¿Estás listo para un Holiday?; Conceptos erróneos de la industria sobre las pruebas para detectar discontinuidades.
Según la tradición sobre recubrimientos, el término “holiday” se remonta a la época de los barcos de vela de madera. Un marinero sellaba el mástil del barco con alquitrán para evitar que la madera se pudriera. Si el marinero se olvidaba de recubrir una zona del mástil, la madera se pudría. Se decía que el marinero debía haberse tomado unas “vacaciones” en ese momento, por lo que no logró una buena capa de alquitrán en el mástil. Hoy en día, en el mundo de los recubrimientos de alto rendimiento, un holiday se define como “una discontinuidad en un recubrimiento protector que expone una superficie desprotegida al medio ambiente”, según ASTM G193-21, “Terminología estándar y acrónimos relacionados con la corrosión”. Usted podría preguntarse: “¿Qué es una discontinuidad?” y ahí es donde comienza la confusión de las pruebas de holiday. Según la definición de ASTM G193-21, “Una discontinuidad es una interrupción en la estructura física normal o la configuración de un revestimiento, como grietas, solapamientos, costuras, inclusiones, porosidad o defectos”.
En resumen: un holiday es una imperfección en la película de revestimiento que expone el sustrato. Por lo general, estas discontinuidades/holidays son muy pequeñas y no se ven fácilmente, y crean una vía para que el oxígeno y los electrolitos provoquen el deterioro del sustrato subyacente. Estos defectos tienden a reducir la expectativa de vida de un revestimiento en servicio, en particular si el servicio incluye inmersión, como en el caso del revestimiento de un tanque o una tubería. Para ayudar a reducir las posibilidades de una disminución de la expectativa de vida del revestimiento, la industria utiliza varios métodos estándar para ayudar a encontrar los holidays. Se puede utilizar la inspección visual para localizar los holidays, pero este método puede ser inadecuado por sí solo debido al pequeño tamaño de la mayoría de las ubicaciones de los holidays, combinado con la naturaleza lenta de la inspección. El equipo especializado puede ayudar a aumentar la consistencia y acelerar el proceso de detección de holidays. El uso de equipos de detección de holidays ha cambiado significativamente el proceso de detección de éstos. Estos detectores utilizan corrientes eléctricas donde se completa un circuito entre el equipo y el sustrato conductor para detectar los holidays. Los sustratos conductores incluyen acero al carbono, hierro dúctil, acero inoxidable y sustratos de hormigón con suficiente contenido de humedad.
PRUEBAS DE DETECCIÓN DE HOLIDAYS
Existen dos tipos principales de detección de Holidays: pruebas de bajo voltaje y de alto voltaje. Las pruebas de Holiday de bajo voltaje emplean una esponja saturada de agua para cubrir el espacio entre el equipo y la superficie conductora. El equipo de detección de Holidays de bajo voltaje generalmente emplea solo 62,5 voltios y, como tal, está limitado a espesores de recubrimiento de hasta 20 milésimas de pulgada (mils).
Las pruebas de alto voltaje se utilizan generalmente para recubrimientos de más de 20 mils de espesor, ya que el voltaje más alto permite cubrir el espacio de aire de mayor espesor del recubrimiento. Sin embargo, no existe ninguna razón técnica, siempre que se tomen las precauciones adecuadas, por la que las pruebas de Holiday de alto voltaje no se puedan utilizar en recubrimientos de alto dieléctrico de espesores inferiores a 20 milésimas de pulgada. Este artículo se centrará en el uso de pruebas de detección de Holiday de alto voltaje y los métodos necesarios para obtener resultados consistentes en cualquier proyecto.
¿QUÉ DICE LA CIENCIA?
Para lograr una detección consistente de holidays, se requiere una selección de voltaje adecuada para garantizar pruebas precisas y la detección de discontinuidades. Sin el voltaje adecuado, el equipo no podrá completar el circuito eléctrico y detectar las holidays. Los voltajes de prueba han sido durante mucho tiempo un tema de gran discusión entre los fabricantes de recubrimientos, los aplicadores y los inspectores en la industria de los recubrimientos. En resumen, es el consenso de la industria que la chispa de alto voltaje debe tender un puente sobre el espacio de aire entre el electrodo de exploración y el sustrato subyacente. Comencemos por analizar la definición de la rigidez dieléctrica de un recubrimiento protector y el aire que lo rodea.
FIG. 1: Ejemplo de prueba de Holiday generando una chispa visible.
