Corrientes Inducidas.docx

“UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARIA”

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FISICAS Y FORMALES ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL CURSO: Ciencia e ingeniería de materiales

ALUMNO: Barreda Luna Piedad Irene Chuctaya Ascencio Darren Alonso Gallegos Sanabria, Christopher John Mogrovejo Calachahuin, Karla Gretel Turpo Quispe, Miguel Angel

2019 AREQUIPA – PERÚ

RESUMEN La prueba de piezas o materiales en ciertas industrias, requiere que el material no sea afectado con campos magnéticos, para este caso de materiales especiales, se cuenta con el ensayo de Corrientes Inducidas o Corrientes de Eddy (ET), el cual permite detectar discontinuidades superficiales y subsuperficiales en materiales conductores. En la presente monografía, detallamos el procedimiento que este ensayo acarrea, se menciona su funcionamiento, pasando por los equipos necesarios que utiliza .Así también se informara acerca de sus aplicaciones y limitaciones en la industria.

Palabras clave: Corrientes Inducidas, ET, discontinuidades subsuperficiales Abstract: THE TEST of pieces and materials in certain industries , needs that the material wont be affected with magnetic camps , to those cases of special materials , we have the essay of induced corrients or Eddy Currents(ET), this allow to detect superficial discontinuities and subsuperficial , on the conductor materials .In the present monography , we detail the process that this essay carry, is mentioned the function of the essay , we also pass trough the necessary devices that are used. Plus , the aplications and limitations of the mentioned essay will be informed.

Key words: Eddy Currents, inductor coil, impedance, conductive material, subsurface disco

ÍNDICE Resumen……………………………………………………………………………………………2 Índice………………………………………………………………………………………………..……………………………………………….3 Introducción……………………………………………………………………………………………………………………………….……..4 Definición de corrientes inducidas…………………………………………………………………………………………………….5 Principios para la creación de corrientes inducidas………………………………………………………………….………..6 Equipos para generar corrientes inducidas………………………………………………………………………………………..8 Ejemplo de un procedimiento de corrientes inducidas……………………………………….………………….………..10 Selección de corrientes inducidas………………………………………………………..……………………………………….…11 Principales aplicaciones………………………………………………………..…………………………………………………..…….12 Limitaciones………………………………………………………..………………………………………………………….……………….13 Conclusión………………………………………………………..…………………………………………………………………………….13 Bibliografía………………………………………………………..…………………………………………………………………………….14 Anexos………………………………………………………..……………………………………………………………………………….….14

INTRODUCCIÓN El presente trabajo desarrollado a continuación es acerca de los ensayos no destructivos, específicamente de los ensayos de corrientes inducida o también conocido como el ensayo de Eddy. Este informe se ha desarrollado con el objetivo de poder conocer más a profundidad en que consiste el ensayo de corriente indica, conociendo sus principios de generación de corriente, los equipos necesarios para la generación de corrientes inducidas, el procedimiento el cual se debe de llevar a cabo, sus aplicaciones de las corrientes Eddy y además de las limitaciones que se puedan presentar. Los ensayos no destructivos, son aquellos en donde el material a trabajar se puede reutilizar, ya sea para otra práctica o para realizar una repetición del mismo ensayo, siendo contrario que sucede en los ensayos destructivos, como el de dureza. El ensayo de corriente inducida o en ingles conocido como Eddy Current Testing es un método por el cual se puede generar corriente eléctrica en un material conductor. En 1831, Michael Faraday evidencio como el imán ocasionaba una corriente eléctrica en una bobina, siempre y cuando uno estuviera en movimiento. Sin embargo su primera prueba como ensayo no destructiva fue en 1879, en un instituto Reutlingen de Alemania, en donde se desarrolló los equipos de corriente de Eddy. Este ensayo permite medir ciertas propiedades como la conductividad eléctrica, la permeabilidad, la dureza, entre otros. Tiene muchas ventajas como por ejemplo en la conductividad nos da datos exactos, se puede aplicar en aleaciones, metales y electroconductores. Por otra parte, se pueden identificar algunas limitaciones como la dificultad para verificar los metales ferromagnéticos.

DEFINICION El método de corrientes inducida que a su vez tiene el nombre de “Corrientes EDDY”, su desarrollo es bajo el principio de la inducción electromagnética, donde un campo magnético alternante induce corriente sobre la pieza de ensayo si

es

de

un

material

conductor.

la inducción electromagnética (el

Está

basada

en

los principios de

fenómeno que origina la producción de una fuerza

electromotriz en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable)

y esta a su

vez es utilizada para identificar o diferenciar entre una amplia variedad de condiciones físicas, estructurales y metalúrgicas en partes metálicas ferromagnéticas y en partes no metálicas que sean eléctricamente conductoras. Quiero recalcar que las corrientes inducidas son el método de ensayos más utilizado y fiable para la identificación de defectos superficiales en metales. ya que su aplicación no altera de ninguna manera las propiedades del objeto bajo estudio. Infiriendo podemos tener la idea que es una prueba netamente superficial ya que no dañaría al material.

A) Detección de discontinuidades: La detección de discontinuidades se refiere a la localización de grietas, corrosión, erosión y/o daños mecánicos en la superficie de las piezas.

B) Propiedades de materiales: Utilizando las corrientes inducidas, se pueden determinar propiedades de materiales, se incluyen mediciones de conductividad, permeabilidad, dureza, clasificación de aleaciones y otras condiciones metalografías que requieren junto con las propiedades ya mencionadas equipos y arreglos de bobinas especiales.

C) Mediciones dimensionales:

Las

mediciones dimensionales comúnmente realizadas

mediante la aplicación de corrientes inducidas, son la medición de espesores, con buena exactitud para espesores pequeños teniendo la desventaja de no ser precisos en espesores grandes, medición de espesores de revestimientos como pinturas o películas aislantes

Principios para la creación de corrientes inducidas Entre los principios para la creación de corriente inducida se puede encontrar: 

La conductividad.- La conductividad depende mucho a la composición química del material a trabajar.



Cambios de temperatura.- La relación entra la conductividad y la temperatura es inversamente proporciona, si la temperatura aumenta disminuye la conductividad.



Esfuerzos. Cuando se trabaja en frio se ocasionan cambios o distorsiones en la estructura del material. Afectando la estructura de grano y la dureza del cuerpo a trabajar, siendo así como se altera la conductividad eléctrica.



Dureza.- la relación entre la conductividad eléctrica y la dureza es inversamente proporcional, ya que si la aumenta la dureza del material la conductividad eléctrica no aumenta, disminuye.



Permeabilidad.- La permeabilidad es muy importante para la inspección no destructiva, normalmente utilizada en Corrientes de Eddy. En todos los materiales con facilidad se puede establecer las líneas de fuerza magnética. Por ejemplo el aire tiene 1 de permeabilidad. La permeabilidad es una variable dependiente del campo magnético el cual se forme. Viene dado por:

En donde: 𝜇 = Permeabilidad B = Flujo magnético (Gauss) H = Fuerza magnetizante (Oesterd)



Efecto pelicular. Este es el resultado obtenido de la interacción recíproca entre las corrientes de Eddy, es decir la frecuencia de operación de la conductividad del material a trabajar y la permeabilidad.



Efecto de borde. El campo electromagnético generado por una bobina de prueba excitada se expande en todas las direcciones desde la bobina. Mientras la bobina se aproxima a los límites geométricos del material de prueba, estos son descubiertos por la bobina antes de que ésta llegue al límite.



Efecto de extremos. Este efecto sigue la misma lógica que el efecto de borde, siendo la señal que se evidencia cuando la bobina se acerca al extremo de un producto.



Lift-Off. El campo electromagnético se hace cada vez más fuerte mientras se este más cerca de la bobina y se disminuye conforme se aleja de la misma. El acoplamiento electromagnético entre la bobina y el material de prueba es de suma importancia, ya que este acoplamiento cambia dependiendo a la distancia entre la bobina y el material de prueba, mayormente conocida esta distancia como lift-off.



Factor de llenado. Con este termino se puede describir que también estará electromagnéticamente acoplado un objeto a la bobina de que lo rodea, o a la que está insertado. El factor de llenado se puede decir que es la relación cuadrática entre los diámetros del objeto y la bobina, Una ecuacon con la cual se relacionan las áreas. Determinado por:

En donde: h = Factor de llenado d = diámetro de la bobina D = diámetro de la pieza



Discontinuidades. Estas se pueden evidenciar dependiendo de las alteraciones apreciables en el flujo normal de las corrientes inducidas. Se suele observar discontinuidades tales como: fracturas, picaduras, entalladuras. Daño vibracional y corrosión son las que

ocasionan que la conductividad efectiva de un material de prueba se disminuya. Las discontinuidades superficiales con facilidad se puede evidenciarlas en comparación a las subsuperficiales. 

Relación señal-Ruido. El ruido es una variación la cual altera, interfiera o daña la respuesta del sistema. Es la relación entre las señales de utilidad, las deseadas y las no deseadas. Las fuentes más comunes de ruido son las variaciones ocasionadas en la rugosidad de la superficie y la geometría. Otros tipos de ruidos presentes pueden ser fuentes externas como, máquinas de soldar, motores eléctricos, generadores, entre otras fuentes.

Equipos para generar corrientes inducidas 

¿Qué equipos inspeccionamos? - Condensadores, intercambiadores de calor, calderas - Tuberías de transferencia de calor - Sistemas de enfriamiento de agua - Sistemas de servicio de agua - Aires acondicionados - Enfriadores - Evaporadores y más...



Los equipos para generar corrientes inducidas

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EJEMPLO DE ENSAYO DE CORRIENTE INDUCIDA En este caso se verá el ensayo de tubos por CI , el cual consiste en recorrer el interior de estos con una sonda como las que se muestran en la figura de debajo:

Imagen1 , ZETEC, EDY CORRIENT Por la sonda que introduciremos, fluye corriente alterna. Las sondas normalmente están compuestas por dos bobinados, montados sobre una pieza plástica de mayor longitud, que le otorga rigidez, y que tiene un sistema de centrado respecto del interior del tubo. Marta C. Ruch(2015) Este diseño hace más suave y uniforme el recorrido, evitando señales espurias, conocidas como “cabeceo”. Cuando la sonda empieza a recorrer el tubo, el campo magnético asociada a esta induce corrientes en la pared del tubo. Es aquí donde se puede ser capaz de ver una discontinuidad , y si es que esta existe , las corrientes se distorsiona.

Imagen2.Technopart (2016).Recuperado de : http://www.technoparts-usa.com/es/heatexchanger-tubes-inspection/

Si la distorsión ocurre en la cercanía de uno de los bobinados, se obtendrá una señal no nula. Efectivamente, en esas condiciones esa bobina “ve” algo diferente de lo que “ve” la otra. Las señales típicas tienen forma de “8”, como se puede apreciar en la imagen 2. Las señales de la imagen dos, es que se ha detectado una falla en la superficie del material, por lo tanto será analizado luego por: el sistema automático y por dos personas especialistas por separado. Como se trata de una técnica comparativa, previamente se calibran los aparatos utilizando tubos de prueba con características (diámetro y material) similares a las de los tubos reales a inspeccionar. Con esta calibración previa se construyen curvas para evaluar las posibles discontinuidades de los tubos (estimar profundidad y tamaño de las mismas) a partir de las “indicaciones” (señales) de impedancia que se obtienen en los ensayos. En la siguiente imagen se pueden ver las señales de otro experimento, en la cual se detectaron ampollas de hidruros.

