sistema de calibra de tal forma que se obtenga un campo de control en la

pantalla de 5 pulgadas horizontalmente y a continuación se incrementa la

ganancia hasta que la indicación del primer bloque presente una amplitud a

80%, con esto se asegura que la altura de las indicaciones puedan ser

registradas en la pantalla.

Con esta curva se evalúan discontinuidades a diferentes profundidades

“siempre y cuando estén comprendidas dentro del rango calibrado, para este

método estarán entre 1 y 4 pulgadas de profundidad.

Con este método únicamente se aceptan rechazan piezas, ya que las

indicaciones cuya amplitud rebase la curva provienen de una discontinuidad

mayor que la empleada como referencia, por lo que deben ser rechazadas. Las

reflexiones por abajo o sobre la curva de amplitud se aceptan por prevenir de

un reflector menor que el empleado como referencia.

40

Fig. 3.10 Equipo y Bloque de Haz Angular.


68

INSPECCIÓN CON APOYO DE BARCO DE

POSICIONAMIENTO DINÁMICO.

El barco es una herramienta fundamental en la ejecución de los trabajos costa

afuera, y la selección del tipo de barco y la combinación del recurso humano

calificado es el factor de realizar un buen desarrollo de los objetivos de la

inspección y detección de las condiciones reales de alguna estructura.

La experiencia ha demostrado que se reducen los tiempos de inspección de

ductos ascendentes en todo su desarrollo (parte aérea y parte submarina).

Utilizando un barco de apoyo. Ya que se cuenta con todos los recursos para

inspeccionar las seis zonas en que se tiene dividido el desarrollo del ducto

ascendente.

A Continuación un ejemplo de cómo se efectuó la inspección del ducto

ascendente 161 en la plataforma de Rebombeo de la GERENCIA DE

TRANSPORTE DE HIDROCARBUROS LITORAL TABASCO. .

Procedimiento de Inspección con Pruebas No Destructivas

(PND). El objetivo de usar pruebas no destructivas (PND), es para realizar una

valoración cuantitativa de los defectos superficiales e internos, que se detecten

por medio de la inspección visual detallada, que realice el técnico especialista

Nivel II, en PND.

El procedimiento de inspección se inicia con la verificación de los datos del

ducto, diámetro, espesor nominal, servicio, inicio de línea o llegada, año de

instalación, antecedentes de inspecciones y mantenimiento.

Con la confirmación de datos, el ingeniero responsable de la supervisión de

obra y el ingeniero de campo, determinan la secuencia de inspección, y

confirmando las zonas del ducto y el tipo de Prueba No Destructiva más

conveniente.

69

El técnico en Nivel II, verifica la calibración del equipo con el bloque calibrador

de espesores, el estado de las zapatas de los transductores, las conexiones y

el líquido acoplante así como la carga de energía del equipo.

43

42

41

Fig. 3.11 Bloque de 5 Pasos.


Fig. 3.12 y 3.13 Transductores con Zapata de Acoplamiento.


70

La zona A del ducto, se refiere al inicio del ducto donde se localiza el recipiente

a presión receptor de condensados o diablo instrumentado, generalmente es

de 2 a 3 veces el diámetro del ducto, incluyendo sus desvíos y accesorios, en

esta zona se verifica el estado de las paredes de recipiente a presión.

Esto lo realiza el Técnico Nivel II con el equipo de ultrasonido ILOD DMS GO,

es un equipo digital y con memoria para registrar los datos.

En caso de detectar alguna indicación, no permitida por código regulado por

ASME, y de acuerdo con los criterios de evaluación de recipientes a presión, se

determina un mayor número de lecturas o un mapeo de la indicación. La

inspección con ultrasonido básicamente se usa para comprobación de calibres

de espesores y pérdidas de espesor de pared del ducto por corrosión interna.

La zona B se refiere a la sección del ducto que llega a la cubeta y tiene un

desarrollo prolongado para absorber los desplazamientos por dilatación y para

facilidad de conexión con la cubeta, se inspeccionan todas sus secciones

(carretes) o tramos de tubería. En esta zona se aplica también inspección con

ultrasonido.

45

44

Fig. 3.14 y 3.15 Equipo para Medir Espesores.

Fuente: Propia.

71

Por el área que presenta normalmente más desarrollo y áreas con acceso muy

riesgoso, se utiliza cable más largo y se auxilia con otro técnico Nivel I para la

colocación del transductor en las paredes del tubo y se registra el horario en

que se están tomando las lecturas, teniendo especial atención en que se tenga

un correcto apoyo en la superficie.

La zona C y D, se refieren a la sección recta del ducto en la parte aérea, en

estas zonas se continua con el mismo procedimiento de detectar el espesor

mínimo en cada tramo del ducto y en caso de tener corrosión externa medir el

espesor menor en la sección dañada.

En estas zonas como están cercanas a la transición atmosférica y submarina,

se tiene adosado al ducto un refuerzo metálico (envolvente), que se suelda al

mismo en la conexión circunferencial. Es en este punto donde se aplica

también el método de inspección con líquidos penetrantes, para comprobar la

existencia de fisuras en la soldadura o fisuras sub-superficiales y para medir la

profundidad de las grietas.

La zona E corresponde a la parte recta sumergida y está comprendida desde el

primer carrete sumergido y hasta la conexión con la curva de expansión de la

línea, en esta zona también el inspector nivel II, con certificado de buceo

comercial. Realiza la inspección de las secciones con hallazgos relevantes o

para corroborar alguna anomalía detectada con anterioridad.

Zona F es la última sección en que se divide el ducto ascendente y parte del

conector con la parte recta ascendente del ducto y al inicio del tramo recto de la

línea de conducción. En esta área principalmente se aplica medición de

espesores en daños provocados por golpes o tallones de cables de anclas o

por caída de objetos producto de trabajo de superficie.

