Método de ultrasonido Edgardo Omar Aguayo Gómez 2111300139 10°A t/v Pedro Alberto Proa García 2111300151 Emilio Villaseñor Aceves 2111300157 Luis Gerardo González Carbajal 2111300145 10°A t/v Fecha de exposición 17 Julio 2012

Introducción El método del ultrasonido en la ingeniería es utilizado para el ensayo de los materiales, es una técnica de ensayo no destructivo (END) y tiene diversas aplicaciones, en especial para conocer el interior de un material o sus componentes según la trayectoria de la propagación de las ondas sonoras, al procesar las señales de las ondas sonoras e conoce el comportamiento de las mismas durante su propagación en el interior de la pieza y que dependen de las discontinuidades del material examinado, lo que permite evaluar aquella discontinuidad acerca de su forma, tamaño, orientación, debido que la discontinuidad opone resistencia (conocida como impedancia acústica) al paso de una onda. Las ondas pueden ser sónicas comprendidas en el intervalo de frecuencias entre 20 y 500 kHz y las ultrasónicos con frecuencias superiores a 500 kHz.

Antecedentes Antes de la Segunda Guerra Mundial, el sonar, la técnica de enviar ondas acústicas a través del agua y de observar el retorno de los ecos para identificar los objetos sumergidos, inspiró a los investigadores del ultrasonido para explorar maneras de aplicar el concepto a la diagnosis médica. En 1928 un científico soviético de nombre Sergei Y. Sokolov presentó una técnica de transmisión de ondas ultrasónicas a través del material, para la detección de discontinuidades en los metales. Mulhauser, en 1931, obtuvo una patente para utilizar ondas ultrasónicas, usando dos transductores para detectar defectos en sólidos. Los equipos detectores de fallas fueron originalmente desarrollados, basándose en el principio de la intercepción de la energía ultrasónica por discontinuidades grandes, durante el paso del haz ultrasónico.

Desarrollo del tema Ultrasonido El método de Ultrasonido se basa en la generación, propagación y detección de ondas elásticas (sonido) a través de los materiales. En la figura de abajo, se muestra un sensor o transductor acústicamente acoplado en la superficie de un material. Este sensor, contiene un elemento piezo-eléctrico, cuya función es convertir pulsos eléctricos en pequeños movimientos o vibraciones, las cuales a su vez generan sonido, con una frecuencia en el rango de los megahertz (inaudible al oído humano). El sonido o las vibraciones, en forma de ondas elásticas, se propaga a través del material hasta que pierde por completo su intensidad ó hasta que topa con una interfase, es decir algún otro material tal como el aire o el agua y, como consecuencia, las ondas pueden sufrir reflexión, refracción, distorsión, etc. Lo cual puede traducirse en un cambio de intensidad, dirección y ángulo de propagación de las ondas originales.  

De esta manera, es posible aplicar el método de ultrasonido para determinar ciertas características de los materiales tales como:   Velocidad de propagación de ondas. Tamaño de grano en metales. Presencia de discontinuidades (grietas, poros, laminaciones, etc.) Adhesión entre materiales. Inspección de soldaduras. Medición de espesores de pared. Como puede observarse, con el método de ultrasonido es posible obtener una evaluación de la condición interna del material en cuestión. Sin embargo, el método de ultrasonido es más complejo en practica y en teoría, lo cual demanda personal calificado para su aplicación e interpretación de indicaciones o resultados de prueba

Las ondas sonoras son vibraciones mecánicas que viajan a través de un medio que puede ser un sólido, un líquido o, un gas, la propagación de las ondas a través del medio dado, es a una velocidad específica, dirección predecible y, cuando las ondas encuentran un límite con un medio distinto y con diferente impedancia mecánica, como se muestra en la Figura 2, las ondas se reflejarán o se transmitirán según reglas conocidas. Este es el principio físico utilizado para la detección de fallas en los materiales. La impedancia del medio conductor de ondas ultrasónicas se define mediante la siguiente expresión:

La naturaleza ultrasónica es debido a que tienen frecuencias altas y longitud de onda cortas, apropiadas para el ensayo de los materiales, para inspeccionar el interior de las piezas que ofrecen una trayectoria continua a la propagación de las ondas sonoras. Para generar onda ultrasónica, se utiliza un transductor piezoeléctrico que convierte las señales eléctricas en señales sonoras, y viceversa. El transductor consiste en un cristal (de cuarzo) piezoeléctrico insertado en un alojamiento a prueba de agua, que facilita su conexión eléctrica a un generador o transmisor-receptor de pulsos (modo pulso/eco); en el modo de transmisión, se aplica al cristal un pulso de energía eléctrica de corta duración y alto voltaje, provocando que cambie rápidamente su configuración geométrica, deformándose, y emita un pulso de energía acústica (onda) de alta frecuencia.

En el modo de recepción, cualquier onda ultrasónica o eco que regresen a través de la trayectoria acústica, la cual incluye los medios y partes de acoplamiento, comprimen el cristal, produciendo una señal eléctrica que se amplifica y se procesa en el receptor. Estos pulsos generados y recibidos por transductores piezoeléctricos deben estar acústicamente acoplados con el material que se ensaya, según el esquema mostrado en la Figura 3.

. La señal admitida es amplificada y analizada con una variedad de instrumentación comercial tanto analógica como digital disponible para este propósito, en la figura 4, se muestra como una onda ultrasónica es reflejada al encontrarse con un defecto en el interior de la pieza

Elementos que conforman un Sistema de Inspección Ultrasónica y son: 1 El generador de señal eléctrica o equipo ultrasónico.- Es importante mencionar que todos los equipos de ultrasonido solo emiten y reciben pulsos eléctricos, que son graficados en la pantalla transflectiva del equipo. 2 Un conductor de señal eléctrica.- El cable coaxial permite la comunicación entre el transductor y el equipo emisor/receptor de señales eléctricas. 3 El transductor.- Es un accesorio que contiene un cristal con propiedades piezoeléctricas, es decir, puede transformar energía eléctrica a energía mecánica y viceversa. 4 Acoplante. Es un medio que permite el paso de las ondas ultrasónicas entre el transductor y la pieza de prueba. Su función principal es la de eliminar el aire en esta interfase. La pieza inspeccionada. La dificultad en una inspección por ultrasonido depende de la resistencia que oponga la pieza al paso de las ondas ultrasónicas.

Farnell, G. W. y L. Adler( 1972). [electrónico] Farnell, G.W. y L. Adler( 1972) . [electrónico]. Elastic wave propagation in thin layers. Disponible en http://www.scielo.org.pe/scielo.php?pid=s1810- 99932005000100005&script=sci_arttext Bibliografía