¿Cómo funcionan las pruebas con líquidos penetrantes y su importancia?

Las pruebas con líquidos penetrantes (PT, por sus siglas en inglés: Penetrant Testing) es una de las metodologías más extendidas dentro de los Ensayos No Destructivos (END). Su propósito es detectar discontinuidades abiertas a la superficie en materiales como metales, cerámicos y plásticos, sin causarles daño. Este artículo explora el principio de funcionamiento de esta técnica, sus tipos, cuales defectos detecta, procedimientos, normativas aplicables y su importancia en la industria para garantizar la calidad y seguridad de los materiales inspeccionados.

¿Cómo actúan las pruebas con líquidos penetrantes?

El principio fundamental de esta metodología de ensayos no destructivos radica en la capilaridad, es decir, la capacidad de un líquido para infiltrarse en cavidades superficiales del material, como grietas, poros o fisuras. Esta acción ocurre cuando las fuerzas de adhesión entre el líquido y las paredes internas del defecto superan su tensión superficial, permitiendo que el líquido penetre incluso en discontinuidades muy estrechas.

Estos líquidos están formulados específicamente para maximizar esta infiltración mediante características como baja viscosidad, alta adhesión y tensión superficial adecuada. Esto permite una inspección con líquidos penetrantes eficaz en soldaduras, componentes metálicos, plásticos o cerámicos, asegurando la detección precisa de defectos superficiales.

Tipos de líquidos penetrantes

Existen tres tipos principales de líquidos penetrantes. La elección del tipo de líquido penetrante depende del material a inspeccionar, las condiciones ambientales y el nivel de sensibilidad requerido. 

• Penetrantes visibles (colorantes): Contienen pigmentos (generalmente rojos) y requieren luz blanca para la inspección. Se aplica un revelador blanco que crea alto contraste.
• Penetrantes fluorescentes: Utilizan tintes visibles bajo luz ultravioleta (UV-A). Son altamente sensibles y eficaces en ambientes de baja iluminación.
• Penetrantes duales: Combinan pigmentos visibles y fluorescentes, permitiendo su evaluación bajo luz blanca o UV según sea necesario.

Métodos de remoción del penetrante

La eliminación del exceso de penetrante de la superficie se debe realizar para evitar falsos positivos. 

Existen cuatro métodos principales:

• Método A – Lavable con agua: El exceso se elimina directamente con agua. Es rápido y común en aplicaciones generales.
• Método B – Post-emulsificable lipofílico: Requiere un emulsificador oleoso antes del enjuague. Alta sensibilidad, adecuado para aplicaciones críticas.
• Método C – Lavable con solvente: El exceso se remueve con un solvente especial. Ideal para áreas donde no se dispone de agua.
• Método D – Post-emulsificable hidrofílico: Utiliza un emulsificador a base de agua. Proporciona alta precisión en la detección de defectos.

Niveles de sensibilidad

La sensibilidad define el tamaño mínimo de discontinuidad detectable. Los niveles están clasificados por normativas internacionales:

• ½: Ultra baja sensibilidad
• 1: Baja sensibilidad
• 2: Sensibilidad media
• 3: Alta sensibilidad
• 4: Ultra alta sensibilidad

La elección del nivel adecuado depende del tipo de material, el proceso industrial y los estándares de calidad requeridos. Sensibilidades más altas aumentan la detección de defectos pequeños, pero también pueden aumentar los falsos indicios por contaminantes o rugosidad superficial.

Procedimiento estándar de Inspección

El proceso de inspección con líquidos penetrantes incluye los siguientes pasos:

• Preparación de la superficie: Limpieza del área a inspeccionar para eliminar grasa, óxido, pintura o contaminantes.
• Aplicación del penetrante: Se aplica el líquido sobre la superficie y se deja actuar.
• Tiempo de penetración (Dwell Time): Se espera un tiempo específico para permitir la infiltración del líquido en las discontinuidades.
• Eliminación del exceso de penetrante: Se limpia cuidadosamente sin extraer el líquido dentro de los defectos. Se utilizan los métodos de remoción A, B, C o D
• Aplicación del revelador: Facilita la migración del penetrante hacia la superficie, haciendo visibles los defectos.
• Inspección visual: Evaluación de las indicaciones con luz blanca o luz UV según el tipo de penetrante.
• Limpieza final: Retiro de residuos de penetrante y revelador para preparar la pieza para uso posterior.

Tipos de inspección con líquidos penetrantes

Inspección Manual: Realizada por un inspector, quien aplica los productos y evalúa visualmente los resultados, es común en trabajos específicos o de baja escala.

El siguiente video muestra los pasos a seguir en el proceso de Inspección manual con líquidos penetrantes, lavable con solvente. Fuente: EISHIN Kagaku Official.

Inspección Automatizada: Utiliza sistemas robóticos o mecanizados con sensores, cámaras y software de análisis. Esta modalidad es ideal para producción en serie y componentes de geometrías complejas. Ofrece ventajas como:

• Distribución uniforme del líquido
• Mejor control del tiempo de penetración
• Eliminación eficiente del exceso de líquido
• Reducción de errores humanos

En el siguiente video se expone la aplicación automatizada con tintes penetrantes. Fuente: NDTChannel

Beneficios de las pruebas con líquidos penetrantes

Esta metodología ofrece un variado número de ventajas entre las que se incluyen:

• Detección temprana de defectos: Identifican discontinuidades que podrían comprometer la integridad estructural de componentes críticos.
• Costo-efectividad: Son técnicas económicas, con equipos accesibles y procedimientos relativamente sencillos.
• Versatilidad de aplicación: Aptas para diversos materiales (metales, plásticos, cerámicos).
• Complemento de otras técnicas END: Pueden combinarse con ultrasonido, radiografía o partículas magnéticas para análisis más completos.
• Cumplimiento normativo: Requisito en diversas industrias como la aeronáutica, automotriz, energética y petroquímica.

Defectos detectables

Este método detecta discontinuidades abiertas a la superficie, entre ellas:

• Grietas: Por tensiones térmicas, fatiga, corrosión o esfuerzos mecánicos
• Porosidades: Originadas por inclusión de gases durante soldadura o fundición.
• Fallas de soldadura: Como falta de fusión superficial o inclusiones no metálicas.
• Laminaciones superficiales: En materiales trabajados en caliente.
• Fisuras: Causadas por corrosión bajo tensión o deformación localizada.

Tipos de defectos según la naturaleza

Estos defectos detectables con Líquidos penetrantes (PT)se clasifican principalmente en dos categorías:

• Defectos lineales: Incluyen grietas, fisuras, mordeduras, y falta de fusión. Son considerados más críticos, ya que su geometría favorece la concentración de esfuerzos, aumentando el riesgo de falla.
• Defectos redondeados: Como porosidad, cavidades y sopladuras. Tienen menor severidad estructural, pero su aceptación dependerá del tamaño, la cantidad y la ubicación.

Los defectos por su naturaleza se pueden originar durante los procesos de fabricación (grietas por solidificación, por contracción, por laminación o mecanizado) y por servicio (fisuras por fatiga, corrosión bajo tensión, grietas térmicas).

Tipos de defectos según el material

Cada material tiende a presentar defectos superficiales característicos. A continuación, se resumen los más comunes que se pueden detectar con Líquidos Penetrantes (PT):

MATERIAL	DEFECTOS TÍPICOS DETECTABLES POR PT
Acero al carbono / aleado	Grietas de enfriamiento, mordeduras, inclusiones, falta de fusión.
Acero inoxidable	Grietas térmicas, porosidad superficial, fisuras en la zona afectada por el calor (ZAC).
Aluminio y sus aleaciones	Grietas en caliente, porosidad, pliegues.
Aleaciones de níquel (Inconel)	Fisuras intergranulares, grietas por fatiga térmica, poros abiertos.
Cobre y aleaciones	Grietas por temple, fisuras de solidificación.
Titanio	Grietas por sobrecalentamiento, contaminación superficial.

Ventajas

• Alta sensibilidad para detectar discontinuidades superficiales.
• Es una técnica de ensayos no destructivos de fácil implementación y bajo costo.
• Compatible con una amplia variedad de materiales metálicos y no metálicos, incluidos ferrosos/no ferrosos, conductores/no conductores y magnéticos/no magnéticos.
• Se puede utilizar para inspeccionar áreas grandes rápidamente.
• Los hallazgos se pueden ver visualmente en la superficie de los materiales y pueden mostrar las dimensiones del defecto.

Limitaciones

• Solo detecta discontinuidades en la superficie (o “abiertas” a la superficie) 
• Los materiales porosos o rugosas no se pueden inspeccionar con tintes penetrantes.
• Requiere una limpieza minuciosa antes y después del ensayo
• Se requiere acceso directo al material.
• Limitado para altas temperaturas
• Existen pasos en el proceso de inspección, cada uno de los cuales podría afectar la calidad de los hallazgos.
• Productos químicos involucrados, por lo que los inspectores deben seguir protocolos de seguridad establecidos para manipularlos y eliminarlos.

Normas técnicas 

Las pruebas con líquidos penetrantes están reguladas por diversas normativas internacionales que garantizan su correcta aplicación y evaluación:

• ASTM E165: Procedimiento para PT en materiales metálicos.
• ISO 3452: Requisitos generales de ensayo con líquidos penetrantes.
• ASME Sección V: Directrices para inspección de soldaduras y componentes críticos.
• EN 571-1: Norma europea para materiales no metálicos.

Criterios de aceptación

La aceptación o rechazo de los defectos se establece conforme a códigos y estándares aplicables como ASME Sección V, AWS D1.1 o ISO 23277 lo cuales puede variar según el sector (petroquímica, nuclear, alimentos, minería, etc.) y el nivel de severidad operacional. En términos generales:

• Defectos lineales son rechazados por su criticidad estructural.
• Defectos redondeados pueden ser aceptables si cumplen con los límites establecidos en cuanto a cantidad, tamaño y ubicación.

Certificación del personal técnico

En el ensayo de líquidos penetrantes (PT) existen diversas certificaciones que acreditan la competencia de los profesionales en esta técnica, siendo las más reconocidas las otorgadas por las ASNT (The American Society for Nondestructive Testing) y la ISO (Internacional Organization for Standardization). Estas certificaciones se otorgan a los técnicos que realizan los ensayos, tras cumplir con requisitos específicos de formación, experiencia y aprobación de exámenes. Los niveles acreditados son los siguientes:

ASNT (SNT-TC-1A o CP-189)

• Nivel I: Técnico capacitado para realizar ensayos bajo la supervisión de un profesional certificado de nivel II o III.
• Nivel II: Profesional con habilidades avanzadas para ejecutar e interpretar resultados, además de supervisar a técnicos de nivel I.
• Nivel III: Experto en la técnica con capacidad para desarrollar procedimientos, capacitar personal y liderar programas de NDT.

ISO 9712 (International Organization for Standardization)

• Certificación: Nivel I, II y III, con características muy similares a los de ASNT.

Avances recientes en pruebas con líquidos penetrantes

Los recientes avances en el examen con líquidos penetrantes (PT) han mejorado significativamente tanto la sensibilidad como la eficiencia del proceso. Innovaciones como las nuevas formulaciones de penetrantes reveladores biodegradables más amigables con el ambiente, igualmente han mejorado la visibilidad y reducido los tiempos de secado, mayor resistencia a las altas temperaturas, abordando las limitaciones de los métodos tradicionales que eran propensos a las inconsistencias y la subjetividad. Además, la integración de sistemas automatizados ha revolucionado el proceso de prueba. 

Conclusión

En un contexto donde la seguridad, confiabilidad y cumplimiento normativo son prioridades industriales, las pruebas con líquidos penetrantes constituyen una técnica fundamental dentro de los procedimientos de inspección no destructiva, cuya implementación eficiente en procesos de evaluación permite asegurar la integridad estructural de componentes metálicos y no metálicos sin comprometer su funcionalidad ni su vida útil.

Referencias 

1. ASTM International. (2021). ASTM E1417/E1417M-21: Standard practice for liquid penetrant testing. ASTM International.
2. International Organization for Standardization. (2021). Non-destructive testing — Penetrant testing — Part 1: General principles (ISO 3452-1:2021). ISO.
3. American Society of Mechanical Engineers (ASME). (2023). ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section V – Nondestructive Examination. New York, NY: ASME.
4. American Society for Nondestructive Testing. (1999). Nondestructive Testing Handbook: Liquid Penetrant Testing (Vol. 2, 3rd ed.). Columbus, OH: ASNT.