Introducción
El espectro electromagnético de las microondas, conocidas por sus aplicaciones domésticas y las comunicaciones satelitales, han encontrado igualmente un terreno prometedor en el área de la confiabilidad como las Pruebas No Destructivas. Este método, que se ha ganado reconocimiento por su eficiencia y versatilidad en la evaluación de materiales dieléctricos no metálicos y se adentra en un amplio espectro de aplicaciones en diversas disciplinas.
Las pruebas de microondas, denominado ensayo de tecnología de microondas por la ASNT, ha sido desarrollado específicamente para la inspección de materiales no conductores (dieléctricos), tales como plásticos, elastómeros, cerámicas, fibras de vidrio, materiales compuestos, u otros.
El desarrollo previo de esta tecnología en aplicaciones domésticas y telecomunicaciones, ha facilitado su adaptación en la disciplina de los Ensayos No Destructivos a un menor costo. En este artículo, exploraremos las técnicas y las aplicaciones innovadoras de esta tecnología.
Principio del método de ensayo de Microondas
Al igual que la luz y los rayos X, las microondas son ondas electromagnéticas. Sus frecuencias se extienden de 300 MHz a 300 GHz y se sitúan entre las ondas de radio y el infrarrojo lejano (ver figura 1).
El funcionamiento del ensayo se basa en el concepto de la interferometría de ondas electromagnéticas. A través de un transmisor se emite un haz hacia la pieza bajo ensayo y en aquellas interfases donde exista un cambio de permitividad relativa (constante dieléctrica), se producen reflexiones de la señal. Los cambios en la constante dieléctrica pueden ser producidos por cambios físicos o químicos del material, como delaminaciones, grietas, huecos, impurezas, falta de adhesión, falta de fusión, humedad o ingreso de líquidos, daños mecánicos u otro tipo de daño.
Similar al ensayo de ultrasonido, las pruebas de microondas se pueden realizar en el modo de reflexión y en el modo de transmisión.
Limitaciones de Pruebas No Destructivas en la inspección de materiales dieléctricos no metálicos
Alguna Pruebas No Destructivas se han usado en la inspección de materiales dieléctricos no metálicos, presentan limitaciones que son ventajas para el ensayo de microonda. A continuación se describen las limitaciones:
- Ultrasonido (UT): No puede usarse en hules o plásticos suaves porque absorben la energía en casi en su totalidad. Adicionalmente, en la red de capas de un material compuesto, la señal-ruido es muy desproporcionada. Además, si se utiliza la técnica de transmisión-recepción, se requiere tener acceso por ambos lados del componente, lo cual no siempre es factible.
- Ensayo de Partículas Magnéticas y Corrientes de Eddy, o cualquier otro método electromagnético: No es aplicable en la inspección de materiales compuestos debido a que son inherentemente dieléctricos.
- Radiografía: A excepción del uso de fuentes no convencionales de baja energía, no ofrecen resultados 100 % confiables porque los defectos que afectan a este tipo de materiales no cambian sensiblemente la densidad de los materiales. Por otro lado, las previsiones asociadas a los riesgos por exposición a la radiación ionizante afecta a las actividades de producción en campo.
Aplicaciones del método de ensayo de Microondas
La versatilidad del ensayo no destructivo de microondas ha encontrado aplicaciones significativas en la caracterización de materiales, abriendo nuevas posibilidades en la investigación científica y como método dentro de la disciplina de los Ensayos No Destructivos. A continuación se listan varias de sus principales aplicaciones:
- Determinación de propiedades dieléctricas: Esta aplicación surge como una aplicación clave en la caracterización de materiales tal como la constante dieléctrica, de gran importancia en la industria electrónica, telecomunicaciones y desarrollo de materiales avanzados.
- Inspección de juntas en tuberías de polietileno de alta densidad: Permite detectar rápidamente imágenes de juntas frías en las uniones soldadas de las secciones de tubería de HDPE, (ver figura 2).
