Como se ha visto en los números de: Finishing Today, Feb. 2008; Materials Performance Magazine, Sept. 2004; Quality Digest Magazine, Oct. 2004
Los medidores de espesor de recubrimientos que utilizan técnicas de medición ultrasónica son cada vez más populares. Complementan o sustituyen los métodos destructivos para medir el espesor de recubrimientos sobre madera y productos derivados de ella.
Los revestimientos cumplen diversas funciones. Algunos están diseñados para restaurar, proteger, impermeabilizar y embellecer las estructuras de madera. Otros están formulados específicamente para sellar y llenar los poros y proporcionar una textura superficial estéticamente agradable. Los acabados penetrantes se absorben en la madera y se endurecen para crear una fuerte barrera protectora que no se desprende.
Los recubrimientos están diseñados para cumplir su función de forma óptima dentro del estrecho rango de espesor especificado por el fabricante. Por ejemplo, los barnices de conversión son más duros que otros recubrimientos y no deben superar 5 mils de espesor seco para evitar agrietamientos u otros fallos del acabado. La laca de nitrocelulosa normalmente debe mantenerse por debajo de 3 mils. Un espesor uniforme en mils es fundamental al aplicar capas base de laca y capas de craquelado para lograr el efecto craquelado deseado.
En tableros de fibra de densidad media (MDF), el espesor del recubrimiento en polvo suele oscilar entre 3 y 9 mils. Por lo general, cuanto mayor es el espesor en mils, más duradero es el acabado. Las especificaciones de fábrica suelen exigir una tolerancia de ±1 mil. Este nivel de calidad no puede determinarse con solo observarlo.
Medir con exactitud el espesor del acabado ofrece otras ventajas. Cuando las empresas no comprueban ni verifican la calidad del recubrimiento de los materiales recibidos, desperdician dinero en retrabajos. Al comprobar la técnica de los operarios de pulverización, garantizan que el recubrimiento se aplique conforme a las recomendaciones del fabricante. Además, un espesor de película excesivo puede reducir drásticamente la eficiencia general. Por último, los ensayos periódicos pueden reducir los retrabajos internos y las devoluciones de clientes por defectos de acabado.
En el caso de los metales, es habitual comprobar el espesor de los recubrimientos con fines de control de calidad e inspección. Cuando el metal base es acero al carbono, se utiliza un método magnético. Para otros metales, como el cobre y el aluminio, se emplean dispositivos de corrientes parásitas.
Dado que estos instrumentos no pueden medir el espesor de los acabados sobre madera, se han utilizado técnicas alternativas, entre las que se incluyen:
Estas pruebas requieren mucho tiempo, son difíciles de realizar y están sujetas a la interpretación del operador y a otros errores de medición. Los aplicadores consideran que los métodos destructivos no son prácticos. Para obtener una muestra estadísticamente representativa, puede ser necesario desechar varios productos de madera de un lote como parte del proceso de ensayo destructivo.
Con la llegada de los instrumentos ultrasónicos, muchos profesionales del acabado han optado por la inspección no destructiva.
Los profesionales de la calidad ya conocen diversos aspectos de los ensayos por ultrasonidos, en los que se utiliza energía acústica de alta frecuencia para realizar exámenes y mediciones. Estos ensayos permiten detectar y evaluar defectos en metales, medir dimensiones, caracterizar materiales y mucho más.
La medición del espesor de pared es quizá el ensayo ultrasónico más habitual y sencillo. Los medidores ultrasónicos de precisión de espesor de pared permiten medir rápidamente objetos sin acceder a ambos lados. Sin embargo, no son ideales para medir recubrimientos: carecen de sensibilidad suficiente para medir el espesor de masillas acrílicas, imprimaciones de fábrica, lacas, acabados UV, recubrimientos en polvo y otros materiales utilizados sobre madera.
El primer instrumento portátil diseñado específicamente para la medición del espesor de los revestimientos apareció en el mercado hace 14 años y ahora se encuentra en su cuarta generación. Utiliza un transductor de un solo elemento y técnicas numéricas avanzadas para filtrar y mejorar los ecos digitalizados. Los medidores portátiles de espesor de revestimientos por ultrasonidos de hoy en día son sencillos de manejar, asequibles y fiables (figura 1).
El ensayo por ultrasonidos funciona enviando una vibración ultrasónica al recubrimiento mediante una sonda (transductor), con ayuda de un acoplante aplicado sobre la superficie.
La vibración se propaga por el recubrimiento hasta encontrar un material de propiedades mecánicas diferentes, normalmente el sustrato, aunque puede ser otra capa de recubrimiento. Parte de la vibración se refleja en esa interfaz y regresa al transductor. Mientras tanto, parte de la vibración transmitida continúa más allá de la interfaz y experimenta nuevas reflexiones en las interfaces de materiales que encuentra (figura 2).
