3. Operación y Teoría de Transductores

Un transductor es el accesorio con el cual la energía eléctrica es convertida en energía acústica y viceversa.

El accesorio adaptado a la Inspección por Ultrasonido es conocido como palpador, unidad de rastreo, cristal y transductor.

transductor3

Están disponibles en muchos tipos y formas; la variación en su construcción depende de:

  • El material del elemento piezoeléctrico.
  • El espesor del elemento piezoeléctrico.
  • La superficie de contacto.
  • La forma del transductor.
  • El grado de amortiguamiento.

Efecto piezoeléctrico directo.

La propiedad de ciertos materiales que les permite producir un campo eléctrico cuando son sometidos a una presión que provoque una deformación mecánica.

piezo

Existen 4 tipos básicos de transductores:

  1. Haz recto de contacto.
  2. Haz angular de contacto.
  3. Doble cristal de contacto.
  4. Inmersión.

HAZ RECTO DE CONTACTO

Es el transductor haz recto de contacto es frecuentemente utilizado en las inspecciones por considerarse como el más versátil en la detección de fallas. Ya que este transductor es utilizado en contacto directo con la pieza inspeccionada desde su superficie de contacto, en general, debe ser de un material altamente resistente al desgaste.

recto

HAZ ANGULAR DE CONTACTO

Estos transductores utilizan los principios de refracción y conversión de modo para producir ondas transversales refractadas en la pieza. El ultrasonido viaja en forma angulada y es reflejado por la superficie posterior con lo cual se mejora la habilidad de detección dentro y alrededor de áreas soldadas. Se utilizan en:

  • Inspección de soldaduras
  • Inspección tubular en campos petroleros
  • Detección de fallas a temperatura ambiente o altas temperaturas, y
  • Detección y dimensionamiento de grietas

angular

DOBLE CRISTAL DE CONTACTO

Estos transductores cuentan con dos cristales por separado, un transmisor y un receptor, montados sobre líneas de retardo y ligeramente angulados. Esta configuración mejora la resolución cercana eliminando el disparo principal, además, el diseño del haz inclinado proporciona un seudofoco que los hace más sensibles a ecos de reflectores de forma irregular tales como corrosión o picaduras.

Se utilizan en:

  • Monitoreo de corrosión/erosión
  • Inspección de materiales que producen dispersión (fundiciones y aceros inoxidables)
  • Inspección de soldaduras de recubrimiento
  • Inspecciones a altas temperaturas

doble

INMERSION

Estos transductores están diseñados para situaciones en las que la pieza está parcial o totalmente sumergida en agua. Se utilizan en:

  • Barridos automatizados
  • Detección de fallas en piezas maquinadas.
  • Medición de espesores en línea
  • Ventajas sobre los transductores de contacto:
  • Acoplamiento uniforme
  • Permiten incrementar la velocidad de barrido

La focalización concentra la onda e incrementan la sensibilidad para reflectores pequeños. Están disponibles en tres configuraciones diferentes: no focalizados (planos), focalizados esféricos (puntuales), y focalizados cilíndricos (lineales).

inmersion

Características del Haz Ultrasonico

Las características del haz ultrasónico dependen del material inspeccionado, la geometría, dimensiones y frecuencia del transductor.

Principio de Huygen: La cara de un transductor no vibra en forma uniforme, lo hace como un mosaico compuesto por cristales diminutos que vibran en la misma dirección pero ligeramente fuera de fase con respecto a sus vecinos, debido a lo anterior la presión acústica varía irregularmente presentando máximos y mínimos.

huygen

Campo Muerto Zona muerta: Corresponde al ancho del pulso inicial y puede medirse sobre la línea de tiempo base.

Eje Central o Eje Acústico: Es la línea central a lo largo del haz ultrasónico donde está concentrada la energía.

Campo Cercano o Zona de Fresnel: Zona del haz ultrasónico donde la distribución de presiones acústicas varía constantemente.

La fórmula para calcular la longitud teórica del campo cercano es la siguiente:

campocercanocampocercano2

Angulo de Divergencia

Para transductores circulares, la mitad del ángulo divergencia se calcula teóricamente usando la fórmula:

ang divergencia

Campo Lejano o Zona de Fraunhofer

Zona del haz ultrasónico donde la distribución de presiones acústicas decae proporcionalmente con el aumento de distancia desde el transductor.