El registro de la información para las zonas aéreas se realiza directamente en

formatos de campo, en los cuales se lleva el antecedente de inspecciones

anteriores o del detalle a inspeccionar, en la parte submarina se mantiene

comunicación de audio y video con el buzo inspector y se anota en superficie

los registros de las medidas e indicaciones detectadas, además que los

equipos guardan registros para verificación de datos.

72

46

FIG. 3.16 Isométrico de la Trampa de Diablos.

Fuente: Propia.

73

47

Fig. 3.17 Definición de las Zonas de Inspección.

Fuente: Petróleos Mexicanos.

74

49

48

Fig. 3.18 Vista General de la Plataforma de Rebombeo.

Fuente: Propia.

Fig. 3.19 Ducto 161 de 36”Ø Localizado en la Pierna A-3.

Fuente: Propia.

75

50

Fig. 3.20 Junta Aislante tipo Monoblock.

Fuente: Propia.

.

76

Resultados El ducto ascendente 161 de 36”Ø construido para servicio oleoducto, fué

inspeccionado el 21 de Septiembre del 2001 con apoyo del Barco de

Posicionamiento Dinámico Azteca y se encontraron los siguientes hallazgos:

Los espesores mínimos detectados por zonas:

A 0.760” Pulg.

B 1.100” Pulg.

C 1.125” Pulg.

D 1.000” Pulg.

E No inspeccionada

F 1.100” Pulg.

Determinación del espesor Mínimo requerido, zonas A y B. En relación a los ductos ascendentes, el mantenimiento y operaciones para

diferir el producto representa altos costos, se definió en Pemex que para los

ductos mencionados debe aplicarse el criterio que utiliza el código ANSI/ASME

B31.3 (Plantas de proceso) y tener en cuenta que para años anteriores los

ductos fueron diseñados de acuerdo a los códigos ANSI/ASME B31.4

(Tuberías Sistemas de transporte de hidrocarburos líquidos u Otros líquidos.) y

B31.8 (Conducciones de gas), según el servicio del ducto.

En todos los casos, al espesor de pared final del ducto requerido por presión,

se le consideró un espesor adicional para tomar el desgaste de corrosión, el

cual varió entre 0.150” y 0.200” estos datos fueron considerados para los años

1983 y 1984.

Para fechas posteriores al año 1984, la evaluación de los reportes de

inspección de los ductos ascendentes de la Sonda de Campeche, se realizaron

considerando los lineamientos antes mencionados, dependiendo

principalmente de la fecha en que fue instalado el ducto.

Para la revisión de los espesores por presión máxima de operación, el criterio

que se empleaba era descontar del espesor registrado en el reporte de

inspección, el total del factor de corrosión utilizado en el diseño del ducto,

obteniéndose para el espesor resultante la capacidad máxima de presión.

77

Estos resultados se comparaban con las presiones de operación y máxima de

trabajo.

Este criterio ocasiona que varios ductos ascendentes no cumplan con los

requisitos del código ASME B31.3 debido a que durante su vida de servicio han

perdido parte del espesor de pared.

Las zonas A y B corresponden a la trampa de envío/recibo de diablos y al

desarrollo de tubería conocido como “cuello de ganso”, respectivamente. Estas

zonas se evalúan de acuerdo al código ASME B31.3 y a lo indicado en el API-

RP-14E (Práctica recomendada para el diseño e instalación de Sistemas de

Tuberías en plataforma de producción costa fuera).

Las zonas C, D, E y F se evalúan de acuerdo a los lineamientos de la práctica

API-RP- 1111 (Práctica recomendada para el diseño, construcción, operación y

mantenimiento de ductos de hidrocarburos costa fuera). En esta

recomendación se contempla la tubería submarina y los ductos ascendentes,

tomando en cuenta los siguientes factores de diseño:

Factor de Diseño:

a) Ductos ascendentes que manejan crudo..................... F = 0.60

b) Ductos ascendentes que manejan gas.........................F = 0.50

c) Tubería submarina, ambos servicios............................F = 0.72

Tabla 3.2 Factores de Diseño.

Fuente: Código ASME B31.3.

78

Tolerancias por corrosión. El espesor de pared por corrosión a considerar será asignado por diseño

(Diciembre 1984) con un valor de 0.200” y a partir de este espesor por

corrosión durante la revisión del ducto se considerará una parte proporcional

dependiendo de los años de servicio de la estructura.

Sin embargo, para ductos instalados con fecha 1984 y anteriores, se fijará esta

tolerancia por corrosión de 0.060” con el propósito de que estos ductos cuenten

con un espesor mínimo por corrosión y a su vez contar con una protección para

algún evento que dañe la pared del ducto.

La tabla 3.3 muestra los diámetros nominales de 2 a 12 pulgadas, de los cuales

para el cálculo del espesor mínimo requerido de ductos se debe de considerar

el diámetro exterior, de los diámetros de 14 pulgadas en adelante se

considerará el mismo exterior nominal que el diámetro por ejemplo 14”, 16”,

18”, 20”, 24”, 36”.

En la tabla 3.4 se muestran los espesores a considerar para evaluación, en

función de los años de servicio de la plataforma o estructura marina.

Tabla 2

52

51

Fuente: NRF. 227.

Fuente: ASME B31.G.

Tabla. 3.3 Diámetro Nominal Y Exterior. Tabla. 3.4 Espesor por Corrosión.

79

El ducto ascendente, para su evaluación, se divide en dos secciones:

• Tubería de cubierta (ASME B31.3).

• Ducto ascendente y curva de expansión (API-RP-1111).

El punto en donde se define la separación de estas zonas es el monoblock o

junta aislante. Aun cuando la elevación del monoblock o de la junta aislante

varía de acuerdo a las características de cada proyecto. Esta es el punto que

divide las dos secciones para su evaluación.

Las zonas A y B corresponden a la tubería de cubierta, por lo tanto la revisión

del espesor mínimo requerido se efectúa de acuerdo al código ASME B31.3 de

la siguiente manera:

De los datos proporcionados en el reporte de inspección, o los proporcionados

por el cliente se tienen:

Diámetro exterior nominal.

