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CURSO: LABORATORIO MECANICA DE MATERIALES LABORATORIO

LÍQUIDOS PENETRANTES INTRODUCCIÓN En este laboratorio concentraremos experimentalmente por líquidos éste es un tipo de destructivo que se detectar e identificar discontinuidades superficie de ciertos dados en el

nos en la inspección penetrantes, ensayo no utiliza para presentes en la materiales laboratorio.

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1. OBJETIVOS 

Detectar discontinuidades superficiales de los materiales tales como: poros, grietas, fisuras, inclusiones de escoria, socavaciones, diferencia de espesores, etc.



Analizar, evaluar e interpretar las discontinuidades según normas aplicables y registros de inspección.



Seleccionar el ensayo no destructivo más apropiado para la localización de defectos.

2. ANÁLISIS DE TRABAJO SEGURO (ATS): IMPLEMENTOS DE SEGURIDAD: 

Usar gafas de seguridad en todo momento mientras se trabaja en el laboratorio para la protección de los ojos ante la posible entrada de objetos, aceites, agua o químicos en ellos.



Usar zapatos de seguridad para proteger los pies ante la posible caída de objetos pesados o componentes hidráulicos.



Usar guantes especiales para la manipulación de aceites.



Uso de ropa adecuada.

3. MATERIALES Y EQUIPO DE TRABAJO 

KIT de líquidos penetrantes (limpiador, penetrante y revelador) pág. 2

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     

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Pirómetro para medir la temperatura de la muestra. Escobilla con cerdas de acero Brocha Limpiador en spray Trapo industrial Tijeras MATERIALES Y EQUIPO DE TRABAJO KIT de líquidos penetrantes

limpiador

penetrante

revelador

pág. 3

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

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Escobilla con cerdas de acero

Brocha

Limpiador (Tinner)

pág. 4

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Trapo industrial

Tijeras

Probeta.

4. FUNDAMENTO TEÓRICO pág. 5

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LÍQUIDOS PENETRANTES Norma Aplicable ASTM E165 En un ensayo no destructivo macroscópico que se emplea generalmente para evidenciar discontinuidades superficiales sobre casi todos los materiales no porosos, como metales, cerámicos, vidrios, platicos, etc., características que lo hace utilizable en innumerables campos de aplicación. TABLA 1: CLASIFICACION DE TIPO Y METODO DE PENETRANTES:

TIPO I Método A

Examen Penetrante Fluorescente Lavable con agua (ver método de ensayo E1209) Post emulsificable lipofilico (ver método de ensayo E1208) Removible con solvente (ver método de ensayo E1219) Post emulsificable hidrofilico (ver método de ensayo E1210) Examen Penetrante Visible Lavable con agua (ver método de ensayo E1418) Removible con solvente (ver método de ensayo E1220)

Método B Método C Método D TIPO II Método A Método B

INTRODUCCIÓN A LOS LÍQUIDOS PENETRANTES Discontinuidades que detecta, defectos superficiales como: poros, grietas, rechupes, traslapes, costuras, laminaciones, etc. Materiales: Sólidos metálicos y no metálicos VENTAJAS 

Muy económico



Inspección a simple vista



No se destruye la pieza



Se obtiene resultados inmediatos. DESVENTAJAS



Solo detecta fallas superficiales



Difícil establecimiento de patrones pág. 6

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

La superficie a inspeccionar debe estar limpia y sin recubrimientos



No se puede inspeccionar materiales demasiado porosos PRINCIPIOS FÍSICOS



Capilaridad: Es la acción que origina que un liquido ascienda o descienda a través de los llamados tubos capilares.



Cohesión: Es la fuerza que mantiene a las moléculas de un cuerpo a distancias cercanas unas de las otras.



Adherencia: Es la fuerza de atracción entre moléculas de sustancias diferentes.



Viscosidad: Es la resistencia al deslizamiento de una capa de un fluido sobre otra capa.



Tensión superficial: Es la fuerza no compensada que ejerce la superficie del líquido debido a la tensión no compensada de las moléculas su superficiales sobre la membrana superior. Características de los líquidos penetrantes 



El líquido penetrante tiene la propiedad de penetrar en cualquier abertura u orificio en la superficie del material. El penetrante ideal debe reunir lo siguiente: Habilidad para penetrar orificios y aberturas muy pequeñas y estrechas.



