INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
PROPUESTA PARA USO DEL MÉTODO DE LÍQUIDOS PENETRANTES PARA LA
IDENTIFICACIÓN DE DAÑOS EN MATERIALES COMPUESTOS
T E S I N A QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO EN AERONÁUTICA
PRESENTA:
NORZAGARAY CASTILLO LUIS EZEQUIEL
ASESOR: MARCOS FRAGOSO MOSQUEDA MÉXICO D.F. JULIO DEL 2015
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
1
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
2
RESUMEN:
La idea de demostrar que es posible realizar una inspección de líquidos
penetrantes fosforescentes a una estructura, formada de materiales compuestos.
Surge a partir de las diferentes necesidades con las que cuenta la industria
aeronáutica, para llevar a cabo la detección de daños estructurales superficiales
mediante inspecciones y mantenimientos a las estructuras, utilizando los líquidos penetrantes fosforescentes.
Este desarrollo se da a partir de la necesidad de crear inspecciones que permitan
la reducción de tiempos de trabajo, desarrollar un mejor análisis visual del daño
estructural que presente la aeronave, obtener la reducción de costos económicos
y proporcionar un resultado más confiable, rápido y seguro. Por tal motivo se
requiere un proceso de inspección que permita la identificación de daños estructurales en materiales compuestos.
Dando como resultado que los líquidos penetrantes fosforescentes visibles, son el
método de inspección más utilizado y eficiente en el medio aeronáutico, que nos
va a permitir acceder hasta 0.015 pulgadas de profundidad en los daños
estructurales. Por lo que, los aviones que cuenten con estructuras de materiales compuestos, les será más factible la aplicación de este método de inspección.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
3
ABSTRACT:
The idea of demonstrating that it is possible to carry out an inspection of
phosphorescent penetrant dyes to a composite material structure, arises from the
different needs of the aviation industry. In order to carry out the detection of
structural damage, the phosphorescent penetrant dyes will be used.
This development comes from the necessity to have inspections which allow a
reduction in working time, develop a better aircraft structural damage visual
analysis, obtain lower economic costs and finally provide a more reliable, faster
and safer result. For these reasons, an inspection process that allows the identification of structural damage in composite materials is required.
The visible phosphorescent penetrant dyes are the most used and the most
practical inspection methods in the aviation industry. These dyes will allow to
access up to 0.015 inches of depth into structural damage, therefore aircraft which have composite material structures may take advantage of this inspection method.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
4
AGRADECIMIENTOS
Quiero agradecer primeramente a Dios el creador y proveedor de este nuevo
logro, el que me ha dado la fortaleza y la sabiduría para seguir adelante en momentos difíciles, permitiéndome la culminación de este nuevo ciclo.
Dedico a mis padres este trabajo con orgullo, amor y pasión quienes han sido el motor de mi vida y me han dado los fundamentos para volar alto cada día.
Agradezco a mi hermana por ser un ejemplo de vida y darme su infinito apoyo para crecer profesionalmente.
Agradezco a mis familiares por el apoyo y virtudes que transmitieron sobre mí.
Agradezco a mi novia quien se ha convertido en una parte esencial para seguir creciendo en mi desarrollo personal y profesional.
A mi asesor por la confianza brindada así como los conocimientos transmitidos
sobre mí, que formaran parte de mi vida profesional.
Agradezco al decano Ing. Oscar Roberto Guzmán Caso por sus revisiones y correcciones en mi tesina.
Ing. Norzagaray Castillo Luis Ezequiel
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
5
ÍNDICE
I. Introducción. II. Justificación. III. Objetivo General. IV. Objetivo Específico. V. Hipótesis. VI. Alcance. VII. Metodología. VIII. Capitulado.
CAPÍTULO I ANÁLISIS Y DEFINICIÓN DE TÉRMINOS TÉCNICOS EN LAS NDT DE LÍQUIDOS PENETRANTES VISIBLES Y DE INMERSIÓN. 1.1. Pruebas No Destructivas (NDT). 1.2. Líquidos Penetrantes. 1.3. Daño Estructural. 1.4. Humectabilidad. 1.5. Resistencia Residual. 1.6. Sensibilidad. 1.7. Resolución. 1.8. Discontinuidad. 1.9. Grietas. 1.10. Melladura. 1.11. Abolladura. 1.12. Fatiga. 1.13. Volatilidad. 1.14. Corrosión. 1.15. Rugosidad. 1.16. Material Compuesto. 1.17. Tensión Superficial. 1.18. Viscosidad.
CAPÍTULO II PROCESO DE APLICACIÓN DE LOS LÍQUIDOS PENETRANTES. 2.1. Líquidos Penetrantes 2.1.1. Aplicaciones y Características de los Líquidos Penetrantes. 2.1.2. Características Generales de los Penetrantes. 2.1.3. Limitaciones de los Líquidos Penetrantes.
Pagina
8 10 11 11 12 13 14 15
16
17 17 18 19 20 20 20 20 20 21 21 21 21 22 22 23 23 24
25
26
26 27 27
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
6
2.2. Propiedades Físicas de los Líquidos Penetrantes. 2.3. Clasificación y Tipos de Líquidos Penetrantes. 2.3.1. Penetrantes Fluorescentes. 2.3.2. Penetrantes Visibles. 2.3.3. Penetrantes Lavables con Agua. 2.3.4. Penetrante Post-Emulsificable. 2.3.5. Tipos de Emulsificadores. 2.3.6. Penetrantes Removible con Solvente. 2.3.7. Removedores 2.3.8. Reveladores. CAPÍTULO III DAÑOS PROBABLES EN MATERIALES COMPUESTOS DETECTADOS POR LÍQUIDOS PENETRANTES. 3.1. Materiales Compuestos. 3.2. Daños en la manufactura de los Materiales Compuestos. 3.2.1. Rotura de Fibras. 3.2.2. Imperfecciones de Matriz. 3.2.3. Combinación de Daños. 3.3. Defectos en el Servicio de los Materiales. 3.3.1. Baja Resistencia al Impacto. 3.3.2. Ingresión de Líquidos. 3.3.3. Erosión. CAPÍTULO IV PROCESO DE INSPECCIÓN DE LOS LÍQUIDOS PENETRANTES VISIBLES. 4.1. Preparación y Limpieza de la Superficie. 4.2. Aplicación del Penetrante y Tiempos del Penetrante. 4.3. Remoción del exceso del Penetrante. 4.4. Aplicación del Revelador. 4.5. Inspección de la Superficie. 4.6. Limpieza Final.