Temperatura.

Espesor mínimo de pared medido.

Especificación del material.

Presión máxima de trabajo.

Año de instalación

80

Con estos datos empleamos el código ASME B31.3 para obtener el espesor

mínimo requerido.

El código ASME B31.3 calcula el esfuerzo permisible con la siguiente formula:

S = (Sb . E) + P . Y)

Dónde:

S: Esfuerzo circunferencial permisible, en libras/pulg2.

Sb: Esfuerzo permisible básico, (para aceros de tubería API-5LB, X-42, X-52,

X-60, rige 1/3 Su, siendo Su el esfuerzo último del acero).

E: Factor de junta longitudinal (para aceros de tubería API-5LB, X-42, X-52,

X-60, E = 0.85 para tubería con costura; E = 1.00 para tubería sin costura).

P: Presión interna, en libras/pulg2.

Y: Coeficiente por temperatura (Y = 0.40 para aceros empleados en la

fabricación de tubería).

Esfuerzo Último (Su): valores en libras/pulg2

Esfuerzo de Fluencia (Fy): valores en libras/pulg2

Tabla. 3.5 Esfuerzos Conforme a Material.

Especificación del

material.

Esfuerzo Básico

Permisible.(Sb)

Esfuerzo

Permisible.(Fy)

Esfuerzo máximo

Permisible.(Su)

5L GR. B 20000 35000 60000

5L GR. X-42 20000 42000 60000

5L GR. X-52 22000 52000 66000

5L GR. X-60 25000 60000 75000

Tabla 3

53

Fuente: ASME B31.G.

Ec. 3.1

81

Teniendo los datos de diseño y los datos de la inspección realizada en el ducto

ascendente 161 en la plataforma de Rebombeo.

Para la zona A y B:

• Diámetro exterior nominal: 36”

• Presión máxima de trabajo: 50kg/cm2=711 psi

• Presión de operación de trabajo: 13kg/cm2=185 psi

• Temperatura: 50°C

• Especificación: 5L GR. X-52

• Sb = Esfuerzo Permisible Básico (psi): 22000

• S = Esfuerzo Permisible (psi): No aplica

• E = Factor de Junta Longitudinal: 0.950

• Y = Factor por temperatura: 0.40

• tc = Factor de corrosión: 0.150”

• fd = Factor de diseño: No aplica

• Año de diseño: 1996

• Años operando: 17

• Servicio: Oleoducto

• Espesor detectado en inspección: 0.760 pulg

82

DETERMINACION DEL ESPESOR REQUERIDO ZONAS A Y B

Del código ASME B31.3, sección 304.12 tenemos que el espesor requerido por

presión se calcula con la siguiente formula:

Dónde:

• P = Presión de diseño (máxima presión de operación en psi).

• D = Diámetro exterior (pulg).

• Sb = Esfuerzo permisible básico.

• E = Factor de calidad de junta longitudinal.

• Y = Coeficiente por temperatura.

Localizando los valores de Y, E y Sb en las tablas se obtiene lo siguiente:

• Sb = 22 000 psi

• E = 0.950

• Y = 0.40

Con estos valores y los proporcionados en el reporte de inspección sustituimos

en la fórmula:

Para el cálculo del espesor por corrosión tc debemos tomar en cuenta el año

de diseño o instalación:

• Para el año 1996: tc = 0.150 pulg.

Por lo tanto el espesor total mínimo requerido calculado será:

T = t + tc

T = 0.604 + 0.150 = 0.754 pulg

Ec. 3.2

Ec. 3.3

83

Espesor mínimo requerido de 0.754 pulg < espesor mínimo detectado 0.760

pulg.

El espesor mínimo detectado de 0.760 pulgadas es mayor que el espesor

mínimo requerido de 0.754 pulgadas, por lo que el espesor de 0.760 se

encuentra por arriba del mínimo requerido y cumple con la norma ASME B31.3.

De aquí que el ducto para las condiciones de presión indicadas y los espesores

mínimos detectados cumple con el espesor mínimo requerido y puede seguir

operando a la presión de operación actual.

Discusión del problema de las zonas A y B: a) El año de construcción data de 1996, año en el cual el ducto se diseñó con

ASME B31.8.

b) La evaluación del ducto se hace de acuerdo al nuevo criterio, revisando las

zonas A y B, con ASME B31.3 y con un material API-5L GR. B.

c) La tolerancia por corrosión se fijó de acuerdo a la tabla del nuevo criterio en

la que se indica que para los años 1984 y anteriores este valor es de 0.060”,

pero en este caso para el año de 1996 es de 0.150”.

Discusión del problema de las zonas C, D, E y F: Zonas C, D, E y F.

Las zonas C, D, E y F se diseñan actualmente conforme a la Práctica

recomendada API-RP-1111 (Práctica recomendada para el diseño,

construcción, operación y mantenimiento de ductos de hidrocarburos costa

fuera); con fecha anterior a 1984 los ductos se diseñaban con ASME B31.4 o

ASME B31.8, y un factor de corrosión de 0.150”.

Posterior al año 1984 los ductos se diseñaron con ASME B31.3 para ductos

hasta de 24” de diámetro y ASME B31.4 o B31.8 para ductos mayores de 24” y

un factor de corrosión de 0.200”.

Los límites de estas zonas son:

La parte aérea comienza en la parte superior monoblock.

84

DETERMINACION DEL ESPESOR MÍNIMO REQUERIDO

ZONAS C, D E Y F:

Para determinar el espesor mínimo requerido en estas zonas partimos también

de los datos proporcionados en el reporte de inspección y los proporcionados

por el cliente:

• Diámetro exterior nominal (pulg.)

• Espesor de pared mínimo medido (pulg.)