Habilidad de permanecer en aberturas amplias.



Habilidad de mantener color o la fluorescencia.



Habilidad de extenderse en capas muy finas.



Resistencia a la evaporación.



De fácil remoción de la superficie.



De difícil eliminación una vez dentro de la discontinuidad.



De fácil absorción de la discontinuidad.



Atoxico.



Incoloro. pág. 7

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

No corrosivo.



Anti inflamable.



Estable bajo condiciones de almacenamiento.



Costo razonable.

Propiedad física

 

Penetrante

Revelador

Capilaridad

Alta

Baja

Tensión superficial

Baja

Alta

Adherencia

Baja

Alta

Cohesión

Baja

Alta

Viscosidad

Baja

Alta

Partículas

Pequeñas

Grandes

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

Tensión superficial: Es una de las propiedades más importantes. Se requiere una tensión superficial baja para obtener buenas propiedades de penetración y mojado



Poder humectante: El penetrador debe ser capaz de mojar completamente la superficie del material y es una de las propiedades más importantes. Esto se refiere al ángulo de contacto del líquido con la superficie, el cual debe ser lo más bajo posible.



Viscosidad: Esta propiedad no produce efecto alguno en la habilidad del líquido para penetrar, aunque afecta la velocidad de penetración. Los penetrantes de alta viscosidad penetran lentamente, en tanto que los de baja viscosidades escurren muy rápido y tiene la tendencia a no ser retenidos en los defectos de poca profundidad; por lo tanto, se recomienda una viscosidad media.



Volatilidad: Los líquidos penetrantes no deben ser volátiles. Si existe una evaporación excesiva se los productos del penetrante, se verá afectada la sensibilidad de todo el proceso, debido tanto al desequilibrio Método de aplicación de los líquidos penetrantes en Pruebas No Destructivas Se aplica el líquido penetrante a la superficie de la pieza a ser examinada, permitiendo que penetre en las aberturas del material, después de lo cual el exceso del líquido es removido. Se aplica entonces el revelador, el cual es humedecido o afectado por el penetrante atrapado en las discontinuidades de esta manera se incrementa la evidencia de las discontinuidades, tal que puedan ser vistas ya sea directamente o por medio de una lámpara o luz negra.    

Tipo I = Penetrante fluorescente Tipo II = Tintas permanentes o visibles Proceso A = Penetrante lavable en agua Proceso B = Penetrante postemulsificado pág. 8

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       

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Proceso C = Penetrante removido con solvente Revelador seco: Grano fino se aplica por espolvoreado, rociado o sumergido. Revelador no acuoso: Es una suspensión absorbente, aplicado por rocío Revelador húmedo: Es una suspensión absorbente de polvo en agua, se aplica por inmersión. Portátil (atomizador) Estacionario inmersión) Simple vista Spoteheck (portátil) Luz negra Syglo (estacionario)

Liquido penetrante Removedor Revelador

Portátil Rojo Incoloro Blanco

Estacionario Verde (fluorescente) Incoloro Blanco

5. PROCEDIMIENTOS Y RESULTADOS - ENSAYO DE LIQUIDOS PENETRANTES 5.1

PREPARACIÓN, LIMPIEZA Y SECADO DE LAS SUPERFICIES. Duramente este paso es necesario retirar por completo la pintura, recubrimiento, grasas y cualquier otro contaminante, porque si permanecen en la pieza es posible que enmascaren las discontinuidades.

5.2

APLICACIÓN DEL LÍQUIDO PENETRANTE A LA SUPERFICIE A INSPECCIONAR: El líquido debe introducirse en las discontinuidades, es importante evitar un exceso de rociado del penetrante, debe aplicarse uniformemente, así mismo, hay que tener en cuenta que si una pieza fue inspeccionada previamente con penetrante visible ya no se debe aplicar penetrantes fluorescentes.

