ES2585703A1 - Sistema refrigerador para sondas ultrasónicas - Google Patents

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Abstract

Sistema refrigerador para sondas ultrasónicas, en particular basadas en la tecnología Phased Array, diseñado en base a una carcasa metálica hueca (1), conformada por una primera parte de carcasa superior (1.1) y una segunda parte de carcasa inferior (1.2), en cuya parte superior se acopla una sonda ultrasónica (2) y aloja parcialmente en su parte inferior una suela de alta resistencia térmica (3); la parte de carcasa superior (1.1) presenta un vaciado (1.1.1) donde se introduce parcialmente la sonda PA (2) e incluye orificios pasantes (1.1.2) para introducir un fluido refrigerador, así como orificios pasantes (1.1.3) para el paso de un fluido acoplante; y la parte de carcasa inferior (1.2) presenta un vaciado (1.2.1) para alojar parcialmente la suela térmica (3) e incluye orificios pasantes (1.2.3) para el paso de un fluido acoplante.

Description

SISTEMA REFRIGERADOR PARA SONDAS ULTRASÓNICAS
Campo y antecedentes de la invención
La presente invención se refiere a un sistema refrigerador para sondas ultrasónicas, en particular para sondas ultrasónicas basadas en la tecnología Phased Array.
A este respecto, el sistema refrigerador de la invención encuentra su aplicación en el campo de la inspección no destructiva, por ejemplo en el sector de los ensayos realizados sobre componentes en la industria petroquímica, para la evaluación y cuantificación de daños por corrosión en soldaduras, juntas, durante el servicio de tales componentes y, en general, en todos aquellos sectores donde se usa la tecnología Phased Array para la realización de ensayos no destructivos, desde el sector de la generación eléctrica hasta el de la construcción.
En este contexto, Phased Array (PA) es un avanzado método de ensayo no destructivo (END) que emplea una sonda de ultrasonidos para determinar la calidad de los componentes y detectar defectos tales como imperfecciones o grietas. Además, se puede utilizar de manera efectiva para medir el espesor de paredes y realizar pruebas de corrosión. Su eficacia procede de la combinación de múltiples ángulos y profundidades focales mediante una sonda que realiza varias inspecciones diferentes sin necesidad de modificar la configuración del transductor.
Así, con el fin de realizar un barrido completo de la zona donde se sospeche existencia de corrosión, por ejemplo, en los últimos años se ha extendido el uso de esta técnica Phased Array. Sin embargo, una gran desventaja de esta tecnología se deriva de que las sondas o palpadores ultrasónicos Phased Array conocidos sólo pueden operar en un rango de temperaturas limitado, esencialmente para un rango de temperaturas ambiente, lo que restringe el uso de esta técnica, no siendo aplicable cuando los componentes a valorar están a altas temperaturas, por ejemplo en un rango de 300-350oC o superior.
Para este tipo de ensayos no destructivos donde los componentes a valorar están a altas temperaturas, habitualmente se emplean otras técnicas basadas en tecnologías de ondas guiadas o mediante EMAT (Electromagnetic Acoustic Transducer -Transductor Acústico Electro Magnético). En el caso de las técnicas de ondas guiadas, si bien son operativas a temperaturas de 200-340oC, su uso permite detectar zonas de corrosión, pero no proporciona valores del espesor del material en dichas zonas (véase por ejemplo "Inspection of High Temperature Pipe-work using Guided Waves", Mark J. Evans, Simon Butler, 18th World Conference on Non-destructive Testing, 16-20 de abril 2012, Durban, South Africa).
En el caso de la técnica EMAT, si bien la temperatura de operación puede alcanzar 700°C, proporciona el valor de espesor de forma puntual en un único punto, por lo que no da información sobre la localización y extensión de otras posibles zonas problemáticas.
Por otro lado, los equipos de inspección ultrasónicos convencionales utilizan frecuencias superiores a 0,5 MHz, lo que conlleva el uso de fluidos acoplantes, que son altamente conductores del calor, provocando el rápido calentamiento del equipo (ver supra).
Objeto de la invención
Así, el objeto de la invención es proporcionar un sistema refrigerador que solucione las desventajas antes mencionadas, de forma que, acoplado a un palpador o sonda ultrasónica basado en la tecnología Phased Array (PA) convencional, permite mantener dicha sonda a una temperatura próxima a la temperatura normal de operación, a la vez que permite el paso de la onda ultrasónica que proporciona el dato objeto del ensayo.
Para ello, el sistema de la invención comprende una carcasa hueca acoplable por su parte superior a una sonda ultrasónica PA y que aloja en su parte inferior una suela de alta resistencia térmica. Esta carcasa está diseñada en base a una primera parte de carcasa superior y a una segunda parte de carcasa inferior, que se ensamblan entre sí mediante cualquier medio adecuado, por ejemplo mediante correspondientes tornillos o sistemas de clipaje.