• Especificación del material

• Año de instalación

• Presión máxima de trabajo (psi)

De acuerdo a estos datos hacemos el cálculo del espesor mínimo requerido por

medio de la fórmula de la recomendación práctica API-RP-1111.

Por ejemplo de la inspección realizada en el ducto ascendente 161 en la

plataforma de Rebombeo y datos de diseño tenemos:

Para la zonas C, D, E y F:

• Diámetro exterior nominal: 36 pulg.

• Presión máxima de trabajo: 50 kg/cm2 = 711 psi

• Presión de operación de trabajo: 13 kg/cm2 = 185 psi

• Temperatura de operación: 50°C.

• Especificación: API-5L-Gr.X-52

• Sb = Esfuerzo Permisible Básico (psi): No aplica

• S = Esfuerzo Permisible (psi): 52000

• E = Factor de Junta Longitudinal: 1.0

• Y = Factor por temperatura: No aplica

• tc = Factor de corrosión: 0.150”

• fd = Factor de diseño: 0.60

• Año de diseño: 1996

• Años operando: 17 años

• Servicio: Oleoducto

• Espesor mínimo detectado en inspección: 0.1000 pulg

85

Con estos datos entramos a la formulación del código API-RP-1111:

Para evaluar tc, encontramos que, para el año 1996, la tolerancia por corrosión

es de 0.150”.

t = 0.397 + 0.150 = 0.547 pulg.

Espesor mínimo requerido de 0.547 pulg < espesor mínimo detectado 0.1000

pulg.

El espesor mínimo detectado de 0.1000 pulgadas es mayor que el espesor

mínimo requerido de 0.547 pulgadas, por lo que el espesor de 0.1000 pulgadas

se encuentra por arriba del mínimo requerido y cumple con la norma API RP

1111. Con lo cual el espesor mínimo requerido es menor al mínimo detectado,

por lo que el ducto en las zonas C, D E y F no tiene problemas por presión.

Ec. 3.4

86

CONCLUSIONES

De acuerdo a la comparativa de los resultados y aplicando los códigos que

regula la seguridad de los ductos ascendentes en cada una de sus zonas.

La zona A Trampa de diablos, en carrete A-4 el espesor localizado a las 3.00

hrs a 5 cm de la soldadura A.4 entre brida de válvula, cumple con la norma

ASME B31.3 para la presión máxima de trabajo de 50 Kg/cm2.

En zona B en carrete B.7 el espesor localizado a las 06.00 hrs a 5 cm de la

soldadura B.7 entre B8, cumple con la norma ASME B31.3 para la presión

máxima de trabajo de 50 Kg/cm2.

En las zonas C, D, E y F, los espesores mínimos detectados cumplen con la

norma API RP-1111 para las presiones de operación y máxima de trabajo.

Durante el periodo de inspección el ducto se encontró operando a 13 Kg/cm2

por lo que puede seguir operando en las condiciones actuales sin riesgo

estructural. El ducto ascendente presentó además daños menores que

requieren mantenimiento preventivo.

RECOMENDACIONES

Los resultados de la inspección del ducto ascendente en la plataforma de

Rebombeo indican que Pemex no debe rebasar la presión máxima de

operación de 50 Kg/cm2 ya que el espesor mínimo requerido de 0.754

pulgadas, se encuentra cercano al espesor mínimo detectado en la inspección

que es de 0.760 pulgadas y pondría en riesgo la integridad física del ducto y el

entorno ecológico.

Reparar daño caliente localizado en el carrete de la cubeta “A.21” de 4 x 1.5 x

0.2 cm o esmerilar los bordes angulosos y posteriormente aplicar recubrimiento

primario anticorrosivo especificación Pemex NRF-009 RP-4 tipo B, una capa de

0.0025”, mas acabado epóxico Especificación Pemex RA-26, una capa de

0.005”, y acabado de poliuretano Especificación Pemex RA-28 Una capa de

0.002”, previa limpieza a metal blanco Especificación Pemex LA-80.

Remover el crudo existente en Zona A y B en 6 m2, haciendo Limpieza

Química con producto químico desengrasante con agua, para conservar el

aspecto del ducto en buenas condiciones.

87

Capítulo 4

Líquidos Penetrantes.

88

INTRODUCCIÓN

La inspección por líquidos penetrantes es un tipo de ensayo no destructivo que

se utiliza para detectar e identificar discontinuidades en la superficie de los

materiales examinados. Generalmente se emplea en aleaciones no ferrosas,

aunque también se puede utilizar para la inspección de materiales ferrosos

cuando la inspección por partículas magnéticas es difícil de aplicar. En algunos

casos se puede utilizar en materiales no metálicos. El procedimiento consiste

en aplicar un líquido coloreado o fluorescente a la superficie en estudio, el cual

penetra en cualquier discontinuidad que pudiera existir debido al fenómeno de

capilaridad. Después de un determinado tiempo se remueve el exceso de

líquido y se aplica un revelador, el cual absorbe el líquido que ha penetrado en

las discontinuidades y sobre la capa del revelador se delinea el contorno de

éstas.

Las aplicaciones de esta técnica son amplias, y van desde la inspección de

piezas críticas como son los componentes aeronáuticos hasta los cerámicos

como las vajillas de uso doméstico. Se pueden inspeccionar materiales

metálicos, cerámicos vidriados, plásticos, porcelanas, recubrimientos

electroquímicos, entre otros. Una de las desventajas que presenta este método

es que sólo es aplicable a defectos superficiales y a materiales no porosos.

54

Fig. 4.1 Secuencia de la Técnica de Líquidos Penetrantes.

Fuente: PND IMENDE.

89

LÍQUIDOS PENETRANTES

La inspección por líquidos penetrantes es un método específico en la detección

de discontinuidades que se encuentran abiertas a la superficie en materiales no

porosos. Las discontinuidades comúnmente detectables por este método son:

• Grietas

• Laminaciones

• Socavados

• Porosidades

En principio el líquido penetrante es aplicado en la superficie de prueba a

inspeccionar, este penetra en las discontinuidades, luego el exceso de

penetrante es eliminado. La superficie es secada y el revelador es aplicado.

