I.PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS (NDT)

Dayana Milena Torres P.Estudiante Faculta de Ingeniería, Ingeniería Aeronáutica, Universidad de San

Buenaventura, Bogotá D,C

A-INTRODUCCION A PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS (NDT)

En el presente documento se hablar acerca del concepto de las NDT, sus principales aplicaciones en el sector aeroespacial y los principales objetivos por los cuales estas se llevan a cabo, se identificaran y caracterizaran los métodos de este tipo de pruebas y se realiza una aclaración de su fenomenología, por último se indaga a cerca de los beneficios y desventajas de este tipo de pruebas.

QUE SON LAS NDT

Pruebas no destructivas (NDT, por sus siglas en ingles Nondestructive Testing), son el proceso de inspección, prueba o evaluación de materiales, componentes o ensambles para la detección de discontinuidades o diferencias en las características sin desgastar o finalizar la capacidad del servicio de la pieza en el sistema. En resumidas palabras, cuando se ha completado la inspección o prueba de la parte todavía se puede utilizar normalmente.

A diferencia de las pruebas no destructivas, encontramos las pruebas que inevitablemente son destructivas, por lo tanto generalmente en este tipo de pruebas se realiza una cantidad limitada de muestras (‘lote de muestreo’),más que en los materiales, componentes o ensamblajes que se encuentran en servicio. Este tipo de pruebas se utilizan generalmente para determinar propiedades tales como resistencia al impacto, ductilidad, rendimiento y tracción, resistencia a la fractura y la fatiga, pero discontinuidades y diferencias en las características del materias se encuentran de manera eficaz por NDT.

Actualmente este tipo de pruebas se emplean en la fabricación e inspección de los componentes determinados principalmente para garantizar la fiabilidad e integridad de los procesos, para controlar los procesos de fabricación, reducir los costos de producción y mantener un nivel de calidad constante, para que día tras día todo este tipo de aspectos sean más óptimos. En el proceso de construcción ,NDT se emplea para garantizar la calidad de los materiales, procesos de unión durante cada fase de fabricación y montaje, en los componentes en servicio se utilizan para asegurar que los productos en uso siguen teniendo la integridad requerida para garantizar su utilidad. APLICACIONES EN EL CAMPO AEROESPACIAL

-Las corrientes de Eddy, son bastante por medio de las bobinas y los circuitos, facilita la detección de grietas, corrosión y detección de daños producidos por los cambios bruscos de temperatura o por el calor al cual se ve expuesta la pieza, de igual manera facilita el análisis de el Thickness (espesor de revestimiento)

B-FENOMELOGIA DE ALGUNOS TIPOS DE NDT

1-Corrientes de Eddy (Eddy Current Testing (ET))

Las corrientes de Eddy utilizan el principio de electromagnetismo como la base para la realización de sus pruebas, algunas otras pruebas como la prueba de campo remoto (RFT), prueba de pérdida de flujo entre otras también utilizan este principio.

Este tipo de corrientes son producidas por un proceso denominado inducción electromagnética. Cuando se aplica la corriente alterna en un conductor, tal como el alambre de cobre, un campo magnético se desarrolla a través del conductor .Este campo magnético se expande como la corriente alterna, se eleva al máximo y se colapsa cuando la corriente se reduce a cero. Si otro conductor eléctrico se pone en proximidad de este campo magnético variable, la corriente se inducirá en este segundo conductor.

El patrón de flujo de esta corriente secundaria, se verá afectado cuando encuentra una discontinuidad en la pieza de ensayo, y el cambio en la densidad de corriente puede ser detectado y utilizado para caracterizar la discontinuidad , este tipo de prueba se puede aplicar a superficies planas o tubulares y tiene una penetración limitada , por lo general meno de ¼ " .

En este tipo de prueba se toman encuentra las siguientes principios eléctricos : electricidad, amperaje, voltaje y fuerza electromotriz, adicionalmente es importante tener en cuenta la corriente de flujo , la ley de ohm ,la inducción y la inductancia, los circuitos y las fases, la inductancia entre otros.

