tesina mate4

8/16/2019 tesina mate4

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RESUMEN

En la actualidad existe una gran cantidad de tanques de almacenamiento en la industria

petrolera, los cuales deben ser inspeccionados con cierta periodicidad para garantizar

su buen estado. El mayor problema que existe en la actualidad es que las refinerías

evitan realizar estas tareas debido al prolongado tiempo de inspección y se requiere

dejar fuera de servicio a los tanques evaluados. En muchas ocasiones, las

inspecciones ofrecen resultados favorables, indicando que los tanques se encuentran

en buen estado; sin embargo, con la finalidad de evitar que un equipo quede fuera de

servicio durante la inspección, se plantea emplear una tcnica alternativa de la emisión

ac!stica, la cual eval!e la integridad de los fondos de tanques de almacenamiento,

permitiendo un ahorro de tiempo y dinero a la industria petrolífera. El presente trabajo

est" avocado a implementar y documentar la tcnica alternativa de inspección de

tanques de almacenamiento #$%&'(), partiendo de los procedimientos generales de

inspección hasta la aplicación en un caso específico, cuyos resultados obtenidos

mostraron la gran capacidad del mtodo de Emisión #c!stica para evaluar la integrad

de los fondos de tanques de almacenamiento.


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INTRODUCCION

*a inspección de tanques de almacenamiento #$% + '() de la industria petrolífera es

necesaria debido a que estos contienen hidrocarburos y de producirse una fuga

podrían causar una muy grave contaminación del medio ambiente. # lo largo de la

historia de la industria petrolífera, se han encontrado muchos casos en los que no se

han detectado a tiempo discontinuidades que produjeron fallas con consecuencias

graves, tales como contaminación y degradación de los suelos. $or esta razón, es

necesario evaluar la integridad de los tanques verificando la adecuada hermeticidad;

sin embargo, existe la dificultad que los tanques deben estar vacíos y limpios para

poder utilizar mtodos de inspección convencionales que permitan detectar problemas

que producen fugas, tales como inspección visual, ultrasonido, radiografía industrial y

-*. abe mencionar que solo la operación de evacuar el producto de un tanque a

otro o reducir la capacidad de almacenamiento de las instalaciones, tiene un impacto

económico significativo sobre las empresas petrolíferas. *a propuesta que se plantea

es utilizar un mtodo de inspección avanzado, el cual permita realizar la inspección a

un tanque en servicio, logrando ahorro de tiempo y dinero, por tal motivo se menciona

los fundamentos de la emisión ac!stica, probabilidad de detección y procedimientos de

inspección. Estudios provenientes de laboratorios de desarrollo de emisión ac!stica,

indican que este mtodo alternativo tiene resultados iguales o superiores a los

mtodos convencionales.

/bjetivo 0eneral1

%mplementar el ensayo de emisión ac!stica en tanques de almacenamiento #$%&'().

/bjetivos Específicos1

•

2efinir los principios que utiliza el mtodo de emisión ac!stica.• %mplementar un procedimiento de inspección general.• Evaluar dos casos de tanques de almacenamiento mediante el procedimiento

implementado.• ontrastar resultados obtenidos de la emisión ac!stica contra mtodos

convencionales.


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FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Introducción a los Ensayos No Destructivos (END

En la actualidad existen una variedad de ensayos que nos permiten analizar la

integridad de un sistema o parte de esta sin da3arla. 4*os ensayos no destructivos

han sido definidos como las pruebas usadas para examinar o inspeccionar una parte o

material o sistema sin perjudicar la utilidad de este en un futuro5 67ondestructive

testing handboo8, 9::'. *a finalidad de utilizar estos ensayos es asegurar la

integridad del producto o sistema, evadir fallas, dar ahorros al detectar a tiempo ciertas

fallas que pueden ser solucionadas sin mucho esfuerzo.%nicialmente los ensayos no destructivos 6no invasivos fueron aplicados en el campo

de la medicina a inicios de los a3os


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9.) & ).:)i la calidad es evaluada al final y se detecta alg!n problema,

es difícil saber con exactitud en que parte del proceso se ha dado. >i se realizan

controles de calidad despus de cada proceso, entonces se puede identificar en

qu proceso se provocó el problema y por lo tanto ser corregido ya sea cambiando

de proceso o alterando los par"metros del mismo.


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'. Aeducción de costos de manufactura

El uso de ensayos no destructivos puede reducir los costos de manufactura

cuando detecta características indeseadas en el material o componente en unafase temprana, eliminando así costos de reprocesamiento 6reparación.

F. anteniendo uniforme la calidad

Gna vez que el nivel de calidad ha sido establecido, se obtiene un criterio de

aceptación y ciertas tolerancias. ediante ensayos no destructivos pueden

evaluarse los productos finales y definir si estos deben ser aceptados o

rechazados, manteniendo de esta manera una uniformidad en la calidad de losproductos finales.

>e pueden encontrar distintas tcnicas que nos permiten la evaluación de los

sistemas, las cuales poseen características particulares con ventajas y limitaciones. #

continuación se detallaran las distintas tcnicas existentes y se hablar" sobre las que

pueden ser aplicadas en la inspección de fondos de tanques.

• #E?& Emisión ac!stica• E?& Electromagnetismo• *?& -uga• $?& ?intes penetrantes• ?& $artículas magnticas• 7A?& Aadiografía neutrónica• A?& Aadiografía• %A?& ?rmico@%nfrarrojo 6$d• G?& Gltrasonido• H#& #n"lisis de Hibración 6$d• H?& Hisual• *"ser • -* + agnetic -lux *ea8age

*os mtodos pueden ser clasificados en D tipos, los superficiales y los

volumtricos. 2entro de los superficiales encontramos a los que solo pueden

detectar y evaluar discontinuidades abiertas a la superficie como los tintes

penetrantes, partículas magnticas, entre otros. *os mtodos volumtricos son los

que se emplean para verificar la sanidad interna de un material en todo su espesor.


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Ins!ección "isual

El mtodo de inspección visual 6H? es uno de los mtodos m"s antiguos y

ampliamente usados en los ensayos no destructivos. Ia sido utilizada en inspecciones

que van desde componentes muy sencillos como una bujía hasta complejos como las

partes de una aeronave, recipientes a presión, etc. Este mtodo siempre debe ser

considerado como la primera alternativa de inspección.

HE7?#J#> 2EHE7?#J#>

>e utilizan para una gran variedad de

materiales.

La calidad de inspección depende de

la experiencia del inspector.

$ermite detectar defectos antes de

completar un trabajo.

Solo para discontinuidades

superfciales.

2isminuye n!mero de reparaciones

finales.

Se debe tener acceso a la superfcie a

inspeccionar.

$ermite incremento de producción.%nspección de bajo costo.

La geometría de la pieza no

representa un problema.

>e obtienen resultados inmediatos.

Tintes #enetrantes

*os tintes penetrantes es un mtodo de inspección el cual nos permite netamente

detectar discontinuidades superficiales en materiales sólidos no porosos, siempre y

cuando estas se encuentren abiertas a la superficie. Es aplicado en materiales ferrosos

y no ferrosos, siendo su mayor aplicación en metales no magnticos 6aluminio, cobre,

acero inoxidable austeníticos, etc. $ueden ser aplicados en materiales no met"licos.


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HE7?#J#> 2EHE7?#J#>

Ensayo r"pido de realizar.Solo para discontinuidades

superfciales.

#lta sensibilidad.Se necesita de una excelente

limpieza.

$uede ser utilizado en materiales

ferrosos y no ferrosos.

Las inspecciones en materiales

porosos no son recomendables.

2e bajo costo

El interior de las discontinuidades

debe de estar libre de materiales

como corrosión.

#art$culas %a&n'ticas

Es un ensayo no destructivo con la capacidad de detectar discontinuidades

superficiales y sub superficiales 6ligeramente. 2ebido a que la magnetización es

posible en ciertos metales 6ferromagnticos es que podemos detectar discontinuidades

con la asistencia de polvo de hierro 6como medio en presencia de una atracción


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magntica. En el siguiente gr"fico se muestra como las partículas magnticas detectan

una discontinuidad.

HE7?#J#> 2EHE7?#J#>

$uede revelar discontinuidades que se

encuentren debajo de la superficie.

