CARACTERIZACION DE GRIETAS EN TUBERIAS MEDIANTE TERMOGRAFIA, INTERFEROMETRIA Y ANALISIS POR ELEMENTOS FINITOS
U N I V E R S I D A D D E L O S A N D E S
D E P A R T A M E N T O D E I N G E N I E R I A
M E C A N I C A
G R U P O D E I N T E G R I D A D
E S T R U C T U R A L
0 1 / 0 7 / 2 0 0 8
JOHANNA LEAL
La integridad estructural busca un diseño confiable de estructuras, componentes y materiales. Está búsqueda parte del monitoreo y evaluación de elementos en servicio para detectar y caracterizar daños, con el objetivo de conocer el comportamiento y tiempo de vida de dichos elementos antes de que ocurra una falla catastrófica. Para el estudio de estos comportamientos se están desarrollando métodos no destructivos como una solución confiable en la detección de grietas, uno de los daños más comunes e importantes. La Termográfia y la Interferometría son métodos no destructivos usados en evaluaciones de integridad estructural y como método de inspección en materiales.
Tabla de contenido
1. INTRODUCCION ...................................................................................................................... 3
2. ESTADO DEL ARTE .................................................................................................................. 6
3. MATERIALES Y METODO......................................................................................................... 9
3.1 Termográfia: ......................................................................................................................... 9
3.2 Interferometría ................................................................................................................... 11
4. RESULTADOS ........................................................................................................................ 12
4.1 TERMOGRAFIA .................................................................................................................... 12
4.2 INTERFEROMETRIA ............................................................................................................. 18
5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS ................................................................................................ 20
5.1 TERMOGRAFIA: .................................................................................................................. 20
5.2 INTERFEROMETRIA ............................................................................................................. 21
6. CONCLUSIONES .................................................................................................................... 22
7. REFERENCIAS ........................................................................................................................ 23
8. ANEXOS ................................................................................................................................ 24
ANEXO 1: Ficha técnica de la cámara termográfica NEC TH9100PWVI ................................... 24
ANEXO 2: Ficha técnica del Interferómetro Limess ESPI-3D .................................................... 25
ANEXO 3: Cuadro de datos termográfia ................................................................................... 26
1. INTRODUCCION
La integridad estructural busca un diseño confiable de estructuras, componentes y materiales. Esta
búsqueda parte del monitoreo y evaluación de elementos en servicio para detectar y caracterizar
daños, con el objetivo de conocer el comportamiento y tiempo de vida de dichos elementos antes de
que ocurra una falla catastrófica. Entre los elementos de estudio debido a su importancia en la
industria son las tuberías, ya que son elementos que frente a un daño pueden producir pérdidas
humanas, económicas y de producción importantes. Para el estudio de estos comportamientos se
están desarrollando métodos no destructivos como una solución confiable en la detección de grietas,
uno de los daños más comunes e importantes. La Termográfia y la Interferometría son métodos no
destructivos usados en evaluaciones de integridad estructural y como método de inspección en
materiales, es seguro, rápido, no destructivo y no necesita de contacto para detectar defectos sobre
superficies. Este trabajo detalla una metodología que hace uso de la técnica de termográfia y un
acercamiento a la Interferometría para la caracterización de grietas sub superficiales en tuberías.
Como resultado se obtuvo una caracterización satisfactoria de acuerdo a lo esperado y de fácil
interpretación en termográfia, además se logro conocer e iniciar un estudio preliminar en el manejo
del interferómetro para estudios futuros en la detección de grietas sub-superficiales.
¿Cuál es la confiabilidad de los ensayos no destructivos como herramientas auxiliares para la
determinación y caracterización de fallas en tuberías haciendo posible verificar comportamientos y
resultados con un método numérico basado en programación computacional como el análisis por
elementos finitos (ANSYS)?.