28
30
30 31 32 32 33 35 36 37
40
41
41
43 43 44
45
46 46 47
48
49 51 55 56 58 59
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
7
CAPÍTULO V RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 5.1. Resultados. 5.2. Conclusiones. 5.3. Bibliografía.
60
61 62 63
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
8
I. INTRODUCCIÓN A lo largo de la historia la industria de la aviación ha evolucionado los
diversos métodos de mantenimiento e inspección para la identificación
de daños estructurales en piezas y/o componentes. Es por ello, que se
han desarrollado a lo largo de los años procesos de inspección más
eficientes para brindar mejores resultados.
Las pruebas no destructivas en México, se han desarrollado desde hace
más de 60 años y se ha convertido en una parte fundamental para el
mantenimiento de los aviones en el mundo. Uno de los primeros
métodos de pruebas no destructivas fue la inspección de líquidos
penetrantes, donde los primeros inspectores utilizaron este método para
incrementar la capacidad de observación en las superficies estructurales
que normalmente no son visibles a simple vista. Esta técnica permite
evidenciar de manera rápida, las discontinuidades abiertas sobre la
superficie de cualquier componente, independientemente de la forma
geométrica que tenga la pieza.
En los últimos años la industria aeronáutica ha innovado la fabricación
de nuevas piezas y/o componentes formados de materiales
compuestos, con el propósito de mejorar la resistencia al esfuerzo
estructural, hacerlo más resistente a la corrosión y hacer un material
más liviano. Por ejemplo: los fuselajes, estructuras alares, superficies
sustentadoras, superficies de control, cubiertas de motor etc.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
9
Por tal motivo se han demandado métodos de inspección más rápidos,
de menor costo y más eficientes, para cumplir con la demanda que
exigen los nuevos materiales.
Es por ello que actualmente la industria aeronáutica utiliza el método de
inspección de líquidos penetrantes por ser un método de inspección
eficiente, rápido y de bajo costo, para la detección de daños y
discontinuidades presentes en los materiales compuestos.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
10
II. JUSTIFICACIÓN
Considerando que los puntos claves para garantizar la seguridad
operacional de la aeronave y salvaguardar la seguridad del pasajero en
una aerolínea a nivel mundial, son los mantenimientos e inspecciones
que se realizan a una aeronave, se debe reconocer la importancia de las
tareas de inspección, que se efectúan dentro un taller de reparación.
En la actualidad la industria aeronáutica ha desarrollado nuevas
tecnologías en la fabricación de nuevos componentes con aleaciones de
materiales compuestos que tiene como objetivo, reducir del peso de la
aeronave, ahorro considerable de combustible y reducir los niveles de
contaminación. .
Por tal motivo la presente investigación tiene como propósito comprobar
mediante la aplicación del método de líquidos penetrantes, que es
posible identificar los daños estructurales en piezas y/o componentes
fabricados con materiales compuestos, para dar como resultado
inspección más rápida, confiable y de bajo costo.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
11
III. OBJETIVO GENERAL Comprobar mediante la utilización del método de inspección de líquidos
penetrantes, que es posible identificar discontinuidades y daños
estructurales en materiales compuestos que componen a la aeronave.
IV. OBJETIVO ESPECIFICO
• Conocer el proceso y aplicación de los líquidos penetrantes.
• Conocer la clasificación de líquidos penetrantes.
• Identificar los tipos de daños estructurales que rebela la
aplicación de los líquidos penetrantes.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
12
V. HIPÓTESIS
Si se comprueba que es posible realizar la inspección de líquidos
penetrantes a piezas fabricadas con materiales compuestos. Entonces
se obtendrá como resultado, reducir el tiempo de trabajo, disminuir el
costo económico de su proceso y se harán eficientes los trabajos de mantenimiento.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
13
VI. ALCANCE
Las inspecciones de líquidos penetrantes, nos permite identificar si
existen daños estructurales presente en superficies de un material
compuesto que esté sometido a inspección. Por tal motivo el presente
proyecto de investigación, menciona los procedimientos y técnicas a
detalle, para llevar a cabo una correcta inspección y así ofrecer inspecciones rápidas y eficaces.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
14
VII. METODOLOGÍA
El presente trabajo contiene un nivel de investigación explicativo y una aproximación cualitativa.
Como primera etapa, se recopilo información sobre definiciones y
términos técnicos sobre los materiales compuestos y líquidos penetrantes visibles y por inmersión.
Como segunda etapa, se define el proceso de los líquidos penetrantes,
sus aplicaciones, características, tipos y clasificaciones de los líquidos penetrantes.
Como tercera etapa, se menciona los tipos de daños que puede sufrir
un material compuesto, tomando en cuenta su manufactura y los tipos
de materiales con los que esta compuesto.
Como cuarta etapa, se describe el proceso general para llevar acabo
inspecciones de líquidos penetrantes a piezas fabricadas de material
compuesto. Definiendo a detalle cada una de las seis etapas para
realizar una inspección adecuada.
Como quinta y última etapa, se muestran las conclusiones y resultados obtenidos durante esta presente tesina.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
15
VIII. CAPÍTULADO
INTRODUCCIÓN
CAPÍTULO I: “ANÁLISIS Y DEFINICIÓN DE TÉRMINOS TÉCNICOS EN
LAS NDT DE LÍQUIDOS PENETRANTES VISIBLES Y DE INMERSIÓN”.
CAPÍTULO II: “PROCESO DE APLICACIÓN DE LOS LÍQUIDOS
PENETRANTES”.
CAPÍTULO III: “DAÑOS PROBABLES EN MATERIALES COMPUESTOS
DETECTADOS CON LOS LÍQUIDOS PENETRANTES VISIBLES”.