2-Tintas Penetrantes (Penetrant Testing (PT))

El principio básico de la prueba de penetración de liquido es que cuando se aplica una muy baja viscosidad del liquido (altamente fluido, liquido penetrante),a la superficie de una parte, se penetra en fisuras y huecos abiertos a la superficie. Una vez se retira el exceso de él líquido penetrante atrapado en los huecos este fluye de vuelta, y se forma la indicación.

Este tipo de de pruebas se puede realizar en materiales magnéticos y no magnéticos, pero no es efectiva en materiales porosos. Los líquidos penetrantes pueden ser visibles, lo que significa que pueden ver en la luz ambiental, o fluorescente, lo que requiere el uso de una luz especial.

Al realizar una inspección de este tipo, es imprescindible que la superficie que se esté probando este completamente limpie y libre de materiales extraños que

puedan bloquear el liquido penetrante entre huecos o fisuras abiertas a la superficie de la pieza ,por lo cual es necesario someterla a procesos de lavado y secado específicos.

Después de aplicarse el penetrante, se permite que este se absorba a la superficie durante el tiempo que sea necesario, luego la pieza se limpia con cuidado para eliminar el exceso de liquido penetrante .Al retirar el liquido, el operador debe tener cuidado de no eliminar el liquido que ha fluido sobre los huecos. Es posible aplicar una capa suave de líquido revelador para permitir que el penetrante de los espacios vacios o fisuras se revele fácilmente.

La parte se inspecciona visualmente, con ayuda de una luz específica para penetrantes fluorescentes, la mayoría de reveladores o desarrolladores son polvos de talco o granos finos blancos que proporcionan un contraste de color para el penetrante que se utilice.

3-Inspeccion por partículas magnéticas

En este método se utilizan uno o más campos magnéticos para localizar la superficie y cerca de la superficie y de esta manera determinar discontinuidades en materiales por medio de elementos ferromagnéticos. El campo magnético se puede aplicar con un imán permanente o un electroimán. Cuando se utiliza un

electroimán, el campo está presente solo cuando se está aplicando la corriente. Cuando el campo magnético se encuentra con una discontinuidad transversal a la dirección del campo magnético , las líneas de flujo producen un campo de fuga de flujo magnético del mismo.

Debido a las líneas de flujo magnético no viajan bien en el aire cuando las partículas ferromagneticas muy finas que mas resaltan se adhieren a la superficie de la parte de las partículas que serán llevadas hacia las discontinuidades . Las partículas magnéticas pueden ser un polvo seco o liquido al cual se le puede añadir un liquido colorante o tinte fluorescente bajo una luz ultravioleta.

-Tipos de inspección por partículas magnéticas

*Yokes (Yugos): Es esta prueba una bobina eléctrica se envuelve alrededor de un núcleo central, y cuando se aplica corriente , un campo magnético se genera y se extiende desde el núcleo a través de las partes articuladas. Esto se conoce como magnetización longitudinal por que las líneas se ejecutan de una articulación a otra.(a)

Cuando las articulaciones se cometen a una pieza ferromagnetica y el yugo se energiza, un campo magnético se introduce en la pieza (b). Se detectan las discontinuidades por las líneas de flujo que se producen. Para asegurarse de que no se pierdan las indicaciones el yugo se dispone en una posición de, a 90° así que no hay indicaciones que se pierdan.

Debido a que la corriente eléctrica se está generando sobre el yugo , este tipo de inducción se conoce como inducción indirecta

* Prods : este método utiliza la inducción directa , donde la corriente fluye a través de un campo magnético circular que se genera alrededor de las articulaciones del instrumento utilizado . Debido a que el campo magnético entre las puntas se desplaza perpendicularmente a la línea que une las puntas, las indicaciones orientadas en paralelo a la línea que une las puntas se pueden encontrar. Al igual que con el yugo, dos inspecciones se llevan a cabo, la segunda con las puntas orientadas 90 º a la primera aplicación.

*Bobinas: Se utilizan para generar un campo magnético longitudinal. Cuando está energizado, la corriente crea un campo magnético alrededor de los alambres que forman la bobina de manera que las líneas de flujo resultantes se orientan a través de la bobina como se muestra a la derecha. Debido al campo longitudinal, las indicaciones en las partes colocadas en una bobina están orientadas transversal a la longitudinal de campo.

