Imende-Inspeccion Visual i y II.

Instituto Mexicano de Ensayos No Destructivos, A. C.

Ensayos No Destructivos por el Método de

Inspección Visual

Alfonso R. García Cueto

México,

2005

Ensayos No Destructivos por el método de Inspección Visual es una obra protegida por la legislación sobre Derechos de Autor vigente en la materia. Está prohibido copiar o transferir la información que este documento contiene por cualquier medio o tecnología sin autorización previa y por escrito del autor. México, D. F., 2005

Alfonso R. García Cueto

Inspección Visual

Tabla de Contenidos

Capítulo 1, Introducción al Estudio de los Ensayos No Destructivos

Capítulo 2, Principios Físicos de la Luz y el Color

Capítulo 3, Descripción y Funcionamiento del Ojo Humano

Capítulo 4, Instrumentos Ópticos Empleados en la Inspección Visual

Capítulo 5, Instrumentos Mecánicos de Medición

Capítulo 6, Conceptos y Nomencaltura Empleados en Soldadura

Capítulo 7, Discontinuidades de los Materiales

Bibliografía

In

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Inspección Visual

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IV

Alfonso R. García Cueto

Inspección Visual

Presentación Introducción Durante la segunda mitad del siglo XX, tras la generación de nuevas tecnologías, también cambiaron las formas de producción y surgió la necesidad de mejorar los productos y los serVIcIOs.

Un efecto de esta situación es el desarrollo de los Ensayos de Materiales o pruebas de materiales, diseñadas para asegurar que los materiales, las piezas, los componentes y las uniones soldadas cumplan su función con eficiencia.

Ésta es nuestra primera edición de Inspección Visual. Es otro nuevo título, que el IMENDE, A.

c.,

pone a disposición del público, tras quince años de trabajo en los que hemos difundido a los hispanohablantes los métodos de Ensayos No Destructivos en nuestro idioma de manera completa y organizada.

Se suma a los textos de Introducción a los Ensayos No Destructivos, Ultrasonido Industrial, Líquidos Penetrantes, Partículas Magnéticas, Radiografia Industrial e In:,pección de Soldadura.

Agradecimientos Agradecemos a todas aquellas personas e instituciones que hicieron posible la realización de esta obra en sus distintos aspectos.

A.R.G.C.

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Alfonso R. García Cueto

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Novedades de los Mapas de Información Para presentar los contenidos de este manual, elegimos el método de documentación Informatiol1 Mapping@ que divide los temas como "mapas de información".

Algunas de las novedades o diferencias de los "mapas de información" respecto de las páginas tradicionales son las siguientes: • Capítulos divididos en secciones y secciones divididas en temas • Índices de entrada en cada capítulo y en cada sección, llamados "Visión General" • Títulos notables al principio de cada tema y un aviso de continuación del tema en la siguiente página, cuando éste no se agota en una sola • Temas divididos en pequeñas partes o aspectos, con líneas que separan visiblemente cada una de éstas • Palabras importantes o clave, a la izquierda de los textos que ayudan a identificar el aspecto del tema que se trata en esa parte • Viñetas para alertar al lector y presentar información en párrafos breves con una redacción sencilla • Tablas que contienen información redactada en forma sencilla, para hacer la lectura fluida • Imágenes y tablas de información justo donde se mencionan al lector, para evitar los anexos • El tipo de letra que se usa es Times New Roman, en lugar de usar el tradicional tipo Arial • Los títulos de los temas aparecen con mayúsculas iniciales en algunas de sus las palabras • Los párrafos están alineados a la izquierda, no están justificados

Todo lo anterior genera páginas como la que se ve a continuación:

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Alfonso R. García Cueto

Inspección Visual

El título del tema avisa al lector sobre qué va tratar esta parte del documento.

Ejemplo de un Tema de Este Manual

Introducción Estas palabras en negritas a la izquierda informan al lector sobre el aspecto que tratan los textos de la derecha.

Viñetas

Aquí presentamos información sobre un solo aspecto del tema que aparece en el título. El aspecto del tema desarrollado aparece entre dos líneas para aislar la información. Esto permite hacer correcciones en donde hace falta, sin modificar el resto del ma o del documento. Los párrafos están alineados a la izquierda porque así la vista del lector se cansa menos.

Usamos viñetas para: • • • •

Gráficos

avisar al lector sobre información importante sin distraer su atención escribir párrafos breves usar una redacción más sencillas (menos signos de puntuación) hacer la lectura fluida

Las gráficos, como tablas e imágenes, insertados en el texto permiten una lectura más veloz y mostrar información complicada de fonna más sencilla, como este diagrama de un equipo ultrasónico convencional:

Con estas palabras clave, el lector se guía, encuentra lo que necesita más rápido y sólo consulta lo que le es útil.

Contenido

Estas líneas avisan que comienza y termina el tratado sobre un aspecto específico del tema.

mejor con una imagen.

Este docu1 Tablas como ésta permiten saber de qué temas trata un capítulo o sección. ~

Tema Los Principales Elementos de un Tema Anexos Bibliografía

I

Página 3-6 3-11 3-14

eontinlÍa en la siguiente página Cada capítulo tiene numeración individual (capítulo 3, sección A, página 5).

Esta leyenda le avisa al lector que el tema que se está tratando no se ha agotado y hay que leer más en la página siguiente.

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VII

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VIII

Inspección Visual

Inspección Visual

Alfonso R. García Cueto

Capítulo 1 Introducción al Estudio de los Ensayos No Destructivos Visión General

Introducción

El campo de los Ensayos No Destructivos es amplio y diverso; por eso, antes de entrar de lleno al estudio de la Inspección Visual es conveniente revisar los aspectos más generales del marco teórico al que este método pertenece. Este capítulo trata acerca de: • los aspectos generales de los Ensayos No Destructivos • el proceso que avala la formación y capacidad de un individuo para realizar Ensayos No Destructivos • la Inspección Visual en relación con los Ensayos No Destructivos

Contenido

Este capítulo contiene las siguientes secciones: Sección A. Los Ensayos No Destructivos B. La Capacitación, la Calificación y la Certificación en Ensayos No Destructivos C. Información General sobre la Inspección Visual

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Sección A Los Ensayos No Destructivos Visión General

Introducción

Al evolucionar los modos de producción, la industria y el mercado exigen el cumplimiento de requisitos de seguridad más estrictos. Ahora se requieren procesos de inspección y pruebas para verificar los componentes críticos hasta en un 100% en algunas industrias como la aeronáutica, la aeroespacial, la núcleo-eléctrica y la petroquímica, entre otras. Tal circunstancia plantea una severa dificultad para las áreas de Calidad y de Seguridad Industrial. La solución al problema es la aplicación de los Ensayos No Destructivos (END). Los END ocupan un amplio campo de estudio. Se han desarrollado a partir de las diferentes necesidades de información y del ámbito de trabajo que cada método puede abarcar. Este capítulo es una introducción a los Ensayos No Destructivo, que facilita al lector entender los distintos métodos de END y ubicar su campo de acción.

Contenido

Esta sección contiene los siguientes temas:

Tema Los Ensayos de Materiales Los Ensayos Destructivos Descripción de Los Ensayos No Destructivos (END) Métodos de END Características del Campo de Acción de los END Ventajas y Limitaciones de los END Aplicaciones de los END en los Procesos Productivos Beneficios de los END en las Distintas Áreas de una Empresa

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Los Ensayos de Materiales

¿Qué son?

Los Ensayos de Materiales son pruebas que evalúan las propiedades mecánicas, químicas y físicas de los materiales que la industria usa y de los productos que fabrica y que consume. Una de sus aplicaciones específicas consiste en detectar y evaluar las discontinuidades o defectos en: • • • • •

Tipos de ensayos

Materias primas Procesos de fabricación Productos finales Materiales en servicio Reparaciones o reconstrucciones

Existen dos tipos de Ensayos de Materiales: • Ensayos Destructivos • Ensayos No Destructivos (END) En los siguientes temas de esta sección se describen este tipo de pruebas y su función.

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Inspección Visual

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Los Ensayos Destructivos

¿Qué son?

Los Ensayos Destructivos son métodos físicos directos que dai1an o alteran de forma permanente las propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales del material, parte o componente sujeto a inspección.

¿Para qué sirven?

Los Ensayos Destructivos se usan para conocer las propiedades mecánicas de un material como: • • • • •

¿En qué cantidad se realizan?

resistencia a la tensión tenacidad dureza composición química real resistencia al desgaste o a la corrosión

Los Ensayos Destructivos se realizan sólo sobre muestras representativas obtenidas de un lote de producto.

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Descripción de los Ensayos No Destructivos (END)

¿Qué son?

Los Ensayos No Destructivos son métodos físicos indirectos, que no dañan o alteran de forma pennanente las propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales del material, parte o componente sujeto a inspección. Estos métodos físicos indirectos aprovechan fenómenos como: • • • •

la capilaridad de los líquidos la alteración de los campos magnéticos la transmisión del sonido la opacidad al paso de la radiación

Los Ensayos No Destructivos también se conocen como Pruebas No Destructivas y se abrevian con las siglas END.

¿Para qué sirven?

Los END se usan para: • evaluar la homogeneidad de un material • inspeccionar todo un lote sin destruir una muestra • conocer el cambio de una propiedad cuando el material está en servicio como: - su espesor remanente - la ausencia de daños por servicio Importante: los END no sustituyen a los Ensayos Destructivos porque sus campos de acción son distintos. Éstos últimos se usan para determinar las propiedades físicas inherentes de los materiales, como la resistencia a la tensión, la dureza y la maleabilidad.

¿En qué cantidad se realizan'?

Dado que los END no afectan permanentemente las propiedades físicas , químicas o mecánicas del material sujeto a inspección, se pueden aplicar en la totalidad de una pieza o en todo un lote de producción y se realizan de acuerdo con el tipo de discontinuidad o daño que se requiere detectar. Continúa en la siguiente página

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Inspección Visual

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Descripción de los Ensayos No Destructivos (END),

Clasificación

Continuación

Los END se clasifican según su campo de aplicación en: • • • •

Inspección Superficial Inspección Volumétrica Inspección de la Integridad o Hermeticidad Otros métodos de inspección no destructivos

El siguiente tema, "Métodos de Ensayos No Destructivos", describe de forma general cada uno de estos grupos y los métodos que los integran.

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Alfonso R. García Cueto

Métodos de END Introducción

Como se mencionó en el tema anterior los Ensayos No Destructivos (END) se clasifican en tres grupos: • • • •

Inspección Superficial Inspección Volumétrica Inspección de la Integridad o Hermeticidad Otros métodos de inspección no destructivos

A continuación se describen éstos.

Método y técnica

A menudo los términos método y técnica se usan indistintamente. Para el ámbito de los END, se definen de la siguiente manera: Método es una disciplina que aplica un principio físico para realizar una inspección no destructiva; por ejemplo, los Líquidos Penetrantes son un método. Técnica es la aplicación específica de un método de END; por ejemplo, los líquidos penetrantes posemulsificables son una técnica de Líquidos Penetrantes. En este texto se procura respetar y aplicar estas definiciones. Nota: la NMX-B-133-1987, ASME, SEC V, SE-l65, ASTM E-165 y la especificación militar MIL-1-6866 denominan a las distintas técnicas de PT como métodos.