Se necesita un equipo especial para

la detección de discontinuidades sub-

superfciales (rectifcador).

2e bajo costo.Solo se aplica en materiales

erromagnticos.

$uede inspeccionar materiales porosos.Se necesita dierente posiciones de

magnetización.

Ensayo bastante r"pido. Se tiene que desmagnetizar al

fnalizar si es requerido.

Existen equipos bastante compactos.

MANETIC F)U* )EA+AE (MF)

Es un ensayo no destructivo que tiene la capacidad de detectar discontinuidades

superficiales y sub superficiales. 2ebido a que el principio de funcionamiento es similar

al mtodo de partículas magnticas, este mtodo solo puede ser aplicado en

materiales ferromagnticos debido a que estos son los !nicos que pueden ser


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magnetizados sin problemas 6no se necesita aplicad 2 hasta saturar + Efecto

Kar8hausen

Es un ensayo no destructivo que consiste en D pasos1 el primero es el de inducir un

campo magntico en la pieza a inspeccionar y el segundo es el de usar un detector

sensible de flujo magntico que permita escanear el flujo desviado por las

discontinuidades.

Este ensayo se puede aplicar en distintos componentes como planchas 6fondo de

tanques, cables de acero, tuberías, entre otros, sin importar si es poroso, liso,

rugoso, etc.

HE7?#J#> 2EHE7?#J#>

*as inspecciones se realizan con gran

rapidez.Equipo de alto costo.

Herificación de problemas en tiempo

real.Se necesita personal califcado.

Evidencias de buena calidad gracias al

softLare avanzado.Se requiere de una calibración.

M,TODO NO DESTRUCTI"O - EMISIÓN AC.STICA

*a evaluación por medio de emisión ac!stica es un r"pido ensayo no destructivo con

capacidades demostradas para monitorear la integridad estructural, detectar fugas,


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fallas incipientes en equipos mec"nicos y caracterizar el comportamiento de

materiales.

CONCE#TOS /0SICOS1

E) FENÓMENO DE )A EMISIÓN AC.STICA

*a definición de Emisión #c!stica 6E# es la clase de fenómeno que produce ondas

el"sticas transitorias generadas por un cambio de energía que se da en un material al

tener una deformación. *a primera investigación bien documentada de emisión

ac!stica en los metales fue hecha en #lemania por Joseph Maiser en 9:(). Nl informó

que todos los metales examinados 6zinc, acero, aluminio, cobre y plomo exhiben el

fenómeno de Emisión #c!stica. El uso de la emisión ac!stica como tcnica de

inspección no destructiva ha estado en desarrollo durante mucho tiempo y tambin en

la actualidad la actividad de desarrollo est" todavía en progreso. 2ebido a que la

emisión ac!stica es un mtodo cualitativo, es fundamental utilizar una segunda prueba

no destructiva complementaria con la finalidad de caracterizar problemas potenciales.

CARACTER2STICAS DE )A EMISIÓN AC.STICA

El objetivo principal de una evaluación de este mtodo alternativo, es realizar un

control volumtrico al 9))O para localizar y controlar las fuentes de emisión ac!stica

causados por el crecimiento o evolución de defectos y@o discontinuidad en el material

generado por un esfuerzo aplicado. *as propiedades y la condición estructural del

material, el tipo y la amplitud de esfuerzo aplicado, y la velocidad de la aplicación de

esfuerzo son factores significativos que afectan la evaluación.

*as ondas ac!sticas son captadas por sensores adecuados, colocados en la superficie

del componente bajo examen, que convierten el movimiento en la superficie del

material en una se3al elctrica.

Est" se3ales se procesan y se analizan mediante una instrumentación adecuada paralocalizar las fuentes de emisión ac!stica.

$uede detectar lo siguiente1

- ovimiento de dislocaciones 6deformaciones pl"sticas- *as grietas por fatiga.


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- 0rietas por carga.- orrosión bajo carga cíclica.- orrosión.- -ragilización por hidrógeno.- *a fricción.- %mpacto mec"nico.- Ebullición.- avitaciones.- -ugas.- onitorización del crecimiento de grieta.- Evaluación de integridad estructural.- >eguimiento de la evolución.

*a emisión ac!stica se trata de un mtodo pasivo y se aplica solo cuando el material

es sometido a un esfuerzo o durante funcionamiento. 0eneralmente se trata de un

proceso irreversible y es sensible al efecto Maiser, principio bajo el cual se eval!an

materiales met"licos.

*a emisión ac!stica se detecta a partir de un bajo nivel de carga hasta la ruptura, pero

solo si el material no ha sido esforzado o cargado previamente a niveles de carga

superiores al de la evaluación. $or lo tanto, no hay actividad de emisión ac!stica hasta

la carga m"xima aplicada previamente.

2urante la examinación, no se tiene control sobre el mecanismo de generación de

sonido; sin embargo, es posible someter un material a las condiciones que har"n la

producción de emisión ac!stica. Estas pueden ser un alto nivel de esfuerzo o una alta

temperatura que producen una inestabilidad en el material.

*as se3ales de emisión ac!stica son de dos tipos1

>e3ales continuas1 este tipo de se3al est" presente en todo momento, analiza la

amplitud y frecuencia.


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>e3ales transitorias1 constan de puntos iniciales y puntos finales.

ada tipo de da3o es característico de cierto nivel de amplitud 6decibeles, razón por la

cual es conveniente saber qu tipo de falla se espera encontrar en el componente que

est" siendo evaluado. # continuación se muestra un cuadro en el que se observa qu

amplitud se genera para cada tipo de da3o1


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Discontinuidades vs A%!litud

$or otro lado, se ha estudiado qu tipos de falla pueden ser encontradas seg!n elrango de frecuencias de los sensores seleccionados en la evaluación por emisión

ac!stica. # continuación se muestra el rango de frecuencia de varios tipos de estudios

de emisión ac!stica.

Ti!os de 3alla vs 3recuencia

#plicación D) + 9)) 8Iz 9)) +


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2etección de fugas en tuberías

6agua@combustible

=

2etección de fisura =

$ruebas de integridad de

recipientes a presión

=

2etección de descargas parciales = 6cuando el

ruido es bajo

=


estructuras met"licas

=


materiales compuestos

=


estructuras de concreto

=

onitorio en procesos de secado de

madera

=

$ruebas en peque3os

especímenes

=

MEDICIONES DE EMISIÓN AC.STICA

?ipos de mecanismo que pueden producir se3al transitoria1

& recimiento de los defectos. & #ntelación de grieta.& %nclusiones y fractura.& 2egradación de la superficie debida a la corrosión, la rotura de óxido, la

desunión& de los revestimientos.& 2egradación en material compuesto de fibras o rotura de la matriz,

delaminación,& deslizamiento fibra&matriz, etc.

$ar"metros de medición en una se3al transitoria1

& Iora de llegada& #mplitud

& 2uración& Energía& ?iempo de subida de forma de onda


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& 2elta ?& /rden de llegada a los sensores& -unción de distribución

Ele%entos de una onda

?ipos de mecanismos que producen se3ales continuas1

& $rocesos de fabricación.& Auido ac!stico asociado a un proceso de soldadura.& Auido asociado al trabajo mec"nico1 torneado, fresado, fabricación

superficial.& -ugas y ruidos de flujo.& $rdidas desde los accesorios de los componentes presurizados.& -ugas en la v"lvula.

$ar"metros de medición en una se3al continua1

& A >& Espectros de energía, intercambio de espectros.& ?iempo correlación, correlación cruzada.& oherencia.& -unción que describe la actividad ac!stica.& $ar"metros externos.

ATENUACIÓN


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El trmino atenuación se utiliza generalmente para describir la disminución de la

amplitud de una onda que se produce al viajar a travs de un medio.

*a causa de la atenuación puede ser identificada como1

& 0eomtrica.

& &Estructural.& 2ebida a los medios de comunicación adyacentes.

*a atenuación ser" función de1

& -recuencia de onda.& ?ipo de material.& 2istancia recorrida por la onda.

Atenuación eo%'trica

*a atenuación geomtrica consiste en la prdida de energía que se da principalmentedebido a la distancia que recorre la onda. Gna fuente de energía esfrica irradia en

todas las direcciones, por tal motivo a medida que un cuerpo se aleja de esta fuente

de energía, la energía recibida por el cuerpo disminuye.

