Foro de Inspectores Certificados de Recubrimientos de KTA Volumen 3, Número 13 – Edición Especial
William Corbett, COO
Inspector Senior Certificado de Recubrimientos AMPP y Especialista Certificado en Recubrimientos Protectores
El Foro de Inspectores Certificados de Recubrimientos de KTA está diseñado para proporcionar desarrollo profesional/educación continua sobre estándares, prácticas de inspección, nuevos instrumentos y otros temas para ayudar a mantener actualizados a los inspectores certificados AMPP y FROSIO. Representa los puntos de vista del autor y de KTA-Tator, Inc. Puede o no representar los puntos de vista de AMPP: La Asociación para la Protección y Rendimiento de Materiales, aunque los estándares SSPC, NACE y AMPP son frecuentemente referenciados en el contenido.
Introducción
La edición de noviembre de 2023 del Foro de Inspectores Certificados de KTA describió los cambios propuestos a los estándares industriales tradicionales sobre la detección de discontinuidades.
Desde la publicación de esa columna, cuatro de los cinco estándares industriales más comunes para realizar la detección de discontinuidades, han sido revisados y publicados. Lo más significativo es que estos cuatro estándares están completamente alineados con respecto a las fórmulas para calcular el voltaje de prueba correcto cuando se realiza la detección de discontinuidades de alto voltaje en recubrimientos no conductivos aplicados a sustratos conductivos. Esta columna destaca los principales cambios en esos estándares.
El cambio nunca es fácil, ni es rápidamente reconocido/adoptado. Sin duda seguirá escuchando o leyendo referencias a «100 voltios/mil» como el ajuste de voltaje recomendado para la detección de discontinuidades de alto voltaje. Escuchará o leerá que la detección de alto voltaje solo puede usarse en recubrimientos de más de 20 mils de espesor, aunque los estándares han sido revisados para permitir su uso en recubrimientos tan delgados como 10 mils. También escuchará preocupaciones sobre «quemar el recubrimiento» porque los ajustes de voltaje han aumentado bajo las nuevas fórmulas cuando, de hecho, la mayoría de los recubrimientos actuales (que estarían sujetos a detección de discontinuidades) tienen una resistencia dieléctrica que excede los 500 voltios por mil. Es decir, un recubrimiento de 20 mils puede probarse usando 10,000 voltios (500 v/mil) y permanecer sin daños (Nota: según los últimos estándares, el voltaje calculado para un recubrimiento de 20 mils es 5,600 voltios, que es solo 280 v/mil). En el pasado, el mismo recubrimiento se habría probado a 2,000 voltios (100 v/mil), pero investigaciones significativas realizadas y publicadas en 2021/2022 demostraron que probar un recubrimiento/revestimiento usando 100 voltios/mil probablemente resultará en alguna discontinuidad no detectada.
Comparta este Foro con sus colegas y clientes. Ayude a comunicar estas importantes actualizaciones para que el rendimiento de los sistemas de recubrimiento/revestimiento pueda mejorarse a través de una mejor inspección.
Estándares de la Industria
Los cuatro estándares de la industria que han sido revisados (listados en orden alfanumérico) incluyen:
- ASTM D4787, Práctica Estándar para la Verificación de Continuidad de Revestimientos Líquidos o en Láminas Aplicados a Sustratos de Concreto (2024)
- ASTM D5162, Práctica Estándar para Pruebas de Discontinuidad (Holiday) de Recubrimientos Protectores No Conductivos en Sustratos Metálicos (2024)
- ASTM G62, Métodos de Prueba Estándar para la Detección de Discontinuidad (Holiday) en Recubrimientos utilizados para Proteger Tuberías (2023)
- NACE SP0188, Pruebas de Discontinuidad (Holiday) de Nuevos Recubrimientos Protectores en Sustratos Conductivos (2024).