Inspección Superficial

La Inspección Superficial se usa para detectar solamente discontinuidades abiertas o muy cercanas a la superficie del material o pieza en inspección (3 mm de profundidad como máximo). Los métodos de Inspección Superficial son: Método Inspección Visual

Siglas en inglés VT

Líquidos Penetrantes

PT

Partículas Magnéticas Electromagnetismo (ET)

MT

, Corrientes de Eddy (materiales no ferromagnéticos)

ET

, Campo remoto (materiales ferromagnéticos)

Continúa en la siguiellte página

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Alfonso R. García Cueto

Métodos de END,

Inspección Volumétrica

Continuación

La Inspección Volumétrica se usa para detectar las discontinuidades o daños dentro del material u objeto en inspección y que no son visibles en la superficie de la pieza. Los métodos de Inspección Volumétrica son: Método

Siglas en inglés

Ultrasonido Industrial

UT

Radiografía Industrial

RT NT

Radiografía Neutrónica

AH

Emisión Acústica

Estos métodos de END se describen ampliamente en el capítulo 5 de este manual.

Inspección de la Integridad o de la Hermeticidad

La Inspección de la Integridad o de la Hermeticidad se usa para verificar la capacidad de un recipiente para contener un fluido (líquido o gaseoso) a una presión superior, igualo inferior a la atmosférica; pero sin que existan pérdidas apreciables de presión o del volumen del fluido de prueba en un periodo previamente establecido. En resumen, esta prueba sirve para detectar si un recipiente tiene fugas o no. Los métodos de Inspección de la Integridad o de la Henneticidad son: Método

Siglas en inglés

Pruebas por cambio de presión: • Hidrostática • Neumática Pruebas por pérdidas de fluido:

HLT PLT BLT SLT

· Cámara de burbujas · Detector de halógeno · Espectrómetro de masas

ULT

· Detector ultrasónico

Importante: la Inspección de la Integridad o de la Hermeticidad no sirve para probar la resistencia de un material. ConTinúa en la siguienTe págil/a

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Alfonso R. García

Cueto

Métodos de END,

Otros métodos de inspección no destructivos

Inspección Visual

Continuación

Existen otros métodos de inspección no destructivos y se describen brevemente a continuación: Termografia infrarroja Este método se basa en la detección mediante cámaras o sensores especiales de las zonas donde existe un diferencial de temperatura que puede poner en riesgo la operación segura de un equipo. Sus aplicaciones más comunes son: • en la industria aeronáutica, para inspeccionar estructuras en forma de panal para conocer la presencia de contaminación con agua que puede congelarse y dañar los tecnolaminados • en la industria de energía, para inspeccionar: - los "puntos calientes" en las líneas de transmisión de energía eléctrica, debidas a problemas de corto circuitos y en la zona de contacto de las navajas de los interruptores de alta tensión - los aislantes dieléctricos en las líneas de conducción de media y baja tensión • en la industria química y petroquímica, para detectar - las zonas de altas temperaturas en el caso de calderas o calentadores que indican daños en los aislantes térmicos o en los refractarios -las zonas sobre enfriadas en el manejo de materiales criogénicos o que son indicio de contaminación por condensación de humedad • en el mantenimiento de instalaciones comerciales de oficinas o habitacionales, para detectar zonas de mal aislamiento que ocasionan pérdidas en los sistemas de aire acondicionado Emisión acústica Este método se basa en la detección, por medio de sensores, de la emisión de energía que los átomos o moléculas emiten cuando un material se deforma o se fractura. Los sensores se colocan en ciertos puntos y la emisión que captan permite conocer en qué lugar está creciendo el defecto. Este método tiene como limitación que sólo detecta discontinuidades que están creciendo y que el esfuerzo que debe aplicarse siempre debe ser un poco superior al esfuerzo al que opera el equipo que se inspecciona. ContinlÍa en /(/ siguiente págin({

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Alfonso R. García Cueto

Métodos de END,

Otros métodos de inspección no destructivos

(Continuación)

Continuación

La aplicación principal de la Emisión Acústica es en materiales cargados dinámicamente, como es el caso de: • • • •

estructuras de puentes y edificios los ejes de carros de ferrocarril partes de algunas estructuras aeronáuticas, y los brazos telescópicos empleados en la inspección de líneas elevadas de energía eléctrica o tuberías

Holografía con luz láser Este método se emplea para detectar daños superficiales en materiales como son las llantas de servicio aeronáutico o las partes fabricadas con materiales compuestos, como las fibras de carbono monodireccionadas o los materiales cerámico metálicos.

Complemento entre métodos

Los métodos de un grupo de END no sustituyen a los métodos de otro grupo; se complementan entre sÍ. El Ultrasonido Industrial no sustituye a los Líquidos Penetrantes y las Partículas Magnéticas no sustituyen a la Radiografía Industrial. Unos métodos son efectivos en la superficie del material y otros lo son al interior de su cuerpo. Esta circunstancia se expone con más detalle en el siguiente tema, "Limitaciones del Campo de Acción de los Ensayos No Destructivos".

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Características del Campo de Acción de los END

Introducción

Una de las actividades más importantes relacionadas con la aplicación de los END es elegir el método y la técnica que generen resultados útiles y confiables para el usuario. Este tema describe algunas circunstancias que se deben considerar para elegir el método de Ensayo No Destmctivo adecuado, principalmente de acuerdo con el campo de acción y sensibilidad de cada gmpo de métodos.

Los grupos de ensayos no son sustituibles

Los distintos métodos y técnicas de un mismo gmpo (Inspección Superficial, Inspección Yolumétrica'e Inspección de la Integridad o Hermeticidad) se pueden intercambiar entre sí. Esto permite aumentar la velocidad de la inspección o la sensibilidad en la detección de discontinuidades Sin embargo, los ensayos de un gmpo de métodos no sustituyen a los de otro gmpo. Lo anterior es porque, como se mencionó anteriormente, unos métodos son efectivos en la superficie del material o a muy poca profundidad; y otros lo son sólo al interior de su cuerpo.

Limitaciones de la Inspección Superficial

Los métodos de Inspección Superficial tienen grandes limitaciones para detectar discontinuidades sub superficiales. Los Líquidos Penetrantes no pueden detectar discontinuidades que no estén abiertas a la superficie del material en inspección. De igual modo, las Partículas Magnéticas (MT) y el Electromagnetismo (ET) disminuyen notablemente su sensibilidad cuando aumenta el espesor de la muestra que se inspecciona. Esto es consecuencia de que la intensidad del campo magnético generado o la corriente inducida decrecen de forma cuadrática o exponencial con la profundidad, representada por el espesor del material.

Limitaciones de la Inspección Volumétrica

Las pmebas de Inspección Volumétrica tienen limitaciones cuando se intenta encontrar defectos cercanos a la superficie. Éste es el caso del campo muerto del haz ultrasónico o la falta de definición (penumbra) en una radiografia. COlllil/lÍa

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('1/ /((

siguiente págin((

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Características del Campo de Acción de los END,

Limitaciones de la Inspección de la Integridad o Hermeticidad

Continuación

En el caso de las pruebas de henneticidad éstas no sustituyen de modo alguno a los ensayos de los otros grupos; ya que tan sólo aseguran que un recipiente pueda contener un fluido sin que existan pérdidas apreciables del mismo. Debido a lo anterior es posible que, en una primera prueba, el recipiente pase con éxito. No obstante, el recipiente puede contener un defecto que debió detectarse previamente con alguno de los demás ensayos. Al paso del tiempo, el defecto podría crecer hasta convertirse en una falla del material del recipiente. La consecuencia podría ser desastrosa, al acarrear pérdidas de bienes materiales e incluso de vidas humanas.

Conclusión

En conclusión, los ensayos de distintos grupos se complementan; pero no se sustituyen debido a sus propias limitaciones. Sustituir el ensayo de un grupo con el de otro genera riesgos.

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Ventajas y Limitaciones de los END

Ventajas

Las principales ventajas de los END son que: • • • • •

El material inspeccionado es útil después de la inspección si está sano. No hace falta detener la producción, pues no son pruebas destructivas. Se aplican con relativa rapidez. Los resultados son repetibles y reproducibles. Se pueden aplicar en procesos de producción con un control automatizado (inspección on line). • Sólo hay "pérdidas" cuando se detecta un material defectuoso. • Aumentan la seguridad y confiabilidad de un producto. • Se pueden emplear en cualquier parte del proceso de producción.

Limitaciones

Las principales limitaciones de los END son que: • La inversión inicial en equipo es alta; pero se justifica al analizar la relación costo - beneficio; en especial en lo referente a tiempos muertos en las líneas de producción. En EUA los END aplicados a los componentes aeronáuticos representan un 0.03% del precio al consumidor. • El personal que realiza los END se debe capacitar, calificar y celiificar; además de contar con experiencia acumulada para interpretar correctamente las indicaciones y evaluar los resultados. • Sus determinaciones son sólo cualitativas o semicuantitativas. • Sus resultados siempre dependen del patrón de referencia empleado en la calibración. • Cuando no existen procedimientos de inspección debidamente preparados y calificados; o cuando no hay patrones de referencia o calibración adecuados, distintos inspectores pueden interpretar y ponderar una misma indicación de forma diferente. • La confiabilidad de los resultados depende en gran medida de la habilidad y experiencia del inspector.

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Aplicaciones de los END en los Procesos Productivos Introducción

Los END pueden usarse en cualquier etapa de un proceso productivo: • • • •

Recepción de materias primas Procesos de fabricación Inspección final o de liberación Inspección de partes y componentes en servicio

A continuación se describen estas aplicaciones de los END.

Recepción de materias primas

Se aplican END durante la recepción de las materias primas que llegan al almacén para comprobar la homogeneidad, la composición química y evaluar ciertas propiedades mecánicas. Este tipo de inspección es muy rentable cuando se inspeccionan partes o componentes críticos, en los procesos de fabricación controlada o en la producción de piezas en gran escala. La siguiente imagen muestra una inspección durante la recepción de materiales:

Conrilllía en la siguiente plÍgina

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Aplicaciones de los END en los Procesos Productivos, Continuación

Subprocesos de fabricación

Durante los diferentes subprocesos de un proceso de fabricación, los END sirven para comprobar si el componente está libre de defectos producto de: • un mal maquinado • un tratamiento térmico incorrecto, o • una soldadura mal aplicada La siguiente imagen muestra una inspección durante el proceso de fabricación:

Inspección final

En la inspección final o de liberación de productos terminados; para garantizar al usuario que la pieza cumple o supera sus requisitos de aceptación; que la parte es del material que se había prometido o que la parte o componente cumplirá de manera satisfactoria la función para la que fue creada. Continúa en la siguiente página

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Aplicaciones de los END en los Procesos Productivos, Continuación

Inspección y comprobación de partes y componentes en servicio

En la inspección y comprobación de componentes y partes que se encuentran en servicio, los END permiten: • verificar que éstos todavía se pueden emplear de forma segura • conocer el tiempo de vida remanente, o • programar adecuadamente los paros de mantenimiento para no afectar el proceso productivo La siguiente imagen muestra una inspección de una tubería en servicio:

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Beneficios de los END en las Distintas Áreas de una Empresa

Introducción

Para generar beneficios, los END deben ser parte de un buen programa de aseguramiento de calidad. La información que de ellos se obtiene se debe analizar y aplicar en medidas de tipo preventivo para evitar la repetición de los problemas. De lo contrario, la aplicación de los END no reduce los costos de producción o de mantenimiento; pero sí aumenta los costos de inspección.

Beneficios

Los END generan beneficios en las distintas áreas dentro de una empresa: • Producción • Mantenimiento • Aseguramiento de la Calidad A continuación se describen éstos.

