1. “Ultrasonido”
Ricardo Suárez Palacios Universidad Industrial de Santander
Harold Hernández Moreno Estructura y Propiedades de los
Omar José Morales Camelo Materiales
Ing. Oscar Rey Castellanos

2. Agenda
 Introducción
 Generalidades
 Definición y fundamentos físicos
 Ítems en detección de fallas
 Equipo de Ultrasonido: (Componentes)
 Técnicas de Ultrasonido
 Aplicaciones
 Ventajas y desventajas
 Norma IRAM-ISO 9712
 Conclusión
 Bibliografía

3. Introducción
El ultrasonido es utilizado para el ensayo no
destructivo de los materiales, se aplica para
conocer el interior de un material o
componentes al procesar la trayectoria de la
propagación de las ondas sonoras
Tiene diferentes aplicaciones a nivel de
ingeniería e industria ya que trabaja con
principios físicos que generan un conocimiento
preciso acerca del material de estudio.

4. Generalidades
En 1881, Jacques y Pierre Curie publicaron los resultados
obtenidos al experimentar la aplicación de un campo eléctrico
alternante sobre cristales de cuarzo y turmalina, los cuales
produjeron ondas sonoras de muy altas frecuencias.
En la naturaleza encontramos desde
tiempos inmemoriales animales que
utilizan el ultrasonido como medio de
orientación, comunicación,
localización de alimentos, defensa,
etc.
En abril de 1912 poco después del hundimiento
del Titanic, L. F. Richardson, sugirió la utilización
de ecos ultrasónicos para detectar objetos
sumergidos.

5. Generalidades
En 1917, Paul Langevin y Chilowsky produjeron
el primer generador piezoeléctrico de
ultrasonido, cuyo cristal servía también como
receptor, y generaba cambios eléctricos al
recibir vibraciones mecánicas. El aparato fue
utilizado para estudiar el fondo marino, como
una sonda ultrasónica para medir profundidad.
En 1929, Sergei Sokolov, científico
ruso, propuso el uso del
ultrasonido para detectar grietas
en metales basándose en el
principio de reflexión.

6. ¿Que es una prueba de
Ultrasonido?
Es una herramienta útil para conocer e interpretar el estado físico
de determinado material mediante una onda acústica o sonora
cuya frecuencia está por encima del espectro audible del oído del
ser humano (aproximadamente 20.000 Hz) la reflexión del sonido
es causado por las discontinuidades en el material las cuales se
manifiestan en una pantalla en forma de señales (ecos).

7. Fundamentos físicos
Cualquier sonido puede describirse en su totalidad especificando tres
características en su percepción: El tono, la intensidad y el timbre. Estas tres
corresponden exactamente a tres características físicas: la frecuencia, la
amplitud y la composición armónica también denominada forma de onda.
Impedancia acústica específica (Resistencia): Depende de la densidad
de masa y de la velocidad de propagación. A mayor densidad, mayor
absorción; a mayor absorción, mayor frecuencia.
Z = ρv

8. Fundamentos físicos
Reflexión: Se produce en los límites dentro
de los metales. Depende de la geometría
del mismo.
Refracción: El haz ultrasónico se desvía
dependiendo de la velocidad de
propagación y de la densidad del material.
Efecto piezoeléctrico: Fenómeno físico por
el cual aparece una diferencia de potencial
eléctrico entre las caras de un cristal cuando
éste se somete a una presión mecánica.
Transductores piezoeléctricos:
Convierten un cambio en la magnitud que se
va a medir en un cambio en la carga
electrostática o tensión generada a ciertos
materiales cuando se encuentran sometidos

9. Ondas Ultrasónicas
• Son aquellas que
se desplazan
sobre la superficie
• Los del material y
desplazamiento de penetran a una
las partículas son profundidad
• Los en forma máxima de una
desplazamientos perpendicular a la longitud de onda,
de las partículas dirección del haz también es
son paralelos a la ultrasónico, se conocida como
prolongación del propagan en ondas de Rayleigh
sonido. sólidos y se propaga solo
únicamente. en sólidos
Longitudinal Transversal
Superficial

10. Ítems en detección de fallas
Selección del equipo de prueba
adecuado.
Conocimiento de los requerimientos específicos de la
prueba.
Experiencia y conocimiento de la técnica a
utilizar.