*Heads: La mayoría de las máquinas o unidades de banco tienen tanto una bobina como un conjunto de cabezas a través del cual se puede transmitir la corriente eléctrica. La mayoría utiliza partículas magnéticas fluorescentes en una solución líquida, de ahí el nombre de "baño mojado. Al probar una parte entre las cabezas, la pieza se coloca entre las cabezas, la cabeza móvil se mueve hacia arriba de manera que la parte que se está probando se abrazó con fuerza entre las cabezas, la parte ha sido previamente humedecida con la solución de baño que contiene las partículas magnéticas y se aplica corriente , mientras que la partícula está fluyendo a través de la pieza. Dado que el flujo de corriente es de la cabeza a la cabeza y el campo magnético está orientado 90° a la actual, las indicaciones orientadas en paralelo a una línea entre las cabezas serán visibles.

http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/communitycollege.htm

https://www.asnt.org/MajorSiteSections/NDT-Resource-Center/Introduction%20to%20Nondestructive%20Testing

http://www.slideshare.net/karandugg2/various-nondestructive-testing-and-their-application-in-aviation-industry

16 -41-60-61

http://books.google.es/books?id=65hQAgAAQBAJ&pg=PA33&dq=NDT+applications+in+aeronautics&hl=en&sa=X&ei=_0cxU4CsLdGMkAeNqYCIBA&ved=0CEIQ6AEwAA#v=onepage&q=NDT%20applications%20in%20aeronautics&f=false

aplicaciones de edy 2

II.COMBUSTION

Combustión es el conjunto de procesos físico-químicos en los que un elemento combustible se combina con otro elemento comburente (O2 gaseoso) desprendiendo luz, calor y productos químicos resultantes de la reacción (oxidación).

A-COMBUSTIÓN EN MOTORES SI

1- Ignición y desarrollo de la llama

La Combustión inicia por una descarga eléctrica a través de los electrodos ubicados en una bujía lo que genera el encendido de la mezcla aire-combustible. Esto ocurre en cualquier lugar de 10 ° a 30° antes de TDC, dependiendo de la geometría, condiciones del motor y funcionamiento de la cámara de combustión.

La distancia entre los electrodos de una bujía moderna es de 0,7 a 1,7 mm. Agujeros más pequeños son aceptables si hay una mezcla rica de aire y combustible o si la presión es alta. Este proceso crea un frente de llama esférico que se propaga hacia el exterior en la cámara de combustión. Al principio, el frente de llama se mueve muy lentamente debido a su pequeño tamaño original.

Por lo tanto no genera suficiente energía para disipar rápidamente el calor alrededor de los gases. Esto, a su vez, hace subir el cilindro de presión muy rápidamente y genera un consumo del 5% al 10% de la mezcla de combustible, y es en este punto donde alcanza los valores de velocidad máxima, la región de propagación de la llama.

Es conveniente disponer de una mezcla rica de aire y combustible alrededor de los electrodos de la bujía, debido a que la mezcla rica tiene un mejor proceso de ignición lo que facilita el comienzo de la combustión. Es por esto que las válvulas se encuentran cerca a las bujías, para asegurar una mezcla rica con menos distancia hasta la bujía, de igual manera, este concepto es bastante útil al momento de encender un motor frío.

2- Propagación de la flama

El frente de llama se mueve muy rápidamente a través de la cámara de combustión. Debido a la turbulencia inducida se forma un remolino que provoca la propagación de la llama a una velocidad 10 veces mayor que la del proceso anterior, en donde actuaba como un frente laminar en movimiento.

La mezcla ya ha sido encendida, en consecuencia la temperatura y la presión poseen valores altos. Con todos los gases a la misma presión, la densidad de estos disminuye pero su volumen aumenta ocupando el mayor porcentaje en la cámara de combustión. Esto causa un descenso en el tiempo de la reacción química y un incremento en la velocidad del frente de llama. Gracias al constante aumento de temperatura, esta no es uniforme en la cámara de combustión y su valor más alto se encuentra cerca a la bujía cuando empieza el proceso.

Es importante saber que un lento aumento de presión da menor eficiencia y además existe la posibilidad de golpe, por tanto, el proceso de combustión es un compromiso entre la más alta eficiencia térmica, lograda a volumen constante, y un ciclo suave con alguna pérdida de eficiencia.