CAPÍTULO IV: “PROCESO DE INSPECCIÓN DE LOS LÍQUIDOS
PENETRANTES VISIBLES”.
CAPÍTULO V: “RESULTADOS Y CONCLUSIONES”.
BIBLIOGRAFÍA
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
16
CAPÍTULO I
ANÁLISIS Y DEFINICIÓN DE TÉRMINOS TÉCNICOS EN
LAS NDT DE LÍQUIDOS PENETRANTES VISIBLES Y
DE INMERSIÓN
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
17
1.1. Pruebas No Destructivas (NDT) Los ensayos no destructivos consisten en la aplicación de ciertas pruebas sobre
un objeto, para verificar su calidad sin modificar sus propiedades, permiten
detectar y evaluar discontinuidades en los materiales sin modificar sus condiciones de uso o servicio.
1.2. Líquidos Penetrantes Es un método de pruebas no destructivas que tiene como función principal la
identificación de discontinuidades dentro de un material solido no poroso.
Figura 1.1. Ensayo de líquidos penetrantes.
Figura 1.2. Inspección por líquidos penetrantes.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
18
1.3. Daño Estructural
Se clasifica en 2 tipos de daños:
DAÑOS MAYORES: Se originan durante la operación en vuelo de la
aeronave, afectando considerablemente la resistencia estructural y provocando
roturas en las superficies del avión, dependiendo de las condiciones de vuelo.
Cuando sucede esto, normalmente se exige una reparación mayor o bien el
cambio total del componente, dependiendo el área o zona afectada. Comúnmente
sucede en motores, estabilizadores, pilones, superficies de control, superficies alares y fuselajes.
DAÑOS MENORES: Se considera necesario realizar una reparación menor o
la reparación de un componente, a todo aquel daño estructural que no afecta
adversamente la estructura, la resistencia del material o la aeronavegabilidad, con
el fin de llevar acabo la reparación lo antes rápido posible, sin que permanezca
gran tiempo la aeronave en tierra.
Figura 1.3. Daño Estructural Mayor en el Avión
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
19
1.4. Humectabilidad
Es la propiedad de un líquido que al expandirse se adhiere a la superficie de un
sólido, la cual depende de la interacción del líquido con la fase sólida y gaseosa
en la que se encuentra. La humectación está estrechamente ligada a la tensión
superficial y está determinada por el ángulo de contacto con la superficie estructural.
Las fuerzas con las que se determinan el ángulo de contacto entre el líquido y la
superficie, se describen dependiendo del ángulo de contacto entre la superficie del
material y el líquido.
• Cuando el ángulo Ө es menor de 90° se obtiene una buena humectabilidad.
• Cuando el ángulo Ө es igual o mayor de 90° la humectabilidad es mínima.
Figura 1.4. Ángulos de contacto en la interface Líquido-Sólido.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
20
1.5. Resistencia Residual
La resistencia residual se define como el máximo daño que una estructura
puede soportar debido a que la rotura en los materiales compuestos, se
caracteriza por una cantidad grande de fisuras dentro de la matriz,
aumentando considerablemente el crecimiento de las roturas de fibras y se
utiliza para describir el grado de daño, en lugar de la longitud de fisura,
1.6. Sensibilidad
Es la capacidad del revelador para formar una indicación con un volumen pequeño de penétrate atrapado.
1.7. Resolución
Es la capacidad del revelador para mostrar dos o más indicaciones de un
daño cercanas entre sí.
1.8. Discontinuidad
La detección de discontinuidades se refiere a la localización de grietas, corrosión, erosión y daños mecánicos en la superficie de las piezas.
1.9. Grietas
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
21
Son las fracturas o puntos visibles de separación en la superficie del material compuesto.
1.10. Melladura
Hendidura causada por el impacto de un objeto pequeño provocando una pérdida de material.
1.11. Abolladura
Daño causado por el golpe de un objeto provoca una deformación sin pérdida de material.
1.12. Fatiga
La fatiga es el proceso de cambio estructural permanente o progresivo que
ocurre en un material sujeto a tensiones y deformaciones cíclicas, produciéndose grietas o fracturas.
1.13. Volatilidad
Es la propiedad física de los líquidos que pasan fácilmente al estado
gaseoso. La volatilidad depende de la temperatura y la presión a la cual se encuentra la mezcla del líquido penetrante.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
22
Figura 1.5. Formación de corrosión en semiala izquierda del avión.
1.14. Corrosión
Es una reacción química que produce alteraciones en los metales a causa
del aire, el ambiente, el agua o por medio de reacciones electroquímicas, provocando su oxidación.
1.15. Rugosidad
Son la variación existente en la superficie de un material sólido, la cual le
confieren aspereza y ondulación que pueden ocasionar flexión en una pieza
durante su fabricación.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
23
Figura 1.6. Características de identificación en una superficie rugosa.
Figura 1.7. Tensión molecular de un líquido.
1.16. Material Compuesto
Son todos aquellos formados por dos o más materiales distintos sin que
produzcan reacciones químicas entre ellos. Los materiales están compuestos
principalmente por 2 componentes:
1. La matriz componente que se presenta en fase continua, actuando como
ligante. 2. El refuerzo en fase discontinua, que es el elemento resistente.
1.17. Tensión Superficial
La tensión superficial se emplea en el ámbito de la física para hacer el trabajo que
un líquido debe realizar para llevar moléculas en número suficiente hasta su superficie,
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
24
1.18. Viscosidad
La viscosidad es una característica de los fluidos en movimiento ante la aplicación
de una fuerza. Cuanta más resistencia oponen los líquidos a fluir, más viscosidad
poseen. Los líquidos a diferencia de los sólidos, se caracterizan por ser sometidos a una fuerza.
Esta propiedad no produce efecto alguno en la habilidad del líquido para penetrar,
aunque afecta la velocidad de penetración. Los líquidos de alta viscosidad
penetran lentamente, en tanto que los de baja viscosidades penetran muy rápido y tienen la tendencia a no ser retenidos en los defectos de poca profundidad.
