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Equipos y ensayos para control de calidad

¿Cómo se mide el espesor sobre paneles de yeso y materiales de construcción?

El espesor de un revestimiento o recubrimiento en paneles de yeso y materiales de construcción se mide con medidores de espesor.

DeFelsko fabrica medidores de espesor de revestimiento por ultrasonidos no destructivos que son ideales para medir mediante ensayos no destructiva el espesor de película seca de la pintura aplicada sobre paneles de yeso y materiales de construcción.

 

Fig.1 PosiTector 200 B1 midiendo el espesor combinado de una sola capa de pintura y la capa inferior de imprimación.

Los paneles de yeso se pintan típicamente con 3 capas (una capa de imprimación y dos de pintura). Tradicionalmente se utiliza un método de prueba destructivo para determinar el espesor de la pintura. Hoy en día, el propósito principal de las pruebas ultrasónicas es medir mediante ensayos no destructivos el espesor TOTAL del sistema de pintura, típicamente en el rango de 3 a 5 mils (75 -125 μm).

Sin embargo, existen ciertas adversidades o dificultades a la hora de medir el espesor de un panel de yeso, debido a la tendencia de absorción por parte del sustrato de la imprimación aplicada, a los efectos de la rugosidad o textura de la superficie de la pintura, al impacto de la medición sobre el compuesto para juntas y a la posible necesidad de medir capas individuales de pintura.

Dos modelos son ideales para paneles de yeso.

  • El PosiTector 200 B1 (modelo estándar) es la solución más económica y común para la medición del espesor total del sistema de recubrimiento.
  • El PosiTector 200 B3 (modelo Advanced) es capaz de medir tanto el espesor total del revestimiento como hasta 3 espesores de capa individuales en un sistema multicapa. También dispone de un modo gráfico para el análisis detallado del sistema de recubrimiento.


APLICACIONES

Aplicación #1: Medición del espesor total

Para aquellos que están familiarizados con los medidores de espesor de recubrimientos magnéticos, el uso de medidores de espesor de recubrimientos por ultrasonido es fácil e intuitivo. El método de medición es sencillo y no destructivo. El resultado visualizado es el espesor total del sistema de recubrimiento (imprimación + capas de pintura).

El PosiTector 200 B1 está listo para medir la mayoría de las aplicaciones de revestimiento de paneles de yeso desde el primer momento. Este medidor ultrasónico, tiene un rango de medición de 13 a 1000 micras y es ideal para medir el espesor total del sistema de pintura. Esta versión básica del instrumento no requiere ningún ajuste de calibración para la mayoría de las aplicaciones, es conmutable en mils/micrones y tiene una pantalla Lexan grande y es resistente a los impactos.

Fig.2 Ambos modelos de medidores de espesor por ultrasonido PosiTector 200 tienen grandes pantallas LCD hechas de Lexan, resistente a los impactos.

Algunas paredes tienen sistemas de revestimiento que se han aplicado durante muchos años en varias capas. Nuestro PosiTector 200 B1 es la solución ideal cuando los aplicadores sólo necesitan conocer el espesor final total del sistema de recubrimiento. Debido a que la capa de imprimación es delgada y en su mayor parte absorbida por el material del sustrato, tiene un impacto mínimo en el espesor total medido.


Aplicación #2: Medición del espesor en una superficie texturizada

Algunas superficies de pared pintadas tienen una ligera textura superficial como resultado del rodillo de aplicación (ver Fig.3).

Fig.3 Medición en una superficie texturizada.

En superficies texturadas o rugosas, el PosiTector 200 normalmente identifica el espesor desde la parte superior de los picos de revestimiento hasta el sustrato. Esto se representa por la distancia #1 en la Fig. 4. El gel llena los vacíos entre la sonda y el revestimiento para ayudar al pulso ultrasónico a entrar en el revestimiento.

Fig. 4 El gel (couplant) llena los huecos entre la sonda (probe) y el revestimiento (coating).

