Capítulo 1: Introducción a los Líquidos Penetrantes

1.    Definiciones y conceptos de Líquidos Penetrantes

La inspección por líquidos penetrantes es un método de inspección no destructiva diseñado para la detección de aquellas discontinuidades abiertas a la superficie en materiales no porosos.

Este método es del tipo fisicoquímico debido a que se basa en la interacción entre un componente químico conocido como líquido penetrante y la superficie de la pieza.

Hay un rango amplio de aplicaciones y esto lo podemos ver en función de los materiales que se pueden inspeccionar con líquidos penetrantes, algunos de ellos son: materiales metálicos ferrosos y no ferrosos (aceros al carbono, aceros inoxidables, aluminio, Inconel, aceros para alta resistencia, bronces, etc.) así como también materiales no metálicos (vidrios, cerámicos y plásticos).

Entonces como tal el propósito del método es detectar grietas, poros, traslapes, costuras y otras discontinuidades superficiales de una manera rápida. La detección de estas discontinuidades generará la ubicación y tamaño aproximado de la discontinuidad y dará una evidencia visual de las indicaciones en el componente.

Ahora bien, la interacción entre el líquido y la superficie que permite la detección ocurre debido a que el líquido penetrante ingresa en dichas discontinuidades y las colorea, tal y como apreciamos en la siguiente figura.

Como vemos en la figura anterior el método de líquidos penetrantes generara una evidencia física para la evaluación del componente. Podríamos pensar que el método de líquidos penetrantes le facilita al inspector la realización de una inspección visual porque a fin de cuentas el técnico deberá realizar una inspección visual del tinte generado.

De forma general podemos sintetizar el método de líquidos penetrantes en 6 pasos básicos, los cuales son:

1. Limpieza Inicial del componente: Esta etapa es fundamental para permitirle al líquido penetrante acceder a las discontinuidades ya que pueden verse obstruidas por cualquier componente presenten en la superficie como: oxido, grasa, pinturas, etc.
2. Aplicación del Penetrante: El penetrante se aplica sobre la superficie de la pieza evaluada en la zona de interés. Se requerirá un tiempo de aplicación para permitirle al líquido ingresar en la discontinuidad.
3. Remoción del Exceso del Penetrante: Luego del debido tiempo de penetración se procede a remover el exceso de penetrante en la superficie, se debe realizar de manera cuidadosa debido que solamente se debe retirar el exceso y no el líquido dentro de las discontinuidades.
4. Aplicación del Revelador: La aplicación del revelador extraerá el líquido penetrante atrapado en las discontinuidades además de brindar contraste para una adecuada inspección.
5. Inspección de la Pieza: Se procede a inspeccionar la pieza e interpretar las indicaciones encontradas.
6. Limpieza Final: La última etapa del proceso de inspección es la limpieza final del componente para remover cualquier resto de la inspección. Una indebida limpieza puede generar problemas en servicio o inclusive ser causa de corrosión.

2.    ¿Por qué utilizar Líquidos Penetrantes?

Los líquidos penetrantes son un método sumamente versátil con respecto al rango de aplicaciones y la facilidad que ofrecen en su uso. Es por ello que este método es usualmente la primera opción de muchas gerencias para abarcar la inspección no destructiva (aunque muchas veces no es la mejor opción).

Pueden existir diversos motivos por los cuales escoger el método de líquidos, pero podemos hablar de dos motivos que se diferencian del resto debido a que normalmente son determinantes para la gerencia que toma la decisión.

1. Requiere de gastos mínimos para la implementación del método.
2. Puede implementarse a múltiples tipos de objetos, materiales, formas, tamaños y ubicaciones.

Básicamente podemos decir que el método de líquidos penetrantes es uno sumamente amplio con respecto a las aplicaciones, pero el punto beneficioso es que además el costo de implementación es sumamente bajo, al menos que estemos hablando de sistemas automatizados.

Ahora bien, es sumamente importante mencionar que por el hecho de que sea un método barato y de fácil implementación no significa que lo debamos utilizar de manera indiscriminada ya que muchas veces no será el método correcto, no generara los resultados deseados e inclusive puede que no consideremos la habilidad de los técnicos por el hecho de ser algo barato y caigamos en errores de ejecución.

Ciertamente el método de líquidos penetrantes trae muchas ventajas, pero utilizar este método por los motivos erróneos hace que el método pierda validez.

Entonces podemos decir que por qué utilizar líquidos penetrantes puede ir en gran medida por las consideraciones de costo y facilidad de implementación, pero eso tiene que ir de la mano con los requerimientos mínimos para poder ejecutar el método y la calificación del personal.