Producción

En el área de Producción, los END generan estos beneficios: • • • • •

Aplicados correctamente reducen los costos de producción. Reducen la entrada de materia prima defectuosa. Reducen tiempos muertos en proceso. Aumentan la productividad sin aumentar la capacidad instalada. Permiten detectar los errores y corregirlos en los diferentes pasos de un proceso: - mal maquinado - tratamientos térmicos incompletos - defectos de soldadura ContinlÍa en /a siguiente página

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Beneficios de los END en las Distintas Áreas de una Empresa, Continuación

Mantenimiento

En el área de Mantenimiento, los END generan estos beneficios: • • • • • • •

Aseguramiento de la Calidad

En el área de Aseguramiento de la Calidad, los END generan estos beneficios: • • • •

Beneficio de los END como medida preventiva

Ayudan a predecir el estado del equipo o material inspeccionado. Ayudan a programar las fechas más convenientes de reparación. Aumentan la seguridad de las reparaciones. Permiten vigilar la vida remanente de los materiales. Reducen los riesgos de accidentes. Reducen los paros imprevistos. Aumentan los tiempos de operación sin arriesgar la seguridad.

Ayudan a reducir el recibir materias primas defectuosas. Ayudan a conocer y corregir los defectos ocasionados en la fabricación. Permiten mejorar la confiabilidad del producto. Ayudan a reducir los costos de otros tipos de inspección.

Si se desean altos beneficios a partir de los END, debe aplicar éstos como medida preventiva y no como medida correctiva. Prevenir permite economizar. Corregir cuesta más que prevenir.

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Sección B La Capacitación, la Calificación y la Certificación en END Visión General

Introducción

En la secciones C, D y E de este capítulo se habló acerca de la información general relacionada con los END. Para efectuar una aplicación correcta de los END, debe seleccionarse previamente con un esquema a seguir para capacitar, calificar y certificar al personal que realiza este tipo de inspecciones. En el caso de los END, existen normas internacionales y nacionales que rigen la forma en que un individuo debe prepararse para realizar actividades de END y los medios documentados con que debe demostrar esta preparación y su experiencia práctica. Esta sección trata acerca de: • la normatividad que regula la preparación en END • la definición de los conceptos de capacitación, calificación y certificación en el campo de los END • las jerarquías de preparación y experiencia END

Contenido

Este capítulo contiene los siguientes temas: Tema

La Capacitación La Calificación La Certificación Las Normas de la Capacitación, la Calificación y la Certificación en END Los Niveles de Habilidad en END

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La Capacitación

¿Qué es?

La capacitación es el desarrollo de las habilidades teóricas y prácticas de un individuo para que realice una actividad de forma: • • • •

¿Qué características tiene?

¿Qué abarca?

confiable segura repetitiva, y reproducible

La capacitación en END debe tener estas características: • Se debe realizar con base en un temario preparado según la norma e igual para todos los técnicos. • El instructor debe tener conocimiento y experiencia en el método, demostrable con documentos. • El participante debe ser capaz de aplicar los conocimientos adquiridos al término del curso.

Una buena capacitación abarca: • • • • • •

Textos preparados para el método Principios básicos del método Lectura de las normas aplicables Sesiones teóricas y sesiones prácticas Equipo y materiales para las prácticas Exámenes de evaluación de la capacitación

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La Calificación

¿Qué es?

La calificación es la demostración mediante exámenes de que un individuo posee los conocimientos y habilidades necesarios para realizar COlTectamente su trabajo de forma: • • • •

Confiable Segura Reproducible Repetitiva

¿Qué características tiene?

Un examen de calificación en END debe tener estas características:

Tipos de exámenes

Los exámenes de calificación en END se dividen en tres grupos:

• Debe evaluar la habilidad o el conocimiento deseados. • Debe calificar al individuo de fonna clara y definida.

• de Aptitud Física • de Conocimientos • de Habilidad Práctica • A continuación se describe éstos y las condiciones de aprobación.

Exámenes de aptitud física

Los exámenes de aptitud física verifican la capacidad física del individuo para realizar determinadas actividades relacionadas con los END de forma correcta y sin riesgo para su salud. Se aplican en periodos no mayores de un áño. Los exámenes de aptitud física son los siguientes: • Agudeza visual - Agudeza visual lejana - Agudeza visual cercana • Discriminación cromática (para descartar daltonismo) • Estado de salud general (para radiógrafos) ContinlÍa e/1 la siglliente página

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La Calificación,

Exámenes de conocimientos

Continuación

Los exámenes de conocimientos evalúan la teoría en relación con los END que un individuo debe poseer y su capacidad para entender y obedecer las instrucciones de un procedimiento. Estos exámenes son distintos según el nivel de capacitación y calificación del individuo que se requiere comprobar. Niveles 1 Y II Los exámenes de conocimientos para los niveles 1 y II son los siguientes: • El examen general, que evalúa los conocimientos sobre el método. • El examen específico, que evalúa la comprensión de un procedimiento de inspección. Nivel III Los exámenes de conocimientos para el nivel III son los siguientes: • El examen básico, que evalúa los conocimientos generales de las disciplinas relacionadas con los END. • El examen de método, que evalúa a profundidad los conocimientos sobre los principios y aplicaciones del método de END. • El examen específico, que evalúa la comprensión de los criterios de aplicación de un procedimiento de inspección.

Exámenes de habilidad práctica

Condiciones de aprobación

El examen de habilidad práctica evalúa al individuo en su desempei1o: • al realizar una inspección • al aplicar los criterios de aceptación o rechazo • al redactar o revisar un procedimiento de inspección

Para aprobar los exámenes de calificación el individuo debe cumplir estas condiciones: • Aprobar cada examen con un mínimo de 70 aciertos de 100; Y • Lograr un promedio mínimo de 80 sobre 100 al sumar los tres exámenes Importante: un examen con promedio de 60 sobre 100 se considera reprobado.

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La Certificación

¿Qué es?

La certificación en END es el procedimiento seguido por el cuerpo de certificación para confirmar que los requisitos de calificación para un método, nivel y sector industrial han sido cumplidos antes de emitir un certificado. Importante: la certificación no incluye la licencia de trabajo. El certificado es el documento emitido por el cuerpo certificador bajo las recomendaciones de la nonna ISO 9712, que indica que la persona ha demostrado la competencia definida en el certificado y es el testimonio documental de que un individuo ha demostrado poseer: • la capacitación adecuada en el método • la habilidad necesaria para realizar las inspecciones • la experiencia necesaria para asegurar que su trabajo es confiable, seguro, repetitivo y reproducible

¿Qué características tiene?

La entidad que emite los documentos de certificación debe mantener registros que pennitan demostrar que el inspector ha cumplido con los requisitos de certificación.

Importante

Toda la información de la certificación en END debe estar debidamente documentada y registrada para que sea demostrable por una auditoría técnica de Aseguramiento de la Calidad.

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Las Normas de la Capacitación, la Calificación y la Certificación en END

Introducción

La capacitación, la calificación y la certificación en Ensayos No Destructivos (END) se regula a partir de normas internacionales que definen entre otros requisitos: • • • • • • •

los contenidos la duración las actividades teóricas y prácticas los requisitos para la aprobación los tipos de exámenes y los contenidos de éstos los tiempos de experiencia práctica los documentos que dan constancia de la preparación

A continuación se describen las normas relacionadas con estas actividades en el campo de los END.

ISO 9712

Es la norma internacional que rige las actividades de todas las sociedades afiliadas al Comité Internacional de Ensayos No Destructivos (ICNDT) y que define: • • • •

el programa de capacitación la forma de realizar los exámenes de calificación el tiempo de experiencia de los inspectores la emisión de los certificados de habilidad

Al Comité Internacional están asociados poco más de 105 países miembros de ISO y de Naciones Unidas. México está representado en este organismo por el IMENDE, A. C. Continúa en l({ siguiente página

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Las Normas de la Capacitación, la Calificación y la Certificación en EN O, Continuación

ANSIIASNT CP 189

La ANSI/ASNT CP 189 es la nonna americana que sustituirá a la práctica recomendada SNT -TC-1 A. La ANSI/ASNT CP 189 está elaborada según la norma ISO 9712. Además es obligatoria, no es sólo una práctica recomendada.

NormaNMX 482

La Norma NMX 482 es la norma oficial mexicana elaborada para establecer los lineamientos de capacitación, calificación y certificación de personal de END. Está elaborada según la norma ISO 9712.

SNTC-TC-IA

La SNTC- TC-1 A es un documento emitido por la ASNT y es la práctica recomendada para definir respecto de los END: • el programa de capacitación dentro de una empresa • la fonna de realizar los exámenes de calificación para actividades dentro de una empresa • el tiempo de experiencia de los inspectores; y • la emisión de los certificados de habilidad Ha sido por mucho tiempo el documento más conocido para preparar los programas de calificación y certificación de personal. La SNTC-TC-l A es de adopción voluntaria y las responsabilidades de la certificación tan sólo son asumidas por el contratante del personal. Actualmente, la SNTC-TC-1A esta siendo sustituida por la nonna ANS1/ASNT CP 189.

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Inspección Visual

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Los Niveles de Habilidad en END

Introducción

Los técnicos en END están organizados en niveles de habilidad que reflejan: • el grado de conocimientos, habilidad y experiencia acumulados • las actividades pueden realizar con autorización A esta clasificación se le conoce como los niveles de habilidad en END y son: • • • •

Aprendiz Nivel 1 Nivel II Nivel III

A continuación se describe estos niveles.

Aprendiz

El aprendiz en END es el individuo que está en etapa de entrenamiento inicial y que: • no puede realizar una inspección de forma autónoma • siempre debe realizar su trabajo bajo la supervisión directa de un Nivel 1, II o III • debe registrarse para posteriormente comprobar que ha acumulado el tiempo de experiencia necesario para certificarse

Nivel I

El Nivel 1 en END es el individuo capacitado y calificado para: • • • •

conocer los principios básicos del método realizar una inspección con base en un procedimiento calificado realizar inspecciones específicas aplicar criterios de inspección establecidos en un procedimiento

• El Nivel 1 en END es el nivel de habilidad más frecuente entre el personal operativo de inspección. • Para obtener el certificado como Nivel 1 en END, se recomienda acumular una experiencia en la aplicación del método de por lo menos 6 meses. COlltinlÍ({ ell la siguiente página

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Inspección Visual

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Los Niveles de Habilidad en END,

Nivel II

Continuación

El Nivel II en END es el individuo capacitado y calificado para: • realizar las mismas actividades de un Nivel I • ajustar y/o verificar la calibración de un instrumento o sistema de inspección • interpretar los resultados de la inspección con base en un código o norma • supervisar a los niveles 1 • ser el responsable de los resultados El Nivel II en END es el nivel de habilidad por excelencia de los inspectores de END y es un verdadero experto en el método de END en el que está certificado. Para obtener el certificado como Nivel II en END, se recomienda acumular una experiencia previa en la aplicación del método como Nivel 1, de por lo menos un año.

Nivel III

El Nivel III en END es el individuo capacitado y calificado para: • ser el responsable de todo el trabajo de inspección en el método en el que está calificado • ser el responsable de preparar y calificar los procedimientos de inspección • entrenar a los niveles 1 y II en la aplicación de los procedimientos de inspección • evaluar los resultados discordante s Para obtener el certificado como Nivel III en END, se requiere: • acumular una experiencia previa en la aplicación del método de por lo menos 4 o 5 años como NivellI • tener conocimiento de los otros métodos de END • tener conocimiento y experiencia en Aseguramiento de la Calidad

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Sección

e

Información General Sobre la Inspección Visual Visión General

Introducción

Esta sección contiene la infonnación de contexto para entender qué es la Inspección Visual y qué aplicaciones tienen como un método de Ensayos No Destructivos.

Contenido

Este capítulo contiene los siguientes temas: Tema Generalidades de la InsQección Visual Campo de Acción de la Inspección Visual Ventajas y Limitaciones de la Inspección Visual

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Inspección Visual

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Generalidades de Inspección Visual (VT)

¿Qué es la VT?