Como puede producirse un gran número de ecos, el medidor selecciona el eco máximo o más intenso para calcular una medición de espesor. Los instrumentos que miden capas individuales de una aplicación multicapa también favorecen los ecos más intensos. El usuario introduce el número de capas que desea medir, por ejemplo 3, y el medidor mide los 3 ecos más intensos. Ignora los ecos más débiles procedentes de imperfecciones del recubrimiento y de capas del sustrato.
La exactitud de cualquier medición ultrasónica se corresponde directamente con la velocidad del sonido del material de acabado que se está midiendo. Dado que los instrumentos ultrasónicos miden el tiempo de tránsito de un pulso ultrasónico, deben calibrarse para la «velocidad del sonido» en ese material concreto.
En la práctica, los valores de velocidad del sonido no varían mucho entre los materiales de recubrimiento utilizados en la industria de la madera. Por tanto, los medidores ultrasónicos de espesor de recubrimientos normalmente no requieren modificar los ajustes de calibración de fábrica.
Un factor que influye en la exactitud y repetibilidad de la medición ultrasónica es cómo los recubrimientos forman la interfaz con el sustrato de madera. La figura 3 muestra dos ejemplos de madera recubierta. Estas fotos, de mayor resolución que la alcanzable en la mayoría de los ensayos destructivos en obra, muestran claramente el límite entre el acabado y la madera. El recubrimiento puede parecer liso en la parte superior, pero su espesor puede ser irregular. Los sustratos de madera suelen presentar grano, distintos grados de rugosidad superficial y penetración de imprimación. Esta porosidad y rugosidad pueden favorecer la adherencia, pero dificultan obtener mediciones de espesor repetibles por cualquier medio.
Los medidores ultrasónicos están diseñados para promediar pequeñas irregularidades y obtener un resultado útil. Sobre superficies o sustratos muy rugosos, donde las lecturas individuales pueden no parecer repetibles, comparar una serie de resultados promediados suele proporcionar una repetibilidad aceptable.
Los ensayos ultrasónicos aportan ventajas claras a la industria de la madera. Los fabricantes de muebles, pisos e instrumentos musicales suelen aplicar varias capas de laca o materiales de acabado similares. Algunos procesos requieren identificar el espesor de capas individuales o grupos de capas. Si se aplica con un espesor incorrecto, la capa de recubrimiento que embellece y protege una guitarra de alta calidad, por ejemplo, puede perjudicar su sonido. Un exceso de recubrimiento puede amortiguar su resonancia acústica; una cantidad insuficiente puede tener el efecto contrario.
Los fabricantes de instrumentos musicales utilizan medidores ultrasónicos para medir de forma exacta y no destructiva la laca de sus valiosos productos. Esta tecnología ha reducido el consumo de laca y permite obtener mediciones útiles sin alterar excesivamente la producción. No hace falta desechar productos para medir el espesor de recubrimiento; puede medirse fácilmente toda la superficie para garantizar un recubrimiento liso y uniforme. La mayor capacidad de controlar el proceso de recubrimiento minimiza los retrabajos.
La medición ultrasónica del espesor de recubrimientos es una práctica de ensayo aceptada y fiable en la industria de la madera. El método de ensayo estándar se describe en ASTM D6132-04, «Método de ensayo estándar para la medición no destructiva del espesor de película seca de recubrimientos orgánicos aplicados mediante un medidor ultrasónico» (2004, ASTM). Para verificar la calibración del medidor, hay patrones de espesor con recubrimiento epoxi y certificación trazable a organismos nacionales de metrología.
Ahora es posible realizar mediciones de espesor rápidas y no destructivas en materiales que antes requerían pruebas destructivas o análisis de laboratorio. Esta nueva tecnología mejora la consistencia y el rendimiento en la sala de acabado. Las reducciones de costos potenciales incluyen:
Hoy en día, estos instrumentos son sencillos de manejar, asequibles y fiables.
DAVID BEAMISH (1955 – 2019), expresidente de DeFelsko Corporation, una empresa con sede en Nueva York dedicada a la fabricación de instrumentos portátiles de ensayo de recubrimientos que se comercializan en todo el mundo. Era licenciado en Ingeniería Civil y contaba con más de 25 años de experiencia en el diseño, la fabricación y la comercialización de estos instrumentos de ensayo en diversos sectores internacionales, entre ellos la pintura industrial, el control de calidad y la fabricación. Impartió seminarios de formación y fue miembro activo de diversas organizaciones, entre ellas NACE, SSPC, ASTM e ISO.
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