Dentro del comportamiento de los materiales están los parámetros macro escala responsables de
fallas como las dislocaciones, el creep, la fatiga, la plasticidad, la delaminacion y la fractura, entre
otros. Estos parámetros son definidos por leyes constitutivas que son comprobadas por
experimentación. En este trabajo se parte de la experimentación para llegar a las leyes constitutivas,
este ejercicio se fundamenta en el modelaje FEM para hacerlo valido y coherente.
La presencia de fracturas sub superficiales en tuberías es un hecho indeseable y su prevención es
difícil de garantizar. Las consecuencias de la falla catastrófica de una tubería involucran vidas
humanas, factores económicos e interferencia en la producción. En este artículo se presenta una
metodología para caracterizar grietas en la pared de tubería por medio de pruebas no destructivas.
Para este fin se utiliza la termográfia, la Interferometría y el análisis por elementos finitos (ANSYS).
La termográfia es una técnica de detección de infrarrojos mediante imágenes de color que muestran
cambios en la temperatura superficial, lo que indica defectos superficiales. La diferencia en
temperatura en el área defectuosa proporciona una idea cualitativa de un defecto. [1]
Por su parte la Interferometría es una técnica de determinación de la diferencia entre la fracción de
longitud de onda de luz que atraviesa diferentes lugares. El desplazamiento en el plano de la
superficie debido a la deformación térmica y los esfuerzos respecto a la temperatura y el tiempo
muestran diferencias sobre los defectos [2].
El software de análisis por elementos finitos es una técnica que consiste en dividir la geometría del
elemento a analizar en pequeños elementos, teniendo en cuenta unas ecuaciones diferenciales en
derivadas parciales en cada elemento en el que se quiere resolver algún problema. La idea de
modelar la muestra, es validar, en la medida de lo posible, los resultados obtenidos de las pruebas no
destructivas por un método de diseño aplicando análisis estructural y térmico [3].
Figura 1 Esquema del montaje experimental de la termográfia.
La mayoría de los procesos en la industria y en la ciencia son influenciados por la temperatura. La
transferencia de calor está conectada con todo tipo de trabajo, por esto es uno de los fenómenos más
medidos en la investigación y el rango de técnicas para medirlo es grande. Entre las mejores técnicas
para medir temperatura están las que no requieren contacto; sobre todo para objetos muy pequeños,
en movimiento o de difícil acceso. La termográfia como la Interferometría son métodos no
destructivos que no requiere de contacto y nos entrega mapas de distribución de temperatura y
deformación respectivamente en superficies.[3] Por su lado el análisis por elementos finitos es una
valiosa aplicación para la ciencia y la tecnología, ya que permite predecir el comportamiento de
sólidos rígidos, sólidos deformables y de fluidos en situaciones de trabajo o esfuerzo; para resolver así
problemas relacionados con difusión del calor, campos de velocidades o campos electromagnéticos.
Para este tipo de problemas de difícil solución el análisis por elementos finitos se convierten en la
única alternativa posible, fiable y eficiente de cálculo con numerosas ventajas para la industria y la
ciencia. [4]
Durante varios años la termográfia y la Interferometría se han desarrollado como instrumentos
poderosos de investigación de control no destructivo. De hecho, esto ha demostrado su capacidad de
tratar con muchas exigencias en una amplia gama de usos que generalmente incluyen la variación de
materiales y clases de defectos [5]. Se han usando como métodos no destructivos para la detección y
caracterización de fracturas en campos como la fusión nuclear, la industria aeroespacial [6],
caracterizacion de compuestos, delaminación de pavimentos, detección de corrosión, entre otros.
Estos han sido metodos muy eficientes ya que son no destructivos, además de su facilidad para la
Figura 2 Esquema del montaje experimental de la Interferometría.
toma de fotografias y datos, ya que los equipos son de facil movilidad, pero su gran inconveniente a
sido la debilidad para caracterizar fallas.[6]
Bajo condiciones normales de carga en la vecindad del extremo de una grieta se genera un campo de
esfuerzos complejo. Si aplicamos temperatura las zonas con mayores concentradores de esfuerzos se
sufre una deformación mas rápidamente que el resto del volumen. El análisis de la propagación de
grietas debido a la temperatura es difícil ya que se depende del tiempo.