La Inspección Visual (VT) es un método de Inspección Superficial que consiste en la observación de los materiales a simple vista o con la ayuda de instrumentos ópticos. Las actividades e infonnación relacionadas con la Inspección Visual se identifican por medio de las siglas VT (Visual Testing). La siguiente imagen muestra una inspección visual de recubrimientos auxiliada de un detector electrostático:

¿Para qué sirve?

La VT sirve para detectar con relativa rapidez: • las indicaciones de posibles discontinuidades expuestas en la superficie de los materiales en inspección; y • algunos problemas que pudieran ser mayores en los pasos subsecuentes de producción o durante el servicio de la pieza Importante: la VT es un paso inicial de la inspección no destructiva y debe complementarse con otros métodos y técnicas de END. Continúa en la siguiente págil/a

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Inspección Visual

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Generalidades de Inspección Visual (VT),

¿En que se basa?

Continúación

La VT se basa en la capacidad y experiencia del inspector para detectar indicaciones relevantes mediante el sentido de la vista. Las observaciones que el inspector realiza durante la Inspección Visual no son arbitrarias o improvisadas. La VT como método de END requiere que el inspector posea la mayor cantidad posible de información acerca de las características de la pieza en inspección. Esta condición asegura que él interprete acertadamente las posibles indicaciones que detecte en su labor.

¿Qué requisitos exige?

Para realizar una correcta VT, el inspector debe satisfacer estos requisitos: • Debe tener un "ojo entrenado". Esto significa que ha aprendido a ver las cosas en detalle. Tal habilidad requiere de ardua preparación y amplia experiencia. • Debe someterse a un examen de la agudeza visual cercana y lejana cada 6 o 12 meses y aprobarlo. • De ser necesario por prescripción médica, debe usar lentes para toda labor de VT e interpretación de indicaciones. Este examen únicamente verifica que la persona posee una vista con cierto nivel de sensibilidad. • Para algunas actividades de inspección, debe someterse a un examen de discriminación cromática, que se aplica a fin de comprobar que detecta variaciones de color o tonos cromáticos. En algunos casos, la capacidad para detectar pequeñas variaciones de un tono de color o la de distinguir un color en particular es fundamental. • Debe saber las tolerancias, de acuerdo con las normas, para aceptar o rechazar una indicación. • Debe saber qué tipo de discontinuidades pueden detectarse visualmente y cuáles son las que aparecen con más frecuencia a partir de ciertas condiciones. Este requisito involucra el conocimiento que tenga el inspector acerca de la historia previa del material o pieza en inspección. Nota: el examen de discriminación cromática se realiza sólo una vez; ya que quien no distingue colores sufre de daltonismo y ésta es una alteración genética incorregible. ContinlÍa

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ell

la siguiente página

Inspección Visual

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Generalidades de Inspección Visual (VT),

¿Cómo se realiza?

Continúación

La VT es un proceso que abarca las siguientes etapas:

P reparación de la superficie

Inspección

l-CA

Interpretación y Evaluación

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Inspección Visual

Campo de Acción de la Inspección Visual (VT)

Introducción

La Inspección Visual (VT) se aplica en todas las ramas de la Ingeniería, pues . . se usa para InSpeCcIOnar: • • • • •

Materiales metálicos

piezas forjadas, laminadas o fundidas recipientes a presión obras civiles corno edificios y puentes plataformas marinas uniones soldadas

La VT sirve para inspeccionar materiales metálicos como: • fundiciones de acero • aluminio y sus aleaciones

Materiales no metálicos

• La VT también pueden usarse en materiales no metálicos corno:

• • vidrio • cerámica • plástico

Trabajo en campo

La VT trabajan a partir de principios físicos. Por eso algunas de sus técnicas pueden emplearse en zonas a campo abierto donde no existen fuentes de energía; o con el auxilio de fuentes de energía portátiles.

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Ventajas y Limitaciones de la Inspección Visual

Ventajas

La VT tiene las siguientes ventajas: • Es el método de END más barato y también puede producir grandes ahorros si se aplica correctamente. • Si se aplica correctamente como inspección preventiva, detecta problemas que pudieran ser mayores en los pasos subsecuentes de producción o durante el servicio de la pieza. • Se puede aplicar durante cualquier etapa de un proceso productivo o durante las operaciones de mantenimiento preventivo o correctivo. • Muestra las discontinuidades más grandes y generalmente señala otras que pueden detectarse de forma más precisa por otros métodos, como los Líquidos Penetrantes (PT), Partículas Magnéticas (MT) o Electromagnetismo (ET). • Puede detectar y ayudar en la eliminación de discontinuidades que podrían convertirse en defectos.

Limitaciones

La VT tiene las siguientes limitaciones: • La calidad de la Inspección Visual depende en gran parte de la experiencia y conocimiento del Inspector. • Está limitada a la detección de discontinuidades superficiales. • Cuando se emplean sistemas de observación directa, como las lupas y los endoscopios sencillos, la calidad de la inspección depende de la agudeza visual del inspector o de la resolución del monitor de video. • La detección de discontinuidades puede ser difícil si las condiciones de la superficie sujeta a inspección no son correctas.

¿Qué sigue?

Se han revisado las generalidades acerca de la Inspección Visual como una técnica de Ensayos No Destructivos. A continuación, en el capítulo 2 se presentan los principios físicos del método que es indispensable conocer para realizar la VT acertadamente al inspeccionar materiales y evaluar discontinuidades.

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Capítulo 2 Principios Físicos de la Luz y el Color Visión General

Introducción

En el capítulo anterior revisamos las generalidades de los Ensayos no Destructivos. Antes de entrar de lleno a la materia de este texto, debemos estudiar los principios físicos que rigen y explican el comportamiento de la luz y el color; pues en estos fenómenos se basa la Inspección Visual.

Contenido

Este capítulo contiene los siguientes temas: Tema A. La Luz Evolución del Estudio de la Luz Los Modelos de la Luz La Velocidad de la Luz Teoría de la Radiación de Cuerpo Negro Las Fuentes de Luz B. Comportamiento de la Luz Reflexión de la Luz Refracción de la Luz Difracción de la Luz C. El Color Cómo Sucede la Visión de los Colores Factores que Intervienen en la Generación de los Colores Generación del Color Superficial Colores de los Metales D. Formación del Color por Adición y por Sustracción Mezcla de los Colores del Espectro Mezcla de Colores por Adición Mezcla de Colores por Sustracción

2-1

Pá~na

2-A-I 2-A-3 2-A-5 2-A-8 2-A-ll 2-B-1 2-B-4 2-B-7 2-C-1 2-C-4 2-C-7 2-C-9 2-D-l 2-D-4 2-D-6

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Sección A La Luz Evolución del Estudio de la Luz

Introducción

En este tema abordamos la evolución del estudio de la luz y los principales científicos que han intervenido en este avance.

Tolomeo

Claudio Tolomeo (c. 100 - c. 170) descubrió la refracción óptica, el efecto que consiste en la imagen distorsionada de un cuerpo que parece flexionado o quebrado cuando está parcialmente sumergido en agua.

Tycho Brahe

Tycho Brahe (1546-1601) estudió el efecto de refracción de la luz por la atmósfera, que permite ver el sol después de que se ha ocultado bajo el horizonte.

Hooke y Huygens

Robert Hooke (1635-1703) y Christiaan Huygens (1629-1695) son los primeros científicos en defender la postura de que la luz es una onda.

Young y Fresnel

Thomas Young (1773-1829) Y Augustin Fresnel (1788-1827) realizaron experimentos durante el siglo XIX que atrajeron nuevamente el interés sobre la teoría ondulatoria de la luz.

Maxwell

Las ecuaciones James Clerk Maxwell (1831-1879) unificaron la electricidad y el magnetismo en una teoría completa, que permite predecir la radiación electromagnética. Este avance culminó en el reconocimiento de que la luz es una forma de radiación. Maxwell predijo la existencia de ondas electromagnéticas con una velocidad igual a la de la luz. ContinLÍa en la siglliellfe página

2-A-I

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Evolución del Estudio de la Luz,

Hertz

Continúación

Heinrich Hertz (1857-1894) aclaró y amplió la teoría electromagnética de la luz, formulada por Maxwell en 1884. Hertz demostró que la electricidad puede transmitirse en forma de ondas electromagnéticas, que se propagan a la velocidad de la luz y tienen muchas de sus propiedades.

Época actual

¿Qué es la luz de acuerdo con la visión contemporánea de la física?, ¿ondas o partículas? No existe una respuesta simple a esta pregunta. De hecho, la mecánica cuántica ha demostrado que la diferencia entre una onda y una partícula depende en gran medida de nuestro punto de vista. Las ondas y las partículas sólo son modelos simplificados de la realidad. La luz es un fenómeno complicado que no se ajusta perfectamente a ninguno de estos modelos por separado. Ambos se utilizan ampliamente y, por lo general, adoptamos cualquiera de ellos, en tanto que proporcione una explicación del comportamiento óptico que se estudia . . Más adelante, en esta sección tratamos este tema con más amplitud.

Enfoque de este texto

En este texto estudiaremos el comportamiento óptico que no depende de la naturaleza de la luz, sino sólo de la trayectoria que ésta sigue, estudio que se denomina óptica geométrica y que incluye: • • • •

la reflexión la refracción la difracción, y la dispersión.

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Los Modelos de la Luz

Introducción

Como mencionamos anteriormente, la luz es un fenómeno complicado y para estudiarla se usan los modelos de las ondas y las partículas. En este tema describimos con más detalle estas teorías.

Onda o

Según como se estudie, la luz tiene distintos comportamientos:

partícula Si consideramos que la luz es ...

Electromagnetismo y óptica

Entonces ...

una onda

es un haz que viaja en línea recta

una partícula

interactúa con la materia y genera resultados

Ejemplo • la formación de imágenes en lentes y espejos • el rayo láser • la luz solar que activa la clorofila y genera la fotosíntesis • la reacción química de la película fotográfica

Cuando la comunidad científica reconoció que la luz es lo mismo que la radiación electromagnética predicha con las ecuaciones de Maxwell, esto unió los estudios de electromagnetismo y la óptica. El intervalo de longitudes de onda que abarca la luz visible conforma sólo una pequeña porción del espectro electromagnético completo, que se extiende en muchos órdenes de magnitud. No existen líneas divisoras claras que separen las diversas regiones; sólo se presenta una mezcla continua de una región a la siguiente. Es decir, en este caso, la luz presenta un comportamiento propio del movimiento ondulatorio y se transmite por medio de ondas luminosas. Continúa en la siguiente página

2-A-3

Inspección Visual

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Los Modelos de la Luz,

Espectro de luz

Continúación

Cuando la luz solar se dispersa en un espectro, vemos la banda característica de colores visibles desde el rojo hasta el violeta. Mas allá del violeta del espectro visible, se encuentran las frecuencias de radiación que son mayores a la del color violeta. Utilizamos el termino ultravioleta para identificar esta extensión invisible del espectro. Por abajo del extremo rojo del espectro visible, se ubica las frecuencias inferiores a las que podemos observar. Estas longitudes de onda conforman la región infi'arroja del espectro. La siguiente imagen muestra un diagrama del espectro visible y su lugar en el espectro electromagnético:

c.

'"

"o

."

~

" 300 ''g, e .

uv

IR 400

600

500

700

o,.

--l

Longitud de onda en nm 1

10 2

10

10 3

10 4

"c.

800

)()5

"~ '"" 10 6

Luz visible

UV

Rayos X

(Ultravioleta)

Comportamiento del espectro

IF (Infrarrojo)

El comportamiento fundamental de todos los componentes del espectro electromagnético es el mismo; sólo difieren en sus longitudes de onda y frecuencia y en los tipos de dispositivos que pueden utilizarse para generarlos y detectarlos.

