Materiales compuestos: Avances en los Ensayos No Destructivos para garantizar la integridad estructural

Autor: Ing. Carlos Álvarez, 02 diciembre 2023.

Introducción

Los materiales compuestos han revolucionado numerosas industrias, desde la aeroespacial hasta la automotriz, debido a sus propiedades de resistencia y ligereza. Sin embargo, garantizar la integridad estructural de estos materiales es necesario para su rendimiento a largo plazo. En este contexto, los Ensayos No Destructivos (END) se han convertido en herramientas importantes para evaluar la calidad y detectar posibles defectos sin comprometer la integridad del material.

Este artículo destaca los “Avances en la evaluación de los materiales compuestos”, centrando la atención en los “Ensayos No Destructivos”. Aborda las siguientes tecnologías: Ultrasonido avanzado, radiografía digital, termografía activa e inteligencia artificial, con el fin de comprender como estas herramientas aseguran la excelencia y confiabilidad de los materiales que impulsan la era tecnológica.

La Importancia de los materiales compuestos

Antes de disertar sobre los Ensayos No Destructivos, es necesario comprender la importancia de los materiales compuestos en diversas aplicaciones. Desde componentes estructurales en aviones hasta piezas automotrices, estos materiales ofrecen una combinación única de resistencia y ligereza, optimizando el rendimiento y la eficiencia en múltiples industrias.

Desafíos en la evaluación de materiales compuestos

A pesar de sus ventajas, la evaluación de estos materiales presenta retos significativos. Los defectos internos, como inclusiones de aire o delaminaciones, pueden ser difíciles de detectar sin dañar el material. Esta pruebas, no destructivas, proporcionan soluciones para evaluar la integridad sin comprometer la calidad del material.

Tipos de Ensayos No Destructivos para materiales compuestos

Entre los métodos de ensayos más utilizados se encuentran:

Ultrasonido: Este método utiliza ondas ultrasónicas para detectar imperfecciones en el material. Las variaciones en la velocidad de las ondas pueden indicar la presencia de defectos, permitiendo una evaluación precisa de la integridad del material.

Termografía: La termografía infrarroja detecta variaciones de temperatura en la superficie del material, revelando defectos internos. Este método es especialmente útil para identificar delaminaciones y problemas de unión.

Radiografía: La radiografía industrial utiliza rayos X o gamma para penetrar el material y revelar posibles defectos internos. Este método es efectivo para identificar inclusiones de aire o problemas de densidad.

Inspección Visual Remota: La utilización de cámaras y sistemas de inspección visual permite una evaluación superficial del material. Aunque menos penetrante, esta técnica es valiosa para identificar defectos visibles en la superficie.

Ventajas de los Ensayos No Destructivos en materiales compuestos

A través de estos ensayos se puede realizar la evaluación sin afectar la integridad física del material. Esto es importante, especialmente en industrias donde la seguridad y la fiabilidad son prioritarias. Además, estos ensayos permiten la detección a tiempo de defectos, lo que facilita la implementación de medidas correctivas antes de que los problemas se agraven.

Desarrollos tecnológicos recientes

La tecnología no se detiene, y los Ensayos No Destructivos no son una excepción. Avances recientes han mejorado la precisión y la eficiencia de estos métodos en la inspección de materiales compuestos. Entre estos se tienen:

Técnicas avanzadas de Ultrasonido

Aunque se ha venido aplicando desde hace décadas, se han integrado nuevos avances tecnológicos en los últimos años que han facilitado la inspección de estos materiales con un incremento en la probabilidad de detección de defectos (POD).

Entre estos avances se pueden mencionar: Ultrasonido por Arreglo de Fases (PAUT), el Método de Focalización Total (TFM) y más recientemente las Imágenes por Coherencia de Fase (PCI), este último especial para la detección de fallas cercanas a las superficies e inspección de componentes delgados, debido a que se eliminan los ecos de inicio y de fondo. Igualmente, nuevos diseños de transductores se han desarrollado para facilitar las tareas de inspección de estos tipos de componentes.

Radiografía digital

La radiografía digital también ha mostrado grandes avances en la inspección de materiales compuestos, como proporcionar imágenes de alta resolución con mayor rapidez y eficiencia.

Con los progresos en automatización, el análisis de imágenes se realiza de forma rápida y precisa mediante algoritmos avanzados, acelerando el proceso de inspección y facilitando la identificación de posibles defectos con una alta probabilidad de detección (POD) y una mayor capacidad de almacenamiento de datos. Además, en un futuro próximo, tecnologías emergentes como la tomografía por retrodispersión presentan perspectivas alentadoras.