Este trabajo busca Identificar la geometría de una grieta presente en un tubo mediante la información
adquirida por métodos no destructivos como lo es la termografia y la interferometria y evaluar las
condiciones bajo las cuales fueron adquiridos los datos de los métodos no destructivos por un sistema
de análisis por elementos finitos.
2. ESTADO DEL ARTE
La Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME), ha formado un nuevo comité para
desarrollar códigos y estándares para equipos de contención a presión en servicio que cubren todas
las industrias. La actividad de actualización de normas esta en desarrollo en las áreas de Inspección a
base de Riesgo (RBI) y métodos de reparación. En el área de FFS (Fitness for service), API y ASME
trabajan para crear un nuevo comité de normas que conjuntamente producirá un FFS estándar que
Figura 3 Esquema del comportamiento de la grieta.
solo puede ser usado para equipos en e
trabajo inicial del nuevo estándar incluirá todos los asuntos actualmente contenidos en la API 579 y
también contendrá un procedimiento de evaluación de FFS para la evaluación de creep
crecimiento de la grieta. [9] Tres niveles de evaluación están dados en la API 579 para cada defecto y
tipo de daño. Cada sección incluye una ilustración de cómo los niveles de evaluación están
relacionados (Figura 4).
• Nivel 1: Provee un criterio de selección conservador que puede ser usado como la mínima
cantidad de inspección o información de un componente.
• Nivel 2: Es una evaluación un poco más detallada que produce
conservativos que en el nivel 1. Sin embargo este nivel requiere del nivel 1. Este nivel
requiere de experiencia y conocimiento de FFS.
• Nivel 3: Es la evaluación más detallada y requiere de análisis basados en técnicas numéricas
como el método de elementos finitos.
Los procedimientos de evaluación FFS en la API 579 cubren la integridad actual del componente
dando un estado de daños y una proyección del tiempo de vida
Figura 4. Grafica de nivel 2 que [9]
solo puede ser usado para equipos en el área de presión enfocada a equipos de mantenimiento. El
trabajo inicial del nuevo estándar incluirá todos los asuntos actualmente contenidos en la API 579 y
también contendrá un procedimiento de evaluación de FFS para la evaluación de creep
Tres niveles de evaluación están dados en la API 579 para cada defecto y
tipo de daño. Cada sección incluye una ilustración de cómo los niveles de evaluación están
Nivel 1: Provee un criterio de selección conservador que puede ser usado como la mínima
cantidad de inspección o información de un componente.
Nivel 2: Es una evaluación un poco más detallada que produce resultados menos
conservativos que en el nivel 1. Sin embargo este nivel requiere del nivel 1. Este nivel
requiere de experiencia y conocimiento de FFS.
Nivel 3: Es la evaluación más detallada y requiere de análisis basados en técnicas numéricas
todo de elementos finitos.
Los procedimientos de evaluación FFS en la API 579 cubren la integridad actual del componente
dando un estado de daños y una proyección del tiempo de vida [9]
Figura 4. Grafica de nivel 2 que muestra los valores típicos de un corte
l área de presión enfocada a equipos de mantenimiento. El
trabajo inicial del nuevo estándar incluirá todos los asuntos actualmente contenidos en la API 579 y
también contendrá un procedimiento de evaluación de FFS para la evaluación de creep en el
Tres niveles de evaluación están dados en la API 579 para cada defecto y
tipo de daño. Cada sección incluye una ilustración de cómo los niveles de evaluación están
Nivel 1: Provee un criterio de selección conservador que puede ser usado como la mínima
resultados menos
conservativos que en el nivel 1. Sin embargo este nivel requiere del nivel 1. Este nivel
Nivel 3: Es la evaluación más detallada y requiere de análisis basados en técnicas numéricas
Los procedimientos de evaluación FFS en la API 579 cubren la integridad actual del componente
Los comienzos de la termográfia en 1800 con Frederick William Herschel quie logra descomponer la
luz y se da cuenta que al tomar temperaturas cada color tiene la suya propia. En 1880 Samuel Langley
inventa el bolómetro que es un sensor que cambia su resistencia cuando es calentado. En 1958 se
crea el primer sistema termográfico que es de gran tamaño y usa HgCdTe (teluro de mercurio-
cadmio) material semiconductor. Hasta 1998 la primera cámara termográfica portable sale al
mercado y usa un micro-bolómetro como sensor.