RESISTENCIA DIELÉCTRICA
La resistencia dieléctrica de un material se puede definir como el pulso o campo eléctrico máximo que un material (por ejemplo, revestimiento, aire) puede soportar antes de romperse. Una vez que se alcanza el voltaje de ruptura, el material se vuelve conductor y permite que la electricidad pase a través de él. En los metales, los electrones pueden viajar libremente a través del material, ya que no están sujetos a ningún límite específico. La resistencia dieléctrica de un recubrimiento se determina comúnmente utilizando ASTM D149, “Tensión de ruptura dieléctrica y resistencia dieléctrica de materiales aislantes eléctricos sólidos a potencia comercial”. En el caso del aire y los recubrimientos, se debe alcanzar un umbral antes de que los electrones puedan “moverse”. Este umbral se define como la resistencia dieléctrica. Una vez que el voltaje es mayor que la resistencia dieléctrica, el aire o el recubrimiento se vuelven conductores de electricidad en los que los electrones tienen suficiente energía para colisionar entre sí, lo que produce una vía para la descarga. Una vez que se produce una descarga, se puede generar una chispa audible y visible (Figura 1).
Investigaciones de laboratorio independientes por el Dr. Whitehead y J. Peak, y sus respectivos trabajos publicados en 1911, determinaron que la rigidez dieléctrica del aire era de aproximadamente 76 voltios por mil para grandes espacios de aire (superiores a 1 metro). Se cree que la industria de los revestimientos adaptó estos hallazgos para establecer la “regla general” de 100 voltios por cada milésima de pulgada para la selección de voltaje cuando se realizan pruebas de defectos de alto voltaje para revestimientos y recubrimientos protectores. De hecho, la “regla general” de 100 voltios por milésima de pulgada se promulga en el curso de capacitación de nivel 1 del Programa de inspectores de revestimientos (CIP) de NACE e IARCOR sin discusión sobre el espesor del revestimiento. Pero, ¿es la “regla general” de 100 voltios por milésima de pulgada un concepto lineal y de voltaje suficiente para detectar discontinuidades con algún grado de certeza? ¿Y qué sucede con las diversas normas de la industria que prescriben configuraciones de voltaje mucho más altas que la “regla general” de 100 voltios por milésima de pulgada?
FIG. 2: Configuraciones de voltaje recomendadas por los estándares de la industria.
ESTÁNDARES DE LA INDUSTRIA
Antes de analizar los datos y los hallazgos, debemos comenzar con las prácticas y normas comunes que se encuentran en la industria de los recubrimientos. Existen varias normas de consenso publicadas y todas varían en términos de definiciones, procedimientos y configuraciones de voltaje. Algunas de las normas más comunes incluyen:
- NACE SP0188, “Práctica estándar para pruebas de discontinuidad (holiday) de nuevos recubrimientos protectores sobre sustratos conductores”;
- NACE SP0274, “Práctica estándar para inspección eléctrica de alto voltaje de recubrimientos de tuberías”;
- NACE SP0490, “Detección de discontinuidad de recubrimientos externos de tuberías con resina epoxi adherida por fusión “FBE” de 250 a 760 μm (10 a 30 mil)”;
- ASTM G62, “Método de prueba estándar para pruebas de holiday en recubrimientos de tuberías”;
- ASTM D4787, “Práctica estándar para la verificación de la continuidad de revestimientos líquidos o en láminas aplicados a sustratos de hormigón”; y
- ASTM D5162, “Práctica estándar para pruebas de discontinuidad (Holiday) de revestimientos protectores no conductores sobre sustratos metálicos”.
- Estas normas hacen referencia a una variedad de tablas y ecuaciones para determinar el voltaje de prueba para un espesor de revestimiento determinado. Una ecuación notable a la que se hace referencia en NACE SP0274 es:
- Voltaje de prueba = 1250√t (donde t = espesor del revestimiento en milésimas de pulgada)
Esta ecuación calcula el voltaje de prueba siguiendo una tendencia exponencial que difiere de la suposición lineal de la “regla general” de 100 voltios/milésimas de pulgada y los ajustes de voltaje recomendados por otros - En otras palabras, se requieren mayores voltios/milésimas de pulgada para espesores de revestimiento más bajos en comparación con un ajuste de voltios/milésimas de pulgada constante para todos los espesores. Como se ve en la Figura 2, los ajustes de voltaje pueden variar en gran medida según el estándar que se utilice. Con diferencias tan dramáticas en los ajustes de voltaje entre estos estándares, ¿realmente importa cuál es el voltaje de prueba establecido? En resumen, sí importa absolutamente cómo se determina el voltaje de prueba.
