La tecnología de escaneo ultrasónico de ABS mejora la seguridad en las inspecciones de cascos de barcos

Un mercado al que ABS Group se dirige para su tecnología de escaneo ultrasónico para materiales compuestos es la industria de reparación de embarcaciones, donde puede evaluar daños o defectos que no se pueden ver en la superficie. (Imagen:Getty Images)

Los constructores navales no tenían la opción de utilizar fibra de vidrio cuando se creó la organización sin fines de lucro American Bureau of Shipping (ABS) 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 avanzado mucho en ese tiempo, en parte porque la gente se ha convertido en una especie que viaja por el espacio.

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

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

Los barcos de más de 175 pies aproximadamente requieren la resistencia de un casco de metal. Debido a que el metal conduce el sonido fácilmente, estos pueden inspeccionarse mediante el escaneo ultrasónico tradicional, que envía sonido de alta frecuencia al material y detecta daños al detectar irregularidades en los ecos que regresan 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.

"Nos fijamos en industrias que ya estaban más avanzadas en su capacidad para detectar defectos en materiales no metálicos, y la industria aeroespacial realmente está liderando ese sector", afirmó Nick Obando, director de Gestión de Integridad de Activos de ABS Group.

El ahorro de peso que ofrecen los materiales compuestos, así como las inspecciones fiables para garantizar la seguridad, se encuentran entre las principales prioridades de la NASA y otros diseñadores de naves espaciales. Por eso, cuando la agencia espacial eligió un nuevo método de construcción para el escudo térmico del módulo Orión, sus ingenieros necesitaban una técnica de inspección que pudiera ayudar a garantizar su integridad. Terminaron recurriendo a la empresa de investigación y desarrollo sin fines de lucro Aerospace Corporation para crear una nueva tecnología ultrasónica para examinar compuestos, una que también se adaptaría a las necesidades de ABS Group y su clientela más pequeña y liviana.

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

Orion es la nave espacial que llevará a los astronautas a la Luna y de regreso bajo las misiones Artemis de la NASA en los próximos años. Su escudo térmico lo protegerá a su regreso, mientras atraviesa la atmósfera de la Tierra generando temperaturas de hasta 5000 °F. Originalmente, el escudo se iba a fabricar inyectando Avcoat, una resina epoxi liviana utilizada anteriormente para el escudo térmico de la cápsula Apollo, en las celdas de una estructura de panal. Sin embargo, cuando se construyó un escudo de prueba, se formaron grietas en algunas uniones, 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 en la que esa línea de unión ahora se volvió crítica", dijo William Prosser, miembro técnico de Evaluación No Destructiva en el Centro de Ingeniería y Seguridad de la NASA en el Centro de Investigación Langley de la agencia en Hampton, Virginia. "Y no tenían una buena manera de probarlo porque la fuerza de la unión era mayor que la fuerza del material Avcoat, por lo que no podían hacer pruebas de tracción como lo hicieron con las tejas lanzadera".

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 del Laboratorio de Evaluación No Destructiva de la compañía.

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

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

Lo que siguió fueron dos años de perfeccionamiento de las técnicas de enfoque y procesamiento de señales, e incluso del hardware, hasta que un usuario pudo escanear manualmente una gran área de materiales compuestos y obtener una imagen clara de cualquier daño o defecto debajo de la superficie. "Todos estos trucos o pasos de procesamiento de señales que aplicamos, cada paso mejoró la señal cada vez más hasta que se volvió clara", dijo Kenderian. "Ese nivel de desarrollo se produjo gracias a la 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 los inspectores pudieran utilizar en el hardware de vuelo real en el Centro Espacial Kennedy", dijo Prosser. "Y esa fue otra actividad importante".

Aerospace Corporation recibió una patente sobre la técnica a finales de 2019, y no pasó mucho tiempo antes de que ABS Group llamara, otorgó la licencia de la tecnología a principios de 2021 y la convirtió en un servicio comercial el año siguiente. "Por lo tanto, hasta donde yo sé, somos los primeros en brindar una verdadera capacidad de evaluar el espesor de estos compuestos no metálicos para la industria marítima", dijo Obando.

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

Pero dijo que la compañía todavía está trabajando para determinar otros nichos que pueda cubrir en la industria náutica y más allá. "Estamos entusiasmados con la tecnología", dijo Obando. "Entonces, ahora se trata realmente de trasladar ese entusiasmo a nuestros clientes para decir:'Oye, creemos que esto podría ayudarte, ¿puedes ayudarnos a mostrar dónde hay un caso de uso para esto en esta industria que está realmente desatendida?'"

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