Durante varios años la termografía se ha desarrollado como un instrumento poderoso investigador de
control no destructivo. De hecho, esto ha demostrado su capacidad de tratar con muchas exigencias
en una amplia gama de usos que generalmente incluyen la variación de materiales y clases de
defectos [10]. Este ha sido un metodo muy eficiente ya que es un metodo no destructivo ademas de
su facilidad para la toma de fotografias ya que las camaras son equipos de facil movilidad, pero su
gran inconveniente a sido la debilidad para determinar dimenciones exactas de las fallas[11].
La NASA (National Aeronautics and Space Agency) se encuentra desarrollando un nuevo metodo de
inspeccion de baldosas, mas rapido y preciso, son escaners inalambricos que estan sustituyendo la
inspeccion visual. La idea es que estos escaners busquen grietas e imperfecciones en los escudos
termicos que cubren los transbordadores espaciales y a su vez los ingenieros pueden analizar datos
computalizados que presentan las imágenes de los defectos. Anteriormente esta evaluación se hacia
manualmente con pequeñas escalas de mano que no permitia medir con precisión y se debian
estimar el volumen de las fallas. La nueva nave espacial Orion ya se encuentra utlizando este metodo
inalambrico para estudiar su escudo termico. [13]
3. MATERIALES Y METODO
Se generó una grieta controlada en tubos de PVC disponibles en el mercado (Figura 5). Tres tubos con
una grieta grande (aprox. 1.5cm), tres con una grieta media (aprox. 1cm) y tres con una grieta
pequeña (aprox. 0.5cm). Se preparó la superficie para prevenir cualquier efecto de reflexión.
3.1 Termográfia: Se realizaron las pruebas en un laboratorio de medio controlado, con una temperatura de (23°C) y
humedad relativa de (62%). El montaje experimental se realizo como se muestra en la Figura 1. El
tubo con la grieta fue exitado con dos diferentes fuentes de calor (aire y agua), lo que permitió
detectar campos de deformación alrededor de la grieta con la cámara termográfica (ver Figura 6). La
cámara fue calibrada para la detección de las grietas. El montaje requirió del manejo de variables
como: distancias, temperaturas y calibración de la cámara(ver foto 1). Esta cámara requiere de un
enfoque y una temperatura ambiente de entrada como de la emisividad del elemento a medir.
• Se le dio como dato de entrada una temperatura ambiente de 26°.
• Se dio la emisividad del PVC como 0.9.
• Se realizó un enfoque de la probeta a 30 cm de distancia entre la cámara y la probeta (foto 1)
Figura 5 Esquema de la geometría de la probeta.
La cámara que se utilizo para las pruebas fue una cámara marca NEC Ref.TH9100PWVI, que tiene un
rango de medición de -40 a 120°C, una resolución en temperatura de 0.08°C, un detector de 320 X
240 pixeles y una distancia de enfoque de 30cm a infinito.(Para mayores detalles ver anexo 1).
Foto 1. Montaje para la realización de pruebas en termográfia.
