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• Julio César Galán Esquivel

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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DEPARTAMENTO DE CIENCIA DE LOS MATERIALES INTEGRIDAD DE MATERIALES III MT-4623 PROFESORA: EDDA RODRIGUEZ PRATO

ENSAYO DE FUGAS INTEGRANTES: EFREN CORZO/ 09-10953

JULIO GALÁN/ 08-10391

Sartenejas, 10 de Marzo de 2015

¿EN QUÉ CONSISTEN ESTOS ENSAYOS? Y ¿CUÁLES SON SUS OBJETIVOS? • Son pruebas no destructivas usadas en sistemas o componentes presurizados o que trabajan en vacío, para la detección y localización de fugas. • Sus objetivos son: 1) Detección y localización de fugas 2) Determinar el flujo o la tasa de escape del fluido desde la fuga o del sistema 3) Monitoreo del flujo de la fuga.

IMPORTANCIA DE ESTOS ENSAYOS Los ensayos de detección de fugas pueden prevenir: • Fugas de materiales que puedan interferir con la operación de algún sistema.

• Fuego, explosiones y contaminación ambiental, o daño al ser humano. • Pérdidas económicas por el uso de materiales costosos y transferencias de energía indeseadas • Detectar componentes no confiables o aquellos en donde el volumen de fuga exceda los estándares de aceptación.

TERMINOLOGÍA BASADA EN LA NORMA ASM-17 • Fuga: discontinuidad que traspasa las secciones o paredes de un componente, a través del cual un fluido puede recluirse o escapar hacia el exterior. Es considerado una falla. Tienen a crecer con el tiempo y varían con la presión y temperatura. • Flujo o Tasa de Fuga: cantidad de fluido que pasa a través de la fuga por unidad de tiempo. expresado en unidades de cantidad o masa por unidad de tiempo (cm3/s, atm.cm3/s, Pa.m3/s y torr.L/s).

• Fuga Mínima Detectable: orificio más pequeño que se puede detectar. • Tasa de Fuga Mínima Detectable: caudal de fluido más pequeño que se puede detectar

CAMPOS DE APLICACIÓN • Recipientes y Componentes Herméticos: Para prevenir la entrada de contaminación o preservar internamente los fluidos contenidos. Ejemplo: dispositivos electrónicos, circuitos integrados, tanques, motores y contactos sellados. • Sistemas Herméticos: Para prevenir la pérdida de los fluidos contenidos. Ejemplo: sistemas hidráulicos, de refrigeración, intercambiadores de calor; en la industria petroquímica: válvulas, reactores, tuberías y recipientes.

CAMPOS DE APLICACIÓN • Recipientes y Componentes al Vacío: Para asegurar si existe un deterioro rápido del sistema de vacío con el tiempo. Ejemplo: tubos de rayos catódicos, bombas, artículos empacados en vacío y juntas de expansión. • Sistemas Generadores de Vacío: Para asegurar que las fugas se han minimizado y mejorar su desempeño.

TIPOS DE ENSAYOS

PARA SISTEMAS PRESURIZADOS O AL VACIO SIN USO DE FLUIDOS TRAZADORES 1. Por Ultrasonido: Mientras más pequeñas sean las fugas, emitirán sonidos con frecuencias más altas y que pueden ser encontradas con detectores de fuga ultrasónicos, llamados transductores, que vienen acompañados con auriculares, un metro y un ajustador de sensibilidad, que operan en el rango de 35 a 40 kHz.

PARA SISTEMAS PRESURIZADOS O AL VACIO SIN USO DE FLUIDOS TRAZADORES

PARA SISTEMAS PRESURIZADOS O AL VACIO SIN USO DE FLUIDOS TRAZADORES

PARA SISTEMAS PRESURIZADOS O AL VACIO SIN USO DE FLUIDOS TRAZADORES 2. Por Burbujeo: Empleado en instrumentos presurizados, tuberías de proceso y recipientes, mediante la generación o liberación de aire o gas de un contenedor, cuando este se encuentra sumergido en un líquido. Ejemplo: Hermeticidad en botellas y latas.

PARA SISTEMAS PRESURIZADOS O AL VACIO SIN USO DE FLUIDOS TRAZADORES 3. Por Tintas Penetrantes: Consiste en rociar tintas penetrantes en las zonas de alta presión donde se desea detectar fugas. Si existe alguna fuga, la presión diferencial del sistema hará filtrar la tinta hacia el lado de baja presión del espécimen ensayado.

PARA SISTEMAS PRESURIZADOS O AL VACIO SIN USO DE FLUIDOS TRAZADORES 4. Por Caída de Presión: Se puede obtener una indicación de fuga relativamente exacta al conocer el volumen y presión del sistema y los cambios de presión respecto al tiempo que provoca la fuga. Este tipo de prueba se utiliza para determinar si existen flujos de fuga aceptables, determinar si existen condiciones peligrosas y para detectar componentes y equipo defectuoso.

