contribuciones a las técnicas no destructivas para la evaluación y prueba de procesos y materiales

257 Pages·2007·7.4 MB·Spanish

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS
INDUSTRIALES Y DE TELECOMUNICACIÓN

T D
ESIS OCTORAL

CONTRIBUCIONES A LAS TÉCNICAS NO
DESTRUCTIVAS PARA EVALUACIÓN Y PRUEBA DE
PROCESOS Y MATERIALES BASADAS EN
RADIACIONES INFRARROJAS

Autor: DANIEL AQUILINO GONZÁLEZ FERNÁNDEZ
Director: JOSÉ MIGUEL LÓPEZ HIGUERA

SANTANDER, 2006
A mi madre y hermanos

“… Yo sólo puedo mostrarte la puerta. Tú eres el único que tiene que atravesarla”

Morfeo, Matrix (1999)

Traducción libre de un extracto del diálogo de Morpheus (Laurence Fishburne) con Neo (Keanu Reeves) en
su visita al Oracle (Gloria Foster): “I'm trying to free your mind, Neo. But I can only show you the door.
You're the one that has to walk through it”.
The Matrix (1999)
Escrita y dirigida por Andy Wachowski & Larry Wachowski.
Be Afraid Of The Future.

Reconocimientos
Los trabajos de investigación recogidos en esta tesis doctoral han sido posibles, 
en  parte,  gracias  a  los  recursos  de  los  proyectos  de  I+D  en  los  que  se  han 
enmarcado: 
• “Sensor  Optoelectrónico  para  la  medida  de  la  TEmperatura  de  las 
PAlanquillas en maquinas de colada Continua”, SOTEPAC, 1FD97‐1996. 
• “SUbsistemas  fotónicos  de  Generación,  conversión,  Amplificación  y 
procesamiento para Redes Ópticas de Sensores y datos”, SuGAROS,‐ TIC‐
2001‐0877‐C02‐01. 
• “Estructura  Inteligente  para  Producción  de  Barras  de  Acero”,  EIPBA, 
FIT070000‐2002‐121. 
• “SIstemas y Redes Avanzadas de Sensores fotónicos”, SIRAS, TEC 2004‐
05936‐C02‐02/MIC. 
• “Caracterización  de  materiales  por  espectrometría  de  imagen”, 
CIMACLIQ, TEC 2005‐08218‐C02‐02. 

Igualmente se agradece al Ministerio de Ciencia y Tecnología la concesión 
al autor de una beca FPI adscrita al proyecto SUGAROS TIC2001‐0877‐C02‐01. 

UNIVERSIDAD DE CANTABRIA (2006)
-I-

Agradecimientos
Tal vez el apartado que suscita una mayor reflexión en toda obra realizada es la 
exaltación de las gratitudes hacia quienes de una forma u otra han inferido en el 
autor durante la misma. En tal situación, me hallo en el desafío de sintetizar en 
unas pocas líneas todos los sentimientos que aparecen al recordar a las personas 
que a lo largo de mi vida me han ayudado, enseñado, guiado, tolerado, animado 
e incluso jaleado en la consecución de mis objetivos. Pero aún pecando de cruel y 
olvidadizo debo truncar la memoria y limitar este apartado que por ganas se 
convertiría en toda una obra por sí solo. Mi primer agradecimiento a todos 
aquellos  que  no  son  referidos  a  continuación  pero  que  saben  y  que  sé  que 
debieran estar aquí. Y, ¡cómo no!, mi gratitud a todo lector por el interés que 
muestra en este humilde trabajo. 
Ayudándome de la referencia cronológica, el punto de partida establecido 
para los agradecimientos es la decisión de emprender el doctorado. No es que no 
haya sido “curioso” con anterioridad, bien lo sabía mi padre, sino que considero 
este punto de mi vida como el inicio de mi carrera investigadora, de la cual es un 
fruto el presente documento. La persona a la que debo este inicio es César. 
Durante más de doce años ha sido un guía, un consejero y un ejemplo. Gracias 
por estar a mi lado.  
Di  los  primeros  pasos  de  la  mano  de  Pepe  quien  me  mostró  las 
inquietudes del mundo de la Óptica y la Fotónica y soportó las innumerables 
dudas y quebrantos a las que como “novato” le tenía acostumbrado. Gracias a él 
y  sus  detalladas  correcciones  fui  aprendiendo  y  formándome.  Y  llegué  a 
integrarme en el Grupo de Ingeniería Fotónica. Gracias José Miguel por guiarme 
hasta la madurez y ofrecerme tu tiempo, conocimiento y experiencia en muchas 
facetas que incluso se salen de la componente profesional. Gracias por hacerme 
sentir a gusto y rodeado de los míos. Porque en el Grupo de Ingeniería Fotónica 
encontré  una  familia  donde  todos  sus  miembros  han  hecho  posible  que  lo 
considerado  por  otros  como  trabajo  o  estudio  yo  lo  considere  una  alegría. 
Muchas horas, muchos días; pero en verdad hablo de un laboratorio como mi 
casa ante la fraternidad y amistad encontrada en sus miembros: Adolfo, Alex, 
Ana, Andrés, Bea, Berto, Bobín, Bubka, Carlos, Chux, Cris, David, Esaú, Fran, 
José Miguel “junior”, Juan, María, Marian, Mauro, Nicolas, Pedro (Alonso, I y II), 
Puma,  Olga,  Sergi,  Toñete  y  Vik.  No  es  exageración,  nos  hemos  conocido, 
consentido y aguantado casi a diario durante los últimos 7 años en la mayoría de 
los casos, 12 años (¿verdad, Toñete?), o incluso más (cantidad indeterminada 
pero inferior a 30, ¿verdad, Chux?). En especial, gracias a Fran por todo su apoyo 
y  estar  siempre  dispuesto  a  embarcarse  conmigo  en  proyectos  y  aventuras 
UNIVERSIDAD DE CANTABRIA (2006)
-III-
CONTRIBUCIONES A LAS TÉCNICAS NO DESTRUCTIVAS PARA EVALUACIÓN Y PRUEBA DE PROCESOS Y MATERIALES BASADAS EN
RADIACIONES INFRARROJAS
propias de gigantes. Y no me olvido de Bea y Sara, siempre atentas. GRACIAS a 
todos porque sin vosotros no hubiera sido posible llegar a terminar esto. Y es que 
el considerarse como en casa resuelve muchas complicaciones, te da seguridad y 
protección y te facilita la “existencia” permitiéndote una mayor dedicación y un 
mayor optimismo a los quehaceres diarios.  
Me siento muy afortunado de contar con varias familias. No solamente la 
natural y el Grupo de Ingeniería Fotónica. Allá donde he ido he procurado y, 
afortunadamente conseguido, conocer y desenvolverme en ambientes familiares 
que, lejos de casa, son aún más necesarios. Así … ¡gracias, Clemente! por ser tú 
quien me fuera a buscar al aeropuerto el 1 de mayo de 2003. Llegaba a un país 
lejano y extraño, con dificultades con el idioma y siendo la primera vez que salía 
de casa, como quien dice. Hemos compartido buenos y malos momentos pero 
aún  los  malos  no  lo  han  sido  tanto  al  tener  tu  apoyo.  Gracias  Xavier  por 
permitirme ir, formarme, seguir con mis divagaciones y conocer a toda esa gente 
que llenó mi ser de nuevas experiencias, conocimientos, inquietudes, anhelos y 
tristezas  al  separarnos.  Gracias  Alma,  Eduardo,  Eric,  Hermes,  Janis,  Jassine, 
Julián, Laurotta, Martina, Paloma, Pamela, Rafael, Silvietta y Soledad por hacer 
de Québec mi segundo hogar. Gracias Lilián.  
Y Bath, otro lugar donde volveré y donde también dejé amigos y familia. 
Gracias familia Way, Simon, Tim y, por supuesto, Darryl que hiciste posible otro 
nuevo exponencial avance de mi experiencia personal y profesional. 
Gracias  a  mis  amigos:  Ángel,  Casco  y  familia,  David,  Dita  y  Edu, 
Eduardo, Joserra, Marga, Marina, Nacho, Nando, Pablete, Pablo, Patri y Vito; sus 
consejos y paciencia conmigo no tienen fin. Gracias a mis amig@s del instituto, 
los momentos lúdico‐festivos en su compañía han servido de vía de escape y 
aliviado el estrés ante este proyecto. 
Y, obviamente, gracias a mi familia natural. Ellos saben más que nadie el 
esfuerzo que este trabajo ha supuesto. Para ellos está dedicada esta obra. 