El revelador funciona como absorbente del penetrante que ha quedado

atrapado en las discontinuidades y como superficie de contraste. El tinte en el

penetrante puede ser visible o fluorescente (visible bajo el uso de luz negra).

Pueden ser usados penetrantes visibles o fluorescentes. Para cada técnica se

pueden usar uno de los siguientes tres tipos de sistemas penetrantes:

a) Lavable con agua

b) Post-emulsificable

c) Removible con solvente

Materiales Penetrantes El término „materiales penetrantes‟ es usado en este artículo para todos los

penetrantes, solventes o agentes limpiadores, reveladores, etc. usados en el

proceso de inspección.

Restricciones La inspección por penetrantes fluorescentes no debe seguir una inspección por

penetrantes visibles. La mezcla de penetrantes diferentes familias no es

permitida. Una re-inspección con penetrantes lavables con agua puede causar

pérdida marginal debido a contaminación.

90

PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE

En general, resultados satisfactorios pueden ser obtenidos cuando la superficie

de la parte es de soldadura, de rolado, de fundido, o de forjado. La preparación

de la superficie por esmerilado, maquinado u otro medio pueden ser necesarios

cuando las irregularidades pudieran enmascarar indicaciones de

discontinuidades inaceptables.

Antes de la inspección por penetrantes, la superficie a ser inspeccionada y

todas las áreas adyacentes deben estar secas y libres de cualquier material

que afecte la inspección.

Pueden ser usados agentes típicos de limpieza como detergentes, solventes

orgánicos y removedores de pintura.

El método de limpieza es una parte importante en el proceso de inspección.

55

Fig. 4.2 Preparación de la Superficie.

Fuente: BOSCH.

91

Secado después de la Inspección

Después de la limpieza, el secado de las superficies a inspeccionar debe ser

realizado por evaporación normal o con aire caliente. Un periodo mínimo de

tiempo debe ser establecido para asegurar que la solución limpiadora se ha

evaporado antes de la aplicación del penetrante.

Técnica para Temperatura Estándar

La temperatura del penetrante y de la superficie de prueba no debe ser menor

a 60° F ni mayor a 125° F, en toda la inspección. El calentamiento o el enfriado

de la pieza de prueba es permitido siempre y cuando se cumpla con el rango

de temperatura, otras temperaturas y tiempos pueden ser usadas.

56

57

Fig. 4.3 y 4.4 Secado y Aplicación de Penetrante.

Fuente: PND IMENDE.

92

APLICACIÓN DEL PENETRANTE

El penetrante puede ser aplicado por cualquier medio aplicable, por ejemplo:

inmersión, brocha o aspersión. Si el penetrante es aplicado por aspersión con

aire comprimido el uso de filtros es obligatorio para evitar contaminación con

grasa o agua.

El tiempo de penetración es crítico, el tiempo de penetración mínimo debe ser

como recomienda cada procedimiento.

58

59

Fig. 4.5 Aplicación de Penetrante con Brocha.

Fuente: PND IMENDE.

Fig. 4.6 Práctica no Recomendada para Aplicación

de Penetrante.

Fuente: PND IMENDE.

93

Remoción del exceso de penetrante

Después del tiempo de penetración debe ser removido el exceso de penetrante

tomando en cuenta no remover penetrante de las discontinuidades.

El exceso de penetrante removible con solvente debe ser removido por

absorción con un trapo o papel absorbente, repitiendo la operación hasta que la

mayoría de los residuos finales sean removidos con un trapo ligeramente

humedecido con solvente. Para minimizar la remoción del penetrante en las

discontinuidades debe tenerse cuidado de no usar removedor en exceso. El

uso del removedor sobre la pieza de manera directa está prohibido.

60

Fig. 4.7 Acción del Penetrante.

Fuente: PND IMENDE.

94

Para removibles con solvente, las superficies pueden ser secadas con

evaporación normal, con un trapo seco o aire forzado.

62

61 Fig. 4.8 Remoción del Penetrante.

Fuente: PND IMENDE.

Fig. 4.9 Práctica No Recomendada de la Remoción del

Penetrante.

Fuente: PND IMENDE.

95

REVELADO

El revelador debe ser aplicado tan pronto como sea posible. El intervalo de

tiempo no debe exceder a lo estipulado en el procedimiento. Una aplicación

insuficiente de revelador puede no hacer visible las discontinuidades,

inversamente una aplicación excesiva del revelador puede enmascarar las

indicaciones.

Con penetrantes visibles solo debe ser usado revelador húmedo.

Antes de la aplicación del revelador húmedo tipo suspensión a la superficie de

prueba, el revelador debe ser fuertemente agitado para asegurar la adecuada

dispersión de las partículas suspendidas.

64

63

Fig. 4.10 y 4.11 Aplicación del Revelador.

Fuente: PND IMENDE.

96

INTERPRETACIÓN

El tamaño verdadero y tipo de discontinuidad son difíciles de evaluar si el

penetrante se expande excesivamente en el revelador. Consecuentemente, la

superficie debe estar observada de cerca durante la aplicación del revelador.

La interpretación final, debe ser hecha de 7 a 30 min. Si las indicaciones al

expandirse no aceptaran los resultados de inspección se permiten tiempos de

interpretación mayores, también si la superficie a ser inspeccionada es muy

grande.

Con penetrantes visibles el revelador forma una capa razonablemente uniforme

y blanca. Las discontinuidades en la superficie son indicadas por el sangrado

del penetrante, el cual normalmente es de un rojo intenso sobre el fondo blanco

del revelador. Una coloración ligeramente rosa de las indicaciones puede

indicar un limpiado en exceso. Una limpieza inadecuada puede dejar un fondo

excesivo que haga difícil la interpretación, una adecuada iluminación es

requerida para asegurar la sensibilidad durante la inspección y evaluación de

las indicaciones.