PARA SISTEMAS PRESURIZADOS O AL VACIO SIN USO DE FLUIDOS TRAZADORES

PARA SISTEMAS PRESURIZADOS O AL VACIO SIN USO DE FLUIDOS TRAZADORES 5. Por Incremento de Presión o Caída de Vacío: Este método implica la evacuación de la pieza a presiones adecuadamente bajas y, después de la estabilización de la presión, midiendo el aumento en la presión causada por los medios de análisis de entrar en la pieza.

PARA SISTEMAS PRESURIZADOS O AL VACIO CON USO DE FLUIDOS TRAZADORES Existen dos formas de realizar pruebas con fluidos trazadores:

• Detección Externa del Gas Trazador: el escape ocurre a través de la fuga desde adentro hacia afuera del componente. • Detección Interna del Gas Trazador: que entra desde la fuga hacia adentro del componente. En este caso, el sistema a evaluar es ubicado en una habitación que contiene el gas trazador o esta es rociada sobre su superficie.

PARA SISTEMAS PRESURIZADOS O AL VACIO CON USO DE FLUIDOS TRAZADORES 6.

Método de Olfateo (Sniffing Technique): el gas es inyectado directamente al equipo o sistema que se encuentra presurizado con la finalidad de que con dicha presión el gas sea expulsado a través de la fuga. Esta técnica utiliza como una sonda “sniffer” la cual es aplicada haciendo barridos sobre la pieza bajo prueba. Si el componente presenta fugas, la sonda absorbe pequeñas muestras de aire y las envía a un detector el cual indica la concentración del gas trazador y la magnitud de la fuga.

PARA SISTEMAS PRESURIZADOS O AL VACIO CON USO DE FLUIDOS TRAZADORES 6. Método de Olfateo (Sniffing Technique): Este método es compacto, seco, económico e ideal para localizar fugas puntuales. Dependiendo del gas trazador utilizado, puede tener un alto nivel de sensibilidad (hasta 10-6 atm.cm3/s). Sus desventajas: •

Es dependiente del operador

•

Su precisión depende de la velocidad de la sonda y su distancia entre el componente.

•

Puede representar un peligro para el operador si el componente es altamente presurizado.

•

Es un método localizado, usado para la detección de fugas puntuales y que en algunos casos pueden estar por debajo de la sensibilidad del equipo.

PARA SISTEMAS PRESURIZADOS O AL VACIO CON USO DE FLUIDOS TRAZADORES 7. Método de Rocío (Spraying Technique): el componente bajo prueba se encuentra en vacio y el detector de gas (espectrómetro de masa) se conecta directamente al sistema. Un sistema de bombeo encuentra integrado al detector. Se realizan disparos de pequeñas cantidades del gas trazador sobre la superficie; si la pieza presenta fugas, el gas ingresará a través de la misma hacia su interior y viajará hacia el detector el cual hará una medición de la cantidad ingresada.

PARA SISTEMAS PRESURIZADOS O AL VACIO CON USO DE FLUIDOS TRAZADORES 7. Método de Rocío (Spraying Technique): este método es compacto, económico e ideal para localizar fugas de mayor tamaño. No requiere altas presiones y tiene un alto nivel de sensibilidad (hasta 10-6 atm.cm3/s). Sus desventajas: • Es dependiente del operador • La localización de la fuga pude dificultarse si el gas trazador se acumula y satura el área de trabajo por falta de ventilación. • Múltiples fugas pueden confundirse si están demasiado cerca uno del otro

PARA SISTEMAS PRESURIZADOS O AL VACIO CON USO DE FLUIDOS TRAZADORES 8. Método de Acumulación (Accumulation Technique): En este caso, el componente es ubicado dentro de una cámara herméticamente sellada y posteriormente presurizada con el gas trazador. Si la pieza presenta fugas, el gas se filtra y se acumula dentro de la cámara, siendo recolectada hacia el detector de gas que está integrada a la misma. La presión parcial del gas incrementa la presión atmosférica inicial, cuya diferencia es medida por el sensor y por ende la detección de la fuga.

PARA SISTEMAS PRESURIZADOS O AL VACIO CON USO DE FLUIDOS TRAZADORES 8. Método de Acumulación (Accumulation Technique): Este método solo sirve para detectar la existencia de fugas más no su localización. Posee una buena sensibilidad (10-3 atm.cm3/s) y permite obtener resultados fiables y repetibles. Es más eficiente cuando se trabajan con fugas pequeñas. No requiere de cámaras de vacío y por lo tanto es un método relativamente económico. Su principal desventaja: •

La imposibilidad de ubicar la fuga, sin embargo, una sonda “sniffer” puede integrarse al sistema permitiendo al operador encontrar la posición de la misma.