Atenuación &eo%'trica 4 Es3'rica

% B intensidad Q B potencia r B radio

Atenuación &eo%'trica 4 )ineal

Atenuación estructural

*a atenuación estructural est" compuesta por varios mecanismos1


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& #bsorción de la energía por los medios de comunicación, la cual se transforma

en calor.- 2ispersión debida a la refracción, reflexión y difracción de la onda que se

propaga en todas las direcciones encontr"ndose con discontinuidades como

inclusiones, poros, grietas, hendiduras, etc.& 2iferencias de dispersión de la velocidad para los distintos modos de onda.

Atenuación estructural

Atenuación en %edio adyacente

2urante la prueba de emisión ac!stica se encuentran distintos elementos de

atenuación, los cuales se deben de agregar como factores de atenuación a lo antes ya

mencionado 6estructurales, geomtricos. #lgunos de estos elementos son1

& -luidos.& -$inturas.& Aevestimientos.

& #islamiento.& ?ierra.

En condiciones normales, es posible predecir analíticamente el factor de atenuación

de ciertas estructuras; sin embargo, podría medirse tambin experimentalmente en la

estructura. 2ebido a la atenuación, el monitoreo de una gran estructura requiere el uso

de un gran n!mero de sensores colocados adecuadamente para asegurar la

capacidad de detección de los eventos de emisión ac!stica generados en cualquier

parte de la estructura.


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IM#EDANCIA AC.STICA

ada material se caracteriza en relación a la propagación de ondas ac!sticas, la cual

depende de su impedancia ac!stica.

R B S T H

S B densidad o masa específica del material 68g@m

H B Helocidad de la onda 6m@s

El valor dimensional de la impedancia es R B 8g m&D s&9

En conclusión, la impedancia ac!stica para un material dado es la resistencia del

material al paso del sonido.

Curvas de atenuación

#RO#AACIÓN DE )AS ONDAS

*as se3ales de emisión ac!stica son las respuestas de un sensor a una onda de

sonido producida en un medio sólido

Estas ondas son similares a las que se propagan en el aire o en un fluido, pero m"s

complejas debido a que el medio sólido ofrece una resistencia a las fuerzas de

cizallamiento generadas. *os tipos de ondas pueden variar en función de la dimensión

del medio en que se generan y se propagan. on precisión se consideran los

siguientes casos1

& edio infinito.& edio semi&infinito 6con una superficie - $laca infinita 6con dos superficies

El enlace entre la fuente y la se3al de la emisión ac!stica producida por el sensor es laonda ac!stica. ?odos los materiales est"n compuestos de "tomos. $ara muy bajas


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frecuencias de los movimientos atómicos, el acoplamiento puede extenderse sobre un

gran n!mero de "tomos 6gran penetración. Este movimiento correlacionado de una

gama larga de "tomos es una onda ac!stica la cual corresponde a muchos "tomos

desplazados en la misma dirección desde su equilibrio. Este movimiento es una

deformación local en la estructura cristalina. Esta deformación es din"mica y el

movimiento atómico es casi oscilatorio.

En un medio, una onda tiene una componente espacial y otra temporal. *a frecuencia,

longitud de onda y la velocidad est"n estrechamente relacionadas de la siguiente

manera1

H B U T f

H B Helocidad

U B *ongitud de onda

f B frecuencia

Onda Sinosoidal

2efiniciones1

Helocidad 6H1 Helocidad de 2esplazamiento 6cm@s

-recuencia 6f1 iclos o vibraciones por segundo 69@s

*ongitud de la onda 6U1 2istancia que el sonido recorre en un ciclo 6cm

Gna onda ac!stica puede existir en cualquier material1 un sólido, un líquido o un gas.

>u velocidad se determina por la característica del material.

v i=√ ci∗ ρ

Hi B Helocidad de tipos de ondas.

i B constante el"stica.

S B densidad del material


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*a constante el"stica es una medida de la fuerza de acoplamiento entre los "tomos

para ese tipo particular de movimiento. on fuerza de acoplamiento, nos referimos a la

fuerza que existe en el enlace atómico. 2iferentes movimientos relativos de los "tomos

tendr"n diferentes valores de la constante el"stica. *a velocidad de la onda debe ser

directamente proporcional a la fuerza atómica 6constante el"stica e inversamente

proporcional a la densidad.

*a siguiente tabla reduce algunos modos de onda en forma sólida.

Ti!os de onda en sólidos "i5ración de !art$culas

*ongitudinal $aralela a la dirección de onda

?ransversal $erpendicular a la dirección de onda

>uperficiales /rbital elíptica + simtrica

2e plato + *ambomponente perpendicular a la

2e plato + *ove$aralelo a la capa de plano +

a la dirección de onda

2e Aayleigh /nda guiada a lo largo de la interface

TI#OS DE ONDA AC.STICA

El tipo de onda est" determinado por la correlación entre el movimiento de las

partículas y la dirección de propagación de las ondas.

/nda longitudinal o de compresión

& *a molcula vibra en la dirección de la propagación del sonido.& *a forma de onda es producida por una serie alternativa de compresión y

expansión.& Existe en todos los estados de la materia.& Es el modo m"s r"pido de todos los que se originan.& asi todos los otros modos se originan como ondas longitudinales y luego son

convertidos.


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Onda )on&itudinal

/nda transversal o de corte

& *a molcula vibra a :)V respecto a la dirección de propagación del sonido.& *a forma de onda producida tiene un movimiento similar al de una serpiente.& Existe solo en materia sólida.& #proximadamente tiene la mitad de velocidad de las ondas longitudinales.

Onda Transversal

/ndas de Aayleigh

& Junto a las ondas transversales y longitudinales se generan las ondas de

superficie o Aayleigh que viajan sobre la superficie e ingresan a una profundidad

de una longitud de onda.

& El movimiento de las partículas tienen una órbita elíptica.& *a propagación es a lo largo de la superficie y su velocidad es de

aproximadamente ).: veces la velocidad transversal.& Este tipo de onda es la m"s favorable para la localización de fuentes de emisión

ac!stica debido a que es no dispersiva.& >on como ondas de agua, excepto que el movimiento de las partículas son

elípticas y no circulares.& Existe solo en la interfaz entre sólido y gas.& El espesor del material debe ser mayor de aproximadamente una longitud de onda.& *a mayor parte de la energía del sonido se concentra en la superficie.


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Onda Raylei&6

/nda de *amb

& >e generan cuando la longitud de onda es comparable con el espesor del material

debido a la reflexión de las ondas longitudinales y transversales en las dos placas

de la superficie.& >e trata de una onda dispersiva pues la velocidad de propagación varía con la

frecuencia.& *a amplitud relativa de movimiento paralelas y perpendiculares a la placa depende

en gran medida del modo y la frecuencia.& >e tienen dos tipos de ondas *amb1 simtricas y asimtricas.& *a se3al de salida del sensor de emisión ac!stica es la resultante de la suma de

las ondas directas y reflejadas.


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*as ondas de

*amb simtricas

pueden existir en un

n!mero complejo de

movimiento de las partículas.

Ondas de )a%5 si%'tricas

$ara la generación de ondas de *amb asimtricas, el espesor del material debe ser

una longitud de onda o menos. $osee una velocidad menor que la onda transversal

pero es variable.

Ondas de )a%5 asi%'tricas


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REF)E*IÓN + TRANSMISIÓN

*a reflexión y transmisión de las ondas ac!sticas en una interface dependen de la

impedancia ac!stica característica de los dos materiales.

Trans%isión + Re3le7ión

Ai = Amplitud de la onda incidente.Ar = Amplitud de la onda reflejada.

At= Amplitud de la onda transmitida.

Est" onda se refleja y se divide en dos tipos de ondas1

*ongitudinal con un "ngulo de reflexión A* tales como A* B i ?ransversal con un "ngulo de A?, tal que A? P A*

El proceso de división se conoce como1 /2/ 2E /7HEA>%W7

Re3le7ión 4 Conversión

REFRACCIÓN

?al como los fenómenos de reflexión, tambin hay un fenómeno de refracción con unadivisión de la onda incidente en dos tipos de onda1 *ongitudinal y ?ransversal. omo


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en el caso anterior, el "ngulo de refracción r* para la onda * ser" siempre mayor que

el "ngulo r? de la onda de refracción.

uando una onda plana golpea un interface, los "ngulos de reflexión y transmisión se

rigen por la 4*ey de >nell5.