Requirimientos de voltaje
Los autores diseñaron un programa de pruebas detallado y exhaustivo para determinar la validez de diferentes voltajes de prueba y la consistencia resultante de las fallas detectadas. Utilizando más de 10 espesores de revestimiento diferentes y dos tipos de cepillos (de alambre y de goma), se completaron más de 100 000 pruebas de fallas en el programa de pruebas original. A lo largo de las pruebas, se concluyó que el ajuste de voltaje impactaba directamente en la consistencia y frecuencia de la detección de holidays. En esencia, cuanto menor es la relación voltaje/espesor, menor es la tasa de detección. Las pruebas posteriores realizadas por los autores con cinco espesores de revestimiento adicionales mayores que la prueba inicial determinaron una tendencia similar a medida que aumentaban los espesores de revestimiento. Los autores completaron un total de más de 203 000 pruebas de fallas.
FIG. 3: Hallazgos experimentales sobre los requisitos de voltaje para la detección de holidays.
La Figura 3 demuestra el voltaje por milésima de pulgada requerido para obtener una confianza del 100 % en la detección de fallas según el tipo de cepillo utilizado en comparación con la ecuación y el 20 % de tolerancia para el ajuste de voltaje mínimo mencionado en NACE SP0274. Estos resultados siguen la tendencia exponencial (no lineal) para los espesores probados. Con base en estos resultados, los autores se dieron cuenta de que la mayoría de los estándares de la industria para las pruebas de defectos de alto voltaje y la regla general no eran adecuados para lograr una detección del 100 %. Además, los hallazgos de los autores indican que los cepillos de goma requieren un voltaje significativamente mayor por milésima de espesor de recubrimiento que los cepillos de alambre, hasta aproximadamente 350 milésimas de pulgada.
Por lo tanto, es posible que los fabricantes de equipos de prueba de defectos de caucho deban probar más el uso de cepillos de goma para determinar su eficacia para las pruebas. La Figura 4 documenta la posibilidad de precisión en la detección de holidays al seguir las recomendaciones de configuración de voltaje para los estándares de la industria comúnmente utilizados al usar los cepillos de alambre. Los resultados del experimento concluyeron que solo los estándares que recomiendan el voltaje de prueba = 1250√t (donde t = espesor del recubrimiento en milésimas de pulgada) pudieron lograr una alta confianza en la detección de defectos. Estos resultados resaltan las inconsistencias de la industria para los voltajes de prueba de holidays de alto voltaje. Para poner el significado de estos hallazgos en perspectiva de cuán importante es el voltaje de prueba para la prueba de holidays, se ha presentado el siguiente ejemplo.
UN EJEMPLO DE LA VIDA REAL
Al recubrir tuberías, es fundamental lograr una aplicación uniforme de un sistema de revestimiento de alto rendimiento para garantizar que la infraestructura dure la vida útil diseñada. Los holidays y las imperfecciones pueden afectar significativamente esta vida útil, ya que una sola falla o fuga puede afectar la tubería. Para estos fines, se han desarrollado una serie de estándares mínimos para ayudar a producir tuberías de larga duración de manera constante. AWWA C210-15, “Recubrimientos y revestimientos de epoxi líquido para tuberías y accesorios de acero para agua”, es un estándar que describe los requisitos para los recubrimientos de epoxi líquido. Este estándar requiere un espesor mínimo de recubrimiento de 16 milésimas de pulgada y la prueba de fallas de alto voltaje según NACE SP0188, “Prueba de discontinuidad (holidays) de nuevos recubrimientos protectores sobre sustratos conductores”, con un voltaje de prueba de un mínimo de 100 voltios por milésima de pulgada al espesor mínimo de recubrimiento especificado.
FIG. 4: Hallazgos experimentales para una variedad de estándares industriales.
Como todos sabemos en la industria de los recubrimientos, los recubrimientos pueden variar en espesor y se aplican comúnmente por encima del espesor mínimo especificado. Estas variaciones pueden afectar significativamente la consistencia de la detección de holidays, ya que los recubrimientos más gruesos requieren mayores voltajes para detectar holidays de manera consistente. La Figura 5 demuestra la tasa decreciente de detección de holidays cuando se establece el voltaje en 100 voltios por milésima de pulgada en el espesor mínimo.
Con las versiones actuales de los estándares de la industria y la “regla de oro” de 100 voltios por milésima de pulgada, existe una probabilidad notable de detección limitada de defectos de alto voltaje, lo que puede afectar significativamente la vida útil del recubrimiento y el costo de la infraestructura y el mantenimiento.