Tubo con grieta
Cámara Termográfica
30 cm de separación
Figura 6 Imágenes tomadas con la cámara termográfica de la grieta en proceso de enfriamiento de la superficie del tubo alrededor de la grieta
3.2 Interferometría Las pruebas se realizaron en el laboratorio de Ingeniería civil donde se cuenta con una placa de
deformación. Esta placa está completamente aislada del edificio lo que garantiza poco ruido para las
mediciones. La calibración del interferómetro consiste en la toma de una medición referencia, ajuste
del zoom y la iluminación sobre las piezas. El montaje mostrado en la figura 2 permite observar la
importancia de la ubicación del objeto frente al interferómetro para que la acción de los rayos de luz
permitan extraer la mayor información.
Para la toma de datos se excitaron los tubos con una lámpara alógena, incrementando la temperatura
en la grieta y sus alrededores (foto 2). A pesar de no tener una secuencia lógica en las imágenes de
enfriamiento (figura 11), las imágenes obtenidas durante el enfriamiento muestran un
comportamiento alrededor de la grieta, que difiere del comportamiento en el resto del volumen
como se observa en la figura 7.
Figura 7 Imágenes tomadas con el interferómetro del proceso de enfriamiento de la superficie del tubo alrededor de la grieta
Mayor deformación alrededor de la grieta y menor deformación sobre la grieta
El interferómetro que se utilizo para la toma de datos fue marca LIMESS con una resolución de 1392 X
1040 pixel y una senibilidad de 4μm. (Para mayores detalles ver anexo 2).
4. RESULTADOS
4.1 TERMOGRAFIA Se realizaron varios experimentos probando con diferentes fuentes de calor que produjeran una
deformación alrededor de la grieta. Se lleno el tubo con agua caliente, se mojo en la superficie con
agua caliente, se indujo un flujo de aire caliente dentro del tubo y se calentó el tubo en la superficie
con aire caliente. (Fig 8)
Foto 2. Montaje para la realización de pruebas en Interferometría
Interferómetro
Lámpara Alógena
Tubo con grieta
Una vez evaluadas las diferentes posibilidades de forma de excitación térmica, se escogieron los
métodos que permitieron una mejor observación de la geometría de las grietas. Estos fueron: flujo de
aire caliente y llenado del tubo con agua caliente.
Figura 9 Proceso de enfriamiento. Fotografías tomadas cada 20s.
Figura 8 Imágenes temográficas tomadas con diferentes formas de excitación, en donde se puede observar una grieta longitudinal. a)lleno de agua a 70°. b)mojado con agua a 70°. c)flujo de aire caliente interno. d)flujo paralelo de aire caliente externo.
a b c d
Identificación del largo de la grieta
Identificación del ancho de la grieta
Con las pruebas no destructivas realizadas con la cámara termográfica se pudo determinar tanto el
largo como el ancho de las grietas. Se tomaron fotografías termograficas del proceso de enfriamiento
en cada una de las pruebas con un intervalo de 20s. (Figura 9 a la 15), para la encontrar la
profundidad fue necesario hacer un manejo matemático con la Ley de Stefan-Boltzmann y con las
temperaturas entregadas por la cámara. Se tomo la temperatura mas alta en la grieta y la
temperatura mas baja cercana a la grieta.(Datos en el anexo 3)
� � � � � � � � �� ��� �
Donde : ε= la emisividad = 0.9 Y � � ���� � ���� ����� � T � �������� ��!"#�$%&�'("#�
Los resultados obtenidos en cada medición fueron:
METODO
CALIBRADOR TERMOGRAFIA TEORICO
MEDIO TIPO LARGO ANCHO LARGO ANCHO PROFUNDO
Agua
Caliente
1 18.99 0.82
15.2 0.87 0.873
E=25% E=6.4%
2 13.3 1.06 10.61 1.2
1.14 E=25% E=11%
3 6.94 1.11 5.57 1.3
1.689 E=25% E=15%
Flujo de
aire
caliente
1 18.99 0.82 13.5 1.5
1.24 E=41% E=25%
2 13.3 1.06 8.96 2.3
1.707 E=41% E=15%
3 6.94 1.11 6.01 2.6
1.9 E=16% E=30%
Tabla 1 resultados obtenidos en el análisis de las imágenes temográficas. (Medidas en mm)
PROCESO DE ENFRIAMIENTO
Min. C Max. C Avg. C Range C Line 1 45.1 46.6 45.9 1.5 Line 2 45.0 46.3 45.7 1.3
Min. C Max. C Avg. C Range C Line 1 75.0 77.5 76.4 2.5 Line 2 75.7 77.0 76.0 1.3
Figura 10. Primera imagen de enfriamiento con su gráfica de pixeles contra temperatura, donde se puede observar el comportamiento alrededor de la grieta en longitud y ancho. El
cuadro nos muestra la síntesis de temperaturas.
