Misión Naval Venezolana en España

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CORROSIÓN: TÉCNICAS DE INSPECCIÓN DE MATERIALES. PARTE III

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Por: CC. Douglas Briceño Fiallo

        Tercera y última parte del artículo sobre la corrosión en los metales y las causas que la generan, así como minimizar sus consecuencias.

 

 

Oficial superior egresado de la Escuela Naval de Venezuela en el año 1994, con la promoción “Gran Mariscal de Ayacucho” y diplomado como licenciado en ciencias navales, mención mecánica.  Cursó estudios de post grado (Magíster en Táctica naval) en la EPAR, de la que egresó en el año 2006 con el título correspondiente. ha ocupado los diferentes cargos inherentes a su especialidad a bordo de las unidades flotantes de la ARBV, entre sus cargos mas destacados se encuentran, Jefe de Propulsoras de la Fragata ARBV “Mariscal Sucre” (F-21),  siendo su último cargo el de Jefe de la División de Ingeniería de la Fragata ARBV “Mariscal Sucre” (F-21). Actualmente se desempeña como Jefe del Área de Propulsión y Equipos de la Comisión Inspectora para los Buques de Vigilancia Litoral (CIVBVL).

 

 

 

 

1.4)  RAYOS X.

        1.4.1)  GENERALIDADES

                   Dentro del campo de los ensayos no destructivos, una de las técnicas más utilizadas es la inspección radiográfica. Esta técnica se basa en las diferencias en los niveles de absorción que experimenta una determinada radiación electromagnética, emitida por una fuente de energía, al atravesar diferentes medios. De esta forma es posible detectar la presencia de heterogeneidades en medios en un determinado medio o, desde el punto práctico, descubrirlas cuando dicho medio debía ser homogéneo, lo que explica su gran utilidad dentro del campo de la inspección de materiales.

                    Se denomina radiación electromagnética a las ondas producidas por la oscilación de una carga eléctrica y que goza de propiedades eléctricas y magnéticas. Los rayos alfa, gamma y los rayos X son algunas de las radiaciones producidas durante la desintegración de los átomos. Estas ondas no necesitan un medio material para propagarse. Independientemente de su frecuencia y longitud de onda, todas las ondas electromagnéticas se desplazan en el vacío a la velocidad de la luz, c, es decir, a la velocidad constante de 299.792 Km/s.

                    La longitud de onda λ y la frecuencia v, de las ondas electromagnéticas, están relacionadas mediante la expresión λ.v = c y determinan su energía, visibilidad y otras características. Así, la energía transportada por una onda electromagnética es directamente proporcional a su frecuencia, siendo la constante de proporcionalidad la constante de Planck, h, cuyo valor es aproximadamente de 6,62.10-34 julios-segundo. Por lo tanto, cuanto menor es la longitud de onda de una radiación, mayor es su energía. Además, cuanto mayor es la energía de una onda, mayor es su poder de penetración.

                   De este modo, la “luz visible” constituye sólo una pequeña parte del espectro de radiación electromagnética, cuya longitud de onda está comprometida aproximadamente entre los 400 y los 800 nm. Con frecuencia más elevada se encuentra la radiación ultravioleta, con unas longitudes de onda próximas a los 50 nm, que se solapa con los rayos X de longitud de onda del orden de 10nm, también llamados rayos X blandos, seguidos de los rayos X de frecuencias más altas, o rayos X duros. A continuación se sitúan los rayos gamma, con unas longitudes de onda inferiores a 1pm.

                   Con frecuencias menores que la radiación visible se encuentran, primeramente, los rayos infrarrojos, o “radiación de calor”, y por debajo las frecuencias de radio de microondas, con longitudes de onda que van desde los 0,1 a los 0,4 mm. A partir de estas longitudes de onda y hasta unos 15 Km el espectro está ocupado por las diferentes ondas de radio. Las ondas electromagnéticas que comprenden la zona del espectro de las microondas y las ondas de radio se conocen como “Ondas Hertzianas”.

                   En un sentido amplio, la ciencia que trata de los fundamentos, técnicas de utilización y aplicaciones de las radiaciones electromagnéticas se denomina Radiología. Sin embargo, la radiación ultravioleta, la luz visible y demás radiaciones de menor frecuencia no se consideran objeto de estudio de la radiología, sino que tienen sus propios campos de estudio. Por tanto, aunque no puede hablarse de una frontera régida para esta ciencia, puede decirse que la Radiología trata del estudio de las radiaciones electromagnéticas con longitudes de onda menor que 10 nm.