Algunas veces esta rugosidad superficial puede causar que el medidor muestre valores bajos de espesor (distancia #2). Esto sucede porque los ecos de la interfaz gel/revestimiento son más fuertes que los de la interfaz recubrimiento/sustrato. El PosiTector 200 dispone de una función única de ajuste del margen de medida (véase la Fig. 5) para ignorar los ecos de rugosidad.

 

Fig.5 La fijación de límites se utiliza para reducir el rango de espesor que el instrumento examina. “LO” establece el límite mínimo de espesor y “HI” el máximo, dentro de ese rango, el espesor medido es de 3,3 milésimas de pulgada (3,3 milésimas de pulgada).

El modelo más avanzado PosiTector 200 B3 proporciona información adicional sobre la textura de la superficie como se describe a continuación.

Aplicación #3: Usando la capacidad de gráficos del PosiTector 200 B3

El modelo avanzado, PosiTector 200 B3, es capaz de medir tanto el espesor total del sistema de recubrimiento como hasta 3 espesores de capa individuales en un sistema multicapa con un método no destructivo. También incluye una lectura gráfica para un análisis detallado del sistema de recubrimiento.

La gran pantalla LCD del instrumento es capaz de mostrar representaciones numéricas y gráficas de la medición.  La visualización gráfica se puede configurar para que aparezca en el lado derecho de la pantalla. Muestra una representación gráfica del pulso ultrasónico a medida que pasa a través del sistema de recubrimiento.

Textura de la superficie:

Algunas superficies de pared pintadas tienen una ligera textura superficial como resultado del rodillo de aplicación (ver Fig.3).

 Fig.6 El modelo B3 con la pantalla gráfica encendida.

En la captura de pantalla (Fig.6), la pantalla gráfica identifica claramente el espesor total de la pintura mostrando el eco de retorno más fuerte del pulso ultrasónico. La pantalla gráfica del instrumento puede proporcionar información adicional. En este ejemplo indica la textura de la superficie.

Compuesto para juntas:

Cuando se toman mediciones de espesor total, se mostrarán periódicamente lecturas altas cuando el medidor se encuentre con un compuesto para juntas que cubra las juntas de los paneles de yeso. La medición resultante incluiría el espesor del compuesto para juntas en su cálculo del espesor total. Esto se debe a una mayor diferencia de densidad entre el compuesto de yeso y el compuesto para juntas, en comparación con el compuesto para juntas e imprimación. Al cambiar a una aplicación de dos capas utilizando el menú de medidores, el medidor identificará individualmente el espesor total de la pintura y el espesor compuesto de la junta como se muestra en la Fig. 7.

 Capacidad multi-capa:

La medición multicapa del PosiTector 200 tiene la capacidad de identificar el espesor individual de la capa de pintura, sin embargo, esto sería específico para cada aplicación, ya que el medidor está limitado por las diferencias de velocidad acústica entre la imprimación y las capas de pintura.  Como mínimo, las capas pueden medirse individualmente a medida que se aplica cada capa de pintura, lo que permite al usuario calcular el espesor de la capa aplicada más recientemente.

 

Cómo medir el espesor por ultrasonidos

La medición ultrasónica del espesor del recubrimiento funciona enviando una vibración ultrasónica a un recubrimiento utilizando una sonda con la ayuda de un acoplador aplicado a la superficie. Una botella de 4 onzas de un gel de glicol común a base de agua se incluye con cada instrumento. Alternativamente, una gota de agua puede servir como acoplador en superficies lisas y horizontales.


Fig.8 Toma de medidas.

Después de aplicar una gota de gel a la superficie de la pieza recubierta, la sonda se coloca plana sobre la superficie. Pulsando hacia abajo se inicia una medición (véase la Fig. 8). Levantar la sonda cuando se oye un doble pitido mantiene la última medición en la pantalla LCD. Se puede realizar una segunda lectura en el mismo lugar si se sigue manteniendo la sonda en la superficie. Cuando termine, limpie la sonda y la superficie con un pañuelo de papel o un paño suave.