La parte de carcasa superior presenta un vaciado en el que se introduce parcialmente la sonda o palpador PA, siendo por tanto este vaciado de las dimensiones y forma adecuadas a las correspondientes a dicha sonda PA. Igualmente, esta parte de carcasa superior presenta orificios pasantes en comunicación con el interior de la carcasa una vez ensamblada, los cuales permiten introducir en el interior de dicha carcasa un fluido refrigerador. Además, esta parte de carcasa superior incluye orificios pasantes en comunicación con el interior de la carcasa una vez ensamblada y destinados al paso de un fluido acoplante, como se ha mencionado anteriormente.
La parte de carcasa inferior presenta un vaciado para alojar parcialmente la citada suela térmica, así como, en su parte interior y rodeando este vaciado excepto por uno de sus lados, un cajeado que permite la circulación de fluido refrigerador. En correspondencia con el lado no cajeado, esta parte de carcasa inferior incluye orificios pasantes en comunicación con el interior de la carcasa una vez ensamblada y destinados al paso del mencionado fluido acoplante.
Por su parte, la suela térmica presenta un destalonamiento en su superficie de alojamiento en el vaciado correspondiente de la parte de carcasa inferior así como dos orificios ciegos para facilitar el flujo del acoplante en el interior de la carcasa. La suela térmica está mecaniza en su cara en contacto con el elemento a ensayar, de forma que se adapta a su forma, curvatura, tamaño, etc.
Descripción de las figuras
A continuación se describe en detalle una forma de realización de la invención en referencia a las figuras adjuntas, en las cuales:
Fig.1: muestra una forma de realización de un sistema según la invención comprendiendo una carcasa acoplada a una sonda ultrasónica PA convencional y alojando en su parte inferior una suela de alta resistencia térmica;
Fig.2: vista de la parte de carcasa superior;
Fig.3: vista del interior de la parte de carcasa inferior; Fig.4: vista en perspectiva superior de la suela térmica.
Descripción detallada de la invención
Tal como se muestra en la vista de conjunto de la figura 1, el sistema de la invención comprende una carcasa metálica hueca (1) en cuya parte superior está acoplada una sonda ultrasónica PA (2) Y que aloja en su parte inferior una suela de alta resistencia térmica (3).
Esta carcasa (1) está diseñada en base a una primera parte de carcasa superior
(1.1) Y a una segunda parte de carcasa inferior (1.2), que se ensamblan entre sí mediante medios adecuados, por ejemplo con correspondientes tornillos u otros sistemas de anclaje o clipaje.
En referencia a la figura 2, la parte de carcasa superior (1.1) presenta un vaciado
(1.1.1) en el que se introduce parcialmente la sonda o palpador PA (2).
Esta parte de carcasa superior (1.1) incluye orificios pasantes (1.1.2) en comunicación con el interior de la carcasa una vez ensamblada. Estos orificios pasantes (1.1.2) permiten introducir en el interior de la carcasa (1) un fluido refrigerador. Además, esta parte de carcasa superior (1.1) incluye orificios pasantes (1.1.3) en comunicación con el interior de la carcasa (1) una vez ensamblada y destinados al paso de un fluido acoplante.
Tal como se observa en la figura 3, la parte de carcasa inferior (1.2) también presenta un vaciado (1.2.1), en este caso para alojar parcialmente la suela térmica (3).
En su parte interior y rodeando el citado vaciado (1.2.1) excepto por uno de sus lados, la parte de carcasa inferior (1.2) incluye un cajeado (1.2.2) que permite la circulación de fluido refrigerador. En correspondencia con el lado no cajeado, esta parte de carcasa inferior (1.2.1) incluye orificios pasantes (1.2.3) en comunicación con el interior de la carcasa (1) una vez ensamblada y destinados al paso del fluido acoplante. Estos orificios (1.2.3) se localizan adecuadamente en línea con los correspondientes orificios pasantes (1.1.3) de la parte de carcasa superior
(1.1 ).
En la forma de realización mostrada, tales orificios pasantes (1.2.3) y (1.1.3) destinados al paso del fluido acoplante están localizados esencialmente de forma simétrica en la zona de las esquinas de sus respectivas partes de carcasa (1.1) Y (1.2). Sin embargo, dichos orificios no están sometidos a limitación alguna en cuanto a su localización, siempre que se mantengan en correspondencia lineal aquellos respectivos de ambas partes de carcasa. Igualmente, aunque en la realización mostrada se muestran dos grupos de orificios pasantes simétricos para cada parte de carcasa, la invención no se limita a este número, pudiendo incluir cualquier número de orificios para el paso de fluido acoplante adecuado a la funcionalidad del sistema.