Figura 5. Ampolla de hidruro 1, después de pulido Las zonas de alta concentración de hidruros presentan deformaciones de la superficie de la vaina y, en algunos casos, fisuras internas muy pequeñas, siendo por lo tanto las señales muy complejas, por lo que para su estudio, se debe separar los efectos del cambio de conductividad debido a la concentración de hidruros de los otros.

Condición para inducir una corriente eléctrica: La corriente eléctrica inducida se da siempre y cuando la variación dure, y la intensidad será mayor

dependiendo

cuanto

más

rápida

sea

variación

mencionada.

La corriente eléctrica forma en su alrededor un campo magnético, y sobre todo un campo magnético variable inducido, a la vez, una corriente eléctrica la cual se encuentra en un circuito.

El sentido de la corriente inducida, según la Ley de Lenz: La corriente inducida suele a resistir a la causa que la genera.

Figura 1: Sentido de la corriente inducida Extraído de: http://corrientesinducidas-magnetismo.blogspot.com/ El circuito que se muestra en la figura 1 se evidencia una barra conductora (1-2) la cual se desliza sobre dos conductores rectilíneos. El circuito se encentra encerrado a través de una resistencia denominada como “R” y lo opera un interruptor. Este se encuentra sumergido en un campo magnético “B” el cual está de manera perpendicular al plano definido por el circuito y dirigido

hacia

el

interior

de

la

pantalla.

Aplicaciones de la corriente Eddy en Pruebas No Destructivas 1. Reconocer las condiciones o propiedades tales como: conductividad eléctrica, permeabilidad magnética, tamaño de grano, condición de tratamiento térmico, dureza y dimensiones físicas de los materiales. 2. reconocer discontinuidades superficiales, como costuras, traslapes, grietas, porosidades e inclusiones. 3. Reconocer irregularidades en la estructura del material. 4. Medir los espesores de un recubrimiento no conductor sobre un metal conductor, o el espesor de un recubrimiento metálico no magnético sobre un metal magnético (detección de corrosión uniforme). 5. Reconocer las propiedades de los materiales y sus respectivos tratamientos

Limitaciones 1. Requiere de mínima preparación superficial y puede aplicarse a través de capas de pintura o recubrimientos metálicos. 2. No requiere medio de acoplamiento ni contacto con la superficie (separación sondasuperficie hasta 1-5 mm) 3. La capacidad de penetración está restringida a menos de 6 mm. 4. En algunos casos es difícil verificar los metales ferromagnéticos. 5. Se aplica a todas las superficies formas uniformes y regulares. 6. Los procedimientos son aplicables únicamente a materiales conductores. 7. No se puede identificar claramente la naturaleza específica de las discontinuidades. 8. Se requiere de personal calificado para realizar la prueba. Medición de espesor metales ferrosos y no ferrosos., Medición de Vibración, Medición de Desplazamiento, Detección de Fisuras. La sonda deberá estar separada de 1- 5mmm ya que la capacidad de penetración es a menos de 6mm esta es aplicable a todas las superficies de materiales conductores

CONCLUSIONES 1.

El ensayo de corrientes inducidas es conveniente para inspecciones que requieran no afectar al material, por ello su aplicación en la industria aeroespacial y naval.

2.

El ensayo de corrientes inducidas requiere equipo de registro e interpretación de señales, lo que lo hace más costoso en relación a los equipos.

3.

Este ensayo es más conveniente que los ensayos de partículas magnéticas y de tintas penetrantes para la detección de discontinuidades superficiales y subsuperficiales, siempre y cuando el costo no sea fundamental en la inspección.

4.

El ensayo de corrientes inducidas es el futuro de la inspección superficial y subsuperficial, en conjunto con las nuevas técnicas de inspección con este ensayo.

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ANEXOS Principales aplicaciones de la inspección por corrientes de Eddy

(Imagen)Corriente EDDY.Recuperado de : https://www.monografias.com/trabajos30/corrienteseddy/corrientes-eddy.shtml#biblio