3-Terminacion de la flama

En este punto entre el 90-95% del combustible ha sido quemado y el frente de llama a llegado a los extremos de las esquinas de la cámara de combustión .A partir de eso el volumen ha aumentado en un orden de 10-20% desde el clearance volumen, pero a pesar de esto, el pistón ya

está lejos del TDC; Esto significa que la última masa de aire y de combustible va a reaccionar en un volumen muy pequeño en las esquinas de la cámara de combustión y a lo largo de las paredes de la cámara. A continuación se muestra una grafica que representa este comportamiento:

Porcentaje de masa vs Procentaje de volumen quemado durante la combustion en la camara

La combustión empieza a morir lentamente cuando se reduce la velocidad de la reacción y de la llama. Durante esta llama, muy poco trabajo es el que entrega el pistón, esto debido a la poca velocidad. De igual manera, el incremento de la presión del cilindro empieza a disminuir lentamente hacia cero durante la terminación de la flama.

Variaciones en la combustión

Idealmente, en cada cilindro del motor la combustión debería ser exactamente la misma, y no debería haber ninguna variación entre los ciclos de cada cilindro. Pero eso no ocurre debido a las variaciones que se presentan en el sistema de admisión, incluso si estas variaciones de producen antes de la combustión, seria la turbulencia dentro del cilindro lo que genere estas variaciones que se producen durante la combustión

Por otra parte las diferencias de temperatura provocan las variaciones en las tasas de evaporación y esto a su vez crea diferencias en la relación aire-combustible. Más vapor de combustible en un corredor más caliente se desplaza y más aire de lo cual se obtiene como resultado una mezcla más rica y una baja eficiencia volumétrica.

III.EMISIONES Y CONTAMINACION DEL AIRE

Hasta la mitad del siglo 20 el número de motores creados en el mundo era una cantidad bastante pequeña, por lo que la contaminación ambiental emitida era tolerable, con el crecimiento de la población mundial las fabricas aumentaron su producción de motores a tal punto que esta contaminación dejo de ser aceptable.

Durante la de cada de 1940, la contaminación había dejado de ser tolerable con el medio ambiente y se dio lugar a la búsqueda de soluciones que favorecían el desarrollo sostenible.

Las emisiones indeseables generadas en el proceso de combustión de un motor, contaminan el ambiente y de esta forma contribuyen al calentamiento global, lluvias acidas, humo y niebla entre otros problemas. Las principales causas de estas emisiones son la combustión de mezclas estequiometrias, la disociación de nitrógeno, las impurezas que se encuentran en el combustible como lo son, los hidrocarburos, monóxido de carbono, óxido de nitrógeno, entre otros que son generados por motores y sus combustibles.

A-Los hidrocarburos (HC)

Los hidrocarburos son, simplemente, los restos de combustible crudo, es decir combustible no quemado. Cuando la combustión no se produce en absoluto, al igual que con un fallo de encendido, de grandes cantidades de hidrocarburos son emitidos por la cámara de combustión. Una pequeña cantidad de hidrocarburos es generada por un motor de gasolina debido a su diseño. Un proceso normal llamado “enfriamiento de la pared” se presenta cuando, inicia la llama de combustión y esta alcanza las paredes de la cámara de combustión, que están a menor temperatura (por lo que se dice que están frías). Este enfriamiento provoca que la llama se apague antes de que todo el combustible se queme por completo, dejando una pequeña cantidad de hidrocarburos que se empujan fuera a través de la válvula de escape.

-Causas de las emisiones de HC

A continuación se nombraran las principales causas de las emisiones de HC:

-Depósitos de carbón en la cámara de combustión. Debido a que estos depósitos de carbón son porosos, los  hidrocarburos quedan atrapados en estos poros cuando la mezcla de aire / combustible se comprime. Cuando la combustión se lleva a cabo, este combustible no se quema, sin embargo, cuando el pistón empieza su carrera de escape, estos hidrocarburos son liberados con los gases de escape.