                   La radiología pudo desarrollarse gracias al descubrimiento, de forma accidental, de los rayos X por el físico alemán Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923), mientras se encontraba  estudiando los rayos catódicos en un tubo de descarga gaseosa de alto voltaje. Roentgen había introducido el tubo que utilizaba en el interior de una caja de cartón negro, con el fin de obtener un buen aislamiento, sin embargo, observó que una placa de platino cianuro de bario, que casualmente estaba cerca, emitía luz fluorescente cada vez que ponía en funcionamiento el tubo. Este hecho llamó poderosamente su atención y, quien pronto se dedicó a estudiar este fenómeno, llegó a la conclusión de que la fluorescencia se debía a alguna forma de radiación invisible, proveniente del tubo, con mayor poder de penetración que la radiación ultravioleta.

                  En sus experimentos pudo comprobar que estos rayos eran capaces de atravesar materiales como cartón, madera, tela, gruesos libros y piel humana con gran facilidad. Los huesos presentaban menor transparencia que la piel, lo que le permitió obtener las primeras radiografías de su propia mano. Los metales eran atravesados con mayor dificultad, siendo más opacos cuanto más densos. Finalmente, la denominación de “rayos X” que Roentgen utilizó para designar esta forma de radiación se explica por el hecho de que desconocía su naturaleza.

                 Roentgen presentó su descubrimiento el 8 de noviembre de 1895 ante la Sociedad Físico-Médica de Würzburg, produciéndose un enorme impacto científico. Por este hallazgo recibió el primer Premio Nobel de Física en 1901.
  
         1.4.2)  NATURALEZA DE LOS RAYOS X:

                     Los rayos X son, como se explicó anteriormente, radiaciones electromagnéticas cuya longitud de onda puede estar comprendida entre 10 nm y 1 pm. Pueden ser monocromáticos, cuando sólo presentan una determinada longitud de onda, o estar formados por ondas de varias frecuencias. Cuando están compuestos por radiaciones de muchas longitudes de onda diferentes se denominan rayos X “blancos”. Por otra parte, cuanto menor es la longitud de onda de los rayos X, mayores son su energía y poder de penetración.

                    Tanto la luz visible como los rayos X se producen a raíz de las transiciones de los electrones atómicos de una orbita a otra. La luz visible corresponde a transiciones de electrones externos y los rayos X a transiciones de electrones internos. Los rayos gamma, cuyos efectos son similares a los rayos X, se producen por transiciones de energía en el interior de núcleos excitados y tiene un carácter discontinuo.

                    Los rayos X se producen al bombardear un objeto material con electrones de alta velocidad. La mayor parte de la energía de los electrones se disipa en forma de calor, el resto produce rayos X como consecuencia de los impactos (“colisión blanda”) entre los electrones libres y los átomos del blanco, que se traducen en una variación no controlada de la energía del electrón en las proximidades del núcleo.

                    Por tanto, la radiación emitida no es monocromática, sino que abarca una amplia banda de longitudes de onda, cuyo límite inferior viene dado por la máxima energía de los electrones incidentes y es, por tanto, independiente de la naturaleza del material bombardeado. Este espectro continuo recibe el nombre de radiación frenado o, más conocido por su equivalente alemán “Bremmstrahlung”.

                     Si las longitudes de onda del espectro son independientes de la naturaleza del blanco, no lo son, sin embargo, sus intensidades, que dependan del número atómico del material bombardeado, en definitiva, de la mayor o menor probabilidad de que el electrón sea interceptado (o frenado) en su camino.

                    Se comprueba, sin embargo, que en este espectro continuo aparecen también ciertas frecuencias que dependen exclusivamente de la naturaleza del material bombardeado, es decir, de la estructura de los átomos del blanco, concretamente de su número atómico.

        1.4.3)  FUENTES DE RAYOS X:

                    Las fuentes convencionales de generación de rayos X son los tubos de tipo Coolidge, de cátodo caliente, que funciona con alta tensión (trabajan con tensiones de entre 10 y 500 kV).

                    El elemento central de estos dispositivos, donde se produce el haz de electrones es una lámpara (o válvula) de vacío a la que se llama tubo de Rayos X y es, en realidad, un diodo de alta tensión. Los electrones se generan en un filamento incandescente de Wolframio que constituye el cátodo del diodo que es, por tanto, el polo negativo del tubo.

                   Mediante el circuito apropiado, estableciendo una diferencia de potencial entre el cátodo y un polo positivo, que constituye el ánodo (o anticátodo) del tubo, se consigue crear una corriente electrónica entre ambos. De la intensidad de dicha corriente eléctrica dependerá la intensidad de los rayos X producidos y, obviamente, el calentamiento del objeto bombardeado.