Figura 1.8. Penetrantes de alta y baja velocidad.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
25
CAPITULO II
PROCESO DE APLICACIÓN DE LOS
LÍQUIDOS PENETRANTES
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
26
2.1. Líquidos Penetrantes
Los líquidos penetrantes son un método de NDT (Pruebas No Destructivas), que
se lleva a cabo principalmente, para la identificación de discontinuidades superficiales dentro de un material solido no poroso.
2.1.1. Aplicaciones y Características de los Líquidos Penetrantes
La aplicación de este método demuestra ser muy versátil para la identificación de daños en diversas partes de una aeronave.
Principalmente la aplicación de líquidos penetrantes va dirigida a los metales, sin embargo es posible inspeccionar otros materiales como:
• Cerámicos.
• Plásticos.
• Porcelanas.
• Recubrimientos Electroquímicos.
• Aceros.
• Aluminios.
• Materiales Compuestos.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
27
2.1.2. Características Generales de los Penetrantes
La característica principal que hace de los líquidos penetrantes una prueba no
destructiva confiable, es su poder de penetración sobre algún daño dentro del
material, sin embargo para ser único e ideal debe cumplir estrictamente las
siguientes características:
• No se evaporara con rapidez.
• Conservara la fluorescencia o color por tiempo suficiente para indicar la
fisura al aplicar el revelador.
• No ser altamente corrosivo para evitar que agreda al material.
• No ser un líquido inflamable.
• Contar con la capacidad de introducirse dentro de las grietas para
revelar el daño.
• Ser un líquido que tolera altas temperaturas.
• Ser atóxico y no inflamable.
2.1.3. Limitaciones de los Líquidos Penetrantes
• Requiere de una adecuada limpieza la superficie a inspeccionarse.
• No es posible llevarse a cabo en superficies muy ásperas y/o rugosas.
• No es posible la detección en materiales porosos.
• La falta de experiencia en la combinación exacta de revelador y
penetrante ocasionara una falta de sensibilidad en el resultado.
• El rango ideal de temperatura para ser aplicado es de 12 °C a 56 °C.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
28
2.2. Propiedades Físicas de los Penetrantes
Cohesión
Es la fuerza que mantiene a las moléculas de una misma sustancia a una
distancia determinada unas de otras. Por ejemplo, los sólidos tienen alta cohesión,
en comparación con los líquidos; a su vez los líquidos tienen mayor cohesión que
los gases.
Punto de Inflamación
Es la temperatura mínima a la cual el líquido penetrante debe ser calentado en
condiciones normales, para producir vapor en cantidad suficiente como para formar una mezcla inflamable.
En las inspecciones se requieren penetrantes con alto punto de inflamabilidad que además, debe poseer un bajo grado de volatilidad.
Adherencia
Es la fuerza de atracción entre las moléculas de sustancias distintas.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
29
Inactividad Química
Penetrantes que contienen cloro, flúor o azufre son frecuentemente restringidos
para usarse en aceros, aleaciones de titanio y aceros con alto contenido de níquel.
Esto se debe a que esos elementos químicamente muy activos y se puede
combinar y reaccionar fácilmente con otras sustancias, lo cual puede producir
fragilidad del material y agrietamiento.
Gravedad Específica
Es la comparación entre la densidad de un penetrante y la densidad del agua
destilada a 4 °C. El penetrante debe tener una gravedad específica menor que 1
para asegurar que el agua no flote por arriba del penetrante.
Figura 2.1. Gravedad específica del penetrante menor que 1
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
30
2.3. Clasificación y Tipos de Líquidos Penetrantes
• Líquidos Penetrantes Fluorescentes.
• Líquidos Penetrantes Visibles.
TIPO I
• MÉTODO A. Lavable con Agua.
• MÉTODO B. Post-emulsificable Lipofílico.
• MÉTODO C. Post-emulsificable Hidrofílico.
• MÉTODO D. Penetrante Lipofílico.
TIPO II
• MÉTODO A. Lavables con agua.
• MÉTODO B. Removibles con solvente.
2.3.1. Penetrantes Fluorescentes
Los penetrantes fluorescentes se utilizan cuando los materiales no son
ferromagnéticos, la apariencia del penetrante fluorescente es un color amarillo
verdoso que se revela visiblemente con la ayuda de una radiación ultravioleta.
Otro método para su identificación es a base de luz negra, que necesita de una
longitud de onda de 365 nanómetros.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
31
La calidad de los pigmentos fluorescentes está determinada por su eficiencia para
absorber luz ultravioleta y convertirla en luz visible. Los penetrantes fluorescentes
son aplicados principalmente en, materiales metálicos, materiales cerámicos,
porcelanas, plásticos etc.
2.3.2. Penetrantes Visibles
Debido a que los penetrantes deben ser visibles después de que han sido
extraídos por el revelador, se emplea un pigmento de color rojo, que produce el
alto contraste de fondo color blanco y son fáciles de mezclar con aceite. Se
emplean emulsificantes o solventes para la remoción del exceso de penetrante, la
pequeña cantidad de penetrante atrapado en las discontinuidades se diluye. Para
equilibrar esta dilución, deben emplearse los pigmentos más oscuros y en la más
alta concentración posible.
Figura 2.2. Inspección fluorescente a la costilla de la semiala.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
32
2.3.3. Penetrantes Lavable con Agua
Los penetrantes lavables con agua, son ocupados principalmente para la
detección de rupturas o fisuras dentro de un material. Este tipo de inspección es
para materiales que necesitan de una penetración sensible, por lo que el método
detectara discontinuidades o grietas en cualquier tipo de material siendo estos ferrosos o no ferrosos.
Los penetrantes lavables con agua cuentan con un punto de inflamación alto, es
por ello que se recomienda que la presión del agua de lavado sea superior a 50
psi (345 Kpa) y que la temperatura de ésta oscile entre los 16 °C y 43 °C (61 °F y 109 °F).
2.3.4. Penetrante Post-Emulsificable
El Penetrante Post-emulsificable consiste en una aplicación directa a la superficie
de la pieza, está compuesto de una base aceite o un vehículo al que se le ha
añadido un pigmento. Los penetrantes utilizados en el proceso post-emulsificable
no son lavables con agua, es necesario aplicar sobre las piezas de prueba un
emulsificante después de que ha transcurrido el tiempo de penetración y antes del
proceso de lavado.