Figura 11. Segunda imagen de enfriamiento con su gráfica de pixeles contra temperatura, donde se puede observar el comportamiento alrededor de la grieta en longitud y ancho. El
cuadro nos muestra la síntesis de temperaturas.
Min. C Max. C Avg. C Range C Line 1 78.2 80.8 79.5 2.6 Line 2 78.5 80.9 79.2 2.4
Min. C Max. C Avg. C Range C Line 1 83.0 87.0 84.5 4.0 Line 2 83.5 86.0 84.0 2.5
Figura 12. Tercera imagen de enfriamiento con su gráfica de pixeles contra temperatura, donde se puede observar el comportamiento alrededor de la grieta en longitud y ancho. El
cuadro nos muestra la síntesis de temperaturas.
Figura 13. Cuarta imagen de enfriamiento con su gráfica de pixeles contra temperatura, donde se puede observar el comportamiento alrededor de la grieta en longitud y ancho. El
cuadro nos muestra la síntesis de temperaturas.
Min. C Max. C Avg. C Range C Line 1 83.5 85.9 84.9 2.4 Line 2 84.1 85.6 84.7 1.5
Min. C Max. C Avg. C Range C Line 1 79.8 81.8 81.0 2.0 Line 2 80.3 81.6 80.9 1.3
Figura 14. Quinta imagen de enfriamiento con su gráfica de pixeles contra temperatura, donde se puede observar el comportamiento alrededor de la grieta en longitud y ancho. El
cuadro nos muestra la síntesis de temperaturas.
Figura 15. Sexta imagen de enfriamiento con su gráfica de pixeles contra temperatura, donde se puede observar el comportamiento alrededor de la grieta en longitud y ancho. El
cuadro nos muestra la síntesis de temperaturas.
4.2 INTERFEROMETRIA Se tomaron datos del proceso de enfriamiento de los tubos, observando los bandas de
interferometria. (ver figura 16). Al igual que en las pruebas de termográfia se tomaron los datos del
proceso de enfriamiento después de excitar alrededor de la grieta con la lámpara alógena para
generar un calentamiento alrededor de la grieta y asi poder detectar con el interferómetro la
deformación del material alrededor de la grieta.
Al observar el proceso de enfriamiento no se nota un comportamiento continuo ni diferenciación de
las zonas alrededor de la grieta ni dentro de la misma. (ver figura17)
A pesar del comportamiento no uniforme del proceso de enfriamiento podemos detectar con un
zoom mayor y análisis sobre la fotografía una mayor variación en la deformación alrededor de la
grieta. (ver figura 18)
Figura 16 formaciones de bandas de interferencia
Bandas de interferencia
Figura 17. Secuencia de Interferometrías del proceso de
enfriamiento del tubo alrededor de la grieta
5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
5.1 TERMOGRAFIA: La confiabilidad de los ensayos no destructivos como herramientas auxiliares para la determinación y
caracterización de fallas en tuberías haciendo posible su verificación por un método numérico es de
gran aceptación. La termográfia permite determinar la geometría de las fallas por inspección visual de
los mapas de distribución de temperatura y mediante el análisis de las matrices de pixeles. A
diferencia de lo expuesto por ESCOURBIAC, F. en su articulo Application of lock-in thermography non
destructive [6] en el cual señala “… a pesar de su gran eficiencia y facilidad para su manipulación, el
gran inconveniente de la termográfia es su debilidad para determinar dimenciones exactas de las
fallas”.
