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CORRIENTES DE EDDY

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Daniel Robalino

on 25 April 2016

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Transcript of CORRIENTES DE EDDY

Efecto borde
El efecto de borde se refiere a la distorsión que sufre el flujo de corriente inducida cuando la bobina se encuentra cerca del borde de la pieza o en las proximidades de una unión entre materiales
1831
Faraday descubrió la inducción magnética
Se basa en la inducción de la primera bobina a la bonia adyacente
1864
Maxwell
Interpreto ecuaciones fundamentales del electromagnetismo
Dichas ecuaciones se basan en:
-Primera ley de Gauss (acciones electrostáticas),
-Segunda ley de Gauss (campo magnético-imán partido),
-Tercera ley inducción de Faraday,
-Cuarta ley (teorema de Ampere).
1879
Hughes
Diferencio la conductividad eléctrica, permeabilidad magnética, temperatura del metal
1920
Kranz
Fue el autor del desarrollo de un instrumento para medir el espesor de la pared utilizado en corrientes de Eddy
1930
Fue el pionero del desarrollo de sistemas de Eddy dirigidos a la inspección de tubos de acero soldado
Farrow
1935
Introdujo a su sistema de inspección el uso de una bobina de excitación primario separada, bobina diferencial secundario detector.
En las pruebas realizadas se utilizó frecuencias de inspección con valores de 500, 1000, 4000 Hz. En cambio los diámetros de tubería variaron desde 6.4 hasta 85 mm
Utilización de un estandar de erferencia
Se utilizó varias imperfecciones artificiales en metales pero no fueron aceptados, en cambio un agujero perforado fue considerado como referencia estándar para todas las pruebas de aplicación del método.
• Fácil de realizar
• Se produce con precisión en cuanto a su tamaño
• Al aplicar las corrientes de Eddy se produce una señal similar que si se aplicara a una imperfección natural.
• Precisión ya que si el método podría detectar el pequeño agujero perforado, sería posible detectar una imperfección natural en la soldadura.

1940
Foster y Zuschlag

Desarrollaron instrumentos de inspección por corrientes de Eddy
1942
Vigners, Dinger, y Gunn

Desarrollan detectores de varios tipos de defectos para metales no magnéticos utilizando corrientes de Eddy.
PRINCIPIOS DE OPERACIÓN
El sistema de corriente de Eddy funciona a niveles de potencia muy bajos con el objetivo de reducir al mínimo las pérdidas de calefacción y cambios de temperatura.
Las bobinas utilizadas en la inspección de la corriente de Eddy requieren medidas especiales para facilitar el seguimiento del campo electromagnético en las proximidades de la parte que se está inspeccionando.
FUNCIONES DE UN SISTEMA BÁSICO
La parte o pieza que se va a inspeccionar se coloca dentro o adyacente a una bobina eléctrica (esto depende de que bobina se utilice) en la que una corriente alterna está fluyendo. Dicha corriente es llamada corriente de excitación provoca las corrientes de Eddy en la parte inspeccionada debida a la inducción electromagnética.
El flujo de corrientes de Eddy depende
• Las características eléctricas de la parte
• La presencia o ausencia de defectos u otras discontinuidades en la parte
• El campo electromagnético total dentro de la parte

EFECTO DE GRIETA EN LA DIRECCIÓN DE LA CORRIENTE DE EDDY
Los efectos que generalmente se utilizan para supervisar la condición de la pieza que se está inspeccionado son la impedancia eléctrica de la bobina o la tensión inducida ya sea de la bobina de excitación o bobinas adyacentes.
Los sistemas de corriente de Eddy se diferencian en su complejidad dependiendo de los requisitos de inspección que se desee aplicar
Elementos de un sistema de inspección de corrientes de Eddy
La corriente de Eddy permite realizar las siguientes funciones
• La excitación de la bobina de la inspección
• La modulación de la señal de salida de la bobina de inspección por parte de la pieza que se inspeccionó.