5.3

REMOCIÓN DEL EXCESO SUPERFICIE:

DE

LÍQUIDO

PENETRANTE

EN

LA

Existen diversas formas de remoción de líquido penetrante, debe tenerse en cuenta el tipo de penetrante utilizado para seleccionar el medio de remoción adecuado. Por ejemplo, para penetrantes pág. 9

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removibles con solvente nunca se debe aplicar el solvente directamente sobre el penetrante.

5.4

APLICACIÓN DEL REVELADOR PARA PRODUCIR INDICACIONES: Los reveladores actúan de muchas formas, todas aumentando la visibilidad. Los reveladores deben ser absorbentes, ser de grano fino y la forma de la partícula deberá producir indicaciones indefinidas, debe producir buen contraste, ser fácil de aplicar y de remover.

5.5

INSPECCIÓN DE LA SUPERFICIE PARA DETECTAR INDICACIONES: Se requiere de una iluminación adecuada. Para la inspección de penetrantes visibles y de acuerdo con ASTM E – 165, la intensidad de luz mínima recomendada es de 1000 luxes y para la inspección de penetrantes fluorescentes el mismo documento recomienda que la luz visible no exceda de 20 luxes.

5.6

LIMPIEZA POSTERIOR PROCESO:

PARA REMOVER

LOS

RESIDUOS

DEL

Será necesario remover los residuos del proceso, ya sea con un paño o en algunos casos será necesario un tratamiento especial para prevenir la corrosión.

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PROCEDIMIENTO 1.

realizar la limpieza de la rueda de ensayo y que no contenga ningún componente de suciedad.

2. Luego de realizar la limpieza con el líquido limpiador (CLEANER), en donde tendrá de disparar el líquido a una distancia de 15cm sobre la parte dañada, esperar 1 minutos según la norma.

3. Una vez pasado los 15 minutos, disparamos el líquido penetrador (PENETRANT), a una distancia de 15 cm. En la parte dañada.

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4. Una vez pasado los 15 minutos, limpiar con un trapo el líquido penetrante en una sola dirección, hasta que quede completamente limpia la superficie de la parte dañada.

5. Seguidamente, dispararemos el líquido revelado (DEVELOPER), a una distancia de 15 cm. Sobre la parte dañada según la norma

6. Una vez pasado los 15 minutos, visualizaremos las dimensiones dañadas, la profundidad de la magnitud dañada de la rueda de ensayo.

7. Llegaremos a la conclusión de que la rueda esta totalmente dañada, lo recomendable es cambiarla por una nueva, con las mismas magnitudes e dimensiones.

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ENSAYO DE LIQUIDOS PENETRANTES Durante el trabajo ningún componente y/o equipo debe de sufrir daño alguno, porque está trabajando con partes de máquinas y mecanismos que deben de funcionar correctamente una vez terminada la actividad.

N°

TAREA PARCIAL

1

MATERIALES/OBSERVACIONES  

Kit de líquidos penetrantes (limpiador, penetrante y revelador) Pirómetro para medir la temperatura de la muestra.

Revisar los datos de los materiales que se utilizan en este ensayo.

2

DATOS DE TRABAJO PIEZA/COMPONENTE a analizar: Probeta de acero PLANO DE REFERENCIA (dirección de la muestra): Plano horizontal CONDICIONES DE LA SUPERFICIE (rugosa, porosa, lisa, etc) Lisa y porosa

ENSAYO POR LIQUIDOS PENETRANTES El análisis no destructivo con Líquidos Penetrantes se emplea generalmente para evidenciar discontinuidades superficiales sobre casi todos los materiales no porosos como metales, cerámicos, vidrios, plásticos, etc. Esta técnica, basada en el fenómeno de capilaridad, permite evidenciar de una manera rápida y segura, discontinuidades abiertas a la superficie (fisuras, porosidad, pliegues, etc.) sobre casi cualquier material (ferrosos y no ferrosos) independientemente de la geometría y del material de la pieza.

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Pasos del procedimiento de análisis:  Limpieza preliminar a la inspección  Aplicación del agente penetrante  Eliminación del exceso del agente penetrante  Aplicación del revelador  Observación de las indicaciones (inspección)

3

PROCEDIMIENTO DEL ANALISIS Pre-limpieza Usar una escobilla de cerdas de acero, brocha y limpiador en spray, para remover Contaminantes.