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La Velocidad de la Luz

Introducción

La velocidad de la luz es una de las características de este fenómeno que el hombre ha estudiado con más interés a lo largo del tiempo. Actualmente, la velocidad de la luz es uno de los parámetros más importante para la ciencia. En este tema abordamos la evolución del estudio de la velocidad de la luz y los principales científicos que han intervenido en este avance.

Galileo Galilei

Galileo Galilei (1564-1642), físico y astrónomo italiano, fue quizá la primera persona en sugerir un método para medir la velocidad de la luz.

Olaus Roemer

Olaus Roemer (1644-1710), astrónomo danés, descubrió las variaciones sistemáticas en los intervalos de tiempo, según se observaba en la Tierra, entre las desapariciones sucesivas de las lunas de Júpiter a medida que se movían dentro de la sombra del planeta. Él asoció estas variaciones con la distancia variable entre Júpiter y la Tierra. Determinó una diferencia de tiempo de casi 22 minutos a lo largo de los seis meses; lo que correspondía al tiempo necesario para que la luz cruzara el diámetro de la órbita terrestre.

Huygens

Christiaan Huygens (1629-1695), astrónomo, matemático y físico holandés, combinó las mediciones de tiempo de Roemer con la distancia recorrida estimada para obtener un valor relativo a la velocidad de la luz equivalente más o menos a 2.3 x 108 mis.

Fizeau

Armand Hippolyte Louis Fizeau (1819-1896), físico francés, fue el primer científico en medir la velocidad de la luz. En 1849, su experimento proporcionó la primera medición de la velocidad de la luz realizada en la Tierra. El experimento que Fizeau realizó consistía en medir intervalos de tiempo extremadamente cortos. Para ello usó una rueda dentada rotatoria y un espejo. ContinúiI en la siguienre páginu

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Inspección Visual

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La Velocidad de la Luz,

Fizeau (continuación)

Continúación

La siguiente imagen ilustra el experimento de Fizeau:

El experimento puede esquematizarse de la siguiente manera: Etapa

1 2

3 4 5

Descripción La luz se enfoca sobre la orilla de la rueda después de reflejarla en un primer espejo, que está semiplateado. La luz pasa por una de las separaciones entre los 720 dientes del borde de la rueda y continúa hacia un segundo espejo. La luz se refleja de regreso por la misma trayectoria hacia la rueda. La luz pasa por una separación y llega de nuevo al espejo 1. Así, parte de la luz que Ileqa al espejo se transmite a un observador.

En el experimento de Fizeau, al girar la rueda a detenninada velocidad, la luz pasa por la separación y sigue hacia el espejo 2; pero cuando regresa un diente la obstruye y el observador percibe una reducción en la intensidad de la luz. A otra velocidad de rotación, en el recorrido de regreso, la luz pasa por la separación de los dientes y se observa un aumento en la intensidad. A partir del conocimiento del número de separaciones, la velocidad de rotación de la rueda y de la longitud de trayectoria de la luz, Fizeau calculó un valor para la velocidad de la luz equivalente a 3.15 x 10 8 mis. ContinlÍa en la siguiente página

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La Velocidad de la Luz,

Valor actual

Continúación

En años recientes, las mediciones de la velocidad de la luz han aprovechado su comportamiento ondulatorio y el conocimiento de que la velocidad de una onda es el producto de su frecuencia y su longitud de onda. Durante una investigación, se usaron técnicas de alta precisión para determinar la longitud de onda de un láser altamente estabilizado. Al mismo tiempo, se midió su frecuencia al compararla con relojes atómicos de cesio. A partir de los valores obtenidos se estableció que la velocidad de la luz es de 299 792458 +/- 1.2 mis. Debido a que la limitación más importante en estas mediciones correspondía a la incertidumbre en la longitud del metro basado en patrones anteriores, se ha adoptado este valor de la velocidad de la luz en un nuevo orden y ahora el metro se ha redefinido desde el punto de vista de la velocidad de la luz.

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Teoría de la Radiación de Cuerpo Negro

Luminosidad y temperatura

Cuando un objeto sólido se calienta por encima de varios cientos de grados centígrados, se vuelve incandescente y genera un intervalo continuo de longitudes de onda. Algunas están en el intervalo visible. Cuando la temperatura del objeto aumenta, cambian las intensidades relativas de la luz a lo largo del espectro visible. Esto ocasiona un cambio o corrimiento perceptible en el color, que se usa para calcular la temperatura aproximada de un objeto luminiscente. La siguiente imagen muestra distintos grados de luminosidad de una resistencia conforme aumenta su temperatura:

Según su color, un cuerpo tiene la siguiente temperatura: Color del objeto luminiscente

CC)

500 - 550 650 - 750 850 - 950 1 050 - 1 150 1 250 - 1 350 1450 - 1 550

Rojo incipiente Rojo oscuro Rojo brillante Rojo amarillento Blanco incipiente Blanco

¿Qué es un cuerpo negro?

Temperatura aproximada

Un cuerpo negro es una superficie u objeto que absorbe toda la radiación que incide sobre él. Un cuerpo negro también es un radiador perfecto. Continúa en la siguiente púgina

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Teoría de la Radiación de Cuerpo Negro,

Ley del desplazamiento de Wien

Continuación

La ley de desplazamiento de Wien dice que la longitud de onda de la intensidad máxima (Am ) disminuye con el aumento de la temperatura. De acuerdo con la siguiente ecuación: Am T = 2.90 * 10-3 m * k

Constante de Planck

Max Karl Emst Ludwig Planck (1858-1947) fue el primer científico en explicar la forma detallada de la radiación de cuerpo negro como consecuencia de una novedosa hipótesis; ya que en 1900, Planck propuso que la radiación era una consecuencia del comportamiento de numerosos osciladores idénticos. Cuando los osciladores intercambian energía, lo hacen por medio de la emisión y absorción de la radiación electromagnética. La radiación se emite cuando un oscilador efectúa una transición de un nivel de energía a uno superior. La absorción de la radiación es un proceso inverso en el que el oscilador brinca de un nivel de energía inferior a uno superior. Para plantear una fórmula empírica exitosa, Planck concluyó que la energía de cada oscilador era proporcional a su frecuencia! Asimismo, la energía de la radiación era proporcional a su frecuencia, es decir:

E=hf Donde la constante de proporcionalidad h es una constante universal. Así Planck propuso un modelo en el cual la energía estaba limitada a ciertas cantidades discretas. Planck también determinó el valor de h a partir de mediciones experimentales previas de la radiación de cuerpo negro. Actualmente, el valor de h se denomina constante de Planck. Y se calcula mediante la siguiente ecuación: h = 6.626

* 10 -

34 J * S

Para formular su teoría de la radiación de cuerpo negro, Planck no recurrió a ninguna evidencia directa de la cuantización existente. Más bien, introdujo el concepto de cuanto, como una modificación de las ideas clásicas que hacían recordar su teoría con las observaciones experimentales. El cuanto es la unidad de energía más pequeña posible. Continúa ell la siguiente página

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Teoría de la Radiación de Cuerpo Negro,

Mecánica cuántica

Continuación

Al sustituir la idea tradicional de que la energía fluye como una corriente continua de agua y proponer que la energía viene en pequeños paquetes (cuánticos) de valor discreto, Planck marcó el inicio de la mecánica cuántica y el fin de la época en la que todas las explicaciones físicas se realizaban en términos de flujos o movimientos continuos. Sin embargo, al igual que muchas ideas revolucionarias, la idea de Planck tuvo poca influencia cuando la presentó por primera vez. Tuvo crédito hasta que Einstein lo usó para explicar el efecto fotoeléctrico aparentemente sin relación alguna con la transmisión de la luz.

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Las Fuentes de Luz

Introducción

Además de las fuentes naturales de luz como el Sol, el hombre ha desarrollado otras, que tienen características particulares. Este tema describe las fuentes de luz artificial más comunes que se emplean en la inspección visual y otros métodos de END: • las lámparas incandescentes y • las lámparas fluorescentes

Lámparas incandescentes

Las lámparas incandescentes son fuentes de luz que producen luz blanca. Son una buena aproximación a los radiadores de cuerpo negro; pero su luz es deficiente en azul y violeta. En las lámparas incandescentes, el espectro tiende hacia el rojo debido a su relativamente baja temperatura de operación: cerca de 2900 K. Las lámparas incandescentes especiales de alta temperatura operan casi siempre en una de en 3 200 o en 3 400 K. Estas lámparas fueron diseñadas para fotografia y televisión y producen más azul que las lámparas domésticas ordinarias. Continúa en la siguiente página

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Las Fuentes de Luz,

Temperaturas de color

Continúación

La temperatura del color es la distribución espectral de la luz en términos de la temperatura correspondiente de un cuerpo negro. Por ejemplo, a una temperatura de 2900 k, sólo el 3% de la energía que se disipa en la lámpara surge como luz visible. La siguiente tabla muestra las temperaturas de color aproximadas de algunas fuentes luminosas comunes: Fuente

Temperatura del color (k)

Arco de mercurio

6000

Luz de día

5500

Arco de carbono de lata intensidad

5500

Fluorescente blanca fría

4200

Tungsteno incandescente (lámpara de alta capacidad)

3400

Tungsteno incandescente (lámpara de alta capacidad)

3200

Fluorescente blanca caliente

3000

Tungsteno incandescente (100 W)

2900

Tungsteno incandescente (40 W)

2650

Arco de sodio a alta presión

2200

La distribución espectral de una fuente luminosa no depende sólo de la temperatura de operación; ya que también depende de los espectros de emisión característicos de los elementos y que se deben a las transmisiones electrónicas entre niveles de energía atómicos. La luz proveniente de cada elemento tiene su propio conjunto característico de longitudes de onda e intensidades de emisión, lo cual origina un color característico.

Ejemplos: • Una descarga eléctrica en el hidrógeno produce luz de la serie de Balmer, una mezcla de longitudes de onda de color rosa . • Las lámparas de vapor de sodio producen una luz amarilla, característica que se debe a la intensidad de las líneas D. • Las lámparas de neón producen una luz rojo naranja. ContinlÍ(/ en la siguiente págil/a

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Las Fuentes de Luz,

Lámparas fluorescentes

Continúación

La lámpara fluorescente es un tubo de descarga de gas (argón) que contiene vapor de mercurio y un recubrimiento de polvo fluorescente en el interior del tubo. La siguiente imagen muestra varios tipos de lámparas fluorescentes:

. Una lámpara fluorescente tiene las siguientes partes: • un tubo revestido con fósforo • un cebador, y • una bobina de inductancia La siguiente tabla muestra cómo funcionan las lámparas fluorescentes: Parte 1 2

3 4 S

Función El tubo está relleno con un gas inerte (argón) y una pequeña cantidad de vapor de mercurio. El cebador aplica corriente a los dos filamentos al encender la lámpara. Los filamentos generan electrones para ionizar el argón, formando un plasma que conduce la electricidad. La bobina de inductancia limita la cantidad de corriente que puede fluir a través del tubo. El plasma excita los átomos de mercurio que, como consecuencia, emiten luz visible y luz ultravioleta. La luz golpea contra el revestimiento de fósforo del interior de la lámpara, que convierte la luz ultravioleta en luz más visible.

Las lámparas fluorescentes son considerablemente más eficientes que las incandescentes, al conveliir cerca del 20% de la energía eléctrica en luz visible.

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I

1

Itetc0 .\; }'.QO

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,

Sección B

1

Comportamiento de la Luz

I

Reflexión de la Luz I

I

¿Qué es la reflexión?