.Procesamiento de la señal de la bobina de inspección antes de la amplificación.
• La amplificación de las señales de las bobinas de inspección.
• Detección o demodulación de la señal de la bobina de inspección, por lo general acompañados por algún análisis o la discriminación de señales
• Visualización de señales en un metro, un osciloscopio, un oscilógrafo, o un registrador de banda; o grabación de datos de la señal
• Manipulación de la parte que se inspecciona y de la bobina


FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL METODO
CORRIENTES DE EDDY O (Foucault)
Las principales variables de operación encontradas en la inspección por corrientes de Foucault incluyen:
Conductividad eléctrica,
Permeabilidad magnética,
Efecto de distancia,
Efecto de borde, y
Efecto pantalla.
Conductividad eléctrica
Este es el parámetro principal que define el fenómeno de las corrientes inducidas. En general, a mayor conductividad del material mayor sensibilidad del método, pero con menor capacidad
de penetración superficial.

Norma Internacional de cobre recocido (IACS).
En este sistema, da al cobre una potencia de 100%, y las conductividades de otros metales y aleaciones se expresan como un porcentaje de esta norma.
Permeabilidad magnética
La permeabilidad mide la capacidad para producir un campo magnético en el material
La permeabilidad magnética de un material es la relación entre la fuerza del campo magnético y la cantidad de flujo magnético dentro del material. Como se muestra en la Fig. 5, en la saturación
FACTOR DE DISTANCIA

A medida que la distancia entre la bobina y la superficie a inspeccionar disminuye, disminuye la densidad de corriente y el acoplamiento magnético es menor

Aunque es un problema en muchas aplicaciones, efecto distancia (lift-off) también puede ser útil. Por ejemplo, con el efecto de despegue, de corrientes de Eddy instrumentos son excelentes para medir el espesor de los recubrimientos no conductores, tales como revestimientos de pintura y anodizado, en rieles.
Factor de relleno
Se refiere al mismo efecto de distancia (lift-off) que el factor de relleno pero aplicable a bobinas que se enrollan en estructuras circulares, tanto por su interior como por el exterior.
En general, no es aconsejable inspeccionar más cerca de 3,2 mm
Efecto Pantalla
Además de la relación geométrica entre la bobina y la pieza a ensayar,
las características de espesor y forma de la propia pieza son importantes. Las corrientes inducidas no se
distribuyen homogéneamente por toda la pieza, sino que son más densas en la superficie más próxima a
la bobina y se hacen menos densas a medida que se avanza en profundidad, hasta casi desaparecer en
piezas lo suficientemente gruesas.
La Figura 7 muestra cómo varía la corriente de Eddy en función de la profundidad debajo de la superficie. Así, se suele definir una distancia de penetración estándar en la que se reduce el nivel de la densidad de corriente inducida hasta un 37% con respecto al nivel de la superficie.
La profundidad de la penetración
estándar se puede calcular a partir de:



Donde S es la profundidad de la penetración estándar (en pulgadas), ρ es la resistividad (en ohm-cm), μ es el magnética permeabilidad (1 para materiales no magnéticos), y f es la frecuencia de inspección (en hercios). Resistividad, debe tenerse en cuenta, es el recíproco de la conductividad.

Inspección de Soldadura en Soldado de Tubos y Tubería
Soldaduras longitudinales en la tubería soldada y el tubo pueden ser inspeccionados por discontinuidades utilizando técnicas corrientes de Foucault con un cerco externo bobina de excitación primaria y una bobina de detección diferencial de tipo sonda.
La bobina del detector de tipo sonda es situado en el centro longitudinal en la periferia interior de la bobina primaria y está dispuesto de modo que inspecciona el exterior superficie de la soldadura longitudinal.
La inspección, como se muestra en la Figura 9, se lleva a cabo haciendo pasar el tubo o tubería longitudinalmente a través de la bobina primaria energizandola , haciendo que la bobina del detector de tipo sonda atraviese la soldadura longitudinal de extremo a extremo. La bobina primaria es energizado con corriente alterna a una frecuencia que es adecuado para la parte que se está inspeccionando (típicamente 1 kHz para productos ferromagnéticos) e induce las corrientes de Foucault en el tubo o tubería.
Fig 9 Configuración y disposición de bobinas para la inspección por corrientes de Foucault de las soldaduras longitudinales en la tubería soldada ferromagnético
ALCANCE
Este tipo de inspección es eficaz en la detección de la mayoría de los tipos de discontinuidades de soldadura longitudinales, tales como soldaduras abiertas, grietas de soldadura, grietas gancho, puntos negros, manchas grises, y agujeros.
Requerimientos Generales

