Tecnología de Escaneo Ultrasónico de ABS Mejora la Seguridad en Inspecciones de Cascos de Barcos

Uno de los mercados a los que ABS Group apunta con su tecnología de escaneo ultrasónico para materiales compuestos es la industria de reparación de barcos, donde puede evaluar daños o defectos que no se ven en la superficie. (Imagen: Getty Images)

160 años de seguridad marítima

Los constructores navales no tenían la opción de la fibra de vidrio cuando la organización sin ánimo de lucro American Bureau of Shipping (ABS) se estableció hace 160 años para ayudar a salvaguardar la vida y la propiedad en los mares. Afortunadamente, la tecnología para ayudar a garantizar mejor la seguridad de los buques oceánicos también ha recorrido un largo camino en ese tiempo, en parte porque las personas se han convertido en una especie espacial.

ABS Group of Companies Inc. de Spring, TX, una subsidiaria de ABS que proporciona soluciones de gestión de riesgos y extiende servicios técnicos marinos a embarcaciones más pequeñas como yates y barcos de pesca, ha tomado ahora una tecnología desarrollada para inspeccionar el escudo térmico de la nave espacial Orion de la NASA y la ofrece para evaluar cascos de embarcaciones hechos con materiales compuestos avanzados.

Un escaneo ultrasónico en bruto de un bloque de Avcoat, la resina epoxi del escudo térmico de la nave espacial Orion, ofrece poca información útil (arriba). El extenso procesamiento de señales que Aerospace Corporation desarrolló para la NASA, sin embargo, es capaz de detectar defectos como una unión faltante y una "unión besada" —un punto donde las superficies se encuentran pero no están unidas entre sí (abajo). (Imagen: NASA)

El desafío de los materiales compuestos

Los barcos de más de 53 metros (175 pies) aproximadamente requieren la resistencia de un casco metálico. Como el metal conduce el sonido fácilmente, estos pueden inspeccionarse usando escaneo ultrasónico tradicional, que envía sonido de alta frecuencia al material y detecta daños detectando irregularidades en los ecos devueltos al dispositivo. Las embarcaciones más pequeñas pueden ahorrar peso con cascos compuestos, a menudo hechos de capas de fibra de vidrio, resina epoxi o fibra de carbono, pero estos materiales absorben y amortiguan el sonido, lo que los hace mucho más difíciles de evaluar con tecnología ultrasónica.

"Buscamos industrias que ya estuvieran más avanzadas en su capacidad para detectar defectos en materiales no metálicos, y la industria aeroespacial realmente lidera ese sector", dijo Nick Obando, Director de Gestión de Integridad de Activos en ABS Group.

Origen aeroespacial: el escudo térmico de Orion

El ahorro de peso que proporcionan los materiales compuestos, así como las inspecciones fiables para garantizar la seguridad, se encuentran entre las prioridades más altas para la NASA y otros diseñadores de naves espaciales. Así que, cuando la agencia espacial eligió un nuevo método de construcción para el escudo térmico del módulo Orion, sus ingenieros necesitaron una técnica de inspección que pudiera ayudar a garantizar su integridad. Terminaron recurriendo a la empresa de I+D sin ánimo de lucro Aerospace Corporation para crear una nueva tecnología ultrasónica para examinar compuestos —una que también resultaría adecuada para las necesidades de ABS Group y su clientela más pequeña y ligera.

Un mercado potencial para la inspección de materiales compuestos son las plataformas marinas, donde los recipientes a presión compuestos dañados pueden suponer un peligro, y los materiales compuestos podrían reparar mejor tuberías y estructuras de superficie si hubiera una forma de probar su integridad. (Imagen: Getty Images)

De bloques de Avcoat a tecnología comercial

Orion es la nave espacial que llevará astronautas a la Luna y de vuelta bajo las misiones Artemis de la NASA en los próximos años. Su escudo térmico lo protegerá en su regreso, mientras surca la atmósfera terrestre generando temperaturas de hasta 2.760 °C (5.000 °F). El escudo se fabricaría originalmente inyectando Avcoat, una resina epoxi ligera usada previamente para el escudo térmico de la cápsula Apolo, en las celdas de una estructura de panal. Sin embargo, cuando se construyó un escudo de prueba, se formaron grietas en algunas costuras, por lo que la NASA y el contratista Lockheed Martin decidieron pegar bloques de Avcoat directamente a la base del escudo.