Precisión de medición

La precisión de cualquier medición ultrasónica corresponde directamente a la velocidad del sonido del acabado que se está midiendo. Debido a que los instrumentos ultrasónicos miden el tiempo de tránsito de un pulso ultrasónico, deben calibrarse para la "velocidad del sonido" en ese material en particular.

Desde un punto de vista práctico, los valores de velocidad del sonido no varían mucho entre los materiales de revestimiento utilizados en la industria de la madera. Por lo tanto, los medidores de espesor de recubrimientos ultrasónicos generalmente no requieren ningún ajuste a los ajustes de calibración de fábrica.

Modo gráfico (sólo modelo PosiTector 200 B3)

En la imagen de la derecha se ve la gráfica del pulso ultrasónico a medida que pasa a través del sistema de recubrimiento. Esta potente herramienta permite al usuario comprender mejor lo que el instrumento "ve" bajo la superficie del revestimiento.

 

Fig.9 Izquierda: PosiTector 200 B3 con el modo gráfico activado / Derecha: PosiTector 200 B3 con el modo gráfico desactivado.

A medida que se fija la sonda y el pulso ultrasónico viaja a través del sistema de recubrimiento, el pulso encuentra cambios en la densidad en las interfaces entre las capas de recubrimiento y entre el recubrimiento y el sustrato.

Un "pico" representa estas interfaces. Cuanto mayor sea el cambio de densidad, mayor será el pico. Cuanto más gradual sea el cambio de densidad, mayor será el ancho del pico. Por ejemplo, dos capas de recubrimiento hechas esencialmente del mismo material y "mezcladas" darían como resultado un pico bajo y ancho. Dos materiales de densidad muy diferente y una interfaz bien definida darían como resultado un pico alto y estrecho.

El PosiTector 200 B3 escoge los picos más altos cuando se trata de determinar el espesor de la capa de revestimiento. Por ejemplo, si el número de capas se ajusta a 3, los 3 picos más altos entre Lo & Hi SET RANGE se seleccionan como interfaces entre estas capas. Los picos seleccionados por el equipo se indican con flechas triangulares rojas en la pantalla del medidor de espesores (ver Fig.10).

En la Fig. 10, los valores de Rango superior (LO = 1.0 mils) e inferior (HI = 15.8 mils) se muestran como dos líneas horizontales en la parte superior e inferior del área de gráficos. “LO” (el límite mínimo) está en la parte superior. HI (el límite máximo), está en la parte inferior. Los ecos o picos (valores de espesor) fuera de estos rangos se ignoran. Los valores de rango se ajustan y modifican utilizando la opción de menú SET RANGE.

Esta pantalla gráfica se puede manipular con la opción de menú SET RANGE. Además de poder ajustar los valores de rango, se puede colocar un cursor en cualquier lugar entre los dos valores de rango para investigar otros picos.

Un cursor se utiliza cuando hay más de 3 capas en el panel de yeso. En este ejemplo, el instrumento combina las dos capas superiores en un resultado de 2.2 milesimas. El cursor determina que la capa superior es de 1,1 mils. la segunda capa es por lo tanto de 1,1 mils (2,2 - 1,1).

Otros métodos de medición

Los medidores magnéticos convencionales y de corrientes de Foucault sólo funcionan con metales. Medir el espesor en paneles de yeso requería otras técnicas de medición, como pueden ser: 

  • Corte transversal óptico (corte de la pieza recubierta y observación microscópica del corte)
  • Medición de la altura (medición antes y después con un micrómetro)
  • Gravimétrico (medición de la masa y el área del revestimiento para calcular el espesor)
  • Sumergir los medidores de espesor de película húmeda en la pintura húmeda y calcular el espesor de película seca utilizando el porcentaje de sólidos por volumen.
  • Sustitución (colocar un cupón de acero en la pared y recubrirlo al mismo tiempo)

Estas técnicas de medición de espesores requieren mucho tiempo, son difíciles de realizar y están sujetas a la interpretación del operador y a otros errores de medición. Los aplicadores encuentran poco prácticos los métodos destructivos.