Note que un quinto estándar, ISO 29601, Protección contra la Corrosión mediante Sistemas de Pintura Protectora – Evaluación de la Porosidad en una Película Seca, aún no ha sido revisado y actualmente no se alinea con los cuatro estándares mencionados anteriormente. Este estándar no contiene una fórmula, sino más bien una tabla que contiene ajustes de voltaje basados en el espesor del recubrimiento. El voltaje/mil varía, desde 117 v/mil @ 20 mils hasta 145 v/mil @ 197 mils. Para espesores de recubrimiento que van desde 209-315 mils, el ajuste de voltaje varía de 95 a 139 v/mil. Estos difieren de los ajustes de voltaje prescritos en los otros cuatro estándares.
Revisión de la Detección de Alto Voltaje (chispa)
Los detectores de alto voltaje (chispa) (disponibles de varios fabricantes) se utilizan típicamente en recubrimientos/revestimientos mayores de 20 mils (500 µm) de espesor, aunque también pueden usarse en recubrimientos/revestimientos tan delgados como 10 mils (250 µm) siempre que el voltaje esté configurado correctamente. Se emplean cepillos metálicos (acero inoxidable o latón, imagen izquierda), goma de neopreno o electrodos tipo resorte (imagen derecha), y el ajuste de voltaje se calcula e ingresa en la unidad detectora antes de su uso. Un cable de tierra conecta el detector a la estructura para completar el circuito. Cuando se usa en tuberías, si la tubería está conectada a tierra, el cable de tierra puede arrastrarse por el suelo, en lugar de conectarse directamente a la tubería (siempre que se mantenga el contacto continuo con el suelo). Se escuchará/visualizará una alarma audible/visible, y a menudo se observará visualmente una chispa cuando se detecte una discontinudidad (holiday o pinhole).
Calibración, Verificación del Voltaje de Salida y Verificación Funcional de los Detectores de Holiday de Alto Voltaje
Al igual que con muchos instrumentos de inspección de recubrimientos, la calibración, verificación en campo y operación correcta son pasos críticos antes de su uso. Estos pasos para los detectores de holiday se describen brevemente a continuación.
Calibración: La calibración es requerida y es realizada por el fabricante del instrumento o un laboratorio de calibración acreditado bajo condiciones controladas según la frecuencia establecida. Se emite un Certificado de Calibración y frecuentemente se coloca una etiqueta con la fecha de vencimiento en el detector. Si el procedimiento de calibración indica que el detector no está produciendo el voltaje de salida correcto (es decir, fuera de tolerancia), debe ser reparado o reemplazado.
Verificación del Voltaje de Salida: La verificación del voltaje de salida y la función general se realiza antes y después de cada período de uso, si el detector se ha caído, o si el electrodo o el espesor del recubrimiento cambian significativamente. Para realizar una Verificación de Voltaje de Salida de dos puntos en un detector de alto voltaje, asegúrese de que el detector esté correctamente conectado a tierra con la estructura (conexión directa o a tierra en el caso de una tubería que esté enterrada), y que el electrodo que se utilizará para la prueba esté conectado y en contacto con el recubrimiento a probar. Conecte el cable de tierra de un voltímetro de lectura máxima al clip de conexión a tierra del detector. Encienda el detector, configure el voltaje basado en el menor espesor de recubrimiento esperado/medido, y active la salida de voltaje. Mientras la salida de voltaje está activada, ubique el electrodo del voltímetro contra el electrodo del detector (las conexiones de los electrodos desde un voltímetro de lectura máxima al cable de tierra y al electrodo del detector se ilustran en la foto).
El voltaje medido en el voltímetro debe estar dentro del 10% del voltaje de prueba deseado. Si es necesario, ajuste la configuración del voltaje de prueba en el detector y vuelva a verificar, luego repita este procedimiento basado en el mayor espesor de recubrimiento esperado/medido. Tenga en cuenta que algunos detectores de holiday de alto voltaje contienen un voltímetro integrado y medios para ajustar el voltaje de prueba en el electrodo automáticamente, realizando así estos pasos automáticamente.
