Diseño de un banco de ensayos para termografía activa

Abstract

En el campo de la ingeniería resulta de vital importancia prevenir el fallo de los materiales, realizando para ello ensayos no destructivos. Dentro de los tipos de ensayos no destructivos, la técnica de la termografía activa se perfila como una de las técnicas favoritas, por ser de las menos invasivas. La termografía activa consiste en la aplicación de un salto térmico a un material mientras se monitoriza la evolución de la temperatura en el material con una cámara termográfica. Con un posterior estudio del vídeo grabado por la cámara, es posible detectar defectos subsuperficiales en los materiales. En este trabajo se propone el diseño de un instrumento para realizar ensayos mediante termografía activa. Este, se diseña de tal manera que el salto térmico que se desea aportar a la probeta estudiada proviene de un fluido caliente, en concreto, de agua. Este diseño es innovador, pues hasta la fecha todos los bancos de ensayo conocidos emplean luz infrarroja para producir el salto térmico en el material. Se introduce otra innovación en el diseño del banco ya que se diseña para probetas con geometría curva, pues actualmente sólo se realizan ensayos a probetas con geometría plana. Con la realización de este diseño, se pretende aportar al mercado una técnica para el estudio de defectología en tuberías industriales. Habiendo realizado ensayos previos en el banco se pretende la extrapolación de los resultados obtenidos a tuberías industriales evaluadas con la termografía activa, que poseen como fuente de calor el propio fluido que circula por su interior. Para realizar el diseño del banco de ensayos, se opta por asimilar tal diseño a un circuito hidráulico. Ello conlleva la elección de todos los componentes hidráulicos y no hidráulicos pertinentes: depósito, tuberías, válvulas, bomba y una resistencia eléctrica para conseguir el agua caliente en el depósito. Para poder asegurar una repetibilidad de los ensayos, se propone el diseño de un sistema de control, que automatiza la instrumentación hidráulica del banco. Así, para completar el diseño, se eligen también los elementos de control: una placa Arduino y transmisores de temperatura. Durante el diseño del banco es necesario estudiar la forma en la que se incorporan al banco las probetas que se quieren ensayar. Las probetas poseen dos geometrías, plana y curva. Por ello, se diseñan piezas específicas, en función de su geometría, para el acoplamiento de las mismas. Estas piezas, por su complejidad, deberán ser obtenidas mediante la impresión 3D. Una vez terminado el diseño, ante la imposibilidad de construirlo, se elige construir un prototipo a menor escala para observar el funcionamiento del agua como fuente de calor, así como de los componentes electrónicos elegidos para el banco de ensayos, ya que se pretende que ambos diseños tengan el mismo control o muy similar. En el prototipo se realizarán ensayos a una placa plana metálica de la misma índole que los que se pretende realizar en el banco diseñado. Si bien los ensayos no se pueden realizar con una cámara infrarroja radiométrica, se tomarán imágenes termográficas durante la totalidad del transitorio de la transferencia de calor en la placa. El transitorio es especialmente importante para la aplicación del banco de ensayos ya que la termografía activa sólo da resultados concluyentes si se estudia el transitorio.