En este método el tiempo de emulsificación es un factor crítico, ya que debe ser el
suficiente para que el emulsificante se mezcle con el penetrante en la superficie.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
33
2.3.5. Tipos de Emulsificadores
• Emulsificadores Hidrofílico.
• Emulsificadores Lipofílicos.
Post-Emulsificable Hidrofílico
Los emulsificadores hidrofílico contienen esencialmente agentes activos que
actúan desplazando el exceso de penetrante en la superficie. Una vez aplicado, emulsifican el exceso de penetrante de base aceite, haciéndolo lavable con agua.
El procedimiento de inspección varía cuando se utiliza emulsificadores hidrofílico,
debido a que se realiza un enjuague previo a la pieza, con el propósito de remover
la mayor cantidad posible de penetrante antes de aplicar el emulsificador. La
concentración del emulsificador está relacionada a la sensibilidad del ensayo, se
deberá determinar la concentración más adecuada de la pieza de acuerdo a la terminación superficial.
En este caso, deben ser biodegradables, especialmente libre de espuma. Además,
estos no deben contener compuestos fenólicos, cromátos o algún otro metal pesado.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
34
Emulsificadores Lipofílico
Los emulsificadores lipofílicos contienen agentes disueltos en bases de aceite y
trabajan por difusión, una vez aplicados emulsifican el exceso del penetrante
haciéndolo lavable con agua. Los emulsificantes lipofílicos poseen tres
propiedades básicas, las cuales se deben equilibrar para asegurar las características de uso:
1.- Actividad. 2.- Viscosidad. 3.- Tolerancia al Agua.
Estas propiedades deben ser compatibles con las características del penetrante, si
este es altamente in-soluble en agua, es necesario utilizar emulsificantes más
activos.
Al agregar agua se reduce la viscosidad del emulsificante y se puede efectuar una
prueba de comparación entre el emulsificante recién preparado y el emulsificante
sin diluir para determinar el efecto del agua sobre los mismos.
Hay emulsificantes que muestran una ligera turbiedad antes de alcanzar la
tolerancia establecida, la turbiedad es más notable al adicionar más agua. Algunos
emulsificantes se espesan pero no se enturbian, otros presentan ambos
fenómenos.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
35
2.3.6. Penetrante Removibles con Solvente
Los materiales usados para remover el exceso de penetrante son identificados
como removedores, y son normalmente mezclas volátiles de hidrocarburos o
compuestos alifáticos. Cuando se utilizan estos penetrantes nunca se debe aplicar el solvente directamente sobre el penetrante.
El procedimiento de remoción se lleva a cabo limpiando el exceso de penetrante
con un trapo o paño limpio y seco, hasta que no pueda removerse más
penetrante, se humedece un trapo o paño con solvente y se limpian los rastros de penetrante.
Figura 2.3. Emulsificador Lipofílico ZE-4B.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
36
Este penetrante es difícil de usar en piezas con superficies rugosas o en huecos por la dificultad para limpiar el fondo.
2.3.7. Removedores
En la práctica de los líquidos penetrantes se llama agente removedor al solvente
empleado para la eliminación del exceso del penetrante, así mismo llamado REMOVER en inglés.
Existen dos tipos de removedores:
• Los inflamables.
• Los no inflamables.
Los inflamables:
Son aquellos que se encuentran libres de los halógenos sin embargo, son potencialmente peligrosos.
Figura 2.4. Limpieza Superficial para la remoción del Solvente.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
37
Los no Inflamables:
También llamados halogenados son principalmente los más usados, lo que los conlleva a ser inapropiados para algunas aplicaciones.
2.3.8. Reveladores
La mayoría de procedimientos requieren el uso de revelador, pero existe la
posibilidad de no usarlos.
El propósito principal de un revelador es formar una indicación que sea detectada a simple vista, para lo cual realiza cuatro funciones básicas:
1. Extraer la cantidad suficiente de penetrante para formar una
indicación.
2. Expandir el ancho de la indicación lo suficiente para hacerla visible.
3. Incrementar la brillantez del tinte fluorescente. 4. Incrementar el espesor de la indicación.
Figura 2.5. Limpieza y Aplicación del Removedor.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
38
El primer paso del revelador es adherirse a la superficie, ya que la rugosidad de la
pieza influye en la adhesión del revelador que es emplea mediante calor, es por
ello, que al expandirse el penetrante y reducir su viscosidad, ayuda en la función de revelado.
Tipos de Reveladores
• Reveladores en solución Acuosa. • Reveladores en Suspensión. • Reveladores Secos.
Acción Capilar del Removedor
El revelador proporciona un recubrimiento poroso para la acción capilar del
penetrante y actúa como papel secante que extrae todas las funciones del
revelador y son parcialmente completadas por acción capilar, la cual:
I. Dispersa el penetrante sobre la superficie, ensanchando la indicación.
II. Expande el tinte en capas delgadas alrededor de las partículas del
revelador para resaltar su brillantez.
III. Trabaja verticalmente a través del revelador para incrementar el
espesor del tinte.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
39
Figura 2.7. Incremento de espesor de la tinta del revelador, identificando el daño.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
40
CAPÍTULO III
DAÑOS PROBABLES EN MATERIALES COMPUESTOS
DETECTADOS CON LÍQUIDOS PENETRANTES
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
41
3.1. MATERIALES COMPUESTOS
Para la fabricación y manufactura de piezas y/o componentes de aeronaves sus componentes más importantes que forman a los materiales compuestos son:
• Fibra de Vidrio.
• Fibra de Carbón.
• Fibra de Boro.
• Fibra Aramida (Kevlar 49).
• Aluminio.
• Aluminio-Titanio.
3.2. DAÑOS EN LA MANUFACTURA DE LOS MATERIALES
Uno de los principales problemas que presentan los materiales compuestos
durante su proceso de manufactura y/o fabricación, son daños que incluyen
anomalías comunes como; porosidades, micro-grietas, delaminaciones, cortes
superficiales, remaches dañados o bien daños por impacto sobre la estructura, ocasionadas por discrepancias presentadas durante su procesos.