PARA SISTEMAS PRESURIZADOS O AL VACIO CON USO DE FLUIDOS TRAZADORES 9. Por Cámaras de Vacio: En primer lugar, se aplica vacio al componente una vez ubicado en la cámara. Rápidamente, y durante la evacuación de la cámara, la pieza se presuriza con el gas indicador. Luego de un tiempo de estabilización, la bomba de vacio aspira el gas trazador de la cámara hacia el detector con el fin de descubrir cualquier el flujo de gas proveniente de las fugas. De esta manera, se detecta la fuga.

PARA SISTEMAS PRESURIZADOS O AL VACIO CON USO DE FLUIDOS TRAZADORES 9. Por Cámaras de Vacio: Es el sistema más complejo de detección de fugas pero el que posee mayor nivel de sensibilidad (hasta 10-8 atm.cm3/s). Permite obtener resultados bastantes precisos y reproducibles. Tiene la posibilidad de automatizar parcial o totalmente el proceso, integrándolo directamente a la línea de operación si es necesario. Sus desventajas: • Es un método muy costo por la cantidad de equipos que requiere. • Detecta la fuga total del sistema. Para la localización de fugas se requiere de otras técnicas.

¿GASES TRAZADORES UTILIZADOS? 1. Helio: está siendo utilizado de manera satisfactoria gracias a sus propiedades físicas. Posee un peso molecular muy pequeño, lo que le permite fluir fácilmente sobre cualquier fuga. No es tóxico ni inflamable, y por ser un gas inerte, no reacciona con los componentes en contacto. Su concentración es de apenas 5 ppm en la atmósfera, lo que evita que interfiera o genere señales de ruido en los detectores. Sin embargo, su dispersión en la atmosfera es bastante lenta, por lo tanto, en el caso de fugas grandes, su concentración permanecerá en el área por mucho tiempo. Además es costoso. El detector de helio más adecuado es el espectrómetro de masa, que es un aparato costoso y delicado que requiere mucho cuidado y mantenimiento.

¿GASES TRAZADORES UTILIZADOS? 2. Hidrogeno: Sus propiedades físicas son ideales para su uso en los ensayos de fugas. Es el elemento con menor peso y viscosidad molecular, por lo que facilita el llenado, vaciado y disipación en los componentes. Sus moléculas no se adhieren sobre la superficie tan fácilmente como el helio. Su concentración es de 0,5 ppm en la atmósfera; es ambientalmente amigable y renovable. Los detectores gases de H2 usan sensores semiconductores. Siempre vienen mezclados con otros gases para reducir costos. Ejemplo: nitrógeno (95%/5%).

¿GASES TRAZADORES UTILIZADOS? 3. Gases Halógenos (Cl, F, Br, I): Nunca son usados en forma pura, sino mezclados con otros compuestos como aire o nitrógeno. Son usados con menor frecuencia debido a los crecientes estándares de seguridad industrial y protección al medio ambiente. Se utilizan diodos de halógeno para su detección.

¿GASES TRAZADORES UTILIZADOS? 4. Radioisótopos Trazadores: Se incorporan radioisótopos de vida corta dentro de fluidos trazadores, principalmente en agua e hidrocarburos (industria del petróleo), para probar cavidades selladas herméticamente y circuitos cerrados de tubería. Uno de los isótopos más utilizados que se puede agregar al agua es el Na24. El uso de este radioisótopo es seguro porque la concentración requerida para la detección de fugas es menor que la tolerancia de consumo. Además, tiene una vida media corta (15 h) y se puede conservar en un recipiente hasta que su actividad se ha reducido en gran medida como resultado de la desintegración radiactiva. Otro radioisótopo utilizado es el Kr85, sin embargo representa una mayor amenaza para el operario.

SELECCIÓN DEL ENSAYO MAS APROPIADO La selección del método a utilizar generalmente se basa en: 1. Características físicas del sistema a evaluar (diseño, dimensiones, servicio, etc.). 2. Características físicas del fluido trazador. 3. La razón por la que se conduce el ensayo (detección y localización de fugas o medición y monitoreo de flujos). 4. El costo de la prueba.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS • ASM Handbook, Volume 17 - Nondestructive Evaluation and Quality Control. • Vacuum Engineering, “Leak Testing Methodologies”. United Kingdom.

• V-Tech Cool Innovation, “Leak Detection Methods: A Comparative Study of Technologies and Techniques”, USA. • INDUMA, “Básicos de Prueba de Fuga”, Mexico.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN