En ondas existen modos dispersivos y no dispersivos (ver figura 1 y 2), la mayoría de los modos de onda utilizados en las pruebas de ondas guiadas son dispersivos. Esto significa que la velocidad de un modo de onda dado varía en el ancho de banda de frecuencia que es generado. Esta es una situación indeseable para la inspección, ya que, para determinar una ubicación precisa de una característica de tubería dada, se requiere una velocidad constante y conocida para los cálculos exactos de tiempo de vuelo. Esta dispersión de la onda consiste en la distorsión espacial en el tiempo, de manera diferente para cada modo de onda generado (ver figura 3), indeseable porque aumenta la duración del paquete (pulsos) de ondas, ocasionando reducción de la amplitud y consecuente atenuación. Como resultado, la distancia de escaneo de la onda ultrasónica es limitada [70].
Como inspector de ondas guiadas, es importante entender la dispersión y ser consciente de qué modos de onda exhiben un comportamiento dispersivo y los límites de frecuencia, o rangos en los que se produce este comportamiento [25].
Figura 1. Comportamiento dispersivo de una onda en una tubería. Adaptado de [25]
Figura 2. Comportamiento NO dispersivo de una onda en una tubería. Adaptado de [25]
Figura 3. Esquema gráfico del espacio-tiempo que ilustra la propagación dispersiva una onda. Tomado de [87]
Velocidad de fase: Es la velocidad aparente de una fase determinada de onda, es decir, su cresta o punto de máxima intensidad de campo eléctrico [26]. La velocidad de fase (vp) es definida por la longitud de onda (λ) y la frecuencia (f) y viene dada por
vp = λ × f.
Velocidad de grupo: Es la velocidad de un grupo de ondas, es decir, de un pulso. La velocidad de grupo es aquella con la que se propagan las señales de información de cualquier tipo. También, es la velocidad con la que se propaga la energía. Se puede medir determinando el tiempo necesario para que un pulso se propague por determinada longitud de onda [26].
Velocidad de energía: Es la velocidad a la que la onda transporta su energía potencial y cinética a lo largo de la estructura [27].
Las curvas de dispersión facilitan una gran cantidad de información que se utiliza para diseñar y analizar un experimento de Ensayo No Destructivo con Ondas Guiadas. Estas curvas de dispersión pueden ser obtenidas a partir de un conjunto dado de frecuencias, donde para cada frecuencia se determinan los números de onda de todos los modos de propagación (ver figura 4).
Figura 4. Representación gráfica de una curva de dispersión. Tomado de [87]
Siendo la velocidad de fase (Cp), para un modo con número de onda k definida como:
Donde Cp describe la velocidad a la que los picos de las señales de la onda se desplazan.
En la curva se presenta la velocidad de fase (de cada onda particular) para cada modo, en el rango de frecuencia y el espesor o característica geométrica de la pieza de interés. Por otro lado, la proyección de velocidad de grupo muestra la velocidad a la que viajará un paquete de Ondas Guiadas, lo que determinará la rapidez con la que la energía de la onda avanzará por la estructura y siempre será más pequeña que la onda masiva más rápida presente en el sistema, la velocidad de grupo puede ser muy diferente de la velocidad de fase y cambiar muy drásticamente a medida que nos movemos a lo largo de cada modo. Cualquiera de los puntos de las curvas de dispersión (ver figura 4) podría utilizarse para realizar una inspección, sin embargo, existen puntos que permiten obtener mejor sensibilidad, poder de penetración o recepción, entre otras [82]. La velocidad de grupo se relaciona con la velocidad de propagación (Cg) de un paquete de ondas de frecuencia similar y de manera general se puede encontrar a partir de la velocidad de fase mediante su definición matemática:
Las principales características de las ondas guiadas están determinadas por la densidad del medio, las propiedades elásticas (módulo de Young, módulo de corte y relación de Poisson), parámetros geométricos, banda de frecuencia del transductor y ángulo de incidencia [28].