Robótica y ensayos no destructivos: un nuevo estándar en la medición de precarga
Las uniones empernadas son fundamentales en sectores como energía eólica offshore, petróleo, gas, infraestructura y transporte. Garantizar su precarga adecuada es crítico para la integridad estructural. Sin embargo, los métodos actuales —como galgas extensométricas o transductores ultrasónicos convencionales— presentan limitaciones en precisión, costos elevados y gran dependencia del operador.
El artículo de Javadi et al. (2024) propone un método innovador que integra:
El objetivo: medir simultáneamente defectos internos y estado de precarga de los pernos, con mayor exactitud y confiabilidad.
Metodología del estudio
- Selección de pernos M36 de acero inoxidable A4-70 sometidos a cargas controladas.
- Uso de un arreglo phased array de 20 elementos a 2,25 MHz para realizar escaneos sectoriales y volumétricos.
- Montaje del sensor en un robot KUKA de 6 ejes, con celda de carga integrada para garantizar presión uniforme.
- Aplicación de algoritmos de posprocesamiento:
- Total Focusing Method (TFM) → imágenes de alta resolución en zonas críticas (hilos).
- Phase Coherence Imaging (PCI) → reducción de ruido y mejora en la relación señal/ruido.
- Validación con galgas en forma de arandela (BoltSafe) para comparar resultados.
Esquema metodológico (Figura adaptada del artículo):
- Inspección sectorial inicial → detección de defectos.
- Clasificación de defectos según criterios ASME (máx. 10% del diámetro → 3,6 mm en M36).
- Selección de trayectorias acústicas “sanas” (healthy A-scans).
- Medición del tiempo de vuelo (ToF) en trayectorias libres de defectos.
- Cálculo de esfuerzos a partir de acustoelasticidad + validación con FEA.
Resultados principales
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- Influencia de defectos pequeños: incluso marcas de 0,5 mm en la cabeza del perno generaron diferencias de 35 ns en el ToF, equivalentes a 140 MPa de error si no se compensan.
- Errores por inspección manual: variaciones mínimas en la orientación del transductor manual provocaron errores de hasta 80–140 MPa, evidenciando la necesidad de automatización.
- Ventajas de PAUT frente a transductores simples:
- Escaneo volumétrico 3D de la rosca.
- Identificación y descarte de trayectorias afectadas por defectos.
- Posibilidad de combinar detección de defectos + medición de tensiones en un mismo proceso.
- Comparación con FEA: los resultados experimentales con PAUT se alinearon con los modelos de elementos finitos, confirmando la confiabilidad del método.
Ejemplo de hallazgo (del paper): cada 10 ns de variación en el ToF implica un error de 40 MPa en la tensión estimada
Conclusiones
El estudio demuestra que el enfoque robótico + PAUT ofrece:
- Medición precisa y repetible de la precarga.
- Inspección simultánea de defectos y esfuerzos.
- Menor dependencia del operador → reducción de errores humanos.
- Potencial de convertirse en un nuevo estándar para inspección de uniones empernadas en entornos críticos como parques eólicos, refinerías y estructuras metálicas.
Además, su implementación se alinea con la Industria 4.0: inspecciones automatizadas, digitalización de datos y mantenimiento predictivo.
Referencia bibliográfica
Javadi, Y., Mills, B., MacLeod, C., Lines, D., Abad, F., Lotfian, S., Mehmanparast, A., Pierce, G., Brennan, F., Gachagan, A., & Mineo, C. (2024). Phased Array Ultrasonic Method for Robotic Preload Measurement in Offshore Wind Turbine Bolted Connections. Sensors, 24(5), 1421. https://doi.org/10.3390/s24051421