La reflexión es una propiedad del movimiento ondulatorio por la que una onda retoma al propio medio de propagación tras incidir sobre una superficie. Cuando una forma de energía -como la luz o el sonido- se transmite por un medio y llega a un medio diferente, lo normal es que parte de la energía penetre en el segundo medio y parte sea reflejada.

1 J Reflexión de la luz

La reflexión de la luz regular (en la que la dirección de la onda reflejada está claramente determinada) cumple con dos condiciones: • El rayo incidente y el rayo reflejado forman el mismo ángulo con la normal (una línea perpendicular a la superficie reflectante en el punto de incidencia) . • El rayo reflejado está en el mismo plano que contiene el rayo incidente y la normal. Los ángulos que forman los rayos incidente y reflejado con la normal se denominan respectivamente ángulo de incidencia y ángulo de reflexión. La siguiente imagen muestra un ejemplo de reflexión:

Continúa en la siguiente página

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Reflexión de la Luz, Ecuación de reflexión

Continúación

El fenómeno de la reflexión de la luz se representa mediante la siguiente ecuación:

Donde: O,. es el ángulo reflejado 01 es ángulo de incidencia Nota: en óptica los ángulos se miden con base en la normal Ley de la reflexión

Las leyes de la reflexión afirman que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión; y que el rayo incidente, el rayo reflejado y la normal en el punto de incidencia se encuentran en un mismo plano.

Reflexión especular

La reflexión especular se produce cuando se incide en una superficie lisa o uniforme similar a un espejo. Al mirar un espejo, por lo general no vemos la superficie, sino la imagen que se refleja especularmente.

Reflexión difusa

Las superficies rugosas reflejan en muchas direcciones, y en este caso se habla de reflexión difusa. Si la superficie es rugosa, las nonnales a los distintos puntos de la superficie se encuentran en direcciones aleatorias. En ese caso, los rayos que se encuentren en el mismo plano al salir de una fuente puntual de luz tendrán planos de tanto de incidencia como de reflexión aleatorios. Esto hace que los rayos se dispersen y no puedan fonnar una imagen. En la siguiente imagen, un inspector observa la imagen especular de una discontinuidad:

COlllillúa en la siguiellfe página

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Reflexión de la luz,

Sim ultaneidad de la reflexión difusa y especular

Continúación

Algunas veces tanto la reflexión difusa como la especular se presenta en forma simultanea en la misma superficie. Ejemplo Cuando la luz solar incide sobre un automóvil, podemos verlo desde cualquier dirección alrededor de éste. Lo anterior es reflexión difusa. Si el automóvil se encera perfectamente es posible observar la imagen de objetos reflejados en su superficie. Esta es reflexión especular.

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Refracción de la Luz ¿Qué es?

La refracción es la capacidad de un material transparente para desviar los rayos de luz. La siguiente imagen muestra la refracción de la luz:

Índice de refracción

El índice de refracción (n), de una sustancia o un medio transparente, es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en la sustancia o el medio transparente. El índice de refracción se calcula mediante la siguiente ecuación:

e

11=' -

V

Donde: es el índice de refracción e es la velocidad de la luz en el vació v es la velocidad de la luz en ese medio

11

El Índice de refracción, mayor que la unidad y sin unidades, es una constante característica de cada medio y representa el número de veces que es mayor la velocidad de la luz en el vacío que en ese medio. El índice de refracción se mide con un aparato llamado refractómetro en el que el ángulo de incidencia se compara con el ángulo de refracción de la luz de una longitud de onda específica. Como el Índice de refracción es sensible a los cambios de temperatura y varía con la longitud de onda de la luz, deben especificarse ambas variables al expresar el Índice de refracción de una sustancia. Continúa en la sig uiente pág ll1a

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Alfonso R. García Cueto

Refracción de la Luz,

¿ Cuáles son sus leyes?

Continúación

La ley de Snell; llamada así en honor del matemático holandés Willebrord van Roijen Snell, afirma que: El producto del Índice de refracción del primer medio y el seno del ángulo de incidencia de un rayo es igual al producto del Índice de refracción del segundo medio y el seno del ángulo de refracción. El rayo incidente, el rayo refractado y la normal a la superficie de separación de los medios en el punto de incidencia están en un mismo plano. La ley de Snell, puede expresarse como:

Donde: 11] depende únicamente de las propiedades ópticas del medio 1 112 depende únicamente de las propiedades ópticas del medio 2 Implicación

Es posible comprobar la ley de Snell en un gran número de materiales y usarla para detenninar sus Índices de refracción. En la mayor parte de los materiales, la velocidad de la luz depende de su longitud de onda y, por lo general, el Índice de refracción disminuye gradualmente con el aumento de la longitud de onda. La siguiente tabla muestra los diferentes índices de refracción de materiales transparentes comunes: Material

Indice de refracción (n)

Gases (a presión atmosférica a O oC) Hidrógeno Aire Dióxido de carbono (C0 2) Líquidos (a 20 oC) Agua Alcohol etílico Glicerina Sólidos a temperatura ambiente Hielo (O oC) Acrílico (polimetilmetacrilato) Poliestireno Vidrio de alta calidad Cristal de roca Diamante

1,0001 1,0003 1,0005 1,333 1,362 1,473 1,31 1,49 1,59 1,50 - 1,62 1,57 - 1,75 2,417

COlltilllÍa e/l la siguiente página

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Inspección Visual

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Refracción de la Luz,

Comportamiento del haz luminoso

Continúación

Si un rayo refractado incide en un espejo, de manera que se refleje de vuelta a lo largo de la misma trayectoria, se refractará en la interfaz y emergerá a lo largo de la misma trayectoria del rayo incidente. Los rayos luminosos son reversibles; es decir, si un rayo de luz que viaja en alguna dirección toma una trayectoria particular, un rayo luminoso que viaje en la dirección opuesta seguirá también la misma trayectoria. Cuando la luz pasa de un material con un índice de refracción mayor, decimos que la luz ha pasado de un material óptico menos denso a uno más denso. Es posible utilizar esta terminología para establecer una versión cualitativa de ley de Snell: • Cuando la luz viaja de un material óptico menos denso a uno más denso, los rayos se desvían hacia la normal. Debido a la reversibilidad de los rayos luminosos también podemos afirmar que: • Cuando un rayo luminoso viaja de un material óptico más denso a uno menos denso, los rayos se desvían alejándose de la normal. Esta desviación ocurre en la frontera o interfaz entre los dos materiales. Si un rayo de luz pasa por más de un medio, la ley de Snell se cumple para cada interfaz.

Ejemplo La luz que entra a un vaso de agua pasa primero del aire al vidrio y luego de éste al agua. La ley de Snell puede aplicarse en cada interfaz para determinar la dirección de la trayectoria de la luz.

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Difracción de la Luz

La difracción

Isaac Newton (1642-1727), matemático y físico británico, en su primer artículo, publicado en 1672, describió un experimento con la luz y el color, que ahora es famoso. Newton hizo pasar un haz de luz solar por un prisma, que dispersó la luz en un espectro de colores, corno muestra la siguiente imagen:

Un segundo prisma colocado en la forma opuesta hacía converger el espectro de nuevo en un haz estrecho de luz blanca. Esto es la difracción de la luz. El desalTollo posterior de la rejilla de difracción condujo a las mediciones de las longitudes de onda de luz.

Intervalos de Si bien cada color surge en fonna continua dentro del siguiente a lo largo del longitud de onda espectro, es posible asignar intervalos de longitud de onda aproximados a cada

color, corno muestra la siguiente tabla: Color

Intervalo de la longitud de onda en nm 630 - 700 590 - 630 570 - 590 500 - 570 450 - 500 400 - 450

Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta

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Utilice esta página para anotar sus observaciones

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1 1

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Sección C Los Colores Cómo Sucede la Visión de los Colores

Introducción

En este tema se analizan distintos aspectos que explican la naturaleza de la visión del color y los mecanismos que permiten que esto suceda.

¿Qué es el color?

El color es un fenómeno fisico de la luz y de la visión, asociado con las diferentes longitudes de onda en la zona visible del espectro electromagnético. El color es una sensación visual y depende de mecanismos biológicos. Edwin Herbeli. Land (1901-1991) demostró que la sensación de color depende de la luz que llega a nuestros ojos, más que de las intensidades espectrales.

t Luz visible y luz blanca

La luz visible está formada por vibraciones electromagnéticas cuyas longitudes de onda van aproximadamente de 350 a 750 nanómetros (milmillonésimas de metro). La luz blanca es la suma de todas estas vibraciones cuando sus intensidades son aproximadamente iguales. Esta luz es una mezcla de varios colores. Por eso, cuando un haz de luz blanca pasa a través de un prisma de vidrio, se decompone en el espectro de colores. El Sol es una fuente de luz blanca. Continú(/ en la siguiente página

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Alfonso R. García Cueto

Cómo Sucede la Visión de los Colores,

¿Qué es el espectro?

Continúación

El espectro es una serie de colores semejante a un arcoiris, que se produce al dividir una luz compuesta, como la luz blanca, en los colores que lo constituyen y que están en el siguiente orden: • • • • • •

rOJo anaranjado amarillo verde azul, y violeta.

Cada color del espectro corresponde a una longitud de onda diferente.

Ejemplo El arcoiris es un espectro natural producido por fenómenos meteorológicos. La siguiente imagen muestra el espectro de colores representados por distintos matices de gris: " ~

Rojo

¿Cómo percibimos el color?

Anaranjado

Amarillo

Verde

"4~t

)1

,:~

i1", 'K~: ,

Azul

Violeta

La percepción del color, como sensación experimentada por los seres humanos y determinados animales, depende tanto de las características de la luz como del funcionamiento de los ojos; ya que es un proceso neurofisiológico muy complejo. Continúa en la siguiente página

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Alfonso R. García Cueto

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Cómo Sucede la Visión de los Colores,

¿Cómo es que vemos los colores?

Continúación

Podemos ver los colores porque el ojo humano contiene receptores para tres tipos de colores, el rojo, el verde y el azul, que son los colores primarios. Al estimular esos receptores, los ojos pueden percibir todos los colores. Cuando se estimulan los receptores de color por pares percibimos el color amarillo, el cian y el magenta. Otros colores, como el naranja, el gris o el marrón se perciben cuando algunos de los receptores sólo están estimulados parcialmente. Nota: el capítulo 3 de este manual describe a detalle la fisiología del ojo humano.

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Factores que Intervienen en la Generación de los Colores

Introducción

Para que la visión suceda, depende de múltiples factores interrelacionados. Las distintas combinaciones permiten la inmensa gama de manifestaciones del color que conocemos. En este tema se analizan estos factores ..

El ojo, la tonalidad y la saturación

En toda radiación luminosa se pueden distinguir dos aspectos: • el cuantitativo, que es su intensidad • el cualitativo, que es su cromaticidad (conjunto o gama de colores) Esta última viene detenninada por dos sensaciones que el ojo percibe: la tonalidad y la saturación.

La longitud de onda y la tonalidad

Una luz compuesta por vibraciones de una única longitud de onda del espectro visible es cualitativamente distinta de una luz de otra longitud de onda. Esta diferencia cualitativa se percibe subjetivamente como tonalidad. La luz con longitud de onda de 750 nm se percibe como roja y la luz con longitud de onda de 350 nm se percibe como violeta. Las luces de longitudes de onda intermedias, del violeta al rojo y entre 350 y 750 nm, se perciben como azul, verde, amarilla o anaranjada. ContinlÍa en /a siguiente página

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Factores que Intervienen en la Generación de los Colores, Continúación

Absorción

Todos los objetos tienen la propiedad de absorber y reflejar ciertas radiaciones electromagnéticas. La mayoría de los colores que experimentamos normalmente son mezclas de longitudes de onda que provienen de la absorción parcial de la luz blanca. Casi todos los objetos deben su color a los filtros, pigmentos o pinturas, que absorben detenninadas longitudes de onda de la luz blanca y reflejan o transmiten las demás; estas longitudes de onda reflejadas o transmitidas son las que producen la sensación de color, que se conoce como color pigmento. Ejemplo Un filtro rojo deja pasar selectivamente la luz roja, aunque absorbe las longitudes de onda más cortas. Un filtro azul transmite este color pero no el verde, el amarillo o el rojo; por lo tanto, el color puede producirse mediante absorción selectiva.