3.    Ventajas y Limitaciones

Ventajas

• El método tiene la capacidad de inspeccionar grandes áreas de una manera muy rápida y eficiente. Independientemente de la complejidad geométrica de la superficie a inspeccionar.
• Puede detectar discontinuidades pequeñas.
• Los resultados proveen de información acerca de la ubicación, orientación y longitud aproximada.
• Se puede implementar en una gran variedad de materiales. Como ferrosos, no ferrosos, cerámicos, plásticos, entre otros.
• No requiere de suministro eléctrico.
• El proceso de inspección es relativamente sencillo.

Limitaciones

• Solamente pueden ser detectadas aquellas discontinuidades que sean abiertas a la superficie.
• La superficie y las discontinuidades a encontrar deben limpiarse para eliminar cualquier contaminante que pueda interferir en el ingreso del líquido en la discontinuidad.
• La inspección de superficies rugosas se ve dificultada.
• No aplica para materiales porosos debido que el líquido ingresara en el material propiamente y no en las discontinuidades.
• No se puede determinar la profundidad a la que se encuentran las discontinuidades.
• Los penetrantes son componentes derivados del petróleo y por lo tanto hay que evaluar la compatibilidad con el material inspeccionado.

4.    Tipos de Líquidos Penetrantes y Clasificación

Existen diversos tipos de líquidos penetrantes que podemos agrupar por clasificaciones dependiendo de la normativa.

Pero empecemos hablando de forma general los tipos de penetrantes que existen en función de su color:

1. Líquidos Penetrantes Visibles: Este tipo de líquidos utiliza un pigmento coloreado (normalmente rojo) para generar las indicaciones de la evaluación. Esta técnica de inspección utiliza luz blanca y un revelador que genera un fondo blanco y la evaluación se realiza a partir de la diferencia de contraste entre el fondo blanco y el pigmento rojo presente en el líquido.
2. Líquidos Penetrantes Fluorescentes: Esta técnica utiliza un pigmento fluorescente que se evalúa bajo luz ultravioleta para poder distinguir los pigmentos fluorescentes del fondo.
3. Líquidos Penetrantes Duales: Este tipo de líquidos presentan ambas características. Se pueden evaluar bajo luz blanca como un penetrante visible y se pueden evaluar bajo luz ultravioleta como los penetrantes fluorescentes.

Ahora bien, estos tipos de penetrantes no es todo lo que tenemos que saber para poder clasificar los tipos de penetrantes. Otra cosa que es sumamente importante son los tipos de remoción de exceso de penetrante, sensibilidad, forma de aplicación del revelador y clases de removedores.

Si nos basamos en la norma MIL-I-25135 en su última revisión E podemos clasificar los líquidos penetrantes tal y como se aprecia en la siguiente tabla:

Como podemos apreciar la norma MIL-I-25135E divide los materiales a utilizar en líquido penetrantes en tres familias (Penetrante, Removedor y Revelador). Además de dividirlos por grupos dependientes de la sensibilidad en la inspección.

Ahora bien, este concepto de la MIL-I-25135E es una designación obsoleta y que se encuentra en desuso por parte de los fabricantes de estos materiales, pero aun así lo mostramos en este manual básicamente por dos motivos:

• Es bueno entender de donde nacen las designaciones.
• En muchos procedimientos de diversas empresas se sigue utilizando la designación presentada en MIL-I-25135E a pesar de esta desfasada.

Hoy en día se trabaja con el documento AMS-2644 y básicamente el motivo por el cual no seguimos utilizando la nomenclatura antigua es por el hecho de que el concepto de familias no es un concepto adecuado para clasificar los líquidos penetrantes.

Se deben clasificar por Sistemas. Un sistema básicamente sería un penetrante y emulsificador/removedor correspondiente.

Los fabricantes hoy en día formulan los líquidos para ser utilizados como un sistema, de forma conjunta y por lo tanto no es correcto utilizar un penetrante de una marca con un revelador de otra ya que no tendrá los resultados esperados.

Por lo tanto, nace la clasificación por sistemas.

Según la AMS-2644 podemos establecer las siguientes clasificaciones.

En esta tabla podemos ver los distintos tipos de penetrantes en función de la pigmentación que poseen y por lo tanto la forma en que será evaluado.

En esta tabla podemos apreciar los distintos métodos de remoción que tenemos disponibles para eliminar el exceso de penetrante en nuestro procedimiento de inspección. Cada método de remoción brindara ventajas y limitaciones al método.

La sensibilidad la podemos definir como la capacidad que tiene un sistema de determinar discontinuidades pequeñas. Ahora bien, la sensibilidad se puede designar a un sistema de forma global ya que la sensibilidad variara en función de la selección el tipo de penetrante, método de remoción, forma de aplicación del revelador, entre otros factores. Ciertamente se le puede asignar un valor de sensibilidad, pero siempre y cuando esa asignación sea al sistema.