Una vez tomadas las matrices de pixeles entregadas por el software de la cámara termográfica y
trasladados a Matlab para su análisis, encontramos una relación de pixeles con la medida de la grieta
para la determinación de sus dimensiones.(Figura 19)
Figura. 19 determinaciones de dimensiones de la grieta desde los mapas de distribución de temperaturas
5.2 INTERFEROMETRIA La confiabilidad de los ensayos no destructivos como herramientas auxiliares para la determinación y
caracterización de fallas en tuberías, haciendo posible su verificación por un método numérico es de
gran aceptación. Se pretende por Interferometría, determinar la geometría por inspección visual de
los mapas de distribución de deformación por temperatura y determinar su geometría mediante el
análisis de las matrices de pixeles. A diferencia de lo expuesto por Jerrol W. Littles, Jr.*, Laurence J.
Jacobs* and Jianmin Qu-f en su articulo Experimental and theoretical investigation of scattering from
a distribution of cracks [8] en el cual obtiene resultados satisfactorios en pruebas sobre grietas en
compuestos. El gran inconveniente de la interferometria realizada para este experimento fue el
origen del medio de exitacion utilizado. Se uso una carga termica y este medio es dinamico lo que
exige un mayor tiempo de trabajo para la adquisicion de experiencia tanto en la toma de
interferometrias como en el analisis de las graficas.
Zona de deformación
Figura 12. Detalle de zona alrededor de la grieta. Grafica de deformación vs pixel.
6. CONCLUSIONES
• En la detección de grietas por termográfia varios factores experimentales son relevantes: la
resolución de la cámara, los cambios de temperatura de los alrededores de la grieta, la
dirección del flujo bajo el cual se examina la grieta, entre otros.
• La correcta caracterización de parámetros de daño en tubería, a partir de la termografía,
requiere de condiciones de transferencia de calor cuasi estáticas; de tal manera que los
gradientes de temperatura calculados lejos del daño se cancelen cuando se substraen dos
imágenes termográficas consecutivas.
• Por medio de la termografía se puede caracterizar la longitud y el ancho de una grieta, pero
no la profundidad. Para la predicción de la profundidad, es necesaria la formulación y
solución de un problema inverso termo estructural. Esto hará parte del trabajo futuro de este
proyecto.
• Para dar inicio a medidas con el Interferómetro y adquirir experiencia en su funcionamiento
es aconsejable tomar medidas con cargas estáticas que den una imagen clara de
deformaciones .
• Debido al poco tiempo de exploración del equipo de Interferometría y la poca experiencia en
el análisis de las imágenes, fue imposible la caracterización de las grietas a pesar de que en
las graficas hay un posible comportamiento que permite observar las grietas.
• La detección y caracterización de grietas en tubería hasta el momento ha sido trabajada con
pruebas no destructivas por métodos como el ultrasonido o rayos X. Estos métodos
tradicionales son de alta confiabilidad pero presentan una gran desventaja frente a los
métodos no destructivos de Termográfia e Interferometría, pues estos, no requieren de
contacto directo como los métodos de ultrasonido y rayos X.
7. REFERENCIAS
1. MONCHALIN, Jean-Pierre. 2007. Laser-ultrasonics:principles and industrial applications. [aut.
libro] C.H. Chen. Ultrasonic and advanced methods for nondestructive testing and material
characterization. London: World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 2007.
2. HABIB, K. 2003. Thermally induced deformations measured by shearography.
http://www.sciencedirect.com/. Kuwait.
3. PAVEL litos, Milan Honner, Josef Kunes. 2004.Thermography aplications in technology
research. Budapest : Journal "Inframation", 2004.
4. GOSZ, Michael R. 2006. Finite element method: Aplication in solids, structures, and heat
transfer . Boca Raton : Taylor & Francis, 2006.
5. Metal Actual 2008 . Elementos finitos: De la ecuación matemática a la operación industrial.
Febrero de 2008. Ed. IN-NOVA studio 2008.