Efectos de la Mezcla Aire / Combustible en las emisiones de HC: Como se muestra en la gráfica, la producción de HC es menor con una mezcla ligeramente pobre (menor proporción de combustible en la mezcla), sin embargo los HC incrementan dramáticamente con una mezcla muy rica o muy pobre, llegando al punto de pre ignición.

 -Fallas de encendido que se producen debido a problemas de ignición, suministro de combustible o de aire. Dependiendo de

la gravedad del fallo de encendido, la chispa adecuada o una mezcla no combustible (demasiado rica o demasiado pobre) harán que los hidrocarburos aumenten.

lta Temperatura de Combustión:  La alta temperatura de combustión (típica en condiciones de alta carga) provoca que el oxígeno se combine con el nitrógeno para formar óxidos de nitrógeno  (NOx).B- El monóxido de carbono (CO)

El monóxido de carbono (CO) es un subproducto de la combustión incompleta y es esencialmente combustible parcialmente quemado. Si la mezcla aire / combustible no tiene suficiente oxígeno presente en la combustión, no se quema completamente. Cuando la combustión tiene lugar en un entorno sin la suficiente cantidad de oxígeno, entonces no se puede oxidar completamente los átomos de carbono y por lo tanto no se genera dióxido de carbono (CO2) sino monóxido de carbono (CO). Cuando los átomos de carbono se unen con un solo átomo de oxígeno se forma monóxido de carbono (CO).

C-OXIDOS DE NITROGENO (NOx)

La alta temperatura y presión en cilindro, que se producen durante la combustión pueden causar que el nitrógeno reaccione con el oxígeno para formar óxidos de nitrógeno (NOx). Aunque se producen varios subproductos de la mezcla de oxígeno y nitrógeno, el óxido nítrico (NO) constituye la mayor parte, alrededor del 98% de las emisiones de NOx producidas por el motor.

Alta Temperatura de Combustión: La alta temperatura de combustión (típica en condiciones de alta carga) provoca que el oxígeno se combine con el nitrógeno para formar óxidos de nitrógeno  (NOx).

En términos generales, la mayor cantidad de NOx se produce durante condiciones de carga alta cuando la presión de combustión y las temperaturas son mayores. Sin embargo, pequeñas cantidades de NOx también se pueden producir a velocidad de crucero, con carga ligera y a bajos niveles de aceleración. Las causas más comunes del exceso de NOx incluyen un funcionamiento defectuoso del sistema EGR (Recirculación de Gases de Escape), mezcla pobre de aire / combustible, alta temperatura del aire de entrada, motor sobrecalentado y excesivo avance del encendido, entre otras.

D-PARTICULARES

El tubo de escape de motores produce partículas sólidas de hollín de carbón en las que se generó las zonas sustanciosas en combustible dentro del cilindro durante la combustión.

E-REGLAMENTACION PARA LA EMISION DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

La US-EPA cuenta con una legislación de gran trayectoria en contaminación del aire, desde laaparición del Acta de Aire Limpio en 1970, y la posterior enmienda realizada en 1990. Toda la reglamentación ambiental de los Estados Unidos se encuentra en el Código Federal deRegulaciones (CFR), es decir, existe una sola fuente de información que es de fácil consulta.De igual manera Japón tomó el mismo rumbo trazando normas de contaminación del aire en la década de 1970, y desde entonces ha elaborado varias enmiendas a dicha

regulación. Por el contrario, la Unión Europea traza directrices a fuentes específicas de emisión (por ejemplo incineración de residuos, grandes plantas de combustión) y contaminantes específicos como CO,Benceno, COVs, entre otros, que se encuentran en diferentes documentos, los cuales son específicos para el sector que se está reglamentando. Sin embargo, se ha observado que laUnión Europea realiza una aproximación a este esquema a través de la Directiva IntegratedPollution Prevention and Control (IPPC), un documento que busca controlar la contaminacióncausada por las industrias de manera integral, es decir, incluye contaminantes como gasesefecto invernadero, aguas residuales, residuos sólidos y emisiones a la atmósfera

El Consejo de Recursos Atmosféricos (Air Resources Board – ARB) regula las normas de emisiones y procedimientos de pruebas existentes para equipos activados con motores grandes de combustión interna (LSI) que se usan fuera de la carretera, para controlar más las emisiones.