Los defectos que ocurren en la manufactura se deben por la contaminación de la superficie entre las líneas de unión, tales como el pre-impregnado.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
42
Los daños pueden ocurrir a grandes escalas con materiales compuestos o
configuraciones estructurales. Los rangos de daños en la matriz y las fibras
pueden provocar roturas y fallas en los bordes o en los ensambles. Los daños ocasionados por la resistencia residual, son puntos críticos para la tolerancia de
Defectos Comunes en la Manufactura
de Materiales
• Delaminación.
• Áreas de resinas.
• Burbujas.
• Arrugas.
• Huecos.
• Descomposición termal.
Métodos Inapropiados en el uso de la
Manufactura
• Procesos inadecuados.
• Maquinas inadecuadas.
• Barrenados inapropiadas.
• Contaminación.
• Material sub-estandarizado.
• Herramienta inadecuada.
• Errónea identificación de daños.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
43
3.2.1. ROTURA DE FIBRAS
La rotura de una fibra puede ser crítica debido a que las estructuras designadas
no soportar una carga muy grande, afortunadamente las fallas principales se
limitan a las zonas más cercanas del punto de impacto y son provocados por el tamaño y la energía del objeto de impacto.
3.2.2. IMPERFECCIONES DE MATRIZ
Las imperfecciones de matriz usualmente ocurren en interfaces y fibras de
matrices paralelas. Estas imperfecciones pueden reducir ligeramente algunas
propiedades que pueden ser raramente críticas para las estructuras, a menos de
que las matrices degradadas sean extendidas en las acumulaciones de grietas en matrices y puedan causar degradación en las propiedades matriciales.
Las imperfecciones se pueden observar cuando la matriz está severamente
dañada y presenta daños como; grietas en la matriz, o micro-grietas que pueden
tener un efecto negativo en las propiedades de resistencia a la temperatura en
resinas.
Figura 3.1. Tipos de Fibras.
a. Fibras Continuas. b. Fibras Discontinuas. c. Fibras Ortogonales. d. Fibras en Capas
Múltiples
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
44
Las imperfecciones en la matriz pueden desarrollarse dentro de una delaminación,
las cuales son daños críticos que pueden reducir significantemente las
propiedades del material dependiendo de la resina o del interface.
3.2.3. COMBINACIÓN DE DAÑOS
La combinación de daños se refiere a las fallas significativas que presentan los
materiales compuestos. Ya sea por rotura de fibras, grietas de matriz,
delaminaciones, tornillos o remaches rotos, y elementos de desunión.
Generalmente, este tipo de eventos se relacionan por impactos de alta velocidad y
energía sobre la estructural del material. Sin embargo estos pueden contener
estructuras de fibras rotas, grietas y múltiples delaminaciones, que causan la rotura total de los materiales.
Figura 3.2. Daño estructural por impacto
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
45
3.3. DEFÉCTOS EN EL SERVICIO DE LOS MATERIALES
Los defectos más comunes que se presentan al llevar a cabo una reparación estructural son:
• Degradación del medio ambiente.
• Fatiga.
• Grietas formadas por una sobrecarga.
• Desuniones.
• Delaminación.
• Rotura de fibras.
Figura 3.3. Rotura de fibras en el borde de ataque de semiala.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
46
Las estructuras de materiales compuestos, presentan problemas de durabilidad que se agrupan en tres categorías:
1. Baja resistencia al Impacto.
2. Ingresión de Líquidos.
3. Erosión.
3.3.1 BAJA RESISTENCIA AL IMPACTO
La estructura de un material compuesto cuenta con una rigidez y fuerza, pero
también cuentan con una baja resistencia al impacto, provocando que las partes o componentes queden expuestos a daños mayores.
Por otro lado este tipo de componentes son fácilmente detectables durante una
inspección visual. Algunas veces los daños se pasan por alto reflejando algún
daño estructural menos, sin embargo, al realizar estas malas inspecciones se
refleja en el retrasos de la salida de las aeronaves o bien un paro total de operación de la aeronave.
3.3.2. INGRESIÓN DE LÍQUIDOS
Las reparaciones de estos materiales durante la ingresión de líquidos, pueden
variar dependiendo del líquido del que se trate, continuamente se ocupa el agua, sky-drol o fluidos hidráulicos.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
47
El agua crea daños adicionales en partes reparadas cuando son curadas, a menos
que todos los que tengan humedad sean removidos desde las partes, muchas de
las reparaciones en los materiales se curan por medio de temperaturas de punto de ebullición que pueden causar desuniones en la interface de la base de la piel.
Por esta razón, los ciclos de secado son incluidos típicamente para la realización de cualquier reparación.
3.3.3. EROSIÓN
Los daños por corrosión más comunes se presentan en sellos de partes metálicas
como los ensambles y montajes, sin embargo pueden mostrar daños por corrosión debido a una inadecuada selección de aleación de aluminio.
La erosión del material es la pérdida del mismo de forma superficial, provocada
por acciones mecánicas entre las que distinguimos dos causas:
Impactos y Rozamientos:
Como consecuencia del uso continuo y habitual, provoca desgastes en zonas
accesibles, siendo más vulnerables las esquinas por su mayor nivel de exposición,
lo cual exige soluciones que aporten mayor resistencia a las superficies.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
48
CAPÍTULO IV
PROCESO DE INSPECCIÓN DE LOS
LÍQUIDOS PENETRANTES
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
49
4. Proceso de Inspección de Líquidos Penetrantes
Para llevar a cabo el procedimiento de una inspección de líquidos penetrantes, es necesario realizar los siguientes pasos:
1. Preparación y Limpieza de la Superficie.
2. Aplicación del Penetrante y Tiempo de Penetración.
3. Remoción del exceso del Penetrante.
4. Aplicación del Revelador.
5. Inspección de la Superficie.
6. Limpieza Final.
4.1. Preparación y Limpieza de la Superficie
El uso de líquidos penetrantes es un método de inspección para detectar
discontinuidades superficiales, por lo que es importante mantener la superficie
limpia de contaminantes (recubrimientos, manchas, suciedad), de no ser así
puede resultar una inspección errónea ya que el removedor no conseguirá las tres principales funciones:
a) Limpiar la superficie.
b) Penetrar en las discontinuidades. c) Revelar las discontinuidades.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
50
4.1.1. SECADO
Es esencial que las superficies se encuentren completamente secas después
de la limpieza, esto se debe a que cualquier líquido residual puede impedir la entrada del penetrante.