Re3racción

Gna onda ac!stica con un "ngulo incidente que no sea perpendicular, se convertir" en

otros modos de onda. El "ngulo de incidencia es igual al "ngulo de reflexión.

COM#ARACIÓN CON OTROS M,TODOS DE ENSA8OS NO DESTRUCTI"OS

& *a energía que se detecta se libera desde el interior del material en lugar

de ser suministrado por el mtodo no destructivo tal como en radiografía o

ultrasonido.& >e trata de una inspección volumtrica la cual permite la evaluación de la

integridad del componente.

& $ermite el control de las zonas sin acceso a las pruebas no destructivas

convencionales.& >e puede aplicar con el sistema en operación.& $ermite un control en tiempo real de los componentes sometidos a carga

severa evitando la posibilidad de una falla catastrófica.& *a emisión ac!stica es capaz de detectar procesos din"micos asociados con la

degradación de la integridad estructural.


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#RINCI#IO DE EMISIÓN AC.STICA

El principio de esta tcnica est" basado en el efecto Maiser el cual indica que si a un

material se le aplica una carga mayor a la de trabajo, entonces este va a liberar

energía en forma de ondas. *a energía que es liberada en este proceso, puede ser

captada por algunos sofisticados sensores y mediante un proceso 6softLare se

analizan y se puede identificar si existe alg!n problema con el sistema que altere sufuncionalidad.


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El concepto b"sico de la emisión ac!stica consiste en aplicar un estímulo al material o

estructura hasta localizar un punto de cedencia del material. Este punto de cedencia

produce una onda de esfuerzo que se propaga el"sticamente por la estructura. En

alg!n punto llega a la superficie y estimula un sensor piezoelctrico. Este sensor

convierte la energía mec"nica en una se3al elctrica que se amplifica para el proceso

de los an"lisis.

#roceso de e%isión ac9stica

E3ecto +aiser1

Gna característica importante de emisión ac!stica es su respuesta irreversible en

muchos metales. Esta característica de los metales se ha evidenciado en 9:() por

Josef Maiser de la que tomó el nombre y se define como la ausencia de detectar

emisión ac!stica hasta que no se haya alcanzado previamente el nivel de esfuerzo.

*a emisión ac!stica se crea por la formación o propagación, bajo una carga aplicada,

de un 4defecto5 como una grieta, una avalancha de dislocaciones, descohesión de una

interface, etc.>i se desea producir nuevamente una emisión ac!stica a partir del mismo defecto, se

deber" esforzar el sistema a un esfuerzo mayor al que se esforzó anteriormente para

producir la emisión ac!stica. El nivel de la presencia del efecto Maiser varía con los

metales y puede desaparecer por completo para la aleación con características de

recocido a temperatura ambiente.

>e ha demostrado que este efecto no es permanente y que el efecto Maiser podría

disminuir en función de la duración del intervalo entre la aplicación sucesiva de

esfuerzo y a la temperatura a la que los materiales han sido sometidos, entre uno y el


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otro esfuerzo. Esta condición se cumplir" siempre que los defectos no se alteren de

forma irreversible durante la descarga, recarga o entre la descarga y recarga.

Es esencial que no haya nuevas fuente de emisión ac!stica generadas durante el ciclo

de descarga + recarga. Estas condiciones son a menudo cumplidas y el efecto Maiser

se observa para muchos materiales. *os m"s graves errores de las condiciones

requeridas para el efecto Maiser surgen de procesos activados trmicamente.

*os efectos de los procesos activados trmicamente pueden ser acelerados por una

temperatura elevada entre la descarga y ciclos de recarga.

E3ecto +aiser

E:ui!a%iento

%nstrumentación de prueba de emisión ac!stica1

- %nstrumentación.- #condicionamiento de se3al.- El ruido del sistema de emisión ac!stica.- *os lazos de tierra.- #coplamiento electrost"tico.- #coplamiento magntico.- #condicionamiento de se3al + -iltros.- #condicionamiento de se3al + #mplificador de potencia.- onvertidor de audio + Elementos.- El digitalizador de se3al de emisión ac!stica + Elementos.- *as unidades de medida de amplificación.- $rocesamiento de se3ales.

*a aplicación de la tcnica de emisión ac!stica requiere un sistema capaz de adquirir,

procesar, visualizar y almacenar los datos en tiempo real. El equipo de emisión

ac!stica ser" elegido para garantizar la correcta aplicación del mtodo, llevar a cabo


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una prueba completa de emisión ac!stica, incluso si se trata de una aplicación

particular.

2ependiendo del tipo de aplicación y el tipo de información requerida, la

instrumentación de emisión ac!stica puede ser de un solo canal y aumentar hasta un

sistema multicanal con un sofisticado softLare de elaboración y presentación de los

datos de emisión ac!stica. # medida que sea m"s complicada la instrumentación

elegida, mayor ser" la necesidad de que el operador entienda mejor la funcionalidad

del sistema de emisión ac!stica.

Siste%a co%!leto de EA

En la siguiente imagen podemos observar sistemas de emisión ac!stica y solo se

diferencian en la cantidad de canales.


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E:ui!os de EA +

Multicanales

El operador de emisión ac!stica quien est" utilizando un sofisticado sistema, debetener conocimiento de la electrónica y del softLare para gestionar correctamente todas

las características del equipo con la finalidad de configurar correctamente el equipo y

producir una adecuada adquisición de los datos de emisión ac!stica durante la

evaluación. En particular, deber"n ser capaces de1

& >eleccionar la frecuencia adecuada para los sensores.& Iacer la configuración de filtros y de ganancia.& Iacer una correcta calibración.& Iacer la configuración del registro de transitorios para la captura de forma

de onda.& Iacer la configuración de la adquisición de par"metros externos como por

ejemplo, para adquirir presión, temperatura, ciclos o cualquier otra cantidad

física significativa.& >eleccionar la presentación de la pantalla adecuado para el an"lisis en tiempo

real y otra característica importante en relación con la prueba.

*a instrumentación para medir la emisión ac!stica es especializada y compleja. *os

principales elementos son los siguientes1


31/64

& >ensor1 un elemento piezoelctrico en contacto con la estructura que

convierte la onda el"stica con un bajo nivel a una se3al elctrica de alta

impedancia.& $reamplificador1 un elemento para amplificar y filtrar la se3al del sensor y

convertirlo en una se3al de baja impedancia para la transmisión de largadistancia mediante cables coaxiales.

& #mplificador1 con una amplificación variable para permitir una amplificación

total de hasta 9)) dK.& $rocesamiento de se3ales, para caracterizar una se3al de emisión ac!stica y

obtener información sobre el pico de amplitud, duración, tiempo, energía,

tiempo de retardo, par"metros externos, forma de onda de la se3al de emisión

ac!stica.& >istema multicanal1 usado para adquirir se3ales de varios sensores para

localizar las fuentes de emisión ac!stica durante un control en tiempo real.& onvertidor de audio1 las se3ales de emisión ac!stica se convierten a una de

baja frecuencia para permitir al operador escuchar estas se3ales.& Aegistrador de transitorios1 este instrumento digitaliza en tiempo real la se3al

de emisión ac!stica y almacena los datos digitalizados en la memoria. *a se3al

se reconstruye sucesivamente por medio de la memoria a una baja velocidad y

se reproduce en un osciloscopio o un analizador de espectro. Este instrumento

es particularmente !til para el an"lisis de forma de onda de las se3ales de

emisión ac!stica.& ircuitos de coincidencia o sensores maestros y de guardia1 la discriminación

espacial es una tcnica para la aceptación de las se3ales de emisión ac!stica

generadas dentro de un "rea específica. /tras tcnicas utilizadas para la

discriminación espacial son sensores de guardia.

Sensores de EA

*as se3ales son recibidas por un conector K7 y son enviados a travs de un filtro

para reducir la se3al de baja frecuencia y eliminar cualquier posible fuente de

interferencia o ruido. 2espus de la filtración, la se3al se amplifica y el estado final


32/64

regula la impedancia de salida a () ohmios para coincidir con la condición del cable

coaxial hasta la sección de amplificación posterior.