6. CARLOMAGNO, G. M. (2002). Comparison between thermographic techniques for frescoes
NDT. NDT&E international .
7. ESCOURBIAC, F. (2007). Application of lock-in thermography non destructive. Journal of
Nuclear Materials .
8. JERROL W. LITTLES, Jr., LAURENCE J. JACOBS and JIANMIN Qu-f. (1993) Experimental and
theoretical investigation of scattering from a distribution of cracks. Journal of Ultrasonics.
9. ANDERSON, T.L. (2000) A comprehensive fitness for service guid. Journal Presure Vassels and
Piping. Vol API 579.
10. CARLOMAGNO, G. M. (2002). Comparison between thermographic techniques for frescoes
NDT. NDT&E international
11. ESCOURBIAC, F. (2007). Application of lock-in thermography non destructive. Journal of Nuclear Materials .
12. TRINIDAD, J. B. (07 de 08 de 2007). http://www.nasa.gov/home/hqnews/2007/aug/HQ_07171_Shuttle_Tile_Scanner.html. Recuperado el 31 de 10 de 2007
8. ANEXOS
ANEXO 1: Ficha técnica de la cámara termográfica NEC TH9100PWVI
ANEXO 2: Ficha técnica del Interferómetro Limess ESPI-3D
AN
EXO
3: C
uadr
o d
e da
tos
term
ográ
fia
ca
libra
dor
term
ográ
fia a
gua
calie
nte
term
ográ
fia fl
ujo
de a
ire
prob
eta
tipo
1 pr
obet
a tip
o2
prob
eta
tipo
3 pr
obet
a tip
o 1
prob
eta
tipo2
pr
obet
a tip
o 3
prob
eta
tipo
1 pr
obet
a tip
o2
prob
eta
tipo
3 .
18.8
12
7.
6 13
.8
8.8
6.5
12.1
10
.1
5.9
19
.5
13.4
7.
8 16
.5
11
6.8
15
7.6
7.1
18
.7
14.8
5.
8 15
.6
12.8
4.
2 13
.7
9.6
5.3
Med
ia
18.9
9 13
.30
6.94
15
.22
10.6
1 5.
57
13.5
0 8.
96
6.01
de
svia
ción
0.
44
1.40
1.
10
1.37
2.
00
1.42
1.
45
1.32
0.
92
Erro
r
-25%
-2
5%
-25%
-4
1%
-48%
-1
5%
ca
libra
dor
term
ográ
fia a
gua
calie
nte
term
ográ
fia fl
ujo
de a
ire
prob
eta
tipo
1 pr
obet
a tip
o2
prob
eta
tipo
3 pr
obet
a tip
o 1
prob
eta
tipo2
pr
obet
a tip
o 3
prob
eta
tipo
1 pr
obet
a tip
o2
prob
eta
tipo
3 .
0.87
0.
9 1.
05
0.87
1.
4 1.
4 1.
1 1.
1 0.
7
0.
84
1 1.
2 0.
9 0.
97
1.35
1.
3 0.
75
1.4
0.
75
1.4
1.1
0.85
1.
3 1.
2 0.
95
1 0.
75
Med
ia
0.82
1.
06
1.11
0.
87
1.19
1.
31
1.10
0.
93
0.86
de
svia
ción
0.
06
0.26
0.
08
0.03
0.
23
0.10
0.
18
0.18
0.
39
Erro
r
6.4%
11
.0%
15
.1%
25
.7%
-1
4.8%
-2
9.0%
PROYECTO DE GRADO INGENIERIA MECANICA
CARACTERIZACION DE GRIETAS EN TUBERIA POR TERMOGRAFIA,
INTERFEROMETRIA Y ANALISIS POR ELEMENTOS FINITOS
POR JOHANNA LEAL GIRALDO
ASESOR: ALEJANDRO MARAÑON Ph.D. Ingeniería Mecánica
JULIO 2008