El secado puede realizarse calentando las piezas en un horno secador, lámparas infrarrojas, aire caliente o exposición al medio ambiente.
Figura 4.1. Limpieza de la superficie.
Figura 4.2. Secado Superficial.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
51
4.2. Aplicación del Penetrante y Tiempo de Penetración
Posterior a la limpieza y secado de la superficie, el rango de temperatura
especificado del penetrante para ser aplicado, es hasta que toda la pieza o el área a inspeccionar quedé completamente cubierta.
El penetrante puede ser aplicado de varias formas; por inmersión, aerosol y
brocha. El método de aplicación depende de algunos factores que incluyen
tamaño, forma y configuración de la pieza.
Todos los métodos de aplicación son aceptables, sin embargo, existen algunas condiciones que deben cumplirse para cada uno, por ejemplo.
No se deben aplicar penetrantes fluorescentes en piezas que fueron
previamente inspeccionadas con penetrantes visibles o viceversa, ya que los residuos reducen el contraste y visibilidad de las indicaciones.
4.2.1. INMERSIÓN
Para el método de inmersión las piezas se sumergen en pequeños lotes (cuando
son piezas pequeñas) Las piezas deben estar separadas durante la inmersión y mientras transcurre el tiempo de penetración.
Los componentes deben permanecer fuera del tanque del penetrante mientras
transcurre el tiempo de penetración, con lo que se obtiene mayor sensibilidad
gracias a que algunos constituyentes del penetrante se evaporan dejando una concentración más alta del tinte que la del penetrante original.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
52
Figura 4.3. Masa del tren de aterrizaje por método de Inmersión.
4.2.2. ASPERSIÓN
Este método es especialmente utilizado en piezas grandes cuando solo una
porción de la pieza requiere ser inspeccionada. Existen dos opciones de aplicación: pistolas electrostáticas y botes aspersores
La aplicación por aerosol tiene grandes ventajas sobre el método por
inmersión, por ejemplo, no existe contaminación o deterioro del penetrante
como en el tanque de inmersión.
Los botes aspersores proporcionan un método conveniente cuando es necesaria la inspección en campo.
También existen desventajas, con botes aspersores el costo de la presentación
es alto y se debe cuidar que la capa de penetrante sea aplicada de la forma más uniforme posible.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
53
4.2.3. BROCHA
La aplicación con brocha es la mejor opción cuando se requiere regular la
cantidad de penetrante que se aplica sobre la pieza, ya que puede aplicarse en
áreas locales pequeñas, especialmente en lugares de difícil acceso, lo que
ayuda a eliminar la necesidad de remover el exceso del penetrante y conlleva a un ahorro económico consumible.
El tiempo de penetración es muy importante, ya que corresponde al tiempo
transcurrido desde la aplicación del penetrante hasta su remoción. El objetivo
es que el penetrante llene las posibles discontinuidades en la superficie inspeccionada.
Figura 4.4. Aplicación del Penetrante.
Figura 4.5. Penetrante después de 5.0 Minutos.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
54
4.2.4. FACTORES QUE AFECTAN LA PENETRACIÓN
Existen factores que interactúan en el tiempo requerido para detectar una discontinuidad abierta sobre la superficie a inspeccionar.
A. Tipo de penetrante
El tipo de penetrante y su nivel de sensibilidad afectan el tiempo de
penetración, las diferencias entre los tiempos se deben a las características del penetrante como tensión superficial, ángulo de contacto y viscosidad.
B. Superficie y forma del material
La rugosidad afecta la tensión superficial y con ello la velocidad de penetración del penetrante.
C. Tipo de discontinuidad
Diferentes tipos de discontinuidad difieren en su abertura a la superficie, por
ejemplo, los traslapes son más apretados que la porosidad, y las grietas por
fatiga son aún más apretadas que ambos. El tiempo de penetración aumenta
inversamente proporcional como la abertura de la discontinuidad se reduce.
D. Viscosidad del penetrante
Siendo la viscosidad la resistencia de los líquidos para fluir, es el factor de
mayor influencia en el tiempo requerido para llenar una discontinuidad La
viscosidad de los aceites que forman parte de los penetrantes cambia
drásticamente con la temperatura, los aceites se vuelven más delgados (menos viscosos) a temperaturas altas.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
55
Los tiempos de penetración están normalmente basados en la aplicación a temperatura ambiente y deben ser ajustados a otras temperaturas.
Normalmente, las temperaturas entre16 °C y 30 °C son consideradas como
temperatura ambiente.
E. Tamaño de la discontinuidad
El tiempo para que el penetrante llene una discontinuidad depende en gran
parte de su ancho y profundidad. El penetrante llena rápidamente
discontinuidades abiertas y anchas, en cambio, le toma más tiempo llenar
discontinuidades cerradas y apretadas. Por ejemplo, grietas por fatiga pueden requerir de 2 a 5 veces el tiempo requerido para una grieta de otro tipo.
4.3. Remoción del exceso del Penetrante
La remoción del penetrante es un paso crítico para el proceso de inspección, Todo
el penetrante de la superficie, debe ser removido sin que la remoción sea excesiva
como para reducir o eliminar totalmente el penetrante atrapado en las
discontinuidades. Si el penetrante atrapado no es removido, formará un efecto
visible o fluorescente que reduce y oculta las indicaciones de discontinuidades significativas.
Con una buena remoción del exceso de penetrante, las indicaciones aparecerán
claramente con un color intenso o un contraste brillante y pueden ser fácilmente
vistas, si se realiza una remoción incompleta, puede producir un contraste residual que puede interferir con una interpretación adecuada.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
56
4.3.1. SECADO
El secado después de la remoción del penetrante, depende del método de
remoción y del revelador que será usado. El secado después de la remoción
con solvente se realiza con aire o por evaporación normal, el secado después
de la remoción con agua requiere calentar para evaporar el agua, para expandir el penetrante y para reducir su viscosidad.
