Emisión Acústica (AE) es un método muy importante en el amplio campo de las Pruebas No Destructivas (PND) aplicadas a los materiales y componentes. La Emisión Acústica es un poderoso Método No Destructivo empleado para monitorear el comportamiento de materiales que experimentan procesos de Deformación Plástica. La Emisión Acústica es el fenómeno que genera ondas elásticas transitorias debido a la rápida liberación de energía procedente de fuentes localizadas en el material.
¿Cómo se genera la Emisión Acústica?
Cuando un material se encuentra con un estado de esfuerzos fuera del equilibrio, debido a cargas internas o externas, ocurren procesos de deformación o crecimiento de grietas; que dan origen a la liberación de energía que concluye cuando el material alcanza nuevamente su estado de equilibrio. El crecimiento de grietas y la deformación plástica correspondiente son dos fuentes principales de Emisión Acústica. Comúnmente, ciertas áreas dentro de un equipo desarrollarán inestabilidades antes de que éste falle. Estas inestabilidades derivan en movimientos dinámicos diminutos tales como: creación de zonas con deformación plástica, iniciación de grietas y crecimiento de grietas. Aun cuando los esfuerzos se encuentren por debajo del límite elástico, alrededor de la punta de una grieta se experimenta la formación de zonas plásticas.
Analogía con Terremotos
Se puede realizar una analogía interesante al comparar este fenómeno con los terremotos. Los terremotos liberan ondas sísmicas que se propagan a través de la tierra y son detectadas por medio de sismómetros localizados alrededor del mundo. El análisis de las ondas sísmicas registradas puede proporcionar la localización del epicentro y estimar su magnitud. Como con los terremotos, en Emisión Acústica un sensor localizado cerca de la fuente de emisión registrará las ondas elásticas que se propagan a través del material. El análisis de las señales permitirá determinar la localización y magnitud de la fuente de emisión. La Figura de abajo ilustra el proceso del método de detección de ondas elásticas.
Detección de la Emisión Acústica
El sensor convierte las ondas elásticas, generadas por la fuente de emisión acústica, en una señal de voltaje proporcional a la magnitud de la energía liberada, la cual, a su vez, depende del tamaño y velocidad del proceso de deformación detectado. La onda generada por la formación y movimiento de una simple dislocación es muy pequeña para ser detectada. Sin embargo, la formación y movimiento de millones de dislocaciones que ocurren al mismo tiempo, generan ondas superpuestas detectables cuando el voltaje que producen es mayor que el generado por el ruido ambiental.
La Emisión Acústica y la Tenacidad de los Materiales.
Cuando se genera un evento fuente, una pequeña fracción de energía elástica del campo de esfuerzos es liberada y convertida en otras formas de energía. Las formas de energía de interés son la energía requerida para la deformación plástica y la energía utilizada para generar emisión acústica. Durante el crecimiento de una grieta en un material con una tenacidad elevada, la mayor cantidad de energía es demandada por la deformación plástica; en contraste con los materiales más frágiles, donde la cantidad de energía demanda por la deformación plástica es menor.
Irradiación de Ondas Primarias
La onda primaria de AE se irradia desde su origen hacia todas direcciones. Comúnmente la naturaleza del proceso fuente incorpora una dependencia con la direccionalidad de la propagación de la onda; como se muestra en la siguiente Figura. La teoría resultante del intensivo estudio de los terremotos muestra la dependencia de la dirección de la radiación de la onda.
La caracterización de la naturaleza de una fuente es muy compleja, ya que la distancia fuente-sensor, y la presencia de fronteras, tienen una gran influencia sobre la onda registrada por el sensor. La forma de onda primaria cambia grandemente durante su propagación a través del material, y la señal que detecta el sensor tiene poca similitud con el pulso original.
Ámbito de Aplicación de la Emisión Acústica
Una de las características más impresionantes de la Emisión Acústica es el amplio rango dinámico de las señales observadas. Se pueden detectar señales desde unas pocas décimas de micro-Volts inducidas por procesos de micro-deformaciones, hasta señales de varios Volts generadas por procesos de fractura. Esta característica permite el desarrollo de una gran variedad de aplicaciones.
En el laboratorio, el método de Emisión Acústica es una herramienta utilizada para el estudio de procesos de deformación y fractura. En el sector industrial se emplea para la inspección de recipientes a presión, tanques de almacenamiento, aeronaves y vehículos espaciales, utilería de plantas eléctricas, puentes, tanques cisterna de ferrocarril y grúas para izaje. La emisión acústica se emplea típicamente para la detección de grietas, corrosión, defectos de soldadura, y fragilización del material.
Emisión Acústica vs Otras Pruebas No Destructivas
El método de Emisión Acústica difiere de otros métodos Pruebas No Destructivas (PMD) en dos características principales. Primero, la fuente de emisión se genera en el material mismo, es decir, no se induce con fuentes externas como en ultrasonido convencional. Segundo, la Emisión Acústica detecta movimiento de una discontinuidad mientras que la mayoría de los métodos PND convencionales detectan la geometría de una discontinuidad existente. La AE generada posee una íntima relación con el estado de esfuerzos presente y con las propiedades del material. La fragilidad y heterogeneidad de los materiales son dos factores que propician una alta emisividad de emisión acústica, en tanto que los mecanismos de deformación dúctil están asociados con una baja emisividad de AE.
El mundo de las Pruebas No Destructivas es realmente fascinante. Te invito a seguir leyendo mi Blog. Poco a poco agregaré información de mayor utilidad teórica y práctica, siguiendo las aplicaciones más comunes de la industria mexicana. En la barra lateral encontrarás los temas que te interesan.