Reflexión

El color se produce también por reflexión. El color que se percibe de la mayoría de los objetos se debe a la reflexión selectiva de la luz. Así, un objeto refleja luz roja, pero absorbe verde y azul. Ejemplo Una manzana roja exhibe un color rojo vivo cuando se ilumina con luz roja; aunque se observa oscura cuando se ilumina con luz azul y no refleja bien esta última.

Brillo

El brillo es una magnitud sensorial en la óptica producto de la reflexión de la luz sobre la superficie de los objetos. El brillo obedece a la estmctura de reflexión de los objetos, en la que la distribución de los átomos en la superficie es fundamental; pero también lo es el ángulo de incidencia de la luz sobre el objeto. El brillo se clasifica atendiendo al índice de refracción; es decir, la relación entre el ángulo de la luz incidente y el de la luz que se refracta dentro del objeto. Idealmente, el brillo se debe valorar en superficies recientes. Cominúa e/1 /a siguiente piÍgina

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Factores que Intervienen en la Generación de los Colores, Continúación

Efecto de la iluminación sobre el color

Para ver un objeto en su verdadero color, éste debe iluminarse con luz de la misma coloración. Por ejemplo, si un objeto de color rojo se coloca bajo los distintos colores de un espectro prismático, parece ser rojo o brillante en la luz roja; y de color gris o negro en todos las demás colores del espectro. Si la fuente de iluminación no emite los colores apropiados, el objeto no se puede ver en su verdadero color; pero si la fuente emite los colores apropiados, el cuerpo puede verse en su verdadero color. La luz del Sol muestra los objetos en su color real porque los rayos solares contienen todos los colores del espectro.

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Generación del Color Superficial

Color superficial

El color superficial es el resultado de la luz que incide sobre un cuerpo. En contacto con la luz, el pigmento de la superficie, en forma de finos granos, refleja y refracta un color específico, que se proyecta en todas direcciones, y absorbe la mayor parte de los demás colores. Sin embargo, el cuerpo no absorbe completamente los otros colores: una pequeña cantidad de cada color se refleja en la superficie, obedeciendo la ley de reflexión. El color superficial implica tres aspectos: • el matiz, que se refiere al nombre del color • el brillo, que se refiere a la magnitud relativa de la respuesta sensorial; y • la saturación, que se refiere a la fuerza del color. A continuación se describen cada uno de estos aspectos de forma general:

Matiz

El matiz es el nombre del color. Es cualitativo y es el aspecto más distintivo del color: sin matiz no hay color. Ejemplo El rojo, el amarillo, el violeta, el púrpura y varios son matices.

El blanco está desprovisto de matiz y, por lo tanto, no posee color. El matiz se puede definir también de otras dos formas: • Es la unión de diversos colores mezclados con proporción. • Es cada una de las gradaciones que puede recibir un color sin perder el nombre que lo distingue de los demás.

Brillo

El brillo es la magnitud relativa de la respuesta sensorial y es una intensidad subjetiva. El brillo puede existir solo, como la luz blanca. En cambio, el matiz no existe solo, porque si tenernos un matiz, forzosamente hay cierto brillo y saturación. Contil/LÍa en la siguiente página

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Alfonso R. García Cueto

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Generación del Color Superficial,

Saturación

Continúación

La saturación es la fuerza o firmeza del color. Cuanto menor es la cantidad de luz blanca que se mezcla con un color, mayor es la saturación. Los colores que no contienen traza alguna de luz blanca están saturados. De forma inversa, mientras contienen más color blanco, están menos saturados.

Ejemplo El púrpura es un color saturado. Contra - ejemplo El color rosa no es un color saturado; sino una mezcla de los colores rojo y blanco. Esto se puede demostrar al mezclar pigmento de color rojo con pintura blanca.

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Alfonso

R. García

Cueto

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Colores de los Metales

Introducción

Algunas sustancias parecen ser de un color por la luz reflejada y de un color diferente por la luz transmitida. Esto es cierto especialmente para los metales y para algunos colorantes de anilina. En este tema, describimos algunas características propias del color metálico; ya que en la Inspección Visual se trabaja constantemente con materiales metálicos. .

Metales y luz

La siguiente tabla resume el comportamiento de distintos metales en contacto con la luz: Metal

Comportamiento

El oro El cobre La plata

La lámina delgada de cobre

Refleja y absorbe cantidades más pequeñas de verde, azul y violeta. . Se vuelve opaco a todos los colores.

El metal grueso

Poder de reflexión

Siempre es amarillo anaranjado al reflejar la luz; pero si es suficientemente delgado para transmitirla es azul verdoso. Refleja un 80% de toda la luz roja incidente sobre él y solo 40% de la violeta Refleja muy bien todos los colores y, por tanto, es casi blanca. Refleja la luz blanca incidente desprovista de rojo, anaranjado y amarillo, porque un poco de cada uno de esos colores es reflejado y absorbido.

La siguiente gráfica muestra el poder de reflexión de algunos metales para los distintos colores del espectro:

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Alfonso R. García Cueto

Sección O Formación del Color Mezcla de los Colores del Espectro

Introducción

Durante muchos años se han propuesto distintas graficas y teorías para el estudio de los colores, algunas de ellas acertadas y otras poco efectivas. Debido a que las mejores teorías son complicadas y están llenas de detalles, aquí sólo se exponen de forma simplificada sus principios y conceptos principales.

Colores primarios aditivos

El espectro se divide en tres partes, que son los colores primarios aditivos: Rojo

Azul

Verde

Combinación de Al combinarse, los colores primarios aditivos se comportan de la siguiente colores manera: Cuando se combinan ... el el el el el el

rojo y el naranja amarillo y el verde azul y el violeta rojo y el verde rojo y el azul verde y el azul

Generan un color... rojo brillante verde brillante azul violáceo amarillo magenta azul verdoso claro

ContinlÍa en la siguiente púgina

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Inspección Visual

Alfonso R. García Cueto

Mezcla de los Colores del Espectro,

Colores primarios sustractivos

Continúación

El espectro también se divide en otro grupo de tres colores, que son los primarios sustractivos:

Magenta

Amarillo

Cian

Continúa en la siguiente página

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Alfonso R. García

Inspección Visual

Cueto

Mezcla de los Colores del Espectro,

Experimento

Continúación

El siguiente experimento con un haz de luz blanca permite ver el comportamiento del espectro al mezclar los colores: Paso 1 2 3 4 S 6 7

Acción Genere un haz angosto de luz blanca con un arco de carbón y una lente Dirija el haz de luz blanca sobre un prisma de vidrio y para que esta luz se disperse hacia afuera y forme un espectro completo. Coloque el prisma cerca de la curvatura de un gran espejo cóncavo. Después de la reflexión, enfoque todos los colores sobre una varilla translucida de vidrio. Combine todos los colores hasta que vuelva a producir luz blanca. Sostenga una tarjeta blanca delante del espejo, para que actué como pantalla. Regule los colores que se dejen mezclar en la varilla. Por ejemplo, suprima el violeta, el azul y el verde. Los colores restantes, rojo, naranjay amarillo lIegaránjuntos y entonces la varilla se verá anaranjada

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Mezcla de Colores por Adición

¿Qué es?

La mezcla de colores por adición es la generación de colores al combinar luces de distintas longitudes de onda.

¿En qué consiste?

El espectro visible contiene un intervalo continuo de color, que varia uniformemente del violeta en un extremo hasta el rojo oscuro en el otro. Sin embargo, podemos aproximar el espectro utilizando únicamente tres bandas independientes de color, que representan intervalos iguales de longitud de onda. Estas bandas son los tres colores primarios aditivos de luz: • Rojo • verde y • azul Al mezclar estos tres colores en diversas combinaciones, podemos crear una amplia gama de otros colores. Por ejemplo: Si se mezcla luz...

Entonces se produce luz ...

roja y verde azul y roja azul y verde

amarilla magenta cian

¿Para qué sirve? Al mezclar los colores primarios por adición en diversas proporciones

obtenemos la gama completa del resto de los colores, incluso el morado, el café y el naranja. Si sumamos los tres colores primarios con igual intensidad, el resultado es luz blanca. COlltinúa ell !a siguiente página

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Mezcla de Colores por Adición,

Ejemplo de mezcla por adición

Continúación

La televisión a color genera imágenes a color por medio de la mezcla de color por adición. Así se forman las imágenes a color en una pantalla de televisión: Parte 1 2 3 4 5

6

Función La pantalla está cubierta por detrás con una matriz regulada de puntos, llamados tubos de imagen. Cada uno de los tubos de imagen contiene un patrón de puntos dispuestos en grupos de tres. Estos tres puntos están compuestos de un material llamado fósforo, pero cada punto es sensible a un color primario aditivo (rojo, azulo verde). Cada punto (pixel) contiene material fluorescente que brilla cuando se excita un haz de electrones. Cuando el haz de electrones que se produce dentro del tubo de imagen del televisor incide en estos compuestos, cada uno de ellos emite luz azul, roja o verde. Al controlar la intensidad de la luz de los puntos independientes, es posible producir una amplia qama de colores.

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Mezcla de Colores por Sustracción

¿Qué es?

La mezcla de colores por sustracción es la generación de colores que un cuerpo manifiesta al absorber parcialmente la luz blanca y reflejar una longitud en particular.

¿En qué consiste?

La mayoría de los colores que experimentamos normalmente son mezclas de longitudes de onda. Casi todos los objetos deben su color a los filtros, pigmentos o pinturas, que absorben determinadas longitudes de onda de la luz blanca y reflejan o transmiten las demás. Estas longitudes de onda reflejadas o , transmitidas son las que producen la sensación de color, que se conoce como color pigmento. Los colores pigmento que absorben la luz de los colores aditivos primarios se llaman colores sustractivos primarios y son: • el magenta, que absorbe el verde • el amarillo, que absorbe el azul, y • el cian (azul verdoso), que absorbe el rojo.

Ejemplo Cuando se proyecta una luz verde sobre un pigmento magenta, se refleja poca luz y el ojo percibe una zona negra.

¿,Para qué sirve? Los colores sustractivos primarios pueden mezclarse en proporciones diferentes para crear casi cualquier tonalidad. Los tonos obtenidos así se llaman sustractivos. Si se mezclan los tres en cantidades aproximadamente iguales, producen una tonalidad muy oscura, aunque nunca completamente negra. La mezcla en cantidades iguales de cualquiera par de primarios sustractivos produce el primario aditivo situado entre ellos en el triangulo de los colores.

Ejemplo Cuando se mezclan cian y amarillo el resultado es el verde. Los colores primarios sustractivos se usan en la fotografia en color: para las diapositivas y negativos en color se emplean tintes de color magenta, cian y amarillo. En las fotografías en color sobre papel se emplean tintas de estos mismos colores; también se usa tinta negra para reforzar el tono casi negro producido al mezclar los tres colores primarios. ContinlÍ({ en la siguiente página

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Mezcla de Colores por Sustracción,

Generación de color por sustracción

Continúación

También podemos producir color por sustracción. En este proceso generamos color filtrando la luz de manera selectiva. De este modo eliminamos así ciertas longitudes de ondas del haz: Cuando usamos un filtro ...