Ca5le Coa7ial

#coplamiento electrost"tico1

#cercando el sensor y el preamplificador mediante una carcasa de metal y utilizando

una conexión con conectores y cables blindados, no habr" contribución de ruido a

partir del acoplamiento electrost"tico.

#coplamiento magntico1

Este tipo de acoplamiento no es f"cilmente eliminable. $uede ser posible que se

elimine este tipo de problemas mediante el posicionamiento de los cables de se3al

perpendicular al conductor que lleva el ruido para minimizar el acoplamiento.

FI)TROS

Iay cuatro tipos de filtros b"sicos1


33/64

& $aso bajo1 rechaza las se3ales de alta frecuencia, y hacer pasar las se3ales de

baja frecuencia.& $aso alto1 rechaza las se3ales de baja frecuencia, y hace pasar las se3ales de

alta frecuencia.

& #ncho de banda1 rechaza las se3ales sobre y por debajo de dos frecuenciasestablecidas, y hace pasar las se3ales de frecuencia dentro de ellas.

& %nverso de ancho de banda1 rechaza las se3ales entre dos frecuencias

establecidas y hace pasar las se3ales de arriba y las se3ales por debajo de

esos límites.

T,CNICAS DE INS#ECCIÓN 8 CONSIDERACIONES

?cnicas de localización

*a capacidad de localizar las fuentes de emisión ac!stica es una de las funciones m"simportantes del mtodo. En algunos casos, el proceso puede ser muy simple, como el

caso del primer hit detectado por el sensor, pero en otros casos m"s complejos, tales

como la definición de las coordenadas espaciales de una fuente en una estructura

grande.

*os mtodos de localización pueden resumirse en el siguiente modo1

& *inear $6x& $lanar $6x,y& Holumtrico $6x,y,z


34/64

El algoritmo m"s utilizado para la localización de emisión ac!stica es el algoritmo de

localización planar. *a localización lineal es típica para el control de procesos donde la

emisión ac!stica puede tener origen en una línea y no hay otras causas importantes

de se3ales de emisión ac!stica que pueda existir fuera de esta línea. *a ubicación

volumtrica se utiliza solo en los casos que tambin la profundidad de la fuente de

emisión ac!stica debe ser considerada.

$ara todos los tipos de localización, lineal, plana y volumtrica, es necesario conocer

los tiempos de retraso de llegada de la se3al de emisión ac!stica en diferentes

sensores.

M'todos de )ocali;ación

onsideraciones

$ara realizar la emisión ac!stica, se requiere las siguientes facilidades1

& #limentación elctrica 99)@DD)v 6estable.


35/64

& $rotección catódica desconectada.& H"lvulas cerradas.& %nstrumentación desconectada.& En caso de ser un tanque de almacenamiento, tener un nivel superior al F(O

de& altura m"xima.& %luminación del "rea externa.& 2isponibilidad de deshabilitar plantas elctricas, m"quinas de soldar,

equipos& rotativos, etc. Xue puedan interferir con la inspección.& Iistorial de reparaciones, inspecciones y planos.& $rotección contra corrientes de viento con partículas 6toldos, mantas, etc.

Cali5ración del e:ui!o

alibración de los sensores

En la instrumentación de emisión ac!stica, el sensor es el elemento m"s susceptible

de cambios en el tiempo debido a efectos ambientales, temperatura, etc.

*a caracterización de la respuesta del sensor, la sensibilidad y la respuesta en

frecuencia, se hacen por primera vez por el fabricante y debe ser calibrado

sucesivamente durante la vida operativa.

El objetivo específico de la verificación de sensores incluye1

& Herificar la respuesta de la estabilidad en el tiempo.& Herificar el sensor despus de caídas accidentales.& omparación de los sensores de un sistema multicanal para asegurar que las

respuestas son adecuadamente comparables.& Herificar la respuesta despus de la exposición a los ciclos trmicos o ambiente

hostil.

$rocedimiento especificado en la norma E7& 9)&:

Gna onda ac!stica repetible se puede generar rompiendo con cuidado, una mina de

l"piz de dureza DI y di"metro ). mm, contra un bloque de prueba. *a mina del l"piz

se rompe por medio de una guía especial de teflón que se monta para ayudar a

romper la punta siempre con el mismo "ngulo y una longitud de entre D y mm.


36/64

*a rotura fr"gil de una mina de l"piz libera una tensión repentina en la superficie del

bloque de calibración y genera ondas ac!sticas que se propaga hasta el sensor. *a

se3al de salida del sensor es capturada, digitalizada y analizada con un analizador de

espectros de --? y presentada gr"ficamente.

$ara cada sensor es importante hacer una tabla de control que incluye los siguienteselementos1

& %dentificación del sensor.& %dentificación del operario.& -echa de la verificación.& todo usado.& aracterísticas de la fuente y su posición referida al sensor.& *os medios de transmisión.& ?ipo de acoplante.& %dentificación de cada equipo utilizado.

Gn material acoplante es un material que ayuda a la transmisión de la onda ac!stica

entre dos superficies. Este establece una interface ac!stica entre el sensor de emisión

ac!stica y el material durante la prueba. $or tal razón es necesario aplicar un material

acoplante en los sensores, esta capa debe ser la m"s delgada posible. Gna vez que el

acoplante ha sido colocado, se procede a la fijación del sensor.

*os sistemas m"s utilizados para la fijación de sensores son los siguientes1

& Aesorte de fuerza constante& agntico + para temperaturas bajas y altas.& 0uía de ondas.


37/64

Sensor con so!orte

%a&n'tico

#ROCEDIMIENTO DE INS#ECCIÓN

El procedimiento de inspección depender" del tipo de componente que est" siendo

evaluado 6tube trailers, tanques de almacenamiento, estructuras, transformadores,

etc. En este caso solo se presentar" el procedimiento de inspección de un tanque de

almacenamiento.

7ivel del tanque1 se prepara el tanque para que cumpla las siguientes condiciones

mínimas, que son las siguientes1

9. 7ivel de llenado1 ínimo ')O de la m"xima altura del tanque o nivel mínimo de

operación nominal. on esto se logra tener suficiente energía, proveniente de

la presión de la columna de hidrocarburo, que permita estímulos de respuesta

donde se encuentren las discontinuidades.D. #islamiento del tanque1 El tanque estar" sin movimiento de producto por D<

horas previo al inicio de la prueba. *a protección catódica desconectada,

v"lvulas cerradas totalmente, equipo de bombeo, recirculadores y calefactoresapagados. Esto permite que cualquier ruido externo, al cual la prueba es muy

sensible, sea minimizado y se obtengan resultados veraces.. %nspección previa1 Empleando la tcnica de ultrasonido aerotransportado e

inspección visual se descarta la existencia de fuentes de ruido, los cuales

introducen indicaciones falsas en los resultados.


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cordón de soldadura, lo que sea primero. *a cantidad de sensores a utilizar,

depender" del di"metro del tanque de almacenamiento.

(. >e verifica el acoplamiento

de los sensores mediante la tcnica $*K con al menos tres roturas a distancia

no mayor a 9)) mm del centro del transductor, empleando grafito de ). mm

con dureza DI. >e repite para todos los sensores. on esto se verifica que eltiempo de llegada del estímulo desde la zona de ruptura hasta el sensor sea el

mismo, garantizando que los sensores tengan un buen acople.

'. 2e acuerdo a los est"ndares, se procede a la colocación de la segunda fila de

sensores 6sensores guardianes, los cuales se posicionan 9 metro por encima

de los sensores de la primera fila. $ara esto se emplea grasa siliconada con

sujetadores magnticos.

F. >e verifica el acoplamiento de los sensores guardianes mediante la tcnica

$*K con al menos tres roturas a distancia no mayor a 9)) mm del centro del

transductor, empleando grafito ). mm de dureza DI. >e repite para todos los

sensores.C. >e elabora curva de atenuación con roturas de grafito de ). mm con DI de

dureza 6al menos < roturas, tres repeticiones a distancias de 9 pie entre cada

zona de rotura. *a curva de atenuación es realizada por el softLare del sistema,

el cual capta la intensidad con la cual est" llegando los impulsos dados por la

rotura. # medida que vamos alejando la rotura, la intensidad del estímulo

disminuye lo cual permite al softLare calcular la atenuación del sonido en elmaterial.

