Perfil de Superficie y Rugosidad. Comparación de métodos de medición.

Las superficies de acero se limpian con frecuencia por impacto abrasivo antes de la aplicación de recubrimientos protectores. Este proceso elimina los recubrimientos anteriores y endurece la superficie para mejorar la adherencia del recubrimiento. El perfil de superficie resultante, o patrón de anclaje, se compone de un complejo patrón de picos y valles que deben ser evaluados con precisión para asegurar el cumplimiento de las especificaciones del trabajo o contrato. 

MÉTODOS DE MEDICIÓN DE PERFIL DE SUPERFICIE

Una superficie de acero después de la limpieza con chorro de arena consiste en irregularidades aleatorias con picos y valles que no son fáciles de caracterizar. Los instrumentos que pueden medir este perfil con un alto grado de precisión, como los microscopios electrónicos de barrido, sólo son adecuados para uso en laboratorio. En una especificación, habitualmente, se indican los rangos de perfil de superficie ya que es diferente dependiendo del tipo de recubrimiento.

La determinación del perfil de la superficie depende de su definición. ISO1 8503-12 lo define como la altura de los picos principales en relación con los valles principales. ASTM3 D71274 lo describe como las desviaciones verticales positivas y negativas medidas a partir de una línea media, aproximadamente el centro del perfil que se está evaluando. La norma ASTM D4417-115 actualmente no define el perfil en absoluto, pero describe 3 métodos de medición diferentes (comparadores de perfil A, micrómetros de profundidad B y cinta replica C).

Fig.1 Métodos de Medición del Perfil de Superficie ASTM

La industria no tiene estándares de perfil de superficie con valores trazables a un Instituto Nacional de Metrología. Si lo hicieran, los instrumentos podrían verificarse en relación con esas normas, podrían publicarse declaraciones de precisión y los usuarios tendrían un medio de correlacionar sus resultados.

Al no tener estándares físicos, la industria ha elegido un método de arbitraje. NACE, ASTM e ISO describen la altura del perfil de la superficie como la distancia medida desde la parte superior del pico más alto hasta el fondo del valle más bajo en el campo de visión de un microscopio óptico. Un microscopio se enfoca en el pico más alto dentro del campo de visión. La distancia recorrida por la lente para enfocar el valle más bajo dentro del mismo campo de visión es una sola medida de la altura del perfil. La media aritmética de 20 de estas mediciones da como resultado la altura media máxima entre el pico y el valle. Es decir, la media de los picos máximos.

Fig.2 Imagen generada por ordenador de una superficie de acero limpiada con chorro de arena (izquierda). Una superficie chorreada (derecha).

El método del microscopio no es práctico en campo, por lo que las principales organizaciones apoyan una serie de métodos alternativos para medir parámetros de perfil de la superficie que los inspectores utilizan de forma práctica y rutinaria, como rugosidad Ra y Rz, entre otros.

ISO fabrica comparadores de perfiles de superficie para acero limpiado por chorro de arena o granalla, que se basan en el método del microscopio de enfoque. Utilizando medios visuales o táctiles, el usuario compara la superficie de acero con el perfil de cada segmento del comparador para aplicar una clasificación adecuada de "fino", "medio" o "grueso". El Anexo B de la norma ISO 8503-5 muestra que existe una buena correlación entre estos comparadores y la medición con métodos de réplica de cinta y palpador de rugosidad. No existe un método ISO para los micrómetros de profundidad ni se deben usar micrómetros de profundidad para medir en comparadores de perfiles debido a la falta de planitud de los comparadores.

La NACE RP0287 también muestra 8 réplicas de cintas y las mediciones con microscopios de enfoque coinciden dentro de sus límites de confianza (dos desviaciones estándar) en 11 de 14 casos.

CINTA RÉPLICA

La cinta de réplica es simple, relativamente barata, y muestra una buena correlación comparado con los resultados del microscopio. No es sorprendente entonces que se haya convertido en el método de campo más popular para medir el perfil de superficie.

La cinta réplica consiste en una capa de espuma compresible adherida a un sustrato de poliéster incompresible de espesor muy uniforme (2 mils). Cuando se presiona contra una superficie de acero rugosa, la espuma colapsa y forma una impresión de la superficie. Colocando la cinta réplica comprimida entre los yunques de un medidor de espesor micrométrico, se obtiene una medida del perfil de la superficie.

   

Según la norma ISO 8503-5 la cinta réplica mide un "perfil medio máximo de pico a valle" porque los yunques del micrómetro aplanan ligeramente el perfil de la réplica, de modo que la lectura equivale a un valor medio máximo, aunque no es lo mismo que una media matemática. Así que, una vez más, tenemos un método de medición de perfil de superficie que esencialmente mide el promedio de los picos máximos.

RUGOSÍMETRO: INSTRUMENTO DE RUGOSIDAD DE PALPADOR

El rugosímetro es un dispositivo portátil de medición de la rugosidad de la superficie funciona dibujando un palpador a una velocidad constante en toda la superficie. El instrumento registra las distancias hacia arriba y hacia abajo que recorre el palpador de rugosidad a medida que atraviesa la superficie. Mide Rt de acuerdo con ISO 428710, donde Rt es la distancia vertical entre el pico más alto y el valle más bajo dentro de cualquier longitud de evaluación dada de 0.5 pulgadas. Se hacen cinco de estas trazas y se promedian los valores de Rt para obtener de nuevo la media de los picos máximos.

Fig.4 Instrumentos de rugosidad del palpador – rugosímetros (los instrumentos mostrados son similares a los utilizados en este estudio)

 

MICRÓMETROS DE PROFUNDIDAD DE PERFIL DE SUPERFICIE

Un instrumento micrométrico de profundidad tiene una base plana que descansa en la superficie y una sonda cargada por resorte que cae en los valles del perfil de la superficie. La base plana descansa en los picos más altos y cada medición es por lo tanto la distancia entre los picos locales más altos y el valle particular en el cual la punta se ha proyectado.

Fig.5 Micrómetros de Profundidad (Los instrumentos mostrados son similares a los utilizados en este estudio)

Actualmente, la norma ASTM D4417 requiere que el usuario promedie todas las mediciones de micrómetros de profundidad sin importar cuán bajas puedan ser algunas lecturas. No es de sorprender que los resultados finales calculados sean usualmente menores que los que se obtienen con los métodos de cinta adhesiva y palpador.

CONCLUSIONES MÉTODOS MEDIDA

Como resumen de los métodos portátiles de medida de superficie:

• Comparador de Superficies / ASTM D4417 - Método A.
• Medidor de Profundidad     / ASTM D4417 - Método B.
• Medidor según Cinta Réplica / ASTM D4417 - Método C.
• Rugosímetro mediante palpador /  ASTM D7127.