Factores que afectan a la velocidad de propagación de la onda

Los factores externos que pueden influir y determinar la velocidad de propagación de dichas ondas acústicas son:

a) La longitud de la trayectoria debe considerarse cuando se realicen comparaciones relativas entre lecturas de piezas de longitud muy diferentes, ya que estudios previos en determinados equipos sugieren una pérdida de velocidad al aumentar la longitud. (Arriaga, 2006).

Con ensayos de ultrasonidos utilizando el equipo Sylvatest en piezas de Erythrophleum ivorense A. Chev., se estimó una disminución media de 83 m/s en la velocidad de propagación por cada aumento de un metro lineal en la longitud (Arriaga et al. 2006). Para pino silvestre, los estudios más recientes dan como resultado una disminución de 83 m/s en madera con nudos y 63 m/s en madera limpia (Íñiguez et al. 2007b).

Otro estudio realizado en distintas especies de frondosas y coníferas, partió de piezas de 3 m de longitud y una sección transversal de 12 x 5 cm, llegando a piezas de 20 cm de longitud. Se realizaron medidas de la velocidad longitudinal de ultrasonidos de frecuencia 22 kHz en cada disminución de 10 cm de longitud. Con

una longitud de onda de 20 cm de media, se encontró un punto crítico en L/λ = 3, a partir del cual la velocidad obtenida no sufría diferencias significativas al variar la longitud de la pieza. Sin embargo, por debajo de ese valor, la velocidad disminuía significativamente en cada corte. Es decir, se constató la existencia de una longitud, equivalente a varias veces la longitud de onda λ, a partir de la cual la velocidad obtenida no sufre variaciones significativas (Oliveira, 2006).

La falta de normalización de los equipos de medida obliga a realizar mediciones de contraste para comprobar la influencia que puede tener la distancia recorrida por la onda entre los palpadores. Dependiendo del umbral de detección propio del diseño del aparato se producirá un aparente retraso en la lectura de recepción de la onda. Si este retraso es importante, como sucede en el caso del Sylvatest, supondrá obtener velocidades inferiores en las piezas de mayor longitud incluso si son de la misma calidad (Acuña et al. 2006).

b) Contenido de humedad. Se estima que para cada incremento de un 1% de

humedad respecto al valor de referencia del 12%, se produce una disminución de la velocidad de transmisión de la onda de un 0,5% siguiendo una relación lineal entre el 5% y el 30% (Sandoz, 1989). Por tanto, será necesario considerar el contenido de humedad en el momento de la medición para la estimación de las propiedades físicas y mecánicas del material. En el campo de las técnicas no destructivas, la humedad va a influir en la velocidad de propagación de la onda, y por lo tanto en el módulo de elasticidad determinado con estos equipos.

La variación del contenido de humedad y su influencia en la velocidad de transmisión de una onda es más importante en el caso de propagación longitudinal. En las direcciones tangencial y radial depende de la especie. En especies brasileñas, los resultados obtenidos por debajo del punto de saturación de fibra y en dirección longitudinal indican que por cada disminución de un grado de humedad, la velocidad disminuye entre 23,6 m/s y 25,4 m/s (Gonçalves, 2008). Por otro lado, la influencia del contenido de humedad sí es diferente en función de la especie, por lo que no deben extrapolarse los resultados (Matthews et al., 1994).

c) Temperatura. La temperatura también en la velocidad de propagación de la onda.

La velocidad disminuye de forma lineal al aumentar la temperatura para diferentes grados de humedad (James, 1961; Sandoz, 1993). El efecto de la temperatura es independiente de la especie a estudiar (Matthews et al., 1994).

Imagen 3.22. Relación Velocidad de transmisión-temperatura. Fuente: Sandoz, 1993.

d) Sensores. Acoplamiento. Siempre se debe asegurar que los transductores tengan

un buen acoplamiento sobre la superficie del material. En madera se suelen usar transductores cónicos que no necesitan sustancias como geles o aceites que garanticen el buen acople, aunque se recomienda realizar un pretaladro para dejar un hueco en la madera y facilitar el acople. Los palpadores que se clavan en la madera tienen la ventaja de no verse afectados por la intensidad de la presión ejercida sobre ellos. Otros equipos utilizan palpadores planos con gel de contacto. En todos los casos es recomendable no mover los transductores durante las mediciones porque se puede generar ruido y una lectura errónea.

Imagen 3.23. Detalle de palpadores cónicos. Imagen 3.24. Detalle de palpadores para clavar en la madera.

Imagen 3.25. Detalle de palpadores planos. Fuente: Gonçalves.

e) Dirección. Los transductores se pueden colocar de forma que las medidas sean

directas o indirectas en relación a la directriz de la pieza y, por tanto, en relación a la dirección de la fibra de la madera, como se muestra en los siguientes esquemas. Se entiende que una medida es directa si los transductores se encuentran en mayor o menor medida enfrentados.

Imagen 3.26. Medida directa de testa a testa.

Imagen 3.28. Medida indirecta cara-cara.

Imagen 3.29. Medida semi-directa de testa a cara.

Mientras sea posible deberá utilizarse la transmisión directa, ya que proporciona la máxima sensibilidad y recorre una trayectoria bien definida. Además, la presión sonora es máxima para la dirección axial del palpador y disminuye para las direcciones oblicuas según aumenta el ángulo. Sin embargo, algunas veces tiene que examinarse la pieza mediante trayectorias diagonales o indirectas.

En esta tesis se han realizado mediciones directas e indirectas con el objeto de establecer una relación entre ellos y determinar un factor de corrección si fuera necesario. Algunos estudios establecen ecuaciones de segundo orden para relacionar las velocidades de transmisión con diferentes ángulos, obteniendo coeficientes R2 _{del orden del 90% (Acuña} et al. 2006).

La onda al atravesar la pieza puede encontrarse con algún defecto en el interior. En ese caso puede suceder:

- la onda sigue su camino si el tamaño de la singularidad es pequeño en comparación con la longitud de onda.

- perder parte de su energía para superar el obstáculo, llegando debilitada si el defecto es de igual tamaño que la onda.

- generar una onda secundaria esférica con el obstáculo como punto central.

- no llegar al palpador receptor por encontrarse con una irregularidad superior que impide a la onda continuar su propagación.

Además, lo normal es que una discontinuidad como una grieta o un nudo en el material, tenga por efecto un aumento del recorrido entre emisor y receptor para sortear el obstáculo y, por tanto, un aumento del tiempo empleado en la transmisión.

Imagen 3.30. Efectos de las singularidades en la transmisión de ultrasonidos