:. >e calcula la velocidad de la onda mediante roturas de grafito de ). mm con

DI de dureza en diversas posiciones. ?eniendo en cuenta que la velocidad del

sonido es constante 6H, conociendo el tiempo de llegada, dato que ofrece el

softLare, desde la zona de rotura hacia el sensor 6? y conociendo la distancia

62 entre la zona de rotura y el sensor, se puede calcular la velocidad del sonido

62 B H T ?

2i"metro 6m antidad de >ensores

Iasta 9) <

9) & D) '

D) + ) C

) +


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9). #juste de los par"metros del procesador. I2?, E2?, E*?, I*?, ?hreshold 6


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El primer caso de estudio es un tanque de 9)) cm de di"metro y ( cm de altura con

la particularidad de presentar un defecto que consiste en un agujero que provoca una

fuga en el fondo del tanque. Este caso permitir" determinar la capacidad del equipo en

detectar la fuga y la aplicación del proceso interpretado.

El segundo caso consiste en la inspección del fondo de un tanque real en operación

que contiene hidrocarburo.

#RIMER CASO DE ESTUDIO

El primer caso fue realizado en el *aboratorio de la >ección de %ngeniería ec"nica de

la $ontificia Gniversidad atólica del $er!, el cual consiste en realizar la inspección de

un recipiente 6-ig. .9 con agua sin presurizar con el fin de simular el funcionamiento

de un tanque atmosfrico #$% + '().

Descri!ción del tan:ue

& 2imensiones1 9)) cm de di"metro, ( cm de altura y ( mm de espesor. -

ontenido1 #gua pura sin tratar.& aterial1 #cero al carbono.& Estado1 >in problemas de corrosión.

#rocedi%iento de ins!ección !or e%isión ac9stica

*a simulación fue realizada con agua al interior del tanque. $rimero se procedió a

realizar la calibración tal como se indicó en el capítulo anterior en los cuales se

siguieron los siguientes pasos1


41/64

9. >e hizo el llenado del recipiente hasta alcanzar un :)O de la altura total,

logrando de esta manera una mayor presión en el fondo del tanque.D. 2ebido a que esta prueba fue realizada en un laboratorio no es necesario el

aislamiento del tanque pues no existe una protección catódica, no existen

v"lvulas de entrada o salida, no existen sistemas de bombeo o recirculación.. 7o es necesaria la aplicación de inspecciones previas para determinar fuentes

de ruido debido a que nos encontramos en un laboratorio 6condiciones casi

ideales.e procede al montaje de la primera línea de sensores ubicados a 9) cm del

fondo del tanque. Estos se encuentran posicionados de manera equidistante.

$ara el correcto acople entre los sensores y el recipiente se utilizan 4holders5

o sujetadores magnticos con el fin de que exista un adecuado contacto. $ara

que haya una adecuada transmisión de se3al entre el recipiente y los

sensores utilizamos una grasa siliconada. >e siguen las recomendaciones en

la norma #>? E&'().(. >e verifica el acoplamiento de los sensores mediante la tcnica $*K con al

menos tres roturas a distancia no mayor de 9)) mm del centro del sensor,

empleando grafito de ).mm y dureza DI. Esto se repite para todos los

ensayos.'. >e elabora la curva de atenuación con roturas de grafito de ).mm y DI de

dureza con al menos < distancias distintas.F. >e calcula la velocidad de la onda mediante roturas de grafito de ).mm y DI

de dureza en diversas posiciones.C. >e realiza un ajuste de los par"metros del procesador, los cuales son1 I2?,

E2?, E*?, I*?, ?hreshold 6e inicia con el registro de actividad y tras un tiempo determinado 69( min se

procede con una corrida de información captada.

Con3i&uración de Sensores


42/64

Gna vez que la información se est" recibiendo, se procede a confirmar que la fuga se

encuentra activa realizando una inspección visual simple. En la siguiente figura se

puede observar la posición de esta fuga en el fondo del tanque.

Fu&a en 3ondo de Tan:ue

2espus de un tiempo de recolección de información se procede a hacer revisión de

esta. on esta información se puede realizar la evaluación e interpretación del

problema 6defecto con el fin de determinar el tipo de falla así como su ubicación.


43/64

*os resultados obtenidos son los siguientes1

Cluster en Fondo de Tan:ue

A%!litud vs Duración

>e registraron seis 6)' cl!ster de emisión ac!stica con m"s de F)) eventos. *a

actividad ac!stica se concentra principalmente en la región del fondo, entre los

transductores D y . on características de duración constante 6hasta D)).)))

microsegundos y amplitudes en rangos de ) a F(dK, se puede definir que se trata de

una fuga localizada. El algoritmo de localización se encuentra con actividad ac!stica en

las paredes causado por el experimento, de la dimensión del recipiente y el espesor del

material empleado. Este fenómeno proviene de peque3os movimientos de la pared y elespesor del material empleado. # pesar de estas condiciones se evidencia muy buena


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localización de la zona que genera m"s emisión ac!stica 6segundo cuadrante de "rea

de piso del tanque.

SEUNDO CASO DE ESTUDIO

El segundo ensayo fue realizado a un tanque real en operación con contenido de

hidrocarburos 6s!per octanos. Este ensayo tiene la finalidad de estimar el estado e

integridad del piso de tanque. En este ensayo se observar"n todas las condiciones

reales que se deben tener en consideración para lograr una adecuada inspección

mediante emisión ac!stica

Descri!ción del tan:ue

& 2imensiones1 uper /ctanos.& aterial1 #cero al carbono.& Estado1 protección catódica con corriente impresa, "nodos de sacrificio y

sin corrosión

#rocedi%iento de ins!ección !or e%isión ac9stica

Consideraciones1

& El tanque se encontró con un nivel de llenado superior al ')O.& -ue aislado D< horas antes de la intervención.& *os sistemas de protección catódica por corriente impresa se desconectaron.& *as condiciones ambientales fueron adecuadas, sin lluvia, solo con presencia

de r"fagas de viento aisladas que no afectaron significativamente la toma de

datos.& >e realizó una toma de datos por alrededor de D) horas debido al tama3o

del tanque 6grande.

#rocedi%iento1


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9. omprobación del nivel de tanque mínimo del ')O.D. #islamiento del tanque con al menos D< horas previo a la inspección en la cual

se cierran v"lvulas de entrada y salida, se anula el sistema de protección

catódica con corriente impresa, equipos de bombeo, recirculación, calefactoresapagados.

. >e utiliza una tcnica complementaria de ultrasonido, la cual se denomina

ultrasonido aerotransportado para descartar la existencia de las fuentes de

ruido.e procede con la colocación de la primera fila de sensores a altura entre ).e

procede tal como se recomienda en el est"ndar #>? E&'().(. >e verifica el acoplamiento de los sensores mediante la tcnica $*K con al

menos tres roturas a distancias no mayor de 9)) mm del centro deltransductor, empleando grafito ).mm dureza DI. >e repite para todos los

sensores.'. >e procede con la segunda colocación de fila de sensores 6sensores

guardianes a altura de Dm, para ello se emplea grasa siliconada y sujetadores

magnticos tal como se recomienda en la #>? E&'().F. >e verifica el acoplamiento de los sensores guardianes mediante la tcnica

$*K con al menos tres roturas a distancia no mayor de 9))mm del centro del

transductor, empleando grafito ).mm dureza DI. >e repite para todos los

sensores.C. >e elabora la curva de atenuación con roturas de grafito ).mm y dureza DI en

diversas posiciones.:. >e calcula la velocidad de la onda mediante roturas de grafito ).mm y dureza

DI en diversas posiciones.9). #juste de los par"metros del procesador. I2?, E2?, E*?, I*?, ?hreshold 6filtro

de


46/64

Es:ue%a de colocación de Sensores ("ista #lanta + =isto&ra%a

Esquema de colocación de sensores (vista lateral)


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2espus de realizada la prueba, finalmente se obtienen los resultados de la prueba.