De forma similar, aunque en la forma de realización mostrada, los orificios pasantes (1.1.2) destinados a introducir en la carcasa (1) un líquido refrigerador están localizados esencialmente de forma simétrica en la zona de las esquinas de la parte de carcasa (1.1), dichos orificios no están sometidos a limitación alguna en cuanto a su localización, siempre que se mantengan en correspondencia con el cajeado (1.2.2) de la parte de carcasa inferior (1.2) para permitir la circulación del fluido refrigerador. Igualmente, aunque en la realización mostrada se muestran dos orificios pasantes (1.1.2) simétricos en la parte de carcasa (1.1), la invención no se limita a este número, pudiendo incluir cualquier número de orificios para el paso de fluido refrigerador adecuado a la funcionalidad del sistema.
Finalmente, y en referencia a la figura 4, la suela térmica (3) consiste esencialmente en un bloque homogéneo de un material resistente a altas temperaturas, en particular un material termoplástico con propiedades aislantes térmicas (baja conductividad térmica), que introduce un gradiente térmico de más de 300°C, no fundible a las altas temperaturas de operación y de alto coeficiente de transparencia ultrasónica. En una realización preferente de la invención, este material es un termoplástico basado en polibenzimidazol, en particular Celazole®.
Tal como se muestra en dicha figura 4, la suela (3) presenta un destalonamiento
(3.1)
en su superficie destinada a alojarse en el vaciado (1.2.1) correspondiente de la parte de carcasa inferior (1.2), así como dos orificios ciegos (3.2) para facilitar el flujo del acoplante en el interior de la carcasa (1). Este destalonamiento
(3.1)
configura en dicha superficie alojada en el vaciado (1.2.1) un canal (3.4) para que permitir el paso del fluido acoplante.
Ejemplos
1. Verificación de la capacidad de refrigeración del sistema
5 Se calentó una chapa metálica a 370°C y se mantuvo a esta temperatura durante dos horas, a la vez que se disponía sobre ésta una sonda PA alojada en el sistema de la invención anteriormente descrito. El sistema se mantuvo en su posición de trabajo sobre la chapa caliente durante un periodo de dos horas. Se evaluó entonces la transmisión de calor a la zona de contacto con la sonda PA,
10 dando como resultado que ésta no sobrepasaba 35°C.
2. Ensayos sobre probeta.
Se prepararon tres probetas de espesores 10, 15 Y 20 mm respectivamente, mecanizándose en cada una de ellas 15 taladros de fondo plano de 4,6,8 10, 12 mm de diámetro y con un 20, 40 Y 60% de pérdida de espesor. Las probetas se
15 calentaron a temperaturas del orden de hasta 350°C, y se realizaron barridos de toda su superficie con objeto de comprobar la capacidad de detección y posibles desviaciones del valor medido por la sonda en función de la temperatura.
Los resultados obtenidos se muestran a continuación.
Probeta 20 mm
Diámetro taladro (mm)
Pérdida espesor (%) Temperatura probeta (OC)
25
100 250 300 350
Espesor
4
60 4,4 4,7 - - -
40
6,2 6,5 7,0 6,8 6,7
20
8,1 8,4 9,0 8,7 8,9
6
60 4,3 4,6 5,1 4,9 5,1
40
6,1 6,5 6,8 6,9 6,8
20
8,4 8,4 8,9 9,0 8,8
8
60 4,4 4,8 5,2 5,2 --
40
6,2 6,7 7,0 7,0 6,8
20
17,0 17,5 17,8 18,5 18,9
8
60 9,2 9,1 9,5 10,2 10,1
40
13,3 13,4 13,5 13,6 14,0
20
17,0 17,3 17,6 18,2 18,8
10
60 9,0 9,4 9,5 10,2 10,6
40
13,1 13,4 13,5 13,7 13,9
20
17,0 17,3 17,8 18,5 18,8
12
60 9,1 9,6 9,5 10,3 10,7
40
13,1 13,4 13,1 13,5 13,0
20
16,9 17,4 17,6 18,5 18,8
chapa
10mm 21,1 21,3 21,4 21,7 22,0
Realizando un barrido sobre una chapa de 10 mm a 350°C se puede observar que el sistema de la invención es capaz de detectar los taladros con las limitaciones propias de la técnica ultrasónica, que en cualquier caso son cuantificables con el
5 fin de llevar a cabo las correcciones de los valores obtenidos. La suela se mantiene sin daño o deterioro durante todo el proceso, siendo la capacidad de detección la esperada empleando una sonda o palpador estándar PA a 5 MHz.

