SITAU TRITON: Sistema de inspección por Ultrasonido de alta velocidad

Sector                        : Energía Eólica, Materiales compuestos

Material                     : Compuesto de fibra de vidrio

Tecnología                : Phased Array

Equipo utilizado       : SITAU-311

Palabras clave         : Phased Array, GFRP, Aerogeneradores

Titulo                          : Inspección con Phased-Array de uniones pegadas en palas de aerogeneradores.

1. Introducción 

La utilización de adhesivos epóxicos para unir piezas de compuesto de fibra de vidrio (GFRP) es una práctica usual en la fabricación componentes de gran tamaño. Es el caso de las palas de aerogeneradores, donde los largueros que componen la estructura interna se pegan a las cubiertas externas, ambas partes fabricadas en GFRP. De la calidad de estas uniones depende la resistencia estructural de todo el componente, y por tanto, su evaluación mediante ensayos no destructivos es de vital importancia.

La inspección de compuestos de fibra de vidrio supone un reto para las técnicas de evaluación por ultrasonidos, ya que la micro-estructura del GFRP genera ruido de grano y una gran atenuación en las señales ultrasónicas. El enfoque clásico para solventar este problema es utilizar transductores de baja frecuencia (por debajo de 500 kHz), pero la baja resolución que se obtiene no permite detectar defectos pequeños o inspeccionar componentes de poco espesor.

En este trabajo se presentan los resultados de la inspección de la zona de pegado de un larguero en una pala de aerogenerador mediante la técnica phased-array. Se demostrará como, la utilización de esta técnica permite obtener imágenes de alta resolución al mismo tiempo que incrementa significativamente la velocidad de inspección.

2. Materiales y métodos

La figura 1 muestra el esquema de la probeta utilizada. Está compuesta por dos láminas de GFRP pegadas con cemento epoxy, simulando la unión entre un larguero y la cubierta superior de la pala. Los defectos a detectar son dos inclusiones de madera de balsa que simulan el despegado de ambas láminas. 

Figure 1 – Esquema de la probeta

Se utilizó un array de 5 MHz, con 128 elementos separados 0.5 mm, y acoplamiento por contacto sobre la cara superior de la pieza. La figura 2 muestra un esquema de la inspección. El barrido electrónico del phased-array permite eliminar el movimiento del transductor en la dirección perpendicular a la línea de pegado, lo cual reduce significativamente el tiempo de inspección y la complejidad con respecto a un transductor mono-elemento.

El equipo utilizado fue un SITAU-311, con 32 canales activos multiplexados a 128 elementos. La inspección se realizó mediante un barrido lineal a 0º.

Figura 2 – Esquema de la inspección con phased array y comparación con un monoelemento

 3. Resultados

Cuando la unión es correcta, la interfaces entre las láminas y el cemento no generan una señal importante, ya que la impedancia acústica del epoxy es similar a la del GFRP. Por el contrario, el despegado de los componentes introduce una interfaz GFRP-Aire o Epoxy-Aire que genera ecos de mayor amplitud.

La figura 3 muestra los C-SCAN obtenidos mediante tres métodos: 1) Amplitud del eco en la primer interfaz 2) amplitud del eco en la segunda interfaz y 3) Tiempo de vuelo del eco de mayor amplitud. Esta última es la que permite dimensionar mejor los defectos, con una resolución de aprox. 1 mm en ambas direcciones.

Figura 3 – Imágenes C-SCAN para 3 configuraciones distintas.

4. Conclusiones

La utilización de transductores phased-array de frecuencia superior a 1 MHz permite, gracias a su capacidad de focalizar el haz ultrasónico, realizar inspecciones de alta resolución en uniones pegadas de componentes de fibra de vidrio y resina. En este trabajo se ha demostrado la capacidad de detectar y dimensionar las zonas despegadas en un larguero estructural de una pala de aerogenerador.

Además de aumentar significativamente la velocidad de inspección, la técnica phased-array permite, en este caso, dimensionar los defectos con una resolución de aprox. 1mm en ambas direcciones.

5. Bibliografía 

4. Enlaces a los equipos utilizados

-          SITAU-311