11. Equipo de inspección Ultrasónica
Equipo básico pulso-eco
La selección deberá ser de acuerdo
a las necesidades de inspección y al
sistema de transmisión apropiado.
Sin embargo, el sistema de
transmisión pulso-eco es el más
utilizado en la actualidad.

12. Partes del Equipo
Transductor
Un transductor es un dispositivo capaz de
transformar o convertir un determinado tipo de
energía de entrada, en otra diferente de salida.
El nombre del transductor ya nos indica cual es
la transformación que realiza, aunque no
necesariamente la dirección de la misma.
Los transductores pueden ser clasificados en
los siguientes grupos de acuerdo a:
a) Forma de propagar el haz ultrasónico: Haz
recto y haz angular.
b) Técnica de inspección: De contacto y de
inmersión.
c) Número de cristales: Un cristal, dos cristales
o dual y de cristales múltiples.
d) Grado de amortiguamiento: De banda ancha,
banda angosta y de amortiguamiento interno.
e) Aplicaciones especiales: Transductores libres,
súper amortiguados, puntuales, periscópicos y
con línea de retardo.

13. Partes del Equipo
Cable coaxial
Un accesorio del sistema de ultrasonido es el cable coaxial, el cual
en sus extremos posee conectores los cuales unen al instrumento y
al transductor. Los tipos de conectores más comunes son:
a) Microdot: Para transductores muy pequeños (con rosca).
b) BNC: De medio giro.
c) UHF: Para muy alta frecuencia (con rosca), usado en inmersión.
d) Lemo: De media presión.
e) Tuchel: En la actualidad fuera de uso.

14. Partes del Equipo
Acoplantes
Los acoplantes normalmente usados para la inspección por contacto son
agua, aceites, glicerina, grasas de petróleo, grasa de silicón, pasta de tapiz y
varias sustancias comerciales tipo pasta.
La técnica ultrasónica necesita de un acoplante adecuado para transmitir el
ultrasonido entre el transductor y la pieza de prueba. El acoplante puede ser
líquido, semilíquido o pastoso.

15. Partes del Equipo
Bloque De Calibración
Los bloques patrones son usados para estandarizar la calibración del equipo
y evaluar en forma comparativa las indicaciones obtenidas de la pieza de
ensayo. Los patrones de referencia están hechos de materiales
debidamente seleccionados para garantizar su sanidad interna y que
satisfagan los requisitos de atenuación, tamaño de grano y tratamiento
térmico.

16. Técnicas de Ultrasonido
Técnica Pulso - Eco
Se utiliza un solo transductor
que envía y recibe el pulso
(transmisor – receptor) por
lo que requiere acceso a
una sola superficie.

17. Técnicas de Ultrasonido
Técnica de transmisión a través
También se utiliza un transmisor
y un receptor, solo que en este
caso se encuentran localizados
en superficies opuestas.

18. Técnicas de Ultrasonido
Técnica con haz angular
El método de inspección por haz
angular es utilizado para
transmitir un haz angular
predeterminado de prueba, de
acuerdo al ángulo de incidencia
es el tipo de ondas producidas
dentro del material (transversal,
longitudinal y superficial).

19. Técnicas de Ultrasonido
Técnica con transductores duales
Esta técnica proporciona un
método para incrementar la
resolución, el elemento doble
permite que la función del cristal
receptor se encuentre electrónica y
acústicamente aislado de los
efectos del pulso de excitación.
Estos transductores miden el
espesor y descubren defectos y
corrosión en materiales delgados.