Material usado para la pre-limpieza

Solvente industrial 

Tipo de contaminantes encontrados

Arenillas, polvos y restos de líquidos.



Medir la temperatura de la probeta que se está analizando.



La temperatura de ensayo según la norma es: 15°C a 20°C



La temperatura de la probeta que se está ensayando es: 19°C

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 Limpieza de la zona a evaluar Las superficies deberán estar libres de pinturas o recubrimientos para no impedir el acceso del penetrante a las discontinuidades.

 Limpieza inicial Modo de aplicación Spray

Tipo de limpiador Cleaner Marca 4

Aplicar el agente penetrante La aplicación del penetrante realiza mediante un irrigador. La zona a inspeccionar es la totalidad de la zona de la pieza a analizar. El tiempo de penetración es crítico y depende la temperatura de ensayo, tipo de discontinuidades y materiales.

Cantesco Tipo de líquido penetrante Lavable con agua Procesopostemulsificant e Lavable con solvente Coloreado Fluorescente Distancia de aplicacion: 15cm a 30 cm Tiempo de penetracion: 5 minutos

5

Eliminar exceso del agente penetrante Luego de que el tiempo de penetración ha transcurrido, se procederá a la eliminación del excedente superficial, hay que tener cuidado de no eliminar aquel que está retenido en las discontinuidades. Se limpia en un mismo sentido para que el penetrante no regrese al lugar de dónde fue removido.

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Aplicación del revelador Deberá ser aplicado tan pronto como sea posible después de la eliminación del penetrante y el secado de la pieza.

Tipo de revelador: 

Seco

 

Tipo acuosos Húmedo no acuoso

Modo de aplicación:

Aerosol

Tiempo de espera de actuación: 10 minutos 7

Observación de las indicaciones (inspección) El tiempo de observación comenzara cuando el revelador este completamente seco. La interpretación final será hecha dentro de los 7 a 30 min después de que el revelador se haya secado (ASME V T-676).

Describa las observaciones del análisis: Con la ayuda de los liquidos usados se demostro las deformaciones en la cual podemos identificar el tipo de grieta.

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ANEXOS Hoy quiero escribir sobre un proceso que es de gran utilidad en las tareas habituales de un departamento de mantenimiento mecánico. Se trata del análisis no destructivo de piezas o elementos de máquinas, cordones de soldaduras, etc. por el procedimiento de los líquidos penetrantes. La simplicidad del método y la rapidez con la cual se obtiene el resultado del análisis lo convierte en un método muy eficaz a la hora de determinar el estado de aquellos elementos de máquina sometidos a inspección. Es por esto por lo que debe tratarse esta técnica de análisis como una herramienta de uso cotidiano, formando a todo el personal mecánico y dejándola a su alcance para que de forma habitual la utilicen en aquellas tareas que así lo requieran. Ejes de equipos rotativos, impulsores de bombas, elementos de transmisión, rotores de ventilador y piezas obtenidas por soldadura son algunos de los ejemplos de elementos de máquinas habituales en una fábrica de papel que podemos someter a ensayo cuando se nos presenten dudas sobre su estado real. El análisis no destructivo de los elementos de máquinas por el método de los Líquidos Penetrantes trata principalmente de poner de manifiesto todas aquellas discontinuidades superficiales sobre cuerpos no porosos, independientemente de su geometría o material. Puede efectuarse por tanto sobre metales, plásticos, vidrio o materiales cerámicos con el fin de evidenciar fisuras, grietas, poros y, en general, todas aquellas discontinuidades abiertas a la superficie. Esta técnica está basada en la capacidad que determinados líquidos poseen para penetrar por capilaridad en las discontinuidades superficiales de los sólidos y permanecer en ellas. La tensión superficial del líquido en contacto con el material sólido produce ese efecto de capilaridad que permite al fluido penetrar por esas discontinuidades aún en contra de otros efectos como puedan ser la gravedad o el movimiento del líquido por vasos comunicantes. En la siguiente tabla se recoge la normativa principal referida a esta técnica:

UNE-EN 571-1:1997 UNE-EN 12706:2001 UNE-EN ISO 3059:2002

UNE-EN ISO 3452-2:2001 UNE-EN ISO 34523:1999UNE-EN ISO 34523:2002 ERRATUM UNE-EN ISO 3452-4:1999

Ensayos no destructivos. Ensayo por líquidos penetrantes. Parte 1: Principios generales. Ensayos no destructivos. Terminología. Términos utilizados en los ensayos por líquidos penetrantes (ISO 12706:2000) Ensayos no destructivos. Ensayos mediante líquidos penetrantes y ensayo mediante partículas magnéticas. Condiciones de observación (ISO 3059:2001) Ensayos no destructivos. Ensayo por líquidos penetrantes. Parte 2: Ensayo de materiales penetrantes (ISO 3452-2:2000) Ensayos no destructivos. Ensayo por líquidos penetrantes. Parte 3: Bloques patrón (ISO 34523:1998) Ensayos no destructivos. Ensayo por líquidos penetrantes. Parte 4: Equipo (ISO 3452-4:1998) pág. 17

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UNE-EN 1289:1998 UNE-EN 1289/1M:2002UNE-EN 1289:1998/A2:2006 UNE-EN 10246-11:2000

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Examen no destructivo de soldaduras. Ensayo de soldaduras por líquidos penetrantes. Niveles de aceptación. Ensayo no destructivo de uniones soldadas. Ensayo mediante líquidos penetrantes de uniones soldadas. Niveles de aceptación. Ensayo no destructivo de tubos de acero. Parte 11: Ensayo mediante líquidos penetrantes para la detección de imperfecciones superficiales de los tubos de acero soldados y sin soldadura.

Existe muchísima información al respecto sobre qué líquidos son los más adecuados a la hora de efectuar el ensayo, el lector podrá usar su buscador para acceder a esta información. No obstante lo ideal y lo más habitual es utilizar alguno de los kits ya preparados que suelen estar a nuestra disposición en el mercado. Estos kits permitaen la realización del ensayo de forma simple, rápida y límpia. Son muchos los fabricantes que suministran estos kits y suelen incluir tres botes a presión o esprays. El primero de ellos contiene un producto limpiador adecuado y compatible con el líquido penetrante que estará incluido en el segundo bote y, por último, un tercer espray conteniendo el producto revelador. En la siguiente imagen puede apreciarse el kit que habitualmente usamos en nuestra fábrica. Se trata de un producto del fabricante CRC que, entre otros, pone a nuestra disposición en su catálogo los dedicados a realizar ensayos por líquidos penetrantes.

Kit para realizar líquidos penetrantes de CRC Aunque en la imagen sólo aparecen dos productos, el kit está compuesto por tres elementos. Crick 110 o limpiador, Crick 120 que es el penetrante y Crick 130 o revelador. Cada uno de ellos posee su propia ficha de producto que puede consultarse en la web de CRC o a través de esta entrada. El proceso a seguir para llevar a cabo el ensayo por líquidos penetrantes es muy sencillo. A continuación se describen los distintos pasos: 

Limpieza inicial: Consiste en efectuar una esmerada limpieza de la zona a ensayar con el objetivo de eliminar toda suciedad y contaminación que pueda impedir pág. 18

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la entrada del líquido penetrante en las distintas discontinuidades de la superficie de la pieza. Según la técnica de limpieza empleada será necesario esperar más o menos tiempo para que la zona quede perfectamente seca. Se emplearán disolventes para eliminar grasas, aceites y, en general, contaminantes orgánicos. Los detergentes pueden ser usados para eliminar los contaminantes de tipo inorgánico. Los vapores desengrasantes como el tricloroetileno son también muy efectivos a la hora de eliminar la suciedad. Por su parte las sustancias químicas o decapantes se emplearán en la eliminación de óxidos y herrumbres pero tienen el inconveniente que pueden dejar residuos ácidos y básicos que deben ser eliminados igualmente con agua. Podrán emplearse también técnicas de limpieza por medios mecánicos e incluso por ultrasonidos.