En los siguientes histogramas se pueden observar estos resultados1

ra3ica > 4 D

Gráfica de Amplitud vs Tiempo

on los datos obtenidos de las gr"ficas, se puede concluir que el piso de tanque se

encuentra en buenas condiciones a pesar de encontrarse actividad ac!stica localizada

6l!ster en la zona central del tanque, la tendencia de este comportamiento debe

evaluarse en las futuras inspecciones con Emisiones #c!sticas.

AN0)ISIS DE RESU)TADOS


48/64

on la finalidad de realizar un adecuado an"lisis de resultados, es necesario conocer

ciertos par"metros que se encuentran muy relacionados con este. Gno de los

principales par"metros que se relacionan con los resultados obtenidos en una

inspección es la probabilidad de detección. $ara cada mtodo de inspección se tiene

una probabilidad de detección la cual depende de ciertos factores que en muchos

casos pueden ser controlados por el usuario encargado de realizar la inspección.

Estudio de la #ro5a5ilidad de detección (#oD

*a probabilidad de detección es una disciplina cuantitativa dentro del campo de los

ensayos no destructivos que da una referencia sobre la confiabilidad de la inspección y

tiene un gran valor al momento de seleccionar, validar y calificar personal en ensayos

no destructivos e incluso establecer la aceptabilidad de dise3os.

uando se realiza el estudio de probabilidad de detección es necesario que el enfoque

se realice para un caso dado. Estudios realizados han sido hechos en base al

crecimiento de fallas por fatiga en cilindros a presión tal como es el caso de los 4?ube

?railers5 o cilindros, los cuales son muy utilizados en nuestro país para el transporte de

gas natural.

*a probabilidad de detección nos permite identificar que hay mtodos de inspección

aplicados en cierto componente que poseen mayor confiabilidad que otros. *a

probabilidad de detección o $o2 es la probabilidad de poder encontrar un defecto, que

se asume que ser" encontrado utilizando ensayos no destructivos, utilizando un

mtodo dado. ?iene una significancia muy alta en la integridad y seguridad de

estructuras.

El $o2 para una discontinuidad dada depende de varios factores tales como son1

& aracterísticas de discontinuidades 6tipo, tama3o, forma, orientación - Ensayoaplicado 6H?, $?, ?, etc.

& $rocedimientos utilizados.& ompetencia del personal.

*a forma de determinar el $o2 se realiza utilizando una gran variedad de probetas con

discontinuidades que son inspeccionados por una gran variedad de inspectores

6incluso a veces en equipo con el fin de evaluar cuantas discontinuidades fueron

detectadas. # partir de estos datos obtenidos, se puede realizar un diagrama en el que

se muestra el $o2 en porcentaje 6O vs el tama3o de discontinuidad. # partir de este


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diagrama, el cual toma tiempos largos para determinarlos, nos permiten retirar o

agregar nuevas herramientas que nos permitan mejorar la confiabilidad.

El campo que abarca la probabilidad de detección es bastante extenso, por tal razón

solo se realizar" en torno al ensayo de emisión ac!stica el cual es de nuestro inters.

$ara el estudio de la probabilidad de detección en el ensayo de emisión ac!stica, se

debe tener en cuenta todos los procesos que intervienen en este. $odemos decir por

lo tanto que se debe se3alar lo siguiente1

& Estimulo 6esfuerzo& recimiento de discontinuidad

& *iberación de energía de onda& $ropagación de onda& ensado& 2etección

En la actualidad, existen algunos modelos desarrollados para el estudio de la

probabilidad de detección los cuales han sido realizados en periodos bastante

extensos 6a3os. $ara lograr un estudio de probabilidad de detección, es necesario

realizar un monitoreo permanente durante varios a3os.

# continuación se muestra de manera consecutiva, los pasos que se podrían utilizar

para realizar un estudio de la probabilidad de detección 6de manera resumida1

2eterminar el crecimiento de una fisura asociado con un defecto dado y con un

programa de cargas 6presiones + estímulo.

& #signar una fracción específica de este crecimiento de fisura a la hendedura. >e

debe asumir el menor tama3o para la hendedura. Gtilizar la ley de distribución de

amplitud de potencias para caracterizar la distribución de hendiduras por tama3o6"rea.

& Especificar las características de la instrumentación y calcular el menor

movimiento detectable al sensor.

& ?ener las medidas de la fuente + sensor. #plicar la teoría de la distancia fuente +

sensor con el fin de determinar la menor hendidura que se debe tener para que

sea detectado por el sensor a esta distancia.

& ombinar los pasos dichos anteriormente y aplicar la estadística de $oisson para

calcular el $o2 6probabilidad de detección para esta distancia fuente + sensor.


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& >e debe realizar una iteración con el paso < para determinar un rango de

distancias fuente + sensor.

& El $o2 6probabilidad de detección puede ser calculado como una función de la

posición de la fuente, y mostrada adecuadamente para una disposición de

sensores dados.

# continuación se mostrar" resultados ilustrativos cuando se utilizan sistemas de

computación 6softLare muy avanzados.

En la figura se muestran todas las entradas de información que se debe tener en

cuenta para realizar el estudio de la probabilidad de detección. *a estructura que fue

evaluada fue un recipiente cilíndrico a presión llevado a D))) ciclos de presión. El

defecto que est" siendo estudiado corresponde a una fisura de 9 mm de profundidad

inicialmente. >e est" utilizando un filtro pasa altos de () dK.

Dis!osición !ara distintas corridas + #oD

*a figura siguiente nos muestra un mapa con las variaciones del $o2 6$robabilidad de

detección cuando la información de entrada es mostrada en la figura anterior. En este

estudio se utilizaron ' sensores con una disposición de D anillos con sensores cada

una.


51/64

>??? ciclos vs @??? ciclos

>e puede apreciar que a medida que el tiempo de evaluación se incrementa, los

resultados obtenidos ser"n m"s confiables pues poseen un $o2 6$robabilidad de

detección m"s elevado. ?al como se observa, a medida que las fuentes son alejadas

de los sensores, el $o2 disminuye y esto se debe a la atenuación que hay por el

medio en el que se transporta la onda.

>e puede observar que este mtodo alcanza valores de :) + :( O cuando las fuentes

se encuentran cerca a los sensores y para periodos de evaluación prolongados. En el

caso de que las fuentes se encuentren un poco alejadas de los sensores, los valores

de $o2 est"n alrededor de F(&C(O lo cual indica que se trata de un mtodo bastante

confiable. $or lo tanto, para elementos a inspeccionar de mayor tama3o, es necesario

que el tiempo de inspección sea m"s prolongado, los estímulos sean de mayor

consideración o se utilice una mayor cantidad de sensores.

En la figura se puede apreciar que una manera de mejorar la probabilidad de

detección 6$o2 es utilizando distintos filtros pasa banda con la finalidad de que las

amplitudes generadas por los defectos sean m"s observables. $or lo tanto, esto nos

indica que cuando el defecto esperado es muy peque3o 6seg!n mecanismos de falla

se debe utilizar filtros pasa altos de menor dK.

uando se utiliza un filtro inadecuado, la probabilidad de detección puede ser muy

baja teniendo como consecuencia el no encontrar defectos que pueden ser de gran

impacto en un futuro.


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Filtro !asa alto ?d/ vs Filtro !asa alto B? d/

*os resultados mostrados anteriormente muestran que la probabilidad de detección

6$o2 dependen de muchas variables y por lo tanto se debe tener mucho cuidado almomento de selección de la instrumentación así como las condiciones a la cual ser"n

sometidas los componentes a inspeccionar. >i se utiliza una adecuada combinación de

estos, la probabilidad de detección que se obtiene es bastante alta 6encima del :(O

dando una buena confiabilidad de la inspección.

#resentación de resultados en >DD


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Gna gran ventaja de los modernos sistemas de inspección de emisión ac!stica es la

capacidad con la que cuentan para la presentación de resultados.

uando se realiza una inspección, los resultados pueden ser mostrados en partes o de

manera global. 2ependiendo como se desee mostrar es conveniente utilizar distintas

presentaciones de resultados como es el caso de los diagramas D2 o 2.

0racias a los modernos equipos, actualmente existen una variedad de posibles tipos

de pantallas que se pueden mostrar para poder realizar el an"lisis de lo encontrado.