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Sistema refrigerador para sondas ultrasónicas, en particular para sondas ultrasónicas basadas en la tecnología Phased Array, caracterizado porque se diseña en base a una carcasa metálica hueca (1), conformada por una primera parte de carcasa superior (1.1) Y una segunda parte de carcasa inferior (1.2), en cuya parte superior se acopla una sonda ultrasónica (2) y que aloja parcialmente en su parte inferior una suela de alta resistencia térmica (3), donde
    la parte de carcasa superior (1.1) presenta un vaciado (1.1.1) en el que se introduce parcialmente la sonda o palpador PA (2) e incluye orificios pasantes (1.1.2) en comunicación con el interior de la carcasa una vez ensamblada para la introducción de un fluido refrigerador, así como orificios pasantes (1.1.3) en comunicación con el interior de la carcasa (1) una vez ensamblada y destinados al paso de un fluido acoplante;
    la parte de carcasa inferior (1.2) presenta un vaciado (1.2.1) para alojar parcialmente la suela térmica (3) e incluye orificios pasantes (1.2.3) en comunicación con el interior de la carcasa (1) una vez ensamblada y destinados al paso de un fluido acoplante, estando localizados estos orificios (1.2.3) en línea con los correspondientes orificios pasantes (1.1.3) de la parte de carcasa superior (1.1).
  2. 2.
    Sistema refrigerador para sondas ultrasónicas según la reivindicación 1, caracterizado porque los orificios pasantes (1.2.3) y (1.1.3) destinados al paso del fluido acoplante están localizados esencialmente de forma simétrica en la zona de las esquinas de sus respectivas partes de carcasa (1.1)y(1.2).
  3. 3.
    Sistema refrigerador para sondas ultrasónicas según la reivindicación 1, caracterizado porque los orificios pasantes (1.2.3) y (1.1.3) destinados al paso del fluido acoplante se mantienen en correspondencia lineal en sus respectivas ambas partes de carcasa (1.1) y (1.2).
  4. 4.
    Sistema refrigerador para sondas ultrasónicas según la reivindicación 1, caracterizado porque los orificios pasantes (1.1.2) destinados a introducir en la carcasa (1) un líquido refrigerador están localizados esencialmente de forma simétrica en la zona de las esquinas de la parte de carcasa (1.1).
  5. 5.
    Sistema refrigerador para sondas ultrasónicas según la reivindicación 1, caracterizado porque la parte de carcasa inferior (1.2) incluye, en su parte interior y rodeando el vaciado (1.2.1) excepto por uno de sus lados, un cajeado (1.2.2) que permite la circulación de fluido refrigerador.
  6. 6.
    Sistema refrigerador para sondas ultrasónicas según la reivindicación 5, caracterizado porque los orificios pasantes (1.1.2) se localizan en correspondencia con el cajeado (1.2.2) de la parte de carcasa inferior (1.2) para permitir la circulación del fluido refrigerador.
  7. 7.
    Sistema refrigerador para sondas ultrasónicas según la reivindicación 6, caracterizado porque, en correspondencia con el lado no cajeado, esta parte de carcasa inferior (1.2.1) incluye orificios pasantes (1.2.3) en comunicación con el interior de la carcasa (1) una vez ensamblada y destinados al paso del fluido acoplante.
  8. 8.
    Sistema refrigerador para sondas ultrasónicas según la reivindicación 1, caracterizado porque la suela térmica (3) consiste en un bloque homogéneo de un material termoplástico resistente a altas temperaturas, que introduce un gradiente térmico de más de 300°C, no fundible a las altas temperaturas de operación y de alto coeficiente de transparencia ultrasónica.
  9. 9.
    Sistema refrigerador para sondas ultrasónicas según la reivindicación 1, caracterizado porque la suela térmica (3) presenta un destalonamiento (3.1) en su superficie destinada a alojarse en el vaciado (1.2.1) correspondiente de la parte de carcasa inferior (1.2), así como dos orificios ciegos (3.2) para facilitar el flujo del acoplante en el interior de la carcasa (1), configurando este destalonamiento (3.1) en dicha superficie alojada en el vaciado (1.2.1) un canal (3.4) para que permitir el paso de un fluido acoplante.
  10. 10.
    Sistema refrigerador para sondas ultrasónicas según la reivindicación 8, caracterizado porque el material termoplástico de la suela térmica (3) incluye polibenzimidazol, en particular Celazole®.
    It-----------~:r--1.1
    ++--1.2
    1 --+
    Fig. 1
    Fig.3
    o O
  11. 3.1
    3 )
    ~3.4
  12. 3.2
    Fig.4
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