20. Técnicas de Ultrasonido
Técnica de Picha y Cacha
Se utilizan dos transductores,
donde uno envía el pulso y el otro
lo recibe (un transmisor y un
receptor), ambos transductores se
localizan en una misma superficie.

21. Aplicaciones
Ingeniería Mecánica
Detectar etapa incipiente de falla en rodamientos, impedir el exceso o
falta de lubricación, Cavitación en bombas, motores, cajas de
engranajes, ventiladores, compresores, desgastes en los materiales,
corrosión de materiales, verificación del estado de pinturas, forjas,
fundiciones y laminas. También para detectar algunas falencias en los
materiales y equipos tales como fallas, grietas, estructura granular,
soldaduras y fracturas. En general la industria de automóviles, trenes,
barcos y aviones.

22. Aplicaciones
Sector Civil
El ultrasonido es útil para
detectar el espesor de materiales
como el concreto, ayuda a
detectar fallas en materiales
como corrosión o desgaste en
tuberías, y ayuda a detectar la
cantidad de flujo que pasa a
través de un ducto, ejemplo de
los acueductos.

23. Aplicaciones
Corrosión

24. Aplicaciones
Medicina
Las imágenes por ultrasonido, también
denominadas exploración por
ultrasonido o ecografía, involucran la
exposición del cuerpo a ondas
acústicas de alta frecuencia para
producir imágenes del interior del
organismo. Las examinaciones por
ultrasonido no utilizan radiación
ionizante (como se usa en los rayos X).
Debido a que las imágenes por
ultrasonido se capturan en tiempo real,
pueden mostrar la estructura y el
movimiento de los órganos internos del
cuerpo, como así también la sangre que
fluye por los vasos sanguíneos.
(Imagen Vesícula biliar)

25. Aplicaciones
Medicina
Estado actual del ultrasonido de alta
frecuencia (HIFU) en el tratamiento del
adenocarcinoma prostático
Dispositivo AblathermR
La máquina dispone de un módulo de
tratamiento que incluye la camilla del paciente,
el sistema de posicionamiento de la sonda, el
sistema de enfriamiento para la conservación
de la temperatura de la pared rectal y el
transductor ultrasónico utilizado durante la
fase de localización anatómica. Se dispone de
una sonda endorectal de tratamiento que
trabaja a 7.5 MHz y de un transductor de
tratamiento, focalizado a 40 mm que trabaja a
3 MHz.

26. Ventajas del Ultrasonido
Es una técnica muy sensible y que puede cubrir áreas muy grandes en una sola
prueba, en comparación con otra técnica de ensayo no destructivo.
Mayor poder de penetración que otras técnicas de ensayo no destructivo.
Fácil acceso a la superficie de los materiales.
No representa ningún peligro para el operario
Es portátil, por lo tanto es de gran ayuda para inspecciones de tuberías a largas
distancias de la refinería o del pozo.
Gran velocidad de prueba; debido a que la operación es electrónica, proporciona
indicaciones prácticamente instantáneas de la presencia de discontinuidades.
Mayor exactitud: En comparación con los demás métodos no destructivos, en la
determinación de la posición de discontinuidades internas, estimando sus tamaños,
orientaciones, forma y profundidad.

27. Ventajas del Ultrasonido
Alto poder de penetración: Lo que permite localizar discontinuidades a una gran
profundidad (varios metros).
Buena resolución: Siendo esta característica la que determina que puedan
diferenciarse los ecos procedentes de discontinuidades próximas en profundidad.
Permite la interpretación inmediata, la automatización y el control del proceso de
fabricación.
No utiliza radiaciones perjudiciales para el organismo humano y no tiene efectos
sobre el material inspeccionado.
Accesibilidad: Solo requiere acceso por un lado del material.
Seguridad: No requiere condiciones especiales de seguridad.
 Alta sensibilidad: Permitiendo la detección de discontinuidades extremadamente
pequeñas.