Limpieza de la superficie Aplicación del líquido penetrante: Deberá aplicarse ahora el líquido penetrante, en finas capas y procurando hacerlo lo mas uniformemente posible, cubriendo por completo el área a ensayar. El tiempo de secado no será inferior a 10 min ni superior a 20 min.

Aplicación del penetrante Eliminación del exceso de penetrante: Ahora hay que eliminar el exceso de penetrante usando trapos o paños que no dejen rastro de fibras sobre la superficie. Las instrucciones del fabricante nos informarán de la mejor forma para hacerlo. En concreto, el penetrante Crick 120 puede eliminarse fácilmente con agua. Poner cuidado en eliminar únicamente el exceso superficial y dejar secar totalmente la zona limpia.

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

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Eliminación del exceso de penetrante Aplicar el revelador: Una vez eliminado el exceso de penetrante habrá que aplicar el producto revelador. Este producto consiste habitualmente en una suspensión acuosa o con base de alcohol que, una vez pulverizado sobre la superficie y tras un cierto tiempo de espera para que el elemento base se evapore, nos permitirá obtener una fina capa del producto revelador seco en forma de polvo sobre la superficie. El revelador debe aplicarse de la forma más fina y uniforme posible, evitando excesos que puedan enmascarar las fisuras más sutiles. Dejar secar entre 7 y 10 min.

Aplicación del revelador

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

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Inspección y análisis del resultado: Transcurrido el tiempo de revelado será necesario proceder al examen del resultado obtenido. Podemos encontrar varias posibilidades: Indicaciones reales causadas por defectos no deseados como fisuras, grietas, poros, etc. Indicaciones falsas debido a acumulaciones inesperadas del líquido penetrante, huellas o manchas con los dedos, limpieza pobre, descuidos, etc. Dentro de las primeras se podrán encontrar igualmente Indicaciones no relevantes causadas por una geometría imperfecta de la pieza, defectos o discontinuidades que, aún siendo no deseadas, son perfectamente aceptables por no sobrepasar los límites establecidos y las Indicaciones relevantes que muestran discontinuidades lo suficientemente importantes como para que tras su evaluación decidamos rechazar la pieza analizada.

CONCLUCIONES pág. 21

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

Concluimos que al aplicar el líquido limpiador (CLEANER) en la rueda de ensayo, provocara que el material se limpie adecuadamente para la revisión e inspección.



Al aplicar el líquido penetrante (PENETRANT) en la rueda de ensayo, esta expulsara un líquido color rojo que se infiltrara en los agujeros de la rueda de ensayo.



Al aplicar el líquido revelador (DEVELOPER) en la rueda de ensayo, lo cual se encargará de revelar la magnitud o el daño causado en la rueda de ensayo del laboratorio.



Concluimos que, al realizarlas operaciones de supervisión de la rueda de ensayo, en donde el líquido de revelación se encargara de la visualización de los daños de la rueda de ensayo.



Concluimos que los daños de la rueda de ensayo eran mayores de lo normal o de lo que se visualizaba al inicio, por lo tanto, es preferible reemplazarlas con una nueva y las mismas dimensiones.



Concluimos que cada componente líquido, al dispersar sobre la rueda de ensayo, tiene que estar 15 minutos según la norma, para lo cual controlar el tiempo, de esa forma tendrá más efecto para visualizar el daño.

OBSERVACIONES 

Observamos que la escobillas para limpiar, está diseñada de una madera y metal, para que pueda limpiar o raspar las partes robustas.



Observamos que el líquido limpiador siempre lleva la envoltura de color amarillo el, y es el primero en utilizar en la rueda de ensayo.



Observamos que el líquido de penetración siempre lleva la envoltura de color azul, y el líquido que contiene es de color rojo.



Observamos que el líquido revelador siempre lleva la envoltura de color rojo, y el contenido del líquido es de color blanco.



Observamos que el olor de los líquidos es muy fuerte, lo recomendable es realizarlos en espacios abiertos.



Observamos que al realizar la supervisión con los componentes químicos (limpiador, penetración y revelador), siempre tener los EPP necesarios para dicha área de trabajo.



Observamos que al realizar la manipulación de los líquidos (limpiador, penetrantes y revelador) disparar el líquido a una distancia de 15 cm.

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