Medición de espesores en neumáticos

A través de esta nota de aplicación, se expone cómo medir la profundidad de cables o bandas de acero/fibra en todo tipo de neumáticos de caucho, así como el espesor total de la pared en algunos casos.

Control de calidad en la fabricación de neumáticos de caucho

Para fines de control de calidad, los fabricantes de neumáticos requieren conocer la posición de los cables de acero o fibra que se encuentran insertados en las paredes de los neumáticos de automóviles, camiones y vehículos todoterreno. Esto es especialmente importante en el caso de inspeccionar neumáticos costosos y de gran dimensión destinados a la maquinaria de construcción, en los cuales la ubicación incorrecta de dichos cables (o hilos) puede generar fallas costosas. En algunos casos, los fabricantes también desean medir el espesor total de pared del material. Estas mediciones requieren una atención particular, ya que el caucho es de elevada atenuación para las ondas acústicas de alta frecuencia y la estructura interna de la mayoría de los neumáticos genera un complejo patrón de ecos.

Equipamiento para medir el espesor de neumáticos de caucho

Existen dos métodos para medir neumáticos, dependiendo del espesor que deba ser medido. Recomendamos los siguientes instrumentos para aplicaciones específicas: 

1. Medidores de espesores ultrasónicos para neumáticos de automóviles y camiones ligeros

El primer método usa un medidor de espesores ultrasónico, como un medidor 39DL PLUS™ o 45MG—dotado de la opción de software Sonda monoelemento— conjugado con una sonda M1036 (2,25 MHz).

Estos medidores se usan generalmente en neumáticos de automóviles o camiones ligeros y, junto con la sonda de baja frecuencia, se emplean generalmente para medir solamente la profundidad de cables/hilos. El rango de medición es de aproximadamente 3 mm a 25 mm, con una precisión de calibración de ± 0,25 mm o superior. El A-scan, como función estándar para el medidor 39DL PLUS y opcional para el medidor 45MG, sirve para verificar la detección del primer cable/hilo, lo que ayuda a determinar el espesor mínimo del caucho.

2. Detectores de defectos ultrasónicos para neumáticos de gran dimensión

El segundo método usa un medidor de espesores ultrasónico, como un detector de defectos de la serie EPOCH™ con un emisor de onda cuadrada. Este método funciona bien tanto con el detector EPOCH 6LT como con el EPOCH 650 usando sondas seleccionadas de baja frecuencia. Estos detectores de defectos con emisor de onda cuadrada y filtros de paso de banda seleccionables ofrecen más penetración que un medidor de espesores y son recomendados para neumáticos de gran dimensión, como camiones o vehículos todoterreno. Es posible medir frecuentemente espesores de caucho superiores a 200 mm mediante sondas de 500 kHz; algunas veces colocadas en pares para aplicar el modo de emisión y recepción [pitch-catch]. Los rangos típicos de precisión de medida van desde 0,25 mm a más en neumáticos de vehículos de pasajeros, y hasta ± 1 mm en neumático de camiones y vehículos de gran dimensión todoterreno.

Procedimiento para medir el espesor de neumáticos de caucho

La atenuación acústica y la estructura interna varían grandemente entre los varios tipos de neumáticos; por lo tanto, es importante evaluar cada aplicación individualmente. La medición de neumáticos siempre requiere sondas de baja frecuencia igual o inferior a 2,25 MHz. En algunos casos, es útil usar una sonda con una superficie antidesgaste de epoxi para optimizar el acoplamiento acústico entre la sonda y el caucho. La sonda que se recomienda mayormente para ensayos en neumáticos es la M1036 (de 2,25 MHz y 12,5 mm [0,5 pulg.] de diámetro con alta penetración) y la V601-RB (de 500 kHz y 25 mm [1 pulg.] de diámetro).

En aplicaciones que involucran neumáticos de gran espesor (superior a 4 pulg. o 100 mm de caucho), se ha utilizado pares de sondas V601-RB en el modo de emisión y recepción [pitch-catch] con un detector de defectos. La separación de las funciones de emisión y recepción permite usar una ganancia de recepción muy alta sin experimentar los problemas potenciales de sonido asociados al aumento de la recuperación del impulso de excitación. Se recomienda el uso de un gel acoplante para todas las aplicaciones de neumáticos. Para asegurar un correcto estado de humedad, el acoplante debe actuar en la superficie del material. Tal como se efectúa en otras mediciones de espesor ultrasónicas, es necesario calibrar la velocidad acústica del caucho mediante una pieza de referencia de espesor conocido. La velocidad acústica del caucho varía rápidamente con la temperatura; por consiguiente, dicha velocidad debe medirse en función de una temperatura equiparable a la de las condiciones actuales de medición.

La obtención de una medida satisfactoria de todo el espesor del neumático, a diferencia de la profundidad de los cables, depende de la estructura de dichos cables. En algunos tipos de neumáticos que presentan muchas capas de cables o en donde dichos cables son colocados estrechamente, la medición del espesor total será improbable debido a la poca energía acústica que llega a recibir la pared interna del material. En otros neumáticos que presentan una separación individual más amplia entre los cables, la energía acústica penetrará la pared interna y será posible medir el espesor total. Estas características deben ser evaluadas caso por caso. Por ejemplo, cuando un eco de la pared interna es visible, el instrumento puede cambiar a una segunda configuración disponible para ejecutar la medición.

La Figura 1 muestra el eco de los cables de acero que se mide a partir de la banda de rodamiento externa en un neumático de automóvil, cuya banda de rodamiento presenta 12,5 mm de espesor aproximadamente. La medida es obtenida mediante el medidor de espesores 39DL PLUS enlazado a la sonda M1036 (2,25 MHz). En este caso, el eco se mide para el primer lóbulo positivo.

Figura 1
 

La Figura 2 muestra la medida del espesor total de pared de un neumático de gran dimensión (perteneciente a un vehículo de construcción) con un espesor de aproximadamente 171,5 mm, obtenida con un detector de defectos EPOCH 650 en el modo de transmisión directa y dos sondas V601-RB de 500 kHz. La puerta de medición ha sido situada para capturar el espesor de caucho, siendo representado por el pico cercano al lado derecho de la pantalla.

Figura 2