FIG. 5: Prueba de voltaje y detección de holidays en función del espesor del recubrimiento.
SUPUESTOS Y VARIABLES INFLUYENTES
Varias variables externas controlables e incontrolables pueden influir en la consistencia de las pruebas de holiday de alto voltaje en superficies de acero. Estas varían desde las condiciones ambientales hasta el tipo de cepillo y equipo, pasando por el tipo de holiday y el detalle del sustrato.
Según las investigaciones y los registros de los estudios, no hubo evidencia de que las condiciones ambientales tuvieran un impacto en los resultados de las pruebas de detección de holiday de alto voltaje. La temperatura del aire, las temperaturas de la superficie y la humedad se registraron durante las pruebas. Las condiciones fueron constantes y oscilaron entre 65 grados F (18C) y 72 grados F (22C) y entre 56 % y 78 % de humedad relativa (RH).
El tipo y la pieza específica del equipo pueden tener un impacto significativo en la detección de holidays. Si el equipo no está calibrado correctamente o el ajuste de voltaje es inexacto en relación con la salida de voltaje, puede ser inadecuado para una detección de holidays consistente. En estos estudios y ejemplos se supone que el tipo de revestimiento de barrera no influye en el voltaje necesario para una detección exitosa de holidays. Si la rigidez dieléctrica del material es lo suficientemente alta como para permitir la detección de holidays, las propiedades del material no tendrían influencia en la consistencia de la detección de holidays y los voltajes necesarios. Por lo general, los materiales de revestimiento diseñados para entornos donde se requieren pruebas de holiday de alto voltaje tienen una rigidez dieléctrica considerablemente superior a las recomendaciones de voltaje mínimo de los estándares de la industria. Esta consideración también permite la prueba de holiday de alto voltaje en revestimientos de menos de 20 milésimas de espesor.
La variable más significativa en los voltajes requeridos y la consistencia de detección es el espesor del recubrimiento. Como tal, este fue el foco del estudio y el análisis resultante. A medida que aumenta el espesor del recubrimiento, aumenta el espacio de aire entre el cepillo/electrodo y el sustrato conductor. Posteriormente, a medida que aumenta el espacio de aire, aumenta el voltaje requerido para romper/saltar el espacio. Todos los resultados presentados respaldan esta noción. Se ha asumido ampliamente que la rigidez dieléctrica del aire tiene una relación lineal con la distancia. Los resultados indican que para la prueba/detección de holidays esto es incorrecto ya que los espesores más bajos requieren hasta 3,5 veces la rigidez dieléctrica teórica del aire y 2,6 veces la “regla de oro” de 100 voltios por milésima de pulgada. Esto podría verse influenciado por el contacto imperfecto del cepillo y la superficie del recubrimiento, la resistencia del circuito (cepillo, electrodo, tierra, etc.) y la forma (redonda, afilada, dañada, etc.) de los electrodos (extremos del cepillo, sustrato). Los estudios de los autores no brindan evidencia o hipótesis sobre el impacto de estas variables.
FIG. 6: Las pruebas experimentales implicaron dos tipos diferentes de cepillos probados con 15 espesores de recubrimiento diferentes.
CONCLUSIÓN
En muchos casos, el espesor mínimo de revestimiento especificado se utiliza como punto para la selección de voltaje cuando se menciona en una especificación o norma. Como muchas áreas del revestimiento estarán por encima del espesor mínimo, la consistencia de detección puede verse afectada. Para mejorar la consistencia y uniformidad en los ajustes de voltaje por espesor de revestimiento, se recomienda utilizar lecturas de espesores que sigan la norma SSPC-PA 2 , “Procedimiento para determinar la conformidad con los requisitos de espesor de revestimiento seco” o la ISO 19840 “Medición y criterio de aceptación para el espesor de película seca en superficies rugosas”, para determinar el espesor de revestimiento promedio para la prueba.
Actualmente, al momento de publicar este artículo, no existen normas conocidas que recomienden los voltajes apropiados para espesores de revestimiento menores o mayores a 20 milésimas de pulgada. Los autores recomiendan seguir específicamente la ecuación a continuación y seguir los procedimientos descritos en una norma de prueba de defectos de alto voltaje adecuada hasta que las normas de la industria puedan actualizarse a la nueva información disponible. Voltaje de prueba = 1250√t (donde t = espesor de revestimiento medido promedio en milésimas de pulgada)
Fuente: JPCL
Traducción al idioma español: IARCOR INTERNACIONAL
Actualización del artículo: IARCOR INTERNACIONAL