65 66

Fig. 4.12 y 4.13 Interpretación de las Indicaciones.

Fuente: PND IMENDE.

97

EVALUACIÓN

Todas las indicaciones deben ser evaluadas en términos de criterios de

aceptación de la sección del código de referencia.

Discontinuidades en la superficie deben ser indicadas por el sangrado del

penetrante. Sin embargo, irregularidades en la superficie debido al maquinado

u otras condiciones superficiales pueden producir falsas indicaciones.

Áreas grandes de pigmentación pudieran ocultar indicaciones de

discontinuidades que sean inaceptables, tales áreas deben ser limpiadas y

reexaminadas.

Discontinuidades detectables según su localización

La ventaja que ofrece la Inspección de Líquidos Penetrantes sobre una

Inspección Visual sin ayuda es que esta hace que los defectos sean más

fáciles de ver por el inspector.

68

67

Fig. 4.14 Discontinuidades Detectables. (Superficiales).

Fuente: PND IMENDE.

Fig. 4.15 Discontinuidades Detectables. (Sub-superficiales).

Fuente: PND IMENDE.

98

Hay básicamente dos formas en que se facilita la detección de

defectos. Primero, hace que la indicación sea mucho más grande y fácil de

ver que la indicación misma. Muchos defectos son tan pequeños o estrechos

que ellos pasan inadvertidos por el ojo sin ayuda.

La segunda forma en que la Inspección de Líquidos penetrantes mejora la

detectabilidad de un defecto es que se produce un alto grado de contraste

entre el defecto y su área circundante lo cual también ayuda a que la detección

del defecto se mas fácil. Cuando se efectúa la Inspección con un tinte visible,

los materiales penetrantes son formulados usando un tinte rojo brillante que

provee un alto nivel de contraste en medio del revelador blanco que sirve como

fondo así como para “jalar” el penetrante atrapado. Cuando se realiza la

Inspección de Penetrantes Fluorescentes, los materiales penetrantes son

formulados para que cuando sean alumbrados con luz negra brillen

intensamente en un color cuya longitud de onda el ojo es más sensible bajo

condiciones de poca iluminación u oscuridad.

69

Fig. 4.16 Líquidos Penetrantes Fluorescentes.

Fuente: PND IMENDE.

99

CONCLUSIONES.

Como todos los métodos de ensayos no destructivos, la inspección de líquidos

penetrantes tiene ambas, ventajas y desventajas. Las principales ventajas y

desventajas cuando lo comparamos con otros Métodos de Ensayos No

Destructivos son resumidas abajo.

El método es altamente sensible para detectar pequeñas

discontinuidades abiertas a la superficie.

El Método tiene pocas limitaciones para su uso en diversos materiales,

Por ejemplo, materiales metálicos y no metálicos, magnéticos y no

magnéticos, y conductivos y no conductivos pueden ser inspeccionados.

Grandes áreas y grandes volúmenes de partes/materiales pueden ser

inspeccionadas rápidamente y a un bajo costo.

Partes con formas geométricas complicadas son rutinariamente

inspeccionados

Las indicaciones son producidas directamente sobre la superficie de la

parte y constituye una representación Visual de la falla.

Latas de aerosol hacen a los materiales penetrantes muy portátiles.

Los Materiales Penetrantes y el equipo asociado son relativamente

baratos

Solo defectos abiertos a la superficie pueden ser detectados.

Solo se pueden inspeccionar materiales relativamente no porosos.

Pre limpieza es crítica, ya que contaminantes pueden enmascarar

defectos.

Metal untado debido a procesos de sand blast o maquinado deben ser

removidos antes de la inspección.

El Inspector debe tener acceso a la superficie a ser inspeccionada.

El acabado de superficie y rugosidad pueden influir en sensibilidad de la

prueba.

Múltiples operaciones del proceso deben realizarse y controlarse.

Se requiere post limpieza de las partes aceptadas.

100

Capítulo 5 Metalografía.

101

INTRODUCCIÓN

La metalografía estudia las características estructurales de un metal o aleación,

dentro de dichas características se encuentran el tamaño de grano, forma y

distribución de las fases que conforman la aleación, así como la presencia de

segregaciones y otras irregularidades.

Al realizar el análisis metalográfico se puede obtener la microestructura,

inclusiones y tratamientos térmicos a los que haya sido sometido el material,

con el fin de determinar si dicho material cumple con los requisitos para los

cuales ha sido diseñado.

En su sentido más amplio metalografía es la rama de la ciencia que estudia la

estructura de los metales y aleaciones y las relaciona con las propiedades

físicas, mecánicas y químicas. La metalografía trata de la constitución y

estructura de los metales y aleaciones tal como se revela a simple vista o con

ayuda de lupa, microscopios ópticos, electrónicos y otras técnicas posibles.

Es posible determinar el tamaño del grano, así como el tamaño, forma y

distribución de fases e inclusiones que tengan efecto sobre las propiedades del

metal o aleación.

70

Fig. 5.1 Hierros Típicos.

Fuente: Calidad y Técnica Industrial.

102

OBJETIVO GENERAL

Estudiar las etapas requeridas para llevar a cabo un estudio metalográfico, los

diferentes instrumentos y procesos requeridos para la creación de una Prueba

Metalográfica.

Realizar la identificación positiva de materiales mediante la caracterización

metalográfica de los elementos críticos, para tomar una fotomicrografía para su

análisis posterior e interpretación y calificación mediante tablas comparativas y

los estándares establecidos.

Las metalografías utilizadas como técnica no destructiva, permiten determinar

con bastante exactitud el material con el que están fabricados los elementos

que presentan anomalías por su exposición a las condiciones costa fuera, asi

como a altas temperaturas.