Verificación Funcional: Para realizar una verificación funcional, localice una discontinuidad conocida
en el recubrimiento, donde una pequeña área (menos de 1mm de diámetro) del sustrato esté expuesta. Si no hay ninguno visible, puede ser necesario crear una discontinuidad de 1mm. Verifique que el detector esté correctamente conectado a tierra, luego coloque el electrodo en el recubrimiento al menos a 1 pulgada de distancia de una discontinuidad conocida. Encienda el detector, active la salida de voltaje y pase el electrodo a través de la discontinuidad conocida y asegúrese de que la alarma se active.
Selección del Ajuste la Configuración de Voltaje Correcto
La selección del voltaje es muy crítica. Si el voltaje se establece demasiado alto (excediendo la resistencia dieléctrica del recubrimiento) puede afectar adversamente el rendimiento a largo plazo. Por el contrario, si el voltaje se establece demasiado bajo, las discontinuidades pueden no ser detectados debido a la resistencia dieléctrica del aire y eso también puede impactar el rendimiento a largo plazo del recubrimiento/revestimiento.
Investigaciones extensivas realizadas por Avid Protective Products, Inc. y Tnemec Company, Inc. publicadas/presentadas en la Conferencia Anual AMPP 2022 y posteriormente en el Journal of Protective Coatings and Linings (JPCL) en septiembre de 20221 revelaron que las fórmulas y las tablas de Ajuste de Voltaje Sugerido en los estándares de ese momento, así como la «regla general» de 100 voltios/mil, todos producían ajustes de voltaje que eran demasiado bajos y existía la preocupación de que los pinholes/holidays no fueran detectados.
Gracias a la innovadora investigación publicada en 2022, los estándares de la industria para la detección de holidays publicados tanto por ASTM como por AMPP ahora incorporan el método correcto para calcular el voltaje de inspección basado en la Ley de Paschen. Los cuatro estándares revisados ahora establecen que el voltaje de prueba debe ser 1.5 veces la resistencia dieléctrica del aire al espesor de película seca medido, calculado usando la ley de Paschen, más 1500 voltios (V). Para aire a temperatura y presión atmosférica estándar, el voltaje se calcula como:
Si bien ASTM D4587-24, D5162-24, G62-23 y NACE SP0188-2024 proporcionan la fórmula, también simplifican su implementación incluyendo tablas de consulta de ajuste de voltaje para valores comunes de espesor de recubrimiento (tanto en mils como en micras). Es decir, hacen los cálculos por usted. Tenga en cuenta que, como se indicó anteriormente, ISO 29601 aún no ha sido actualizado para alinearse con los otros cuatro estándares.
La tabla siguiente compara la «regla general», las fórmulas anteriormente referenciadas y la última fórmula basada en la Ley de Paschen usando dos valores diferentes de espesor de recubrimiento. Las diferencias entre los voltajes recomendados son significativas.
| Espesor del Recubrimiento | “Regla General” (100v/mil) | Fórmulas Anteriores (redondeado) | Nueva Fórmula (Ley de Paschen) |
|---|---|---|---|
| 34 mils | 3,400 v | 3,100 v (91 v/mil) | 7,500 v (221 v/mil) |
| 70 mils | 7,000 v | 10,500 v (150 v/mil) | 12,000 v (171 v/mil) |
Un ajuste de voltaje de 1.5 veces la resistencia dieléctrica del aire asegura que factores como los residuos en la superficie del electrodo o recubrimiento, las variaciones locales en el espesor del recubrimiento y las imperfecciones en el electrodo tengan menos probabilidades de resultar en una falla para detectar una discontinuidad. Sin embargo, si se hacen esfuerzos para tener en cuenta esos factores, y hay acuerdo entre todas las partes interesadas, puede ser aceptable un voltaje de prueba más bajo. Por ejemplo, puede ser necesario un ajuste de voltaje más bajo cuando el voltaje calculado está cerca de la resistencia dieléctrica del recubrimiento, o cuando el voltaje calculado al espesor de película seca medido excede las capacidades del equipo de detección de holidays disponible. Si bien es crítico que el voltaje de prueba seleccionado no exceda la resistencia dieléctrica del recubrimiento (o puede ocurrir una ruptura eléctrica a través del recubrimiento, dañándolo), para la mayoría de los recubrimientos comunes utilizados actualmente esto no es una preocupación.