Ensayo de microondas

Aunque aún no se ha masificado su aplicación, investigaciones han mostrado grandes avances en los últimos años en la inspección de materiales compuestos con las pruebas no destructivas como microondas a través la naturaleza dieléctrica del mismo y su capacidad de penetración, lo cual permite la detección de fallas en el interior del componente.

Termografía activa

En la técnica de termografía activa se han mejorado las tecnologías de generación de calor controlado, permitiendo una mayor precisión al focalizar el calor en áreas específicas, facilitando la identificación de defectos microscópicos. Además, la incorporación de algoritmos avanzados de procesamiento de imágenes ha optimizado la interpretación de datos, permitiendo la detección automática de anomalías.

Inspección Visual Remota

Los últimos desarrollos en la Inspección visual remota en la obtención de imágenes de mayor calidad y mejoras en las mediciones estereoscópicas han facilitado la generación de controles de calidad más eficientes, dimensionamientos más precisos y un incremento en la probabilidad de detección (POD).

Inteligencia artificial

La inteligencia artificial se ha integrado a la interpretación de datos, permitiendo una identificación más rápida y precisa de posibles defectos, igualmente su integración en la robotización y aprendizaje automatizado (machine learning, ML), han posibilitado la aplicación más eficiente y con mejora continua en la inspección de materiales compuestos.

Casos de éxito en la aplicación de Ensayos No Destructivos

Varios casos demuestran la efectividad de estos ensayos en la evaluación de este tipo de material. Por ejemplo, en la industria aeroespacial, donde la seguridad es primordial, el uso de ultrasonido ha permitido identificar defectos internos en componentes críticos sin afectar su rendimiento. Estos casos destacan la importancia de la aplicación sistemática de Ensayos No Destructivos en la fabricación y mantenimiento de productos basados en materiales compuestos.

Consideraciones éticas y ambientales

A medida que avanzamos en la utilización de tecnologías para evaluar materiales, es fundamental abordar las consideraciones éticas y ambientales. La generación de residuos asociada con algunos métodos tradicionales, como la radiografía, plantea desafíos ambientales. La industria está respondiendo con enfoques más sostenibles y métodos que minimizan el impacto ambiental.

Conclusiones

En la era de los materiales compuestos, la evaluación de la integridad estructural es clave para garantizar la seguridad y el rendimiento. Los ensayos no destructivos han surgido como herramientas importantes en este proceso, ofreciendo una evaluación precisa sin comprometer la calidad del material.

Con avances tecnológicos continuos, estos métodos de inspección seguirán desempeñando un papel valioso en la fabricación y mantenimiento de productos que dependen de la resistencia y ligereza de estos materiales. La aplicación sistemática de ensayos no destructivos no solo asegura la calidad de los productos, sino que también impulsa la innovación y sostenibilidad en las industrias clave.

Referencias

• EVIDENT. Control de adherencia no destructivo para materiales compuestos de aeronaves; Consultado en fecha 24 de Noviembre de 2023; https://www.olympus-ims.com/es/applications/non-destructive-bond-testing-aircraft-composites/
• AJAY KAPADIA. Non-Destructive Testings of Composite Materials; Consultado en fecha 25 de Noviembre de 2023; https://avaloncsl.files.wordpress.com/2013/01/ncn-best-practice-ndt.pdf
• B. BORO DJORDJEVIC. Nondestructive Test Technology for the Composites; Consultado en fecha 27 de Noviembre de 2023; https://www.ndt.net/article/ndt-slovenia2009/PDF/P28.pdf.
• ADDCOMPOSITES. What are the Different Inspection Methods of Non-destructive Testing for Composites?; Consultado en fecha 14 de Noviembre de 2023; https://www.addcomposites.com/post/non-destructive-testing-for-composites-different-inspection-methods

Sobre el autor.

Carlos Álvarez. Ingeniero Mecánico, con certificación Nivel III por la American Society for Nondestructive Testing  (ASNT) en los ensayos de Ultrasonido y Radiografía Industrial. Posee una experiencia de más 29 años para la industria del petróleo y gas, especialmente con Petróleos de Venezuela S.A (PDVSA) y empresas de servicios de inspección conexas con el sector petrolero. Posee una amplia trayectoria académica como Profesor Universitario y Facilitador de Programas Especializados de Formación para profesionales del área de inspección. E-mail: carlos alvarez@inspenet.com