28. Desventajas del Ultrasonido
X Está limitado por la geometría, estructura interna, espesor y acabado
superficial de los materiales sujetos a inspección.
X Localiza mejor aquellas discontinuidades que son perpendiculares al haz
de sonido.
X Las partes pequeñas o delgadas son difíciles de inspeccionar por este
método.
X El equipo puede tener un costo elevado, que depende del nivel de
sensibilidad y de sofisticación requerido.
X El personal debe estar calificado y generalmente requiere de mucho
mayor entrenamiento y experiencia para este método que para cualquier
otro de los métodos de inspección.
X La interpretación de las indicaciones requiere de mucho entrenamiento y
experiencia de parte del operador.

29. Norma IRAM-ISO 9712
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - CALIFICACION DE
PERSONAL CRITERIOS PARA LA EVALUACION
PRACTICA EN EL METODO DE ULTRASONIDOS -
NIVEL 1, UTILIZANDO PIEZAS DE EXAMEN
MECANIZADAS.
Con la implementación de la Norma ISO 9712 a partir del año 1993 se
tiende a unificar internacionalmente los criterios de Calificación y
Certificación de Personal en Ensayos No Destructivos, produciéndose
cambios y adaptaciones de los diferentes sistemas hasta ese momento
utilizados, por ejemplo la ASNT crea el Sistema de Calificación Central.
Esto incluye todos los procedimientos necesarios para demostrar la
calificación de una persona para un método de END y que conducen a un
testimonio escrito sobre su calificación, con la asistencia de entidades
calificadoras debidamente autorizadas. Actualmente está a discusión
pública la Norma IRAM – ISO 9712:1999.

30. Conclusión
El estudio de ultrasonido en los materiales es muy importante en
nuestro campo de acción como petroleros, debido a su
utilización se a optimizado de manera muy eficaz la producción
de hidrocarburos remediando el estado las tuberías de
producción, oleoductos o tanques de almacenamiento que
presenten “daños” internos o externos ya sea por falla mecánica,
corrosión, etc.

31. Bibliografía
 FUENTES, Miguel Angel; LÓPEZ MEDINA, Fredy; RAMIREZ, Juan
Pablo; Ultrasonido Industrial (técnicas de inspección), algunas imágenes y
texto de la presentación fueron basadas en esta exposición.
 Revista de la Facultad de Ingeniería Industrial, Vol. (8) 1: pp. 25-28
(2005) UNMSM ISSN: 1560-9146 (impreso) / ISSN: 1810-9993
(electrónico), El ultrasonido y su aplicación., febrero de 2005.
 Ensayos no destructivos - calificación de personal criterios para la
evaluación práctica en el método de ultrasonidos - nivel 1, (utilizando
piezas de examen mecanizadas). Norma IRAM-ISO 9712.
 http://www.acquip.com; Ultrasonido: Otra Herramienta de Mantenimiento
Predictivo, Septiembre 8 de 2010, Empresa de servicios, aplicación
industrial.

32. Gracias por su atención!
“La vida es el acuerdo al que llegamos entre lo
que el ego desea hacer, lo que la experiencia nos
dice que hagamos y lo que los nervios nos
permiten hacer”
(Bruce
Crampton)

33. Importante para leer…..
Muchos de los grandes inventos de la humanidad se han
basado en observaciones de la naturaleza. En 1794, el
italiano Spallanzani habló por primera vez de
"ULTRASONIDO" para referirse a la capacidad de los
murciélagos de emitir sonidos no audibles por el hombre y
que les permiten orientarse durante su vuelo.
En 1881, Jacques y Pierre Curie publicaron la aplicación
de un campo eléctrico alternante sobre cristales de cuarzo y
turmalina, los cuales produjeron ondas sonoras de muy altas
frecuencias.
En 1910, el inglés Paul Langevin consigue que la Royal
Navy utilice el SONAR (Sound Navigation And Ranking),
aparato que emite ondas sonoras de muy alta frecuencia, no
divergentes, que se pueden dirigir permitiendo localizar
submarinos en el Océano lo que fue utilizado en la 1ª
GUERRA MUNDIAL.