Tenga en cuenta que la resistencia dieléctrica del recubrimiento no siempre aparece en la hoja de datos del producto (PDS) del fabricante del recubrimiento, por lo que puede necesitar contactar al representante técnico para obtener ese valor. Además, se recomienda consultar con el fabricante del recubrimiento sobre su ajuste de voltaje recomendado para el sistema de recubrimiento, ya que algunas formulaciones de recubrimiento pueden requerir ajustes de voltaje especiales. Tenga en cuenta que es posible que le digan «use 100v/mil». Cuando esto suceda, infórmeles que los estándares de la industria han cambiado. Muchas referencias a los estándares de la industria se encuentran en las especificaciones y en las PDS sin que el representante conozca el contenido completo de esos estándares o se dé cuenta de que ha habido actualizaciones.
La configuración de voltaje se basa en el espesor real de película seca. Si el espesor del recubrimiento varía sustancialmente, entonces puede ser necesario el uso de múltiples ajustes de voltaje durante la inspección. Por ejemplo, si el espesor del recubrimiento en un tramo de tubería (aplicado en taller) es diferente al espesor del recubrimiento aplicado en el área de soldadura circunferencial en campo, entonces el ajuste de voltaje debe realizarse según los espesores reales.
La selección de la configuración de voltaje correcto puede ser desafiante dado que el espesor del recubrimiento/revestimiento aplicado sin duda variará a través de la superficie. Por ejemplo, si una especificación requiere un revestimiento en un tanque de 35-50 mils, probablemente habrá áreas que tengan 35 mils y otras áreas que tengan 50 mils; ambas cumplen con la especificación. Es imposible conocer el espesor del recubrimiento en cada pie cuadrado de superficie del tanque (o los accesorios) o ajustar el detector de holidays cada vez que cambia el espesor. Así que veamos esto más de cerca. Basado en la nueva fórmula usando la Ley de Paschen, el ajuste de voltaje correcto para 35 mils es aproximadamente 7,700 voltios, que es 220 v/mil; para 50 mils el ajuste de voltaje es 9,600 voltios que es 192 voltios/mil. Al tomar un enfoque conservador y configurar el detector para el espesor máximo especificado (en este caso 50 mils, o 9,600 voltios), se detectará un holiday en el recubrimiento independientemente del espesor real del recubrimiento, hasta 50 mils. Algunos pueden dudar en probar un recubrimiento de 35 mils a 9,600 voltios, sin embargo, eso equivale a 274 v/mil. Siempre que la resistencia dieléctrica del recubrimiento sea mayor que 274 v/mil, el recubrimiento no será dañado por la configuración de voltaje más alto. Como se mencionó anteriormente, la mayoría de los recubrimientos actuales tienen una resistencia dieléctrica que excede los 500v/mil. De hecho, ASTM D5162-24 establece: «La configuración de voltaje seleccionado se basa en el espesor de película seca del sistema de recubrimiento/revestimiento. Si el espesor del recubrimiento/revestimiento varía sustancialmente, entonces puede ser necesario el uso de múltiples ajustes de voltaje durante la inspección. Alternativamente, seleccione un voltaje basado en el espesor máximo.»