Dado que los procesos de degradación metalúrgicos por efecto térmico se

originan principalmente desde la superficie externa o manto, los resultados

extraídos a partir de las metalografías, permiten evaluar el estado

microestructural y la degradación superficial del material de los elementos, y

así planificar la decisión de reemplazar los elementos.

La metalografía no destructiva es una de las técnicas contempladas en los

ensayos no destructivos, utilizada en forma no rutinaria para detectar

heterogeneidades y defectos superficiales que se manifiestan en equipos y

componentes en servicio que trabajan a presión y temperatura en forma

continua.

La especificación de los puntos de obtención de metalografías, se basa en los

estudios previos de la geometría de los ductos y elementos expuestos a la

corrosión, por evaluaciones de deterioro acelerado detectado por técnica de

espesores.

103

Realizar el análisis metalográfico de aleaciones ferrosas y no ferrosas, en

Estructuras, líneas de proceso de los sistemas de tuberías y Recipientes a

Presión que se encuentran en los centros de trabajo tales como refinerías,

terminales de venta, costa afuera y terrestres.

El análisis metalográfico se hace en Laboratorios de la Universidad Nacional

Autónoma de México.

104

PROCEDIMIENTO

La selección del área a inspeccionar, se hace en función de las

necesidades del cliente, de no ser determinada por éste, el inspector

deberá efectuar la selección de la zona de acuerdo a su criterio, teniendo

en cuenta que dicha zona tendrá valor representativo del área sujeta a

inspección.

La muestra a pulir para el examen metalográfico es generalmente no

mayor de 12 a 25 mm ó 0.5 a 1.0 pulgadas cuadradas o

aproximadamente de 12 a 25 mm de diámetro si el material es cilíndrico.

Antes de realizar el desbaste es importante eliminar toda la grasa o

aceite con solvente orgánico. De existir recubrimientos metálicos debe

ser observado en el microscopio y eliminarse para llegar al metal base.

Las zonas oxidadas pueden limpiarse con acetona, lograda la limpieza

del área a estudiar, ésta se encuentra lista para la operación de desbaste.

Antes de desbastar la zona en estudio, el inspector debe proteger su vista

con gafas o careta.

Fases de Desbaste

El desbaste inicial, tiene como objetivo mover imperfecciones tales como,

productos de corrosión y distorsiones, de la superficie a estudiar,

utilizando papel de lija grit 240.

En el desbaste intermedio se utiliza la lija grit 340 y posteriormente la de

400.

105

El desbaste final se realiza de la misma forma que los anteriores, con lija

600. Se debe recordar que en cada paso debe tomarse en cuenta el

sistema refrigerante. Cada vez que se cambie de lija, debe girarse 90

grados, en dirección perpendicular a la que se seguía con la lija anterior,

hasta que las rayas desaparezcan por completo.

En el pulido fino, se busca eliminar en su totalidad el rayado de la última

lija (grit 600), la cual se realiza con un paño húmedo cargado con

partículas abrasivas en suspensión utilizando agua corriente, en este caso

se usará polvo de alúmina, hasta eliminar el rayado y dejar pulido a

espejo, libre de ralladuras, procediendo a limpiar y secar la superficie con

alcohol y algodón dejándola preparada para el ataque químico.

Para iniciar el ataque químico se prepara con anterioridad el reactivo

químico apropiado para cada metal o aleación, en estos casos las

reacciones químicas que se llevan a cabo son exotérmicas, por lo que la

mezcla de estos reactivos se debe de realizar en forma lenta y

cuidadosamente y no se debe tener contacto con los mismos, en caso de

tenerlo debe lavarse abundantemente con agua corriente.

El tiempo de ataque varía según el material a examinar, la aplicación del

nital se realiza cubriendo la totalidad de la superficie a examinar. Se

finaliza el ataque lavando la superficie atacada con agua dulce, se

enjuaga con acetona y se limpia con algodón.

Posteriormente se observa con el microscopio, si después de atacada la

muestra, ésta solamente presenta un mínimo de granos expuestos, se

procederá a remover la capa atacada y repetir el paso de pulido fino, si

después de atacar la muestra, esta se encuentra obscura (sobre

atacada), se iniciara el procedimiento desde la lija más fina.

106

La técnica que se maneja para efectuar la observación es la de

microscopía óptica, la cual se realiza a más de 100x con ayuda de un

microscopio metalúrgico siendo posible determinar la forma, cantidad,

tamaño y distribución de las fases presentes en la microestructura así

como defectos y discontinuidades. El montaje del equipo deberá ser con

cuidado para evitar caídas, movimientos y desajustes en el momento de

tomar la fotomicrografía.

Esta técnica de inspección se realizará de manera indicativa, más no

limitativa en:

1.- En todos los elementos fuera de norma y cercanos al límite de retiro, donde

sea factible la realización de la caracterización del material.

2.- Se debe de realizar en los carretes y/o accesorios de cada diámetro del

circuito, donde se detecte el espesor mínimo, cuando sean de 3”Ø en adelante.

107

INTERPRETACIÓN/EVALUACIÓN

En la descripción de la microestructura en estudio, debe ser efectuada por el

inspector quien debe tener conocimientos de metalografía así como bibliografía

donde aparezcan tablas y micrografía para efectuar comparaciones de acuerdo

a estándares aplicables por cada técnica.

108

DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD Y/O METODOLOGÍA

Equipo

- Microscopio metalográfico portátil: Cuenta con su propia fuente de poder,

pedestal para asentarse a metal base, tres objetivos diferentes para dar

enfoque de 100X, con adaptador para cámara digital.

- Cámara fotográfica digital con resolución de 5 megapíxeles: Se utiliza

para registrar la microestructura.

Herramienta y materiales

- Lijas, Grit 80, 100, 240, 320, 400, 600, 1000, 1200,

- Algodón

- Polvo de alúmina

- Paño grado metalográfico

- Herramienta giratoria

- Piceta

- Agua dulce

- Solvente

- Trapo limpio

- Brocha

Reactivos de ataque para metales ferrosos y no ferrosos:

- Alcohol etílico o metílico 95-100%

- Ácido nítrico

- Acetona grado analítico

109

Preparación de la Superficie.

La preparación de superficies de análisis, tiene importancia relevante para la

obtención nítida de las microestructuras en el examen metalográfico.

Considera desbaste primario con lija para retirar la protección anticorrosiva, se

empieza con lija Grit 240.

71

Desbaste secundario aumentando gradualmente el Grit hasta llegar a 1200, lo

que se busca es lograr un acabado espejo uniforme, sin rayones en la muestra.

72 73

Fig. 5.2 Desbaste con Lija Grit 240.

Fuente: Propia.

Fig. 5.3 y 5.4 Desbaste para Obtener Acabado Espejo.

Fuente: Propia.

110

Pulido Pulido primario y secundario, con alúmina de 3 y 1 micrón respectivamente.

Ataque Químico.

Este ataque permite poner en evidencia la estructura del metal o aleación.

74

75

Fig. 5.5 y 5.6 Pulido con Paño Metalográfico y Alúmina.

Fuente: Propia.

Fig. 5.7 Tipos de Reactivos.


111

Se utiliza como reactivo químico, el Nital al 5%.

Para su aplicación, se vierten unas gotas de nital sobre la muestra

asegurándose que el nital cubra toda la cara.

Por lo común es adecuado de 3 a 5 segundos para que el ataque químico sea

adecuado.

El nital oscurece la perlita y pone de manifiesto los bordes de la ferrita. Ferrita y

cementita blancos y perlita más oscura.

Inmediatamente después se lava la muestra con agua destilada, se enjuaga

con alcohol y se seca mediante un golpe de aire.

76

Fig. 5.8 Granos de Ferrita (blanco) Y Perlita (láminas blancas y

obscuras) después de Ataque Químico.


112

Fotomicrografía con Microscopio Portátil Dino-Lite

El microscopio metalográfico se diferencia del ordinario, fundamentalmente, en

su sistema de iluminación. La luz no puede atravesar el metal y por tanto la luz

entra en el objetivo después de ser reflejada en la probeta metálica.

Los microscopios metalográficos suelen llevar un acoplador para montar una

cámara fotográfica o de video ya que, para poder estudiar mejor la estructura

del metal, se obtienen microfotografías.

80

79

77

78

Fig. 5.9 Microscopio Dino-Lite.

Fuente: Propia.

Fig. 5.10 Tomando Microfotografía.

Fuente: Propia.

Fig. 5.11 y 5.12 Microfotografía a 100x Antes Y Después de Ataque Químico.


http://www.cuadernodelaboratorio.es/images/metalografia/sin_ataque.jpg

http://www.cuadernodelaboratorio.es/images/metalografia/acero_400.jpg







113

La observación directa, sin ataque químico, permite observar la presencia de

nódulos de grafito, grietas e irregularidades. Además, en la parte superior se

observa una raya no eliminada durante el proceso de pulido.

Después del ataque, aparecen visibles los límites de grano y las distintas fases

de la estructura del acero.

Hay varios métodos para determinar el tamaño de grano de un metal. Uno de

ellos consiste en tomar un microfotografía, con una cámara adaptada, a 100

aumentos (como la de la imagen de la izquierda) y compararla con los patrones

de la ASTM (American Society for Testing of Materials).

A partir de estos patrones se pueden deducir el tamaño medio de grano y su

superficie.

82 81 Fig. 5.13 y 5.14 Tamaño de Grano.




114

RESULTADOS

ESPECIFICACIÓN APROXIMADA DEL MATERIAL

ASTM A 106 GR. B

TAMAÑO DE GRANO

8.0-9.0

MICROESTRUCTURA

MICROESTRUCTURA FORMADA POR GRANOS DE FERRITA (fase gris) Y

PERLITA (fase negra), LIGERA PRECENCIA DE PRECIPITADOS EN LIMITE DE

GRANO.

FOTOMICROGRAFÍA

100X

REACTIVO

NITAL AL 5%

83

Fig. 5.15 Acero al Carbón A-106 GR B.

Fuente: Propia.

Fuente: Propia

Tabla 5.1 Tabla de Resultados

115

CONCLUSIONES

La metalografía es una excelente técnica no destructiva, que permite conocer

los cambios microestructurales generados por efecto de la temperatura y el

tiempo de operación, en todos los elementos de un circuito.

El Microscopio Portátil tiene cierta ventaja sobre Réplicas Metalográficas en

cuando a fidelidad de la micro estructura obtenida se refiere ya que no se

dispone de un Microscopio Portátil con buenas características, la toma de

imágenes será más compleja comprometiendo la calidad de las mismas.

No se requiere demasiada experiencia al hacer uso del Microscopio Portátil

para el copiado de la Micro estructura, pero al hacer el estudio Metalográfico el

Metalógrafo debe poseer demasiada experiencia y práctica para colocar,

extraer y manipular la Réplica de manera correcta.

En cuanto a infraestructura, el Microscopio Portátil requiere un número mayor

de medios técnicos y humanos.

116

BIBLIOGRAFÍA.

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Certificación de Personal.

API RP-1111 4° Ed. 2009. Práctica Recomendada para el Diseño,

construcción, Operación y Mantenimiento de Ductos de Hidrocarburos Costa

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API 570 3° Ed. 2009. Código de inspección de tuberías- Inspección, reparación,

alteración y revaloración de sistemas de tuberías en servicio.

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grano.

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117

NRF-001-PEMEX-2007. Tubería de Acero para Recolección y Transporte de

Hidrocarburos.

NRF-004-PEMEX-2011. Protección con Recubrimientos Anticorrosivos a

Instalaciones Superficiales de Ductos.

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Submarinos.

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Proceso y Recipientes a Presión en Instalaciones Marinas.

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Mantenimiento Preventivo End