- Metrología: Este ensayo es fundamental para medir el espesor de materiales no metálicos dieléctricos. Ya sea para monitorear el espesor de compuestos, cerámicas o polímeros, esta tecnología ofrece una solución no invasiva. Esta aplicación es particularmente beneficiosa en industrias como la aeroespacial y la manufacturera, donde el espesor del material juega un papel importante en la integridad estructural.
- Monitoreo de condición: Al analizar cómo interactúan las microondas con los materiales, es posible identificar debilidades estructurales, corrosión u otros defectos. Este enfoque proactivo permite intervenciones oportunas, previniendo fallas y garantizando la vida útil de las estructuras, siendo de gran importancia en áreas como la industria aeroespacial, donde se exige los más altos estándares de seguridad y confiabilidad.
- Evaluación de recipientes de fibra de vidrio: Permite identificar rápidamente y con gran exactitud defectos internos, accediendo solo a la cara externa del equipo.
- Detección de defectos en materiales compuestos: La capacidad de penetración de las microondas permite la detección de defectos internos en materiales compuestos, como grietas o delaminaciones, siendo fundamental en la evaluación de estructuras en la industria aeroespacial.
- Inspección de palas de molinos eólicos: El uso de medios renovables para la generación de energía tiene un marcado crecimiento global, siendo una de las opciones más utilizadas el aprovechar la energía del viento a través de enormes aerogeneradores. El ensayo permite conocer la disposición interna de las distintas capas del material, observando, por ejemplo, excesos o falta de resina, incluso rugosidades en el volumen interno de la pieza que actúan como concentradores de tensiones, generando delaminaciones que pueden ocasionar a fallas durante el funcionamiento de los aerogeneradores.
- Inspección de hormigón y otros materiales construcción: En la ingeniería civil, este Ensayo No Destructivo se utiliza para inspeccionar la calidad del hormigón y otros materiales de construcción. Esto ofrece una alternativa eficiente y no invasiva para evaluar la resistencia y durabilidad de las estructuras existentes.
Retos y futuro del Ensayo No Destructivo de Microondas
Aunque los estos ensayos ha demostrado ser una herramienta valiosa, esta enfrenta desafíos como la resolución espacial limitada y la necesidad de adaptarse a una variedad de materiales. La investigación continua se centra en superar estos desafíos y aprovechar al máximo el potencial de esta tecnología.
En el futuro, se espera que el ensayo no destructivo de microondas evolucione hacia aplicaciones más específicas y avanzadas, integrando tecnologías complementarias para mejorar la resolución y la precisión.
Conclusión
El Ensayo No Destructivo de Microondas ha demostrado ser una tecnología innovadora con aplicaciones diversas y prometedoras. Desde la caracterización de materiales hasta la evaluación de la integridad estructural, esta técnica no solo preserva la integridad de las muestras, sino que también ofrece información detallada y considerable en una variedad de disciplinas. A medida que la investigación y el desarrollo continúan, es probable un aumento en la adopción y la expansión de aplicaciones, consolidando el ensayo como una herramienta importante en la investigación y la industria.
Referencias
- ALESSANDRO DEMMA, ALESSANDRO BORDIGNON, MASSIMILIANO ROSSI, GUILLERMO GARCÍA. Ensayos No Destructivos mediante Microondas: Estado del Arte; Consultado en fecha 09 de Noviembre de 2023; https://www.ndt.net/article/panndt2019/papers/9_Alessandro_Demma.pdf
- XCEL INSPECTION. Microondas. Consultado en fecha 10 de Noviembre de 2023; https://xcelinspection.com/prod/sistema-microondas/
- JOHANN HINKEN. Microwave Testing (µT): An Overview; Consultado en fecha 12 de Noviembre de 2023; https://www.ndt.net/article/ndtnet/2017/1_Hinken.pdf
- D. FAKTOROVÁ. Microwave Nondestructive Testing of Dielectric Materials; Consultado en fecha 12 de Noviembre de 2023. https://core.ac.uk/reader/8986520
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