ES2585703B1 - 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 tecnologla 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 petroqulmica, 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 tecnologia 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 angulas 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 anos se ha extendido el uso de esta técnica Phased Array. Sin embargo, una gran desventaja de esta tecnologia se deriva de que las sondas o palpado res 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 estan a altas temperaturas, por ejemplo en un rango de 300-350°C 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 tecnologias 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 200-340· C, 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 tecnologia 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 S 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
acoptante. como se ha mencionado anteriormente.
10 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 circulaci6n 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
15 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
20 ensayar, de forma que se adapta a su forma, curvatura, tamano, etc.
Descripción de las figuras
A continuación se describe en detalle una forma de realización de la invenci6n en
referencia a las figuras adjuntas, en las cuales:
Fig. 1: muestra una forma de realización de un sistema según la invención
25 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 si mediante medios adecuados, por ejemplo con correspondientes tomillos 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 linea 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 liquido 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 limrtación 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 permrtir 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 artas 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 artas 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), asi 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 perm~ir 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 disponia 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 resu~ado 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, 810,12 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.
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
10 mm 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 limrtaciones 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 daMa o deterioro durante todo el proceso, siendo la capacidad de detección la esperada empleando una sonda o palpador estándar PA a 5 MHz.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    Sistema refrigerador para sondas ultrasónicas, en particular para sondas
    uttrasónicas basadas en la tecnologia Phased Array. caracterizado porque
    se diseña en base a una carcasa metálica hueca (1), conformada por una
    primera parte de carcasa superíor (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, asi 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 linea 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
    30
    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 ).
    s
    5. Sistema refrigerador para sondas uttrasónicas 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.
  5. 6.
    Sistema refrigerador para sondas ultrasónicas según la reivindicación 5,
    10
    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.
  6. 7.
    Sistema refrigerador para sondas ultrasónicas según la reivindicación 6,
    caracterizado porque, en correspondencia con el lado no cajeado, esta
    lS
    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.
  7. 8.
    Sistema refrigerador para sondas ultrasónicas según la reivindicación 1,
    caracterizado porque la suela térmica (3) consiste en un bloque
    20
    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.
  8. 9.
    Sistema refrigerador para sondas uttrasónicas según la reivindicación 1,
    2S
    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), asi 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)
    30
    un canal (3.4) para que permitir el paso de un fluido acoplante.
  9. 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®.
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