¿Conoces los cambios más relevantes de la nueva edición de la norma UNE-EN ISO 9712:2023? Te los contamos
CORRIENTES ELÉCTRICAS EMPLEADAS DURANTE LA MAGNETIZACIÓN.
En el método de ensayo no destructivo de partículas magnéticas, al igual que en el resto de métodos, es importante conocer los fundamentos teóricos en los que se basa. Concretamente en esta publicación, vamos a hablar sobre los diferentes tipos de corrientes eléctricas que podemos emplear para la magnetización de las piezas ensayadas por el método de partículas magnéticas.
La presente publicación no pretende desarrollar la metodología de cómo realizar el ensayo de partículas magnéticas ni los conceptos generales de dicho método de ensayo no destructivo. Sin embargo, si conviene mencionar y recordar algunas ideas básicas que nos van a ayudar en el seguimiento del presente texto. Así, en primer lugar, definiremos el ensayo de partículas magnéticas como el método de ensayo no destructivo que emplea campos magnéticos y medios de detección para detectar discontinuidades que afloran a la superficie es decir superficiales, o próximas a ella, es decir sub-superficiales, en materiales ferromagnéticos.
Así pues el primer paso propio del ensayo será inducir un campo magnético en la pieza o material que vamos a ensayar. De tal manera, que si en dicho material tras ser inducido el campo en él, hay una variación local de la permeabilidad magnética, dicho campo magnético sufrirá una alteración. Dicha alteración es lo que se denomina campo de fuga. Una vez inducido el campo magnético en la pieza, se aplica en la superficie de la pieza el medio de detección también llamado las partículas magnéticas por ser partículas de material ferromagnético finamente divididas y de diferentes tamaños y geometrías. Estas partículas se aplican sobre la superficie de la pieza suspendidas en un medio húmedo (lo que llamamos ensayo en vía húmeda) o suspendidas en el aire (lo que llamamos ensayo en vía seca). Si el campo de fuga, cuando se genera, aflora a la superficie, las partículas magnéticas se sentirán atraídas por él, formando una acumulación de partículas sostenidas en la superficie de la pieza por el campo de fuga y formando así una indicación propia de este método de ensayo. En la fotografía 1 se muestra una indicación propia de este ensayo.
Partículas magnéticas fluorescentes.
Partículas magnéticas negras con laca de contraste.
También definiremos qué es una corriente eléctrica. Una corriente eléctrica es un flujo de carga eléctrica que circula por un conductor y es capaz de producir campos magnéticos. Su intensidad se mide en Amperios y corresponde al flujo de cargas que circulan por el conductor por unidad de tiempo. La importancia, y mucha que tiene la correine eléctrica en el ensayo de partículas magnéticas es que la corriente eléctrica, lleva asociada la generación de un campo magnético. Según como esté dispuesto el conductor (rectilíneo o formando una bobina por ejemplo) el campo magnético asociado a esa corriente, tendrá propiedades diferentes en cuanto a su aplicación en el ensayo de partículas magnéticas se refiere.
Como hemos comentado, el ensayo de partículas magnéticas comienza con la inducción de un campo magnético en un material u objeto ensayado. Esto lo podemos hacer de dos maneras, mediante el empleo de campos magnéticos generados por imanes o mediante el empleo de corrientes eléctricas.
Comenzaremos escribiendo de la magnetización de la pieza mediante imanes. En este sentido, podemos tener un imán permanente como el que se muestra en la fotografía 2, o podemos tener un electroimán o yugo electromagnético como el mostrado en la fotografía 3. El uso del imán permanente, prácticamente se limita a cuando no es posible contar con corriente eléctrica en un lugar determinado o cuando por razones de seguridad no es posible el empleo de corriente eléctrica.
Fotografía 2. Imán permanente.
También, se considera una magnetización por imanes, cuando el imán es un electroimán, también llamado yugo electromagnético. En la fotografía 3 se muestra un electroimán o yugo electromagnético el cual está formado por un núcleo de hierro protegido por una carcasa que deja libre las patas o polos del electroimán. En la parte central del núcleo de hierro y protegida por la carcasa, se ha arrollado una bobina por la que circula corriente eléctrica.
Fotografía 3. Yugo electromagnético de corriente alterna.
Así pues, este yugo por el que circula corriente alterna, nos va a servir, para empezar a desarrollar el tema de la publicación, los diferentes tipos de corrientes eléctricas empleadas en el ensayo de partículas magnéticas.
Podemos tener las siguientes corrientes de magnetización:
- Corriente continua.
- Corriente alterna.
- Corriente alterna rectificada de media onda.
- Corriente alterna rectificada de media onda trifásica.
- Corriente alterna rectificada de onda completa.
- Corriente alterna rectificada de onda completa trifásica.
- Corriente pulsante.
- Corriente instantánea.
Los diferentes tipos de corrientes se pueden explicar viendo cómo varía la intensidad, los amperios, respecto al tiempo.
Así por lo tanto, la corriente continua es aquella cuya intensidad no varía con el tiempo. Se consiguen mediante el empleo de baterías. No dependen de la red eléctrica, pero tienen el inconveniente del uso y mantenimiento de la batería.
Figura 1. Corriente continua.
