Qué es Transductor
Ultrasonido NDT
Cómo funciona, Tipos y Cómo Seleccionar
El transductor es el corazón del ultrasonido, ya que es la parte que emite y recibe las señales de onda que proporcionan la información que se requiere cuando se buscan discontinuidades o se miden los espesores de un material.
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¿Qué es un transductor?
Un transductor es “Cualquier accesorio que transforma energía de una forma a otra”.
En el caso de la inspección por ultrasonido convierte la energía eléctrica en mecánica y viceversa, a partir del efecto piezoeléctrico, propiedad que tienen algunos materiales cristalinos y cerámicos de expandirse o contraerse bajo el efecto de campos eléctricos variables.
Un transductor está constituido por diferentes elementos, el ensamble típico se muestra en la siguiente figura.
El diseño y construcción de un transductor ultrasónico depende de factores y variables involucrados en cada aplicación.
6 Tipos de Transductores
Existen diferentes tipos de transductores ultrasónicos para pruebas no destructivas, vienen en un amplia variedad de configuraciones para facilitar las numerosas posibilidades de inspección. Los 6 más comunes son los siguientes:
1.- Transductor de Haz Recto
Tienen un solo elemento activo, utilizado para la transmisión y recepción del ultrasonido. Pueden generar ondas longitudinales a 0°, además se pueden clasificar en haz recto o angular, de contacto o inmersión.
Transductores de haz recto de contacto, contienen un solo elemento activo que genera ondas longitudinales. Es el transductor frecuentemente utilizado por considerarse el más versátil en la detección de fallas. Debido a que es utilizado en contacto directo con la superficie de la pieza, en general, es de un material altamente resistente al desgaste.
2.- Transductor de Haz Angular
Crean un haz ultrasónico en ángulos específicos hacia la superficie de inspección. La mayoría generan ondas de corte en el material de inspección, por refracción y conversión de modo de una onda de compresión.
Las zapatas de haz angular donde los transductores son montados están fabricados comúnmente de polímeros como acrílico o poliestireno. La zapata puede estar integrada en el transductor, desmontable con tornillería o de cambio rápido. Puede perfilarse y amortiguarse para minimizar los reflejos internos. Los transductores angulares de doble elemento también son comunes.
3.- Transductor de Línea de Retardo
Transmiten y reciben ondas de sonido con un elemento acoplado a la superficie como los transductores de contacto. El cristal se mantiene separado de la superficie de inspección mediante algún polímero; la dimensión de la línea de retardo puede variar debido al tipo y espesor del material. Esto permite una inspección muy cerca de la superficie de la pieza de prueba.
4 .- Transductor Dual (doble elemento)
Los transductores duales tienen 2 elementos activos, uno de estos elementos se utiliza para la transmisión y otro para la recepción ultrasónica. Estos transductores pueden ser utilizados para medir espesores y detección de fallas.
5.- Transductor de Inmersión
Diseñados para operar debajo del agua. El agua funciona como un medio acoplante y retardo entre el transductor y la pieza de inspección. Son usados en sistemas de inspección automática.
6.- Transductor para Alta Temperatura
Especializados ofrecen la posibilidad de funcionamiento continuo hasta 538 °C. así como ciclos de operación significativamente extendidos incluso llegando a permitir el acoplamiento continuo. El tiempo máximo de enfriamiento entre las mediciones es de solo 1 minuto, ya que la carcasa del transductor y sus accesorios permiten disipar el calor, lo que significa que el operador no tiene que preocuparse por un enfriamiento prolongado. Esto se traduce en una pausa mínima entre mediciones.
¿Cómo seleccionar un transductor?
En varios casos, el tipo de transductor utilizado en un ensayo se determinará según las normas de inspección o los requisitos de procedimiento que el inspector necesita seguir. Los códigos o las normas, como AWS D1.1 y ASTM E-164 detallan los transductores o zapatas recomendadas; en algunos casos la selección del transductor se regirá por estándares o procedimientos anteriores llevados a cabo para la misma inspección.
Sino existe una norma o un procedimiento establecido, el inspector debe seleccionar un transductor apropiado basado en los requisitos específicos de la prueba, y debe utilizar su propio conocimiento relativo a las prácticas usuales de la inspección y a la teoría general de los sistemas ultrasónicos. En algunos casos, esta situación conlleva a experimentar con diferentes tipos de transductores sobre bloques de calibración que representan la pieza bajo ensayo. De esta forma, podrá determinarse el transductor que ofrece mejores resultados.
La selección adecuada de un transductor puede verse afectada por diversos factores, entre los más importantes se encuentran los siguientes:
Modo de onda
Onda longitudinal: Las partículas se mueven en la misma dirección en que viaja la onda. Las ondas longitudinales son usadas para aplicaciones de medición de espesores y detección de fallas con haz recto.
Onda de Corte: Las partículas se mueven de forma perpendicular a la dirección en que viaja la onda. Las ondas de corte son utilizadas para mejorar la detección de discontinuidades pequeñas en la detección de fallas con haz angular, así como para determinar los componentes de velocidad de ondas de corte en la caracterización de materiales.
Frecuencia
Cuando incrementa la frecuencia, la longitud de onda disminuye, lo cual permite la detección de discontinuidades más pequeñas y mayor precisión en la ubicación o medición de espesores. Cuando disminuye la frecuencia, la longitud de onda aumenta y permite mayor penetración en materiales gruesos y/o atenuantes.
Como regla general, la longitud de onda deberá ser igual o menor que el tamaño mínimo de discontinuidad que se quiere detectar.
Otros factores tales como la longitud del campo cercano, divergencia y diámetro del haz, también afectan la selección de la frecuencia.
- Geometría de la pieza
- Ancho de banda
El ancho de banda de un transductor define su salida de frecuencia, que a su vez afecta su desempeño, comúnmente definido como el lapso entre las frecuencias mínima y máxima que ocurren en el espectro a -6dB de amplitud de la frecuencia central.
Transductores de banda angosta
Tiene un espectro de frecuencia más estrecho y duración de pulso más largo debido a que se encuentra ligeramente amortiguado, esto lo hace más sensible a reflexiones de discontinuidades más pequeñas.
Son comúnmente utilizados para aplicaciones de detección de fallas y dimensionamiento.
Transductores de banda ancha
Tiene un espectro de frecuencia más amplio y duración de pulso más corta debido a que se encuentra altamente amortiguado, lo cual mejora su resolución axial y cercana a la superficie.
Jiménez G. G. Paulina
Ingeniero Químico Metalúrgico
Edwin Reyna
Ingeniero en Metalurgia y Materiales
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