                   El ánodo del tubo es una pastilla, también de Wolframio, sobre la que incide el haz de electrones procedentes del filamento. Es en el ánodo donde se producen los rayos X, por tal motivo la pastilla se dispone normalmente con una cierta inclinación respecto a la normal al haz incidente. De este modo, la dirección y el tamaño de la fuente de rayos X depende del tamaño de la pastilla y de su ángulo de inclinación. En algunos casos el ánodo tiene forma cónica, por lo que la superficie radiante es un anillo alrededor del tubo.

                  Especial importancia requería la refrigeración del ánodo, pues aproximadamente el 99% de la energía se transforma en calor. Aunque en menor medida, también el transformador necesario para conseguir la alta tensión del tubo requiere refrigeración. En general, la refrigeración se consigue mediante circulación forzada de algún fluido (aire, agua o aceite) por las fuentes caloríficas.

                 Además del tubo de rayos X descrito, existen otras fuentes “no convencionales” de rayos X, como son los tubos de descarga fría o los de cascada, en los que se trabaja con tensiones muy superiores, que difícilmente puedan conseguirse con el dispositivo descrito. Estas fuentes basan la descarga de electrones en otros principios distintos de los expuestos, particularmente en aceleradores lineales, donde la descarga de electrones no se produce por una diferencia de potencial sino utilizando como vehículo una onda electromagnética que lo transporta, bajo ciertas condiciones, hasta el blanco.

    1.4.4)  IMPRESIÓN RADIOGRÁFICA:

                 La utilización de los rayos X para realizar Ende, así como otras muchas aplicaciones, es posible gracias a que los rayos X afectan a una placa de emulsión fotográfica, denominada en este caso placa radiográfica, del mismo modo que lo hace la luz.

               Como ya se comentó anteriormente, la absorción de rayos X por una sustancia depende de su densidad y masa atómica, de modo que cuanto menor es su masa atómica más transparente es a los rayos X. Esta característica hace posible la detección de heterogeneidades en el seno de un material homogéneo, tales como inclusiones, impurezas, segregaciones, grietas, etc., que se manifestarán en la placa radiográfica por un nivel de exposición diferente. Donde menor sea la masa atómica mayor exposición experimentará la placa, por lo que ésta aparecerá menos oscura.

                En el caso de la radiación de neutrones, utilizada para algunos tipos de radiografía, los resultados son casi los inversos, es decir, los objetos que producen sombras oscuras en una imagen de rayos X son precisamente los más claros en una radiografía de neutrones.

                Ahora bien, al igual que el material motivo de examen es atravesado por los rayos X, la placa radiográfica también experimenta el mismo fenómeno. Por tal circunstancia es preciso que ésta tenga un cierto espesor que permita asegurar que una parte de la radiación pueda ser absorbida por la película radiográfica, pues de otro modo no se produciría impresión sobre la placa y, en consecuencia, no se obtendría imagen alguna. Por los espesores utilizados en la práctica, la energía de radiación absorbida por la placa es del orden del 1% de la energía incidente.

                La placa, o película, radiográfica tiene básicamente dos componentes: el soporte y la emulsión.

               El soporte es la base sobre la que se depositará la emulsión sensible a la radiación, al igual que en la película fotográfica. Debe ser transparente, resistente, estable, inerte y flexible, pero, a la vez, lo suficientemente delgado como para poder observar la imagen radiográfica al trasluz. Los materiales más utilizados en la actualidad son el triaceto y tetraftalato, con unos espesores de entre 150 y 200 micras.

               La emulsión, que contiene la sustancia sensible a la radiación, se deposita generalmente sobre ambas caras del soporte y debe contener un producto (normalmente gelatina) que le dé la adherencia suficiente para mantenerse sobre el soporte y una capa externa de protección que evite su deterioro. El producto sensible a la radiación es una dispersión de cristales de bromuro de plata en una matriz de gelatina. El espesor total de la emulsión es de unas 30 micras.

               La radiación absorbida produce ciertos cambios en la estructura atómica de los cristales de bromuro de plata que, si bien no son perceptibles de inmediato, con ayuda de un producto “revelador” descompone los cristales liberando plata en una cantidad que es en función de la radiación recibida. Puesto que la película es también fotosensible, después de utilizar el revelador, se utiliza un “fijador” (al igual que se hace con una película fotográfica) que evita que se descomponga más bromuro de plata.

               El resultado final es una placa que presenta zonas más oscuras (opacas) cuanto mayor sea la radiación recibida, mientras que presentarán un aspecto claro (blanquecino) aquellas que recibieron menores dosis de radiación.


Infografía:

1. Manual de la corrosión Autor Félix Gómez de León y Diego Alcaraz Lorente.
2.http://belenos.wordpress.com/2007/12/14/la-corrosion-el-talon-de-aquiles-de-los-metales/

 

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Última actualización el Miércoles, 26 de Noviembre de 2008 16:28