Una técnica destructiva típica requiere cortar la pieza recubierta en una sección transversal y medir el grosor de la película mediante la observación microscópica del corte. Otra técnica de corte transversal utiliza un microscopio a escala para ver una incisión geométrica a través del revestimiento de película seca. Para ello, una herramienta de corte especial hace una pequeña y precisa ranura en V a través del revestimiento y dentro del sustrato (véase la Fig. 12). Los equipos están disponibles con puntas de corte y lupas a escala iluminadas. Una descripción detallada de este método de prueba se encuentra en ASTM D4138-07A, "Standard Practice for Measurement of Dry Film Thickness of Protective Coating Systems by Destructive, Cross-Sectioning Means".

Fig.12

Aunque los principios de este método son fáciles de entender, abundan las oportunidades para introducir errores. Se necesita habilidad para preparar la muestra e interpretar los resultados. Además, el ajuste de la retícula de medición a una interfaz dentada o borrosa puede generar inexactitud, especialmente entre diferentes operadores. Este método se utiliza cuando no son posibles los métodos no destructivos y de bajo costo, o como un medio para confirmar los resultados de las pruebas no destructivas.

Fig.13
La imagen de la derecha muestra una imagen de sección transversal magnificada ópticamente de una membrana de papel y de la superficie pintada.
La imagen de la izquierda muestra la retícula sobrepuesta a la imagen. La imagen se muestra en miles de pulgadas. Tome nota de que la variación natural del espesor de la pintura esta entre 3 y 5 milésimas (de 75 a 125 micras)

Con la llegada de los instrumentos ultrasónicos, muchos aplicadores han cambiado a la inspección no destructiva. 

¿Por qué medir el espesor de un panel de yeso con Ultrasonido?

Tanto los fabricantes como los aplicadores han creído durante mucho tiempo que no existe un medio sencillo y fiable para medir de forma no destructiva los recubrimientos en sustratos de plástico.  Su solución común era colocar un testigo de metal (acero o aluminio) junto a la pieza y luego medir el espesor aplicado al cupón con un medidor mecánico o electrónico (magnético o de corrientes inducidas).   Esta solución, que requiere mucha mano de obra, se basa en el supuesto de que un testigo plano situado en la zona de recubrimiento general recibe el mismo perfil de pintura que la pieza de plástico en cuestión.  Una solución ultrasónica permite al usuario medir el espesor total del revestimiento de la pieza real. Dependiendo de la galga ultrasónica utilizada y del proceso de aplicación del recubrimiento, una ventaja adicional es la capacidad de identificar múltiples capas distintas.

La medición del espesor del recubrimiento por ultrasonidos es ahora una rutina de pruebas aceptada y fiable que se utiliza en las industrias de la madera y de la costrucción. El método de prueba estándar se describe en ASTM D6132-08. "Standard Test Method for Nondestructive Measurement of Dry Film Thickness of Applied Organic Coatings Using an Ultrasonic Gage" (2008, ASTM). Para verificar la calibración de la galga, los patrones de espesor recubiertos de epoxi están disponibles con certificación trazable a las organizaciones de patrones nacionales.

Ahora se pueden realizar mediciones de espesor rápidas y no destructivas en materiales que antes requerían pruebas destructivas o análisis de laboratorio. Esta nueva tecnología mejora la consistencia y el rendimiento en la sala de acabado. Las posibles reducciones de costes incluyen: 

  • Minimización de los residuos del recubrimiento mediante el control del grosor del recubrimiento que se está aplicando.
  • Minimización del re-trabajo y la reparación mediante la retroalimentación directa al operador y un mejor control del proceso.
  • Elimina la necesidad de destruir o reparar objetos mediante mediciones destructivas del espesor del revestimiento.

 Hoy en día, estos instrumentos son sencillos de operar, asequibles y fiables.