De manera puntual podemos mencionar que los líquidos fluorescentes tendrán una mayor sensibilidad que los visibles.

Si queremos hablar acerca del impacto de la remoción podemos decir que los postemulsificables aportaran la mayor sensibilidad, seguidos de los removibles por solvente y por último los lavables con agua.

La forma de aplicación del revelador es sumamente importante ya que también tendrá un impacto directo en los resultados de inspección.

La selección de la clase del solvente es sumamente importante ya que puede afectar la pieza evaluada. Si pensamos en aceros inoxidables austeníticos o aleaciones de níquel la presencia de sulfatos o haluros puede afectar negativamente al material debido a procesos corrosivos.

5.    Proceso de Líquidos Penetrantes

Como ya menciono anteriormente el proceso de líquidos penetrantes tiene 6 etapas claves que siempre estarán presentes, pero como observamos en la sección de clasificación existen distintos tipos de líquidos que requerirán de pasos adicionales. La idea de esta sección es mostrar todas las posibles etapas del proceso de líquidos penetrantes.

Aquí mostraremos a groso modo todas las etapas que luego serán explicadas de manera detallada a lo largo del manual.

1. Limpieza Inicial del componente. Sabemos que esta etapa es crucial. De manera general podemos hablar de tres métodos de limpieza:
   1. Limpieza por medios Mecánicos
   2. Limpieza Química
   3. Limpieza con Solventes

2. Aplicación del Penetrante.
   • La forma en cómo se aplique el penetrante en el material evaluado repercutirá en los resultados de la inspección. Podemos hablar de las siguientes formas de aplicación:
     1. Inmersión.
     2. Rociado.
     3. Brocha.
     4. Vaciado.
   • El tiempo de penetración es un factor determinante en la técnica ya que si el tiempo de penetración del líquido no es suficiente no se generarán resultados satisfactorios. Si queremos definir el tiempo de penetración podemos decir que es el tiempo que transcurre desde la aplicación hasta que el exceso deba ser removido.

3. Remoción del Exceso del Penetrante. La remoción del exceso del penetrante se podría pensar que es la etapa que requiere de mayor cuidado ya que una correcta remoción determinara la efectividad de la prueba. Ahora bien, el método de remoción dependerá del líquido penetrante aplicado.
   • Lavable con Agua (Método A. Tipos I y II): Este tipo de remoción básicamente es la remoción con agua luego de que transcurre el tiempo de penetración. Más adelante en el manual se detallarán las especificaciones puntuales para esta remoción.
   • Penetrante Postemulsificable (Método B y D. Tipos I y II): Este tipo de remoción requiere de la aplicación de un emulsificador que emulsificará el exceso de penetrante para que pueda ser removido con agua. Hay dos tipos de procesos Hidrofílico y Lipofílico, cada uno tendrá sus procesos, pero ambos requieren de la aplicación del emulsificante, del tiempo de emulsificación y por último la remoción del exceso. Más adelante en el manual se detallarán las especificaciones puntuales para estos tipos de remoción.
   • Penetrante Removible con Solvente (Método C. Tipo I y II): Este proceso de remoción se ejecuta con un solvente que podrá remover el exceso de penetrante, no se realiza con agua. Más adelante en el manual se detallarán las especificaciones puntuales para esta remoción.

4. Secado: Esta etapa no es un paso que siempre se debe llevar a cabo ya que dependerá del tipo de revelador a implementar. Pero en caso de que se requiera el secado es clave para una correcta aplicación del revelador y subsecuente obtención de resultados. El tiempo del secado variara dependiendo de las dimensiones de la pieza inspeccionada.
5. Aplicación del Revelador: Sabemos que existen 5 forma de revelador. Cada una de estas formas tendrá sus ventajas y desventajas para la inspección. Estas son:
   1. Revelador en Polvo.
   2. Revelador Soluble en Agua
   3. Revelador en Suspensión Acuosa
   4. Revelador No Acuoso.
   5. Revelador de Aplicación Especifica.

6. Tiempo de Revelado: El tiempo de revelado es el tiempo en el que el líquido penetrante atrapado en las discontinuidades es extraído por el revelador. Este tiempo variara dependiendo de la técnica y el procedimiento. En líneas generales no debe ser menor de 10 minutos ni mayor de 2 horas.

7. Inspección de la Pieza: Esta etapa inicia luego que el tiempo de revelado culmina, aunque la evaluación como tal puede iniciar durante la extracción. Dependiendo si el líquido penetrante es visible o fluorescente ciertas condiciones con respecto a la iluminación deberán seguirse.
8. Limpieza Final: La última etapa del proceso de inspección es la limpieza final del componente para remover cualquier resto de la inspección. Una indebida limpieza puede generar problemas en servicio o inclusive ser causa de corrosión.