El ultrasonido pasivo es una técnica de mantenimiento industrial con diversas aplicaciones. Para poder entender que se mide es necesario conocer algunos conceptos asociados a esta técnica.
En esta entrada vamos a hablar sobre ondas sonoras, propiedades del sonido, ultrasonido, fricción, turbulencia e impacto y por último, algunas aplicaciones del ultrasonido pasivo.
Ondas
Las ondas mecánicas se encargan de transferir energía de un punto a otro. La forma en que se transporta la energía se puede dar de manera transversal o longitudinal.
Las ondas transversales se dan cuando el movimiento de las partículas es perpendicular a la dirección de la onda. Un ejemplo fácil de entender son las ondas del mar que van de arriba hacia abajo pero la dirección hacia donde se dirigen es a 90 grados.
Por otro lado, las ondas longitudinales se dan en la misma dirección de la propagación. Para que esto suceda las partículas se contraen y se separan en la misma dirección. El sonido es un ejemplo de este tipo de ondas.
Cuando se contrae se le llama zona de compresión y quiere decir que se acumulan partículas. Cuando estas se liberan y baja la presión, se le conoce como zona de rarefacción.
Como el sonido se entiende como una acumulación de partículas y generar alta presión, esto se puede cuantificar y se le conoce como presión sonora. En los trabajos técnicos se mide esa presión sonora y se analiza la información.
Propiedades del sonido
Hay cuatro propiedades importantes del sonido que nos interesan. Frecuencia, periodo, amplitud y longitud de onda.
La frecuencia es el número total de veces que un ciclo se repite en un tiempo determinado. Ese lapso de tiempo por lo general es 1 segundo. La unidad de medida de la frecuencia es el hercio y se escribe Hz.
El periodo es el tiempo en que se completa cada ciclo. Como es un tiempo, lo más normal es medirlo en segundo.
Como vemos la frecuencia y el periodo son propiedades inversas. Por eso utilizando una simple ecuación podemos obtener cualquiera de las dos.
T= 1/f
T siendo el periodo y f la frecuencia.
Otro concepto importante es la amplitud que se refiere a la medida de variación de una onda. Para esto podemos tomar diferentes referencias. Si se toma desde el punto de equilibrio hasta un valor mayorr, se le conoce como amplitud de 0 a pico (0-p) y si es desde el punto menor de la onda al mayor, se le conoce como de pico a pico (p-p).
En los trabajos industriales la amplitud puede determinar la gravedad de lo que medimos. Por eso es importante entender y configurar de manera correcta nuestros aparatos de medición.
Por último, la longitud de onda es la distancia que hay entre cada ciclo de una onda. Por lo general se puede usar los puntos más altos de la onda y medir la distancia.
La longitud de onda se designa con la letra griega lambda λ y en general se expresa en metros. Entre más alta sea la frecuencia más corta será la longitud de onda.
La longitud de onda la podemos obtener de una ecuación que relaciona la velocidad del sonido y la frecuencia.
λ =c/f
Ultrasonido
Como vimos anteriormente, la frecuencia es el número de ciclos en un intervalo de tiempo. Los humanos solo percibimos frecuencias entre 20-20 kHz. Este rango se le conoce como espectro audible.
El ultrasonido es toda onda sonora que tenga una frecuencia superior a 20kHz. Esto quiere decir que los seres humanos no pueden escuchar el ultrasonido de manera natural, para eso necesitamos aparatos especiales de medición.
Una de las cualidades del sonido es que se vuelve más direccional entre más alta sea su frecuencia. Direccionalidad quiere decir que es más fácil reconocer la fuente de generación de ondas sonoras.
En trabajos de medición de ultrasonido para trabajos de mantenimiento industrial esto es muy útil porque podemos diferenciar ondas de ultrasonido en ambientes que son ruidosos para los humanos. Por ejemplo en una planta de producción, los humanos requerimos protección auditiva para nuestros oídos, pero para un aparato que está midiendo ultrasonido esto no es problema.
Fricción, Turbulencia e Impacto
En ambientes industriales la clase de ultrasonido que buscamos puede ocurrir de tres maneras.
- Fricción es cuando hay movimientos opuestos entre materiales.
- Turbulencia se da cuando un fluido pasa de una zona de mayor presión a una de menor presión. El fluido cambia a un estado turbulento, es decir caótico.
- Por último, el impacto se da por contactos entre diferentes partes.
En general, el personal entrenado puede diferenciar el origen de la fuente y utilizar los accesorios especiales para los equipos de medición.
Siempre es importante diferenciar entre ultrasonido aéreo y estructurales. Aéreos se da comúnmente por fuga de gases y de vacío, mientras que estructural puede ser cavitación o rodamientos fallando.
Aplicaciones
Inspecciones Eléctricas
Tal vez uno de los campos más importantes para la utilización del ultrasonido son las inspecciones eléctricas.
Cuando hay escape de electrones en las conexiones eléctricas el aire se ioniza y se produce un ruido. Este ruido es ultrasónico y puede ayudar a prevenir catástrofes con la correcta medición y análisis.
Los problemas más comunes que se pueden detectar con el ultrasonido son:
- Arco
- Corona
- Descargas Parciales
Cada uno requiere un análisis diferente para poder definir la gravedad del problema.
Fugas de Aire comprimido
El ultrasonido sirve para localizar fugas y corregir este problema. Se estima que alrededor del 25% de la energía de estos sistemas se pierde debido a las fugas que no se controlan.
Con el entrenamiento correcto es posible hacer rondas de detección de fugas con ultrasonido.
Lubricación e inspección de rodamientos
Cuando se usa el ultrasonido como parte de una inspección de mantenimiento predictivo se pueden prevenir fallas de lubricación y alertar sobre posibles fallas en rodamientos.
En algunos casos se pueden montar sensores que midan 24/7 sobre las máquinas y conocer el estado de los rodamientos, conocer su comportamiento en el tiempo y generar reportes y alarmas.
Por el lado de la lubricación, el ultrasonido ayuda a detectar posibles fallas por falta de o exceso de lubricación.
En cualquier caso, el entrenamiento correcto del personal que toma las medidas acompañado de las herramientas correctas, hace la diferencia entre análisis de calidad y trabajos incompletos.