Entonces sustraemos los colores •..

Y el resultado es un haz de color...

rojo verde azul

verde y azul rojo y azul verde y rojo

rojo verde azul

Estos filtros no se pueden combinar para producir otros colores. Puesto que el filtro rojo sólo deja pasar dicho color, la combinación de rojo más filtro verde o de rojo más filtro azul no deja pasar la luz. Por ello, los filtros rojo, verde y azul no son apropiados para producir otros colores mediante la sustracción.

Colores complementarios

Los colores complementarios son los colores que pueden combinarse para producir luz blanca. De ese modo, el color complementario para el rojo es el cian; el del azul, el amarillo; y el del verde, el magenta. Estos tres colores (cian, amarillo y magenta) son los colores primarios sustractivos. Los filtros de estos colores pueden usarse sucesivamente para producir otros colores.

Ejemplo Al usar un filtro amarillo y magenta, sustraemos la luz azul con el filtro amarillo y la luz verde con el filtro magenta. El resultado es un haz de luz de color rojo. ContinlÍa en la siguiente página

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Mezcla de Colores por Sustracción,

Continúación

Diferencia entre La diferencia esencial entre los métodos aditivo y sustractivo de mezcla de métodos colores son: Método sustractivo

Método aditivo El color resultante es la suma de los dos componentes usados para producirlo La adición siempre produce un color más brillante En la mezcla aditiva del rojo, verde y azul se produce el blanco

¿Qué sigue?

Es la diferencia entre los dos La sustracción siempre produce un color más oscuro En la mezcla sustractiva de magenta, amarillo y_ cian se produce el negro

Hemos estudiado los principios físicos de la luz y el color relacionados con la visión. En el capítulo 3 analizaremos la fisiología del ojo humano, herramienta principal de la Inspección Visual.

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Capítulo 3 Descripción y Funcionamiento del Ojo Humano Visión General

Introducción

Debido a que el ojo humano es la herramienta de trabajo fundamental con que el inspector trabaja, es importante entender su fisiología y cómo responde a los estímulos de la luz y el color.

Contenido

Este capítulo contiene los siguientes temas:

Tema El Ojo Humano Punto Cercano y Punto Lejano Problemas de la Visión Intensidad de Luz para Observar La Visión del Color según Young ~ Von Helmholtz Limitación en la Observación de los Colores

3-1

}> ági n a

3-2 3-4 3-5 3-8 3-11 3-13

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Alfonso R. García Cueto

El Ojo Humano Introducción

El mecanismo completo de la visión es extremadamente complicado e incluso en la actualidad no se entiende del todo. No obstante, podemos comprender algunos de los principios importantes de la visión al considerar las propiedades ópticas del ojo humano.

¿Qué es?

El ojo humano es el instrumento óptico más complejo que conocemos. El ojo en su conjunto, llamado globo ocular, es una estructura esférica de aproximadamente 2,5 cm de diámetro con un marcado abombamiento sobre su superficie delantera.

¿Para qué sirve?

La función del ojo es traducir las vibraciones electromagnéticas de la luz en un determinado tipo de impulsos nerviosos. Estos impulsos se transmiten al cerebro, que es el órgano que efectúa el proceso de la visión.

¿Cómo es?

La siguiente imagen muestra la sección transversal de un ojo humano visto desde arriba y sus partes: 1/:"

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I

(1)

¿Qué partes tiene?

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La siguiente tabla describe las partes del ojo humano:

Parte Músculo ciliar Iris Pupila Humor acuoso Córnea Cristalino Humor vítreo Retina

Descripción Es Es Es Es Es Es Es Es

un tejido que controla la forma del cristalino un obturador y sirve para ajustar el tamaño de la abertura de la pupila una abertura a la cámara interior del ojo un fluido en el frente del cristalino una envoltura transparente sobre el frente del ojo un lente una sustancia gelatinosa que protege la retina de la luz excesiva la capa sensible a la luz que alinea la parte posterior del ojo

Continúa en la siguiente pági/la

3-2

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El Ojo Humano,

Refracción de la luz

Continuación

Cuando consideramos la forma en la que el ojo refracta la luz incidente, no podemos tratarlo como una lente delgada, debido a que hay más de más de dos fronteras refractoras: el objeto y la imagen se encuentran en medios ópticos diferentes. El cambio relativo más grande en el Índice de refracción ocurre entre el aire (n = 1,000) Y la córnea (n = 1,376). En consecuencia, la mayor refracción se presenta también en la superficie. El cristalino es en realidad una lente de Índice descendente con un Índice mayor (n = 1,406) cerca del centro que en los bordes (n = 1,386). Puesto que los humores acuso y vítreo que rodean al cristalino tienen índices de n = 1.336, la refracción en la superficie de éste es pequeña comparada con la refracción en la córnea.

Enfoque de los objetos

El ojo relajado normal presenta los objetos distantes enfocados en la retina. Para que los objetos cercanos estén enfocados en la retina, deben cambiar algunos parámetros ópticos del ojo. Si un objeto distante se mueve hacia el ojo, éste cambia para mantener la imagen enfocada en la retina. Este efecto se conoce como adaptación y se efectúa principalmente mediante la contracción de los músculos ciliares, que cambian la forma del cristalino. Cuando el ojo enfoca objetos cercanos, el cristalino se vuelven más grueso y su superficie más curvas. Debido a que el cristalino tiene un índice de refracción más alto que el medio circulante, el efecto neto es acortar su longitud focal. La siguiente imagen muestra cómo enfoca el cristalino:

Visión normal, objeto distante

3-3

Visión normal, objeto cercano

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Punto Cercano y Punto Lejano

Introducción

La capacidad de adaptación del ojo es limitada. Los extremos del ámbito en el que es posible la visión definida se conocen como punto cercano y punto lejano del ojo. A continuación se describen éstos.

Punto cercano

El punto cercano es la distancia a la que el ojo, sin ayuda, produce la imagen más grande y nítida en la retina. Los objetos más cercanos a dicho punto no pueden enfocarse. El valor promedio del punto cercano es aproximadamente 25 cm; aunque hay una variación individual considerable, incluso en las personas con visión normal. Por convención, el punto cercano nonnal se considera igual a 25 cm. La posición del punto cercano depende del grado en que el músculo ciliar puede aumentar la curvatura del cristalino. Esta capacidad disminuye gradualmente con la edad; porque el cristalino crece con la edad del individuo y es aproximadamente 50% más grande a los 60 años que a los 20. Además, el músculo ciliar pierde la capacidad de modificar adecuadamente el cristalino más grande. Por estas razones, el punto cercano se aleja poco a poco a medida que envejece el ojo; así pues, una persona promedio con 50 años de edad no puede enfocar un objeto situado a menos de 40 cm del ojo. La siguiente tabla muestra la relación entre la edad y la distancia entre el ojo y el punto cercano:

Punto lejano

Edad en años

Punto cercano en cm

10 20 30 40 50 60

10 14 22 40 200

7

El punto lejano es la distancia más lejana a la que el ojo, sin ayuda, produce una imagen nítida. El punto lejano del ojo normal se encuentra en el infinito.

3-4

Alfonso R. García Cueto

Inspección Visual

Problemas de la Visión

Introducción

La mayor parte de la gente no posee una buena visión. Es muy amplio el intervalo de capacidad visual que se considera normal. Dos tipos de defectos de visión muy comunes que se pueden corregir con facilidad se relacionan con las propiedades ópticas del ojo: la visión corta o miopía y la hipermetropía o presbicia que se desarrolla en personas después de la edad madura debido al engrosamiento y falta de flexibilidad del cristalino. Este tema describe en qué consisten la miopía, la presbicia y el astigmatismo.

Miopía

Un ojo miope es incapaz de adaptarse al intervalo normal de 25 cm al infinito. En vez de eso, hay un punto lejano más allá del que la visión no es nítida. La imagen de un objeto distante se enfoca en la parte frontal de la retina, de modo que sobre ella sólo se forma una imagen borrosa. La visión clara de objetos distantes se restituye al colocar frente alojo una lente divergente que forma la imagen de un objeto distante dentro del intervalo de adaptación de ese ojo en particular. La siguiente imagen muestra un ojo con miopía sin corregir y con miopía corregida:

Miopía sin corregir

Miopía corregida

Contil1úaciólI ell la siguiente págilla

3-5

Inspección Visual

Alfonso R. García Cueto

Problemas de la Visión,

Presbicia

Continúa

Para un ojo con presbicia o hipermetropía el punto cercano está alejado. Si la distancia focal normal es de 25 cm, la imagen de un objeto cercano se enfoca detrás de la retina; por lo que se percibe borrosa. Para ver objetos a 25 cm del ojo es necesario emplear lentes convergentes que forman la imagen del objeto a la distancia del punto cercano real del ojo en cuestión. La siguiente imagen muestra un ojo con presbicia sin corregir y con presbicia corregida:

Presbicia corregida

Presbicia sin corregir

Astigmatismo

El astigmatismo, otro problema visual común, se produce cuando las superficies de la córnea o el cristalino no son esféricas. Las imágenes en un ojo con este defecto se observan como líneas y casi siempre la forma del ojo puede ser aproximada a una combinación de una superficie esférica con una deformación cilíndrica superpuesta. Este problema se corrige con una lente cilíndrica de compensación.

La dioptría

Los optometristas expresan la potencia de las lentes que se usan para corregir defectos visuales en dioptrías. La potencia de una lente en dioptrías es el recíproco de la longitud focal en metros. Es decir: D=l

f Donde: D es la potencia de la lente en dioptrías f es la longitud focal en metros Continúa en la siguiente página

3-6

Inspección Visual

Alfonso R. García Cueto

Problemas de la Visión,

Corrección de problemas de la visión

Continúación

Las longitudes focales más cortas corresponden a potencias dióptricas superiores. El uso de la potencia de la lente es conveniente sobre todo cuando se recurre a varias lentes delgadas ordenadas de manera muy cercana. En este caso, la potencia de la combinación es exactamente igual a la suma de las potencias de las lentes individuales. La selección de una lente de potencia apropiada para corregir un defecto visual suele conseguirse después de diversas combinaciones de lentes frente alojo hasta obtener una visión más clara. Después se escoge una lente única que tenga la misma potencia que la combinación ensayada.

Lentes bifocales

En personas cuyos ojos son incapaces de adaptarse por completo a ambos extremos del intervalo, pueden conseguirse lentes con dos regiones de potencia dióptrica diferente. Se denominan bifocales y tienen una región superior de potencia dióptrica, apropiada para la visión de lejos; y una región inferior diseñada para la visión de cerca. En algunos casos, se utilizan lentes trifocales para proporcionar una mejor visión a distancias intermedias.

3-7

Inspección Visual

Alfonso R. García Cueto

Intensidad de la Luz para Observar

Introducción

¿Cuál es el destello luminoso más débil que se puede ver? ¿Cuál es el número mínimo de fotones que se requieren en la retina para que se detecte un destello? Explicamos las propiedades ópticas del ojo, donde se mostró cómo la luz incidente se enfoca en una imagen en la retina por medio de la córnea y del cristalino. Einstein explicó la interacción de la luz con la materia a partir de la que los rayos luminosos están compuestos por un gran número de fotones individuales. Con frecuencia, la teoría de Einstein constituye la base de nuestra interpretación de cómo la luz ocasiona los cambios físicos, químicos o biológicos. Este tema trata acerca del funcionamiento del ojo humano y de su sensibilidad a la luz.

La retina

Un destello luminoso es visible cuando se estimulan los receptores fotosensibles en la retina. La siguiente imagen muestra la estructura de la retina humana:

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La siguiente imagen muestra una corona o refuerzo: (

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