El calor también es esencial cuando serán usados reveladores suspendidos en
agua y solubles en agua, debido a que el agua del revelador debe ser evaporada.
4.4. Aplicación del Revelador
La cantidad de penetrante que emerge desde las pequeñas discontinuidades es
casi invisible, por lo tanto, es necesario realizar otra operación antes de poder
observar las indicaciones de discontinuidades. Los reveladores actúan de
muchas formas, todas aumentando la visibilidad, por lo que puede considerarse que son los encargados de hacer visibles las indicaciones.
4.4.1. Tiempos del Revelado
El revelador debe permanecer sobre la superficie de la pieza inspeccionada
durante un periodo de tiempo antes de realizar la inspección, a este se le
conoce como “tiempo de revelado”.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
57
El tiempo requerido para que una indicación sea revelada es inversamente proporcional al volumen de la discontinuidad.
Para usar el tiempo necesario para el revelado de indicaciones, como una
medición de la extensión de la discontinuidad, deben controlarse las siguientes variables:
Tipo de penetrante.
Sensibilidad de la técnica.
Temperatura de la pieza.
El tiempo de penetración.
Las condiciones de la inspección.
El tiempo de revelado inicia inmediatamente después de la aplicación del
revelador seco. El documento ASTM E-165 recomienda que el tiempo de revelado
no sea menor de 10 minutos, y establece que el tiempo máximo de revelado
permitido es de 2 horas para reveladores acuosos y de 1 hora para reveladores no acuosos.
Figura 4.6. Tiempo de Revelado máximo 5.0 Minutos.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
58
4.5. Inspección de la Superficie
La inspección es una parte crítica de la inspección por líquidos penetrantes, pero
no puede considerarse como más importante que el proceso, porque si el proceso
es inadecuado no se producirán indicaciones que sean vistas a un nivel de
sensibilidad adecuado, por lo que no podrán ser detectadas por el inspector.
Se requiere iluminación adecuada para asegurar que no exista pérdida en la
sensibilidad durante la inspección.
Pueden ser examinadas con luz de día (natural) o luz blanca (artificial). De
acuerdo con ASTM E-165, la intensidad mínima de luz recomendada sobre la superficie de interés es de 1000 luxes. (100 pies candela).
Figura 4.7. Inspección visible por luz blanca.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
59
4.6. Limpieza Final
La limpieza final normalmente no es necesaria si han sido usados reveladores
secos, pero los reveladores acuosos y no acuosos si deben ser removidos.
La limpieza con rocío de agua es suficiente y puede usarse un desengrasante o solvente.
Es preferible que el revelador sea removido tan pronto como sea posible después
de la inspección, esto se debe a que algunos reveladores son más difíciles de remover conforme pasa el tiempo.
Figura 4.8. Inspección final remoción del revelador.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
60
CAPÍTULO V
RESULTADOS Y
CONCLUSIONES
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
61
5.1. RESULTADOS
Para comprobar prácticamente lo descrito en esta tesina, lleve a cabo dentro
de las instalaciones de INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD
PROFESIONAL ESIME TICOMÄN una inspección de líquidos penetrantes, al
radomo del avión BOEING 727, el radomo se sometió a inspección para identificar una discontinuidad superficial presente en la parte superior.
El radomo se sometió a la inspección durante un periodo no mayor de 20
minutos, el cual revelo una discontinuidad que presento una profundidad de daño de 4 a 6 milésimas.
El proceso de inspección se llevó a cabo bajo el procedimiento descrito en el
CAPÍTULO IV página 54 a 66, Finalmente puede observar y llegar a la
conclusión final, que el procedimiento es sumamente eficiente ya que logre realizar la inspección en un periodo de tiempo no mayor a 20 minutos.
Figura. 5.1. Radomo del Boeing 727 en reparación estructural por daño.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
62
5.2. CONCLUSIONES
Considerando que el proceso de fabricación de las aeronave en la industria
aeroespacial, se ha convertido en una parte esencial para la fabricación de
estructuras aeronáuticas, hoy en día demandan características especiales
tales como una mayor fuerza y resistencia, materiales más livianos en peso
y que sean altamente resistente a la corrosión. Por tal motivo es que en
este trabajo de tesina, desarrolle una serie de investigaciones sobre los
principios, procesos, ventajas, limitación, características y toda información
necesaria para concluir que los líquidos penetrantes es la inspección más
eficiente y rápida para un material compuesto.
Cabe mencionar que los actuales líquidos penetrantes visibles que se
utilizan dentro de las aerolíneas y talleres de reparación, nos lleva a la
obtención de mayores ventajas como la reducción de tiempos de trabajo,
permite desarrollar un mejor análisis visual del daño estructural y hace más
eficiente la aeronavegabilidad y sus trabajos de inspección, además de
permitir acceder hasta una profundidad estructural de 0.015” que presente como daño el material.
De tal manera deduzco, que la utilización del procedimiento de los líquidos
penetrantes sobre un material compuesto, es el proceso de inspección más
utilizado dentro de las aerolíneas a nivel mundial, por su alto grado de
eficacia en su aplicación y su excelente obtención de resultados.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
63
5.3. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
I. Chapter 7 “Advanced Composite Materials” FAA.
https://www.faa.gov/regulations_policies/handbooks_manuals/aircraft/amt_
airframe_handbook/media/ama_Ch07.pdf
II. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COMAHUE “Ensayos No Destructivos”
http://www.sistendca.com/DOCUMENTOS/LP.pdf.
III. Asociación española de ensayos no destructivos (AEND). Ensayos No
Destructivos. Líquidos penetrantes. Nivel II. España, Fundación
Confemetal, 2002.
IV. Ensayos no Destructivos, Líquidos Penetrantes Nivel I y Nivel II,
http://es.scribd.com/doc/38555328/Manual-de-Liquidos-Penetrantes-
VISITE-http-bib-ciata-blogspot-com#scribd
V. García cueto, Alfonso R. LÍQUIDOS PENETRANTES, México, 1987.
}