Investigación de Seguimiento
Un artículo posterior publicado en la edición de julio/agosto de 2024 de JPCL2 discute las actualizaciones a los estándares y si existe algún riesgo para los recubrimientos asociado con los cambios en estos estándares. Aquí hay tres puntos clave del artículo:
- Los recubrimientos y revestimientos son frecuentemente aplicados por humanos y nunca son perfectamente uniformes. Habrá áreas de menor espesor. Esto infiere una correspondiente menor resistencia dieléctrica del recubrimiento (una suposición de linealidad entre el espesor del recubrimiento y la resistencia dieléctrica de ese recubrimiento) y preocupaciones de que probar un recubrimiento con los nuevos requisitos de voltaje quemará a través de un recubrimiento que es comparativamente más delgado en un área, dañándolo. Esta suposición es incorrecta para los rangos de espesor de los recubrimientos protectores. Más bien, en la mayoría de los casos, a medida que el espesor del recubrimiento disminuye, la resistencia dieléctrica del recubrimiento aumenta.
- El autor cita una tesis de maestría de John Harvey Gustafson sobre la resistencia dieléctrica de algunas pinturas anticorrosivas3. Combinó los datos de esta tesis con los valores dieléctricos de una docena de sistemas de recubrimiento industriales epóxicos y de poliuretano para estimar el voltaje de ruptura de materiales en diferentes rangos de espesor. Este «análisis de datos» culminó en una extensa tabla que enumera el «Espesor de Perforación por quemadura» proyectado cuando se usa la nueva fórmula de cálculo de voltaje. Aquí hay un ejemplo: Según sus datos, se estima que un recubrimiento de 20 mils probado a 5,600 voltios se «perforará» en áreas de 4.5 mils o menos. Un recubrimiento menor al 25% del espesor especificado probablemente mostrará evidencia de falla temprana una vez en servicio, por lo que detectar estas ubicaciones excesivamente delgadas para su reparación, incluso si se hace a través de «perforación», puede ser beneficioso.
- La medición adecuada del espesor del recubrimiento (y la reparación de áreas que muestran un espesor insuficiente) antes de probar el recubrimiento usando los nuevos ajustes de voltaje presenta muy bajo riesgo de daño al recubrimiento. Las variaciones menores en el espesor del recubrimiento (respecto al especificado) no se verán afectadas por estos nuevos requisitos de detección de discontinuidades.
Resumen
Esta Edición Especial del Foro de Inspectores Certificados de Recubrimientos describió los cambios en cuatro estándares de la industria para realizar la detección de discontinuidades de alto voltaje y la importancia de calcular y seleccionar el voltaje de prueba adecuado (basado en la Ley de Paschen) cuando se usa un detector de holidays de alto voltaje. Si bien siempre es una buena idea consultar con el fabricante del recubrimiento sobre la configuración del voltaje recomendado para sus sistemas de recubrimiento, si le aconsejan 100 voltios/mil, debe informarles sobre los cambios que se han realizado en los estándares de la industria para la detección de discontinuidades. Usar el ajuste de voltaje adecuado es primordial para la detección y reparación de pinholes y holidays para el rendimiento a largo plazo del recubrimiento y la protección de activos.
- Está Listo para un Holiday? Conceptos Erróneos de la Industria sobre las Pruebas de Discontinuidad, Cameron Walker, Avid Protective Products, Inc.; y Vaughn O’Dea, Joshua Bell, y Javier Tormes, Tnemec Company, Inc.; JPCL, Volumen 39, No. 9, septiembre 2022 ↩︎
- Cambios en los Estándares de Pruebas de Holiday y los Riesgos para su Proyecto de Recubrimientos, Cameron Walker, ICE Dragon Corrosion, Inc.; JPCL, Volumen 41, julio/agosto 2024 ↩︎
- J.H. Gustafson, «Scholars’ Mine,» 1960. [En línea]. https://scholarsmine.mst.edu/masters_theses/5563/. ↩︎