A todos vosotros, mi sincera gratitud. 
DANIEL AQUILINO GONZÁLEZ FERNÁNDEZ – TESIS DOCTORAL
-IV-
Resumen
La inspección térmica basada en radiación infrarroja provee medidas rápidas, sin 
contacto  y  desde  una  única  posición.  Su  principio  básico  es  el  control  y 
estimación de diferencias de temperaturas en una superficie o cambios de la 
temperatura superficial con el tiempo, haciendo uso de los sistemas de medida 
mediante  infrarrojos.  Esta  temperatura  está  relacionada  con  los  patrones  de 
transferencia  de  calor  del  cuerpo  bajo  inspección  por  lo  que  se  logra  una 
localización  de  defectos  o  imperfecciones  superficiales  y  de  anormalidades 
subsuperficiales. En este último caso, de forma general, cuanto mayor sea y más 
cercana a la superficie esté la imperfección, más evidente resultará su detección al 
producir mayores diferencias térmicas en la superficie. 
Conscientes de la aplicabilidad potencial de la termografía infrarroja en la 
evaluación no destructiva ni invasiva, se planteó como objetivo general de esta 
tesis el efectuar contribuciones al conocimiento y la técnica que, además, tuviesen 
visos de aplicación real. Para ello se han identificado “nichos de aplicación” entre 
los  que  se  destacan  el  control  de  procesos  (particularmente  en  industrias 
siderúrgicas),  la  evaluación  de  la  calidad  de  productos  manufacturados 
(elementos  calefactores  en  cocinas)  y  la  inspección,  análisis  y  evaluación  de 
defectos en estructuras compuestas.  
Con  el  objetivo  general  en  mente  y  ante  la  variedad  de  sistemas 
termográficos  existentes,  de  diferentes  costes  y  sensibilidades,  se  detectan 
carencias de unos respecto de otros que limitan su aplicabilidad. Igualmente, 
surge la necesidad de compararlos y con ello la definición de parámetros que de 
forma  objetiva  valoren  los  beneficios  de  cada  uno  de  ellos.  Dentro  de  la 
evaluación de defectos internos en estructuras u objetos, el concepto de área de 
detectabilidad es utilizado para la comparación de sistemas de termografía activa 
pulsada de duración cuasi‐instantánea y de duración larga. Escoger la excitación 
térmica apropiada solventa limitaciones de digitalización en sistemas de bajo 
coste.  Una  validación  de  este  concepto  denota  la  obtención  de  resultados 
comparables  para  sistemas  comerciales  de  gran  sensibilidad  basados  en 
termografía activa de flashes y otros hechos a medida de menor calidad pero que 
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