Cuando se magnetiza un objeto con corriente continua, esta se distribuye uniformemente a través su sección. El campo magnético creado, tiene una densidad de flujo mayor en la superficie exterior y es cero en el eje central del objeto. En el ensayo de partículas magnéticas por lo tanto se emplean para la detección de discontinuidades sub-superficiales.
En la corriente alterna la intensidad varía de forma periódica con el tiempo. Esta variación de intensidad tiene una forma sinusoidal con valores de corriente positivos y negativos. La intensidad de corriente aumenta desde “0” hasta un máximo positivo, desde donde decrece al invertirse el sentido de la corriente eléctrica, pasando de nuevo por el “0” y llegando a un mínimo. El tiempo que transcurre el proceso descrito anteriormente se llama “ciclo” y se define el “Hercio” (Hz) como un ciclo por segundo. En los países europeos, la corriente alterna de que proporciona la red eléctrica es de 50 Hz.
Figura 2. Corriente alterna monofásica.
Figura 3. Corriente alterna trifásica.
Debido al “efecto piel”, el flujo magnético se concentra en la superficie del objeto. Es consecuencia del efecto inductivo o autoinducción originada a raíz de la inversión de la corriente eléctrica, y esto hace que la magnetización se localice cerca de la superficie del objeto que se magnetiza. Cuanto mayor es la frecuencia de la corriente alterna más acusado es el efecto. Para 50 Hz la penetración del campo magnético es de unos 2 mm aproximadamente. Se emplea en la detección de discontinuidades superficiales.
Las principales ventajas de la corriente alterna respecto a la continua son:
- Es la más adecuada para detectar discontinuidades superficiales en componentes de geometrías irregulares.
- Los cambios rápidos de polaridad de la corriente someten a las partículas a una agitación intensa que facilita sus desplazamientos y en consecuencia su atracción por los campos de fuga lo que redundará en mayor intensidad de las indicaciones formadas, que además se formarán en tiempos más cortos.
- El valor de la intensidad pico de la onda es aproximadamente un 40% más alta que el valor eficaz, lo que hace que la fuerza magnetizadora de la una corriente alterna será mayor si comparamos el valor eficaz de esta con la misma intensidad de corriente continua. Esto hace además que los equipos de corriente alterna sean más baratos y ligeros que los de corriente continua.
- Otra ventaja de la corriente alterna es que el campo magnético generado por la corriente alterna, es mucho más fácil de desmagnetizar que el generado por la corriente continua.
- Otra ventaja es que puede servir para desmagnetizar ya que para desmagnetizar se necesitan campo magnéticas alternos de intensidad decreciente, y la corriente alterna proporciona por si misma estos campos alternos decrecientes.
En las fotografías 4 y 5, se muestra un yugo que tiene la posibilidad de seleccionar la corriente a emplear entre corriente alterna y corriente continua.
Fotografía 4. Yugo de corriente alterna y corriente continua.
Fotografía 5. Detalle del yugo de corriente alterna y corriente continua.
En realidad, lo que denominan corriente continua en el yugo mostrado en las fotografías 4 y 5, es una corriente alterna rectificada de onda completa trifásica, ya que proviene de la red eléctrica y no de baterías.
Luego entraremos en detalle de la corriente alterna rectificada, pero antes queremos poner un ejemplo, el cual pretende ayudar a ver parte de las diferencias entre corriente continua y corriente alterna. Hemos dicho que cuando se emplea corriente alterna, debido al “efecto piel”, el flujo magnético generado se concentra en la superficie del objeto. Sin embargo, cuando se magnetiza un objeto con corriente continua, esta se distribuye uniformemente a través su sección y el campo magnético que se genera varía linealmente desde la superficie exterior, donde la tiene una densidad de flujo magnético es la máxima posible, hasta el eje central del objeto, donde el campo magnético es cero. Esto se traduce en que cuando empleamos corriente alterna, el campo magnético que se genera es menos penetrante y tendrá un poder y una capacidad para levantar peso menor que la corriente alterna. Si intentamos levantar una masa de, por ejemplo 18 kg con el campo generado con corriente continua, conseguiremos hacerlo. Pero si ahora lo intentamos levantar con el campo magnético generado con la corriente alterna, este no tendrá la fuerza suficiente y no podremos hacerlo.
Fotografía 6. Yugo de corriente continua levantando 18 kg.
Ahora probamos a levantar con el yugo de corriente alterna un peso de 4,5 kg, y si lo conseguiremos.
Fotografía 7. Yugo de corriente alterna levantando 4,5 kg.
De hecho, este ensayo/ejemplo que acabamos de ver, es la manera de comprobar y verificar que un yugo funciona correctamente. La norma internacional UNE-EN ISO 9934-3 define y establece el ensayo de “elevación de peso” para un yugo de corriente alterna del siguiente modo;
“El electroimán, con los polos magnéticos a la distancia recomendada, debe ser capaz de soportar suspendida una placa de acero o una barra rectangular de acero C22 (…) que tenga una masa mínima de 4,5 kg. La medida mayor de la placa o barra debe ser mayor que el espaciado de los polos del electroimán.”. Extracto de la norma UNE-EN ISO 9934-3. Epígrafe 4.1. “Electroimanes portátiles”
Para corriente continua, sin embargo la norma UNE-EN ISO 9934-3 no establece el peso que se debe levantar para considerar que el yugo funciona correctamente, ya que indica que;
“(…) sólo se deberían utilizar electroