Termografía aeroespacial: usos, técnicas y aplicaciones en END

Una de las técnicas relativamente nuevas de ensayos no destructivos es la termografía aeroespacial. Es importante evaluar periódicamente la integridad de los materiales compuestos utilizados en la industria aeroespacial para garantizar su seguridad y fiabilidad.

Los materiales compuestos se utilizan ampliamente en la industria aeroespacial debido a su alta resistencia y rigidez en relación con su peso. Estos materiales pueden ser usados para fabricar piezas estructurales como alas, fuselajes y componentes del motor. Sin embargo, la calidad de estos materiales puede deteriorarse con el tiempo debido a factores como la exposición a altas temperaturas, la vibración y la fatiga.

Con el aumento en la utilización de materiales compuestos en la industria aeronáutica, es necesario implementar nuevas técnicas de inspección para asegurar que las estructuras fabricadas con estos materiales sean inspeccionadas adecuadamente. En general, las partes principales de vuelo, como los alerones, timones de dirección, timones de profundidad y carenajes, están hechas de materiales compuestos estructurales, como laminados sólidos y paneles de sándwich.

Los aviones modernos, como el B787, pueden tener el fuselaje fabricado con plásticos reforzados con fibra de carbono (CFRP), lo que hace que los programas de inspección y análisis de daños deban incluir técnicas de detección no destructivas (END) capaces de identificar daños como delaminaciones, desprendimientos y la presencia de humedad. Para las aeronaves A310, el timón de dirección está hecho de un panel de capas de fibra de carbono orientadas en las direcciones 0, 45 y 90, reforzado con un núcleo de poliamida (NOMEX) en la configuración de panal (honeycomb).

Una de las técnicas más utilizadas en el a análisis de fallas de estos materiales en la industria Aeroespacial es la Termografía, la cual, se utiliza para evaluar la integridad de los materiales compuestos. Esta técnica se basa en la medición de la distribución de temperatura en la superficie del material. Variable que puede ser influenciada por la presencia de defectos en el material, como grietas, delaminaciones y burbujas de aire. Estos defectos pueden causar cambios en la forma como se distribuye la temperatura de la superficie del material, y estos cambios pueden ser detectados.

Técnicas Termográficas más utilizadas

• Termografía de infrarrojos: Esta técnica utiliza cámaras infrarrojas para medir la distribución de temperatura en la superficie del material, se utiliza para detectar defectos en la superficie del material, como grietas, áreas de tensión y también se emplea para evaluar la calidad de la unión entre dos materiales diferentes, como en la soldadura entre dos placas de materiales metálicos.
• Termografía de pulso térmico: Se utiliza para medir la conductividad y la difusividad térmicas de los materiales, mediante un pulso de calor para calentar la superficie de un objeto y luego mide la distribución de temperatura mientras el objeto se enfría
• Termografía de barrido láser: Utiliza un láser para escanear la superficie de un objeto y mide la distribución de temperatura de la superficie mientras el objeto se enfría. También se emplea para medir la conductividad y la difusividad térmicas de los materiales.

Aplicación de la termografía aeroespacial

La termografía se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones, entre ellas:

• Evaluación de la integridad estructural: Se usa para detectar defectos en materiales compuestos, como grietas, delaminaciones y burbujas de aire. La detección temprana de estos defectos puede evitar fallos catastróficos en la estructura.
• Evaluación de la calidad de soldaduras: Se emplea para evaluar la calidad de la soldadura entre dos placas de material, mediante su uso se mide la distribución de temperatura y detectar cualquier defecto, como burbujas de aire o falta de unión.
• Detección de áreas dañadas durante el servicio: Se emplea también para detectar áreas dañadas en materiales compuestos durante el servicio. Por ejemplo, si una pieza estructural se expone a altas temperaturas o vibraciones, puede sufrir daños que no son visibles a simple vista, por medio de esta técnica se pueden detectar estos daños y evaluar su gravedad.
• Evaluación de la calidad del proceso de fabricación: La detección temprana de defectos en el proceso de fabricación puede evitar problemas en la integridad estructural del material compuesto. La termografía se utiliza para evaluar la calidad del proceso de fabricación de los materiales compuestos.
• Inspección de piezas de repuesto: Para inspeccionar piezas de repuesto antes de su instalación. Esto ayuda a garantizar que las piezas de repuesto tengan la misma calidad que las piezas originales y que no tengan defectos.

Inspección de estructuras aeronáuticas

En la industria aeronáutica, específicamente las aplicaciones más conocidas de la termografía infrarroja como un ensayo no destructivo son:

• Descubrimiento de inclusión de agua en las superficies aerodinámicas de avión.
• Inspección de fuselajes de avión, Análisis dinámico de fatiga.
• Falta de adhesión en materiales compuestos y evaluación de la soldadura por puntos.
• Daños por impacto en materiales compuestos
• Porosidad y Espesor medida de la profundidad en materiales compuestos.
• Adherencia de la pintura, Corrosión bajo pintura.
• Vacío, oclusión de aire y deformaciones en material plástico (polímero)

Beneficios de la termografía en la industria aeroespacial

La termografía tiene varios beneficios en la industria aeroespacial, entre ellos:

• Es una técnica de ensayo no destructiva que no daña el material durante la evaluación.
• Detecta defectos en los materiales compuestos antes de que causen fallos estructurales.
• Permite revelar defectos que son difíciles de detectar por otros medios, como la inspección visual.
• Reduce los costos, ya que permite evaluar grandes áreas de material en poco tiempo

Requisitos técnicos para la termografía aeroespacial (cámara + configuración)

• NETD / Resolución térmica (<20 mK – 25 mK): la detección de gradientes térmicos sutiles es fundamental para identificar delaminaciones en capas profundas o la entrada de humedad en paneles sándwich (núcleos NOMEX). La alta sensibilidad térmica permite visualizar los defectos antes de que se conviertan en críticos para la estructura.
• Alta frecuencia de fotogramas (de 100 Hz a más de 1000 Hz): esencial para la termografía de pulso activo y la supervisión del comportamiento térmico de los motores aeronáuticos. Se requiere una adquisición de alta velocidad para capturar la rápida difusión térmica en los componentes metálicos y analizar la fatiga dinámica durante las pruebas de vibración.
• Selección de banda espectral (MWIR frente a LWIR):
  • MWIR (3-5 µm): preferida para componentes de motores de alta temperatura e inspecciones a través de llamas.
  • LWIR (8-14 µm): ideal para estructuras compuestas (CFRP/GFRP) y para detectar corrosión bajo la pintura debido a la menor interferencia atmosférica a largas distancias.
• Resolución espacial e IFOV (campo de visión instantáneo): para las inspecciones del fuselaje y las alas, el sistema debe resolver defectos milimétricos (grietas o burbujas de aire) desde una distancia de seguridad. Un IFOV bajo garantiza que cada píxel represente un área física lo suficientemente pequeña como para evitar el «desenfoque» de los bordes de los defectos críticos.
• Calibración avanzada y flujo de trabajo de emisividad: los materiales aeroespaciales, como el aluminio pulido o los recubrimientos especializados, tienen una emisividad variable. La configuración debe incluir la corrección de la emisividad en tiempo real y la calibración multipunto para garantizar la precisión absoluta de la temperatura en los informes de control de calidad.
• Sincronización para termografía activa: la cámara debe poder sincronizarse con fuentes de calor externas (lámparas de flash o láseres). Esta capacidad de «bloqueo» es lo que diferencia una herramienta de diagnóstico de una simple cámara de monitoreo, ya que permite detectar la falta de adhesión en las uniones pegadas.
• Informes automatizados y trazabilidad: los protocolos de control de calidad (QA) requieren trazabilidad digital. El software debe generar informes NDT estandarizados que documenten las condiciones ambientales, los parámetros de los equipos y los datos radiométricos brutos para la supervisión del estado estructural (SHM) a largo plazo.

Desafíos de la termografía en la industria aeroespacial

A pesar de los beneficios de la termografía en la industria aeroespacial, también existen desafíos, entre ellos:

• La interpretación de los resultados de la termografía puede ser difícil. Es necesario contar con personal capacitado en la interpretación de las imágenes termo gráficas para obtener resultados precisos.
• Solo puede detectar defectos en la superficie del material. No puede detectar defectos en el interior del material.
• Las condiciones ambientales, como la temperatura y la humedad, pueden afectar los resultados de la termografía. Es necesario tomar medidas para controlar las condiciones ambientales durante la evaluación.

Conclusión

La termografía es una técnica de ensayo no destructiva que se utiliza en la industria aeroespacial para evaluar la integridad de los materiales compuestos. Esta técnica se basa en la medición de la distribución de temperatura en la superficie del material, lo que puede ser influenciado por la presencia de defectos en el material.

Referencias bibliográficas

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