"Al hacerlo, crearon una situación donde esa línea de unión se volvió crítica", dijo William Prosser, Miembro Técnico para Evaluación No Destructiva en el Centro de Ingeniería y Seguridad de la NASA en el Centro de Investigación Langley de la agencia en Hampton, VA. "Y no tenían una buena forma de probarla porque la resistencia de la unión era mayor que la del material Avcoat, así que no podían hacer pruebas de tracción como hacían con losetas del transbordador."

El Centro de Ingeniería y Seguridad mantiene redes de expertos que se extienden más allá de la NASA e incluyen a Shant Kenderian, Director del Departamento de Procesamiento de Materiales de Aerospace Corporation y el Laboratorio de Evaluación No Destructiva de la empresa.

Cuando Prosser contactó a Kenderian en 2015, Aerospace Corporation ya estaba experimentando con una tecnología que tenía potencial para resolver el problema. El reciente contratado Toby Case había traído una tecnología de escaneo avanzada que había desarrollado como estudiante de posgrado, y el equipo demostró que podía realizar una verificación puntual simple en una muestra de escudo térmico. "Pero hacer un escaneo grande a escala de producción es un nivel de robustez completamente diferente", dijo Kenderian.

Técnicos en el Centro Espacial Kennedy terminan de aplicar bloques de Avcoat, una resina epoxi ligera, al escudo térmico del módulo de tripulación Orion. Para examinar la unión de los bloques con el escudo, la NASA recurrió a Aerospace Corporation para desarrollar un sensor ultrasónico que pudiera detectar defectos en o bajo el material a pesar de su resistencia al sonido. (Imagen: NASA)

Dos años de refinamiento

"Lo que siguieron fueron dos años de refinamiento de las técnicas de enfoque y procesamiento de señales, e incluso el hardware, hasta que un usuario podía escanear manualmente una gran área de materiales compuestos y obtener una imagen clara de cualquier daño o defecto bajo la superficie. 'Todos estos trucos o pasos de procesamiento de señales que aplicamos, cada paso mejoraba la señal cada vez más hasta que se volvió clara', dijo Kenderian. 'Ese nivel de desarrollo ocurrió todo bajo financiación de la NASA'."

Los ingenieros de la NASA y Lockheed Martin también participaron en el esfuerzo, especialmente cuando llegó el momento de probar y validar la tecnología. "Y luego tuvimos que traducir eso en un sistema que pudiera usarse en el hardware de vuelo real en el Centro Espacial Kennedy por los inspectores", dijo Prosser. "Y esa fue otra actividad significativa."

Comercialización por ABS Group

Aerospace Corporation recibió una patente sobre la técnica a finales de 2019, y no pasó mucho tiempo antes de que ABS Group llamara, licenciando la tecnología a principios de 2021 y ofreciéndola como servicio comercial al año siguiente. "Por lo que sé, somos los primeros en traer una verdadera capacidad para evaluar a través del espesor de estos compuestos no metálicos para la industria marítima", dijo Obando.

Dijo que la empresa se dirige a tres tipos principales de usuarios: fabricantes y minoristas, ambos de los cuales pueden usar la tecnología para garantía de calidad, y talleres de reparación que necesitan evaluar daños o defectos. "Se trata de proteger a todas las partes involucradas, con mejor garantía sobre la integridad del activo durante la fabricación y post-fabricación", dijo Obando. El fabricante o revendedor puede garantizar mejor la calidad, y los clientes pueden tener más fe en su compra. También señaló que las aseguradoras podrían tener uso para estas inspecciones exhaustivas.

Pero dijo que la empresa aún está trabajando para determinar otros nichos que puede llenar en la industria náutica y más allá. "Estamos entusiasmados con la tecnología", dijo Obando. "Así que ahora se trata realmente de traducir ese entusiasmo a nuestros clientes para decir: 'Oye, creemos que esto podría ayudarte, ¿puedes ayudar a mostrar dónde hay un caso de uso para esto en esta industria que realmente está desatendida?' "

Para más información, visite aquí.