Los tubos para ser ensayados deberán estar suficiente rectos para asegurar la validez del ensayo. La superficie debe estar suficientemente libre de materiales extraños, las cuales podrían intervenir con la validez del ensayo.
Es importante que la soldadura longitudinal ser cuidadosamente colocado debajo de la bobina de detector de tipo sonda antes de que la tubería sea pasada a través del tester.
Es esencial para proporcionar un buen equipo de transporte para el tubo de modo que, como la tubería es propulsado longitudinalmente, la soldadura longitudinal siempre se encuentra debajo de la bobina del detector.

Calibración y verificación del Equipo
El equipo de ensayo a ser calibrado usara patrones de referencia a inducir una pieza tubular de ensayo. La pieza de ensayo debe ser del mismo diámetro nominal, espesor, acabado superficial y propiedades electromagnéticas, similares a las del tubo a ensayar.
El equipo debe ser ajustado para producir conscientemente, a satisfacción del comprobador, patrones de referencia claramente identificados para ser utilizados para el set del disparador/ alarma del equipo
La frecuencia de chequeo de calibración será de cada 4 horas pero también cuando haya un equipo de operadores diferentes y al inicio y final de cada ensayo.
Método de ensayo e Inspección

El tubo debe ser probado buscando imperfecciones usando la técnica de corrientes de Eddy con bobina plana, con el tubo en rotación o por otro lado con movimiento del tubo mediante el giro de rodillos.

Ensayo periférico total de tubería
Fig. 10 Técnica de bobina plana rotatoria (movimiento lineal del tubo a través del sistema de rotación de la bobina).
Fig. 11 Técnica del tubo en rotación desplazando la bobina de punta plana en forma lineal a lo largo del tubo.
Tubo Diámetro exterior Menor 75 mm (3 pulg.)
Tubo Diámetro exterior Más de 75 mm (3 pulg.)
Inspeccionados utilizando una bobina que rodea externo.
La inspección se realiza pasando el tubo longitudinalmente a través de un conjunto de bobina concéntrica.

El conjunto de la bobina contiene un energizante (primario) de la bobina, un detector de diferencialmente arrollado de forma helicoidal (secundaria), y cuando la inspección materiales ferromagnéticos, una saturación magnética (corriente continua) de la bobina. La bobina de excitación se activa con corriente alterna a una frecuencia compatible con la situación de inspección (típicamente 1 kHz para muchos productos ferromagnéticos) e induce las corrientes de Foucault en el tubo.
El diámetro interior de la bobina montaje es de aproximadamente 9,5 mm (in.) mayor que el diámetro exterior del tubo para permitir mecánica o geométrica irregularidades.
Fig. 12 Componentes de la bobina de configuración para la inspección de tubos de hasta aproximadamente 75 mm (3 pulg.) de diámetro
Una desventaja es que la discontinuidad es situada, con respecto a sólo su longitudinal, no su circunferencial, posición.
Es excelente para la detección de discontinuidades que están por debajo de la superficie o dentro de 13 mm (in.) de la superficie.
Una técnica satisfactoria para diámetros más grandes es el uso de múltiples sondas.
Fig. 13 Múltiple-sonda de configuración y componentes que rodea la bobina para el remolino de inspección corriente continua de tubos ferromagnéticos o no ferromagnéticos más de 75 mm (3 pulg.) de diámetro
Una saturación de cerco bobina se utiliza para la inspección de materiales ferromagnéticos, y se emplea un cerco energizante, o primario de la bobina.
El número de conjuntos de sonda es depende del diámetro del tubo a inspeccionar.
Cada probeta está conformada por varias sondas individuales. Las sondas son típicamente alrededor de 50 mm (2 pulg.) de largo y tienen un 19 mm (pulg.) cuadradas de sección transversal que contiene devanados diferenciales.
Las sondas están eléctricamente equilibrados individualmente y luego conectados en serie.
Otra ventaja de múltiples sondas se mejora la sensibilidad de inspección, debido a que el detector está siempre en estrecha proximidad a la parte que está siendo inspeccionado. El uso de conjuntos de múltiples sondas también se localiza la posición discontinuidad dentro del sector.

Criterio de Aceptación o Rechazo
• Cualquier tubo produciendo señales más bajas que el nivel de disparador/alarma será considerado pasado el ensayo.

• Un tubo que produzca señales iguales o mayores que el nivel de disparador/alarma será supuestamente dudoso o dependiendo del inspector dado de baja.

• Si en un reensayo no se obtienen señales iguales o mayores que el nivel disparador/alarma, el tubo será considerado como aceptado por el ensayo.

• Los tubos que dan señales iguales o mayores que el nivel de disparador/alarma serán designados defectuosos.

Para los tubos defectuosos se deberá tomar las siguientes acciones:
• Las áreas dudosas pueden ser reensayadas por otra técnica de ensayo no destructivo, por acuerdo del inspector estableciendo los niveles de aceptación.

CONCLUSIONES
• En 1831 fue el año en el cual se empezó a desarrollar el método de corrientes de Eddy ya que Faraday descubrió la inducción magnética la cual es el principio básico del método mencionado.
• Es utiliza un tubo perforado como parámetro de referencia para calibrar las pruebas de inspección.
• Cuando existe un cambio de dirección en el flujo de las corrientes es sinónimo de presencia de alguna grieta o imperfección.
• Las bobinas en forma de solenoide se utilizan para inspecciones tubulares en cambio una bobina en espiral es utilizada para superficies planas.
• La Norma Internacional de cobre recocido (IACS) da al cobre una potencia de 100%, y las conductividades de otros metales y aleaciones se expresan como un porcentaje de esta norma en proporción.
• Una de las limitaciones es la capacidad de penetración está restringida a menos de 6 mm.
• En el efecto de distancia la bobina y la superficie debe permanecer constante para que la indicación sea correcta.
• Soldaduras longitudinales en las tuberías soldadas y el tubo pueden ser inspeccionados por discontinuidades utilizando técnicas corrientes de Foucault con un cerco externo bobina de excitación primaria y una bobina de detección diferencial de tipo sonda.
• Para conseguir una validez del ensayo, los tubos que serán ensayados deberán estar suficiente rectos con una superficie libre de materiales extraños y limpia.
• Para la aplicación del método la pieza de ensayo debe ser del mismo diámetro nominal, espesor, acabado superficial y propiedades electromagnéticas, similares a las del tubo a ensayar.
• Para la inspección de tubería soldada se determinó tres casos los cuales son: Ensayo periférico total de tubería, Ensayo para Tubos de Diámetro exterior Menor 75 mm (3 pulg.) y Ensayo para Tubos de Diámetro exterior superior de 75 mm (3 pulg.), cada uno con metodología para la aplicación del método como se describe en el apartado 2.10.3.
• No hay límite en el diámetro máximo de tubo que puede ser inspeccionado por el método de Corrientes de Eddy ya que frece simplicidad con alta sensibilidad y resolución. Con esto se logra identificar la gran mayoría de las discontinuidades a alta velocidad y bajo coste.

[1] ASM International, Nondestructive Evaluation and Quality Control, Metals Handbook, 1989.

[2] D. Navas, «Faraday 1831,» [En línea]. Disponible: http://www.mcnbiografias.com/app-bio/do/show?key=maxwell-james-clerk.

[3] ISO. 9304-89, Tubos de Acero sin Costura y Soldados, Ensayo Corrienets de Eddy, FONDONORMA.

REFERENCIAS
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