-Motivos por los cuales se establece este tipo de normatividad:

El ARB reguló los motores LSI por primera vez en 1998, al establecer una norma de emisiones de hidrocarburos y óxidos de nitrógeno (HC+NOx) de 3.0 gramos (de contaminantes) por caballo

de fuerza al freno por hora (g/bhp-hr) que dependían de la tecnología para el control de emisiones del estilo automotriz. La norma, que se puso en práctica por etapas entre el 2001 y el 2004, representaba una reducción del 75 por ciento de los niveles sin control.

En el 2004, los motores LSI todavía emitían aproximadamente 70 toneladas de HC+NOx a la atmósfera al día. Estos dos contaminantes se combinan, en la presencia de la luz solar, para formar ozono, el cual es un contribuyente considerable a los problemas de calidad del aire. Simultáneamente, los fabricantes de sistemas para el control de emisiones estaban demostrando que podrían alcanzar reducciones del nivel de emisiones de HC+NOx de un 90 por ciento o más en comparación a la norma de 1998 con una medición mejorada de combustible y convertidores catalíticos más robustos de tres vías. Dada la necesidad de California de obtener una reducción adicional de las emisiones, el ARB vio ésta como una oportunidad importante para reducir más las emisiones.

-Variaciones de estos reglamentos

En el 2002, la Agencia para la Protección del Medio Ambiente (Environmental Protection Agency – EPA) de los Estados Unidos adoptó un reglamento para los motores LSI. El reglamento estableció una norma de 3.0 g/bhp-hr a nivel nacional, a partir del 2004, así como una norma más estricta de 2.0 g/bhp-hr, a partir del 2007. Éste contenía adicionalmente requisitos de emisiones evaporativas y de uso que no se contenían en el reglamento de 1998 del ARB.

Las enmiendas del ARB armonizaron por primera vez con el reglamento de la EPA de los Estados Unidos al adoptar las mismas normas de emisiones y requisitos de uso, a partir del 2007. Entonces, éstas fueron más estrictas, al establecer una norma de 0.6 g/bhp-hr, a partir del 1º de enero del 2010. Adicionalmente, éstas estipularon que los fabricantes podrían certificar opcionalmente las normas de emisiones recomendadas por debajo de las normas de emisiones de 2.0 g/bhp-hr y 0.6 g/bhp-hr.

- Normatividad nacional vigente

En Colombia las emisiones atmosféricas se rigen a partir de los siguientes decretos y resoluciones: *Decreto 02 del 11 de enero de 1982 *Decreto 948 del 5 de Junio de 1995 *Resolución 619 del 7 de Julio de 1997 *Decreto 979 del 3 de Abril de 2006. *Resolución 601 del 4 de Abril de 2006 *Resolución 909 del 5 de Junio de 2008

IV.REFERENCIAS

[1] Yunus A. CENGEL, Termodinámica, 7ma Edición. McGraw Hill.

[2] Willard W. PULKRABEK, Engineering fundamentals of the internal combustion, , 2da Edición. Prentice Hall.

[3] Recuperado de: http://www.scribd.com/doc/15932135/Termoquimica-de-las-mezclas-aire-combustible, 22 de noviembre de 2013.

[4] Recuperado de, http://www.scribd.com/doc/88633399/Termoquimica-y-combustibles,22 de noviembre de 2013.

[5] Recuperado de, http://www.scribd.com/doc/88633399/Termoquimica-y-combustibles,22 de noviembre de 2013

[6] Recuperado de, http://prezi.com/u7wcxs9kodkb/termoquimica-y-combustibles/, 21 de Noviembre de 2013.

[7] Recuperado de, http://www.e-auto.com.mx/manual_detalle.php?manual_id=244 de 19 de noviembre de 2013.

[8] Recuperado de, http://www.arb.ca.gov/msprog/offroad/orspark/documents/lsi_engine_stds_sp.pdf 17 de noviembre de 2013.

[9] Elisa Carrión Carrión ,Termoquimica I, Elsevier.

[10] Irvin Glassman , Combustion, Universitat de València.

[11] Leopoldo García-Colín Scherer, Juan Rubén Varela Ham, Contaminación atmosférica y tecnologías de cero emisiones de carbón, Universidad Autónoma Metropolitana,