*a selección de la pantalla a utilizar depender" del componente que se est

inspeccionando. 2e esta manera algunas pantallas de visualización de resultados son1

& Iistogramas1

• Karras llenas, barras sin llenar o líneas.

• 7o acumulativo, acumulativo ín + "x, acumulativo "x + ín.

• >umas, ratios, promedios, m"ximo,mínimo.

& $loteos de dispersión1

• /rdinario.

• oloreado.• #grupado.

& -orma de onda, espectros& $loteos felicity o Maiser.

Resultado en >D + N9%ero de Eventos (Dis!ersión


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Resultado en 2D – Amplitud vs Duración (Dispersión)

Resultado en D + Eventos (=isto&ra%a de 5arras

2ebido a la gran variedad de pantallas de visualización de resultados es conveniente

definir que pantallas son !tiles de utilizar seg!n los resultados que se deseen mostrar.

2e esta manera tenemos lo siguiente1

& Aesultados de actividad1• Iistograma D&2.• Energía vs ?iempo.• #cumulativo, ínimo + "ximo.• *ineal en el eje Y.• 7o acumulativo.• *ogarítmica en el eje Y.• Karras.

& Aesultados de actividad con intensidad1• ?ipo de gr"fico1 dispersión.


55/64

• #mplitud y paramtrico vs ?iempo. %ncluye tiempo de manejo.

$ara la localización planar es necesario !nicamente histogramas D&2 mientras que si

se desea realizar una localización global o se desea mostrar resultados que muestren

mayor información como tiempo, eventos y amplitud, es necesario utilizar unhistograma &2 que nos d mayor información. *a ventaja de los histogramas &2 est"

en la mayor capacidad para observar en tiempo real cuando se realizan las rotaciones

de la gr"fica para revelar información relevante.

r3ica >D Ener&$a y Conteo vs Tie%!o

#ROCEDIMIENTO DE INS#ECCIÓN

2espus de haber definido todos los conceptos, con el apoyo de los ensayos

realizados y ciertas normas que nos dan recomendaciones, es posible realizar un

procedimiento de inspección adecuado y completo, el cual podr" ser ejecutado por personal que tenga conocimientos y pr"ctica en el tema.

2ebido a que un procedimiento de inspección solo cubre un rango de dimensiones de

tanques es necesario plantear si se realizar" todos los procedimientos necesarios para

cubrir todos los tipos de dimensiones en tanques #$%&'() o si se realizar" para uno

específico.

$ara la presente tesis, solo se tomar" en cuenta las dimensiones de los tanques #$% +'() que se encuentran en el $er!. 2e estos tanques se seleccionar" el que tenga


56/64

mayor frecuencia de aplicación. on esta decisión podremos realizar tan solo un

procedimiento de inspección el cual tendría un amplio uso en el "rea de control de

calidad de las industrias petroleras.

%nicialmente, es conveniente definir cu"l es la cantidad de tanques con que el $er!

cuenta para el almacenamiento de hidrocarburos. $ara esto nos guiamos de la

siguiente tabla1

antidad de ?anquesapacidad de ?anques

6K

Aefinerías F: 9)F9'

$lantas de 0as (C 'C

$lantas *ubricantes FC DD(Estaciones + /7$ DF 9


57/64

TA Di%etro (%% Altura (%%9&?9)9 :,'9) 9),C


58/64

9&?9J :,:)) 9F,:))9&?9M :,:)) 9F,:))9&?9*


59/64

D&?< 99,CCF 9),:FD&?( 9),)(C :,9


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cerradas totalmente. Equipos de bombeo, recirculación, calefactores y dem"s

deber"n estar apagados.

Ins!ección !revia1 >e emplea la tcnica de ultrasonido aerotransportado e

%nspección

Hisual para descartar la existencia de fuentes de ruido relacionadas al tanque.

H #osiciona%iento y aco!la%iento de sensores

De acuerdo a los estndares se procede a la colocación de la primera fila de

sensores a una altura entre ).< y 9.) metros, para ello se emplea grasa

siliconada y sujetadores magnticos. >e procede tal como est" recomendado

en el est"ndar #>? E&'().

Se veri3ica el aco!la%iento de los sensores mediante la tcnica $*K con al

menos tres roturas a distancia no mayor de 9)) mm del centro del transductor,

empleando grafito de ).mm de di"metro y dureza DI. >e repite para cada

sensor.

De acuerdo a los estndares se procede a la colocación de la segunda fila

de sensores 6sensores guardianes a una altura de D.) metros, para ello se

emplea grasa siliconada y sujetadores magnticos.

Se veri3ica el aco!la%iento de los sensores &uardianes mediante la tcnica

$*K con al menos tres roturas a distancia no mayor de 9)) mm del centro del

transductor, empleando grafito de ).mm de di"metro y dureza DI. >e repite

para todos los sensores.

BH Clculo de velocidad

Se calcula la velocidad de la onda mediante roturas de grafito de ).mm de

di"metro y dureza DI en diversas posiciones.

H AGuste de !ar%etros en el so3tare

#juste de los par"metros del procesador. I2?, E2?, E*?, I*?, ?hreshold 6e inician los registros de las actividades ac!sticas y al

alcanzarse la hora de medición, se procede a una corrida subsecuente para

observar en tiempo real el estado del fondo del tanque.

KH Anlisis de datos

Esti%ación de Severidad de la E%isión Ac9stica1 2e acuerdo a las pr"cticas

desarrolladas en los procedimientos de inspección se emplean algunos criterios

para la estimación de la severidad de la emisión ac!stica y su relación con la

condición.


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I%?> 6I1 7!mero de Iits por canal, #n"lisis de la distribución de #mplitud vs

2uración.

EHE7?/> 6EH1 Escala de crecimiento de eventos, an"lisis y par"metros de presión.

E7EA0Z# 6E71 Escala de crecimiento de energía absoluta y par"metros de presión.

Severidad de daLo1 >e tienen las siguientes categorías

• ategoría % y %%1 bajo riesgo de fugas o deterioro por corrosión del piso del

tanque.

$rioridad baja. >e recomienda onitoreo de condición por emisión ac!stica en

D< o D' meses

• ategoría %%% y %H1 Aiesgo moderado de fugas por corrosión en el piso del

tanque.• ategoría H y H%1 riesgo alto de fugas por corrosión severa.

CONC)USIONES

• El ensayo de emisión ac!stica permite reemplazar los ensayos convencionales en

la inspección de fondo de tanques.

• El ensayo de emisión ac!stica permite realizar la inspección de un fondo de tanque

en menor tiempo comparado con los ensayos convencionales.

• El ensayo de emisión ac!stica da solución a los problemas de inspección de los

tanques de almacenamiento de la industria petrolera.

• ?eóricamente el ensayo de emisión ac!stica tienen una gran probabilidad de

detección, la cual es respaldada por los ensayos realizados y en los cuales se puede

observar que es posible encontrar discontinuidades de peque3as dimensiones.

• Es necesario conocer bien los fundamentos del ensayo de emisión ac!stica para

una adecuada inspección.• *os ensayos de emisión ac!stica necesitan de equipos de alta tecnología y

confiabilidad para que los resultados obtenidos sean los adecuados.

*as herramientas de softLare que se pueden encontrar en los equipos de

emisión ac!stica pueden ser de gran utilidad para el an"lisis de resultados.


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RECOMENDACIONES

• *os ensayos de emisión ac!stica deben ser ejecutados por personal calificado

y certificado.

• *os sensores de emisión ac!stica deben estar lo m"s cerca posible a la

discontinuidad para conseguir una alta probabilidad de detección. Esto se logra

posicionando una mayor cantidad de sensores alrededor del tanque dealmacenamiento, por lo que es recomendable utilizar equipos multicanales.

• uando se realicen ensayos de emisión ac!stica en tanques en operación se

debe aislar la zona de trabajo lo mayor posible.

• El equipo de emisión ac!stica debe ser capaz de mostrar resultados en

distintas presentaciones pues esto ayuda a un mejor an"lisis de resultados.

• *as inspecciones de los fondos de tanques deben ser realizados teniendo en

cuenta el mecanismo de falla• uando se encuentre indicios de una posible falla en los fondos de tanque, es

conveniente que se verifique el problema mediante un ensayo convencional

que sea del tipo cuantitativo.


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/I/)IORAF2A

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