Monitoreo del espesor

Métodos de control del espesor

Cuando necesites medir el grosor de algo, puedes utilizar una herramienta como una regla con una resolución aproximada de 1 mm; sin embargo, intentar medir a ojo con más precisión que ésta no es fiable.

Para medir dimensiones más pequeñas, se inventó el micrómetro (similar a un calibre vernier). Utilizan una rosca de tornillo precisa para medir pequeñas distancias con una resolución de 0,01 mm aproximadamente, y las versiones digitales o mecánicas son relativamente baratas.

Los micrómetros se siguen utilizando mucho en la fabricación de bajo volumen, donde los procesos se realizan a mano. Sin embargo, para la producción en serie, realizar mediciones manuales repetidas con un micrómetro es poco práctico, ya que supondría un importante cuello de botella en la línea de producción y reduciría su velocidad.

Micrómetro utilizado para medir a mano.

Para realizar mediciones precisas en una línea de producción, se puede utilizar una Máquina de Medición de Coordenadas (MMC) robotizada. Éstas utilizan una sonda para medir la geometría 3D de una pieza fabricada y pueden automatizarse para realizar la inspección mucho más rápido y con mayor precisión que un operario humano. La inspección con MMC robotizada se utiliza en la producción a gran escala de piezas con geometría compleja, como los componentes del motor de un coche.

Sin embargo, los materiales finos, como el papel, sólo tienen una medida importante que controlar: su grosor. Utilizar un micrómetro para ello es demasiado lento y podría dañar fácilmente el material, mientras que un sistema de MMC es innecesariamente complejo y aún podría ralentizar el ritmo de producción. Para resolver este problema, se han desarrollado instrumentos especializados de control del grosor basados en la radiactividad, que proporcionan un método rápido y sin contacto para medir el grosor de las chapas finas.

Control del espesor mediante isótopos radiactivos

Alfa(α), Beta(β) y Gamma(γ) son los principales tipos de radiación, y cada uno de ellos tiene un poder de penetración diferente a través de los materiales. Los tres tipos de radiación son partículas de radiación, siendo la alfa la más pesada y más ionizante y la gamma la más ligera y menos ionizante.

• La radiación alfa (α), un núcleo de helio, suele ser bloqueada por una hoja de papel y sólo viajará unos centímetros a través del aire.

• La radiación beta, un electrón que se mueve rápidamente, puede penetrar a través de una hoja de papel, pero normalmente será bloqueada por una fina placa metálica.

• La radiación gamma, un fotón de alta energía, es la partícula más pequeña y tiene el mayor poder de penetración, sólo bloqueable por una placa metálica gruesa de un material como el plomo o el hierro.

La relación entre el grosor del material y la cantidad de atenuación de la radiación puede utilizarse para realizar una medición sin contacto. Conociendo la intensidad inicial del haz de radiación y midiendo la intensidad del haz después de que haya atravesado el material, se puede calcular la cantidad de atenuación y el correspondiente grosor del material.

Como la intensidad del haz de radiación puede medirse continuamente, esta técnica puede proporcionar una forma de inspeccionar materiales finos en tiempo real, a medida que se fabrican en una línea de producción ininterrumpida.

Radioisótopos utilizados en el control del espesor

La radiación beta es la más utilizada para las aplicaciones de control de espesor, ya que tiene el poder de penetración más adecuado; la radiación alfa quedaría bloqueada incluso por una hoja de papel fina, mientras que la radiación gamma atravesaría la mayoría de los materiales finos, aunque la radiación gamma se utiliza a veces para materiales de chapa metálica más gruesos.

Una fuente radiactiva con una vida media larga es ideal para esta aplicación, ya que significa que la tasa de actividad será constante durante mucho tiempo. Esto es útil, ya que significa que la fuente radiactiva no tendrá que cambiarse a menudo, y el nivel de actividad será casi constante cada día.

Instrumento de control del espesor

El instrumento necesario para realizar el control radiactivo del espesor se denomina a veces calibrador radiactivo.

Cuando se utiliza en el proceso de fabricación de un material en hojas finas, como el papel o el papel de aluminio, el medidor radiactivo suele emplearse tanto para controlar como para supervisar el grosor del producto. Estos productos suelen fabricarse con rodillos que forman la lámina mediante compresión y estirado.

Esquema de un instrumento radiactivo de control del espesor (medidor radiactivo) incorporado a un sistema de producción con rodillos. - Originales de StudySmarter

1. Después de que el material de la hoja haya pasado por un conjunto de rodillos, pasa por debajo de una fuente radiactiva de intensidad conocida.

2. Un detector situado al otro lado del material mide la intensidad de la radiación que atraviesa la hoja y transmite estos datos a un procesador informático.

3. El procesador calcula el grosor del material basándose en la intensidad de radiación inicial conocida, la intensidad de radiación medida que atraviesa la lámina y las propiedades de atenuación del material de la lámina.

4. Este grosor calculado se compara con el grosor objetivo. Si el material es demasiado grueso o fino, el ordenador ajusta la fuerza sobre los rodillos para corregir el error.

Ejemplos de control del espesor

La aplicación más obvia de los medidores radiactivos es el control del grosor de las chapas durante su fabricación. Según el material fabricado, utilizan emisores beta o gamma en función del poder de penetración necesario. Sin embargo, la tecnología también ha encontrado otros usos en aplicaciones similares de inspección sin contacto. He aquí algunos ejemplos.

Aplicaciones de control del espesor

• Producción de papel (Beta)

• Producción de papel de aluminio (Beta)

• Producción de chapas y placas metálicas (Gamma)

Control del espesor: Otras aplicaciones industriales

• Control del nivel de fluidos: detección del nivel de llenado de un recipiente (Gamma)

• Cantidades/composiciones de materias primas que se desplazan por una cinta transportadora (Gamma)

• Análisis de la distribución de la densidad de materiales dentro de un contenedor cerrado (Gamma)

Radioisótopos de uso común para aplicaciones de medición

• Criptón-85. Emisor beta con una vida media de 10,8 años.

• Cesio-137. Emisor beta con una vida media de 30,17 años.

• Americio-241. Principalmente un emisor alfa, con un subproducto de radiación gamma y una vida media de 432,2 años. Se utiliza como emisor gamma en aplicaciones de medidores radiactivos, ya que la partícula alfa queda bloqueada por unos centímetros de aire.

• Cobalto-60. Emisor beta con una vida media de 5,3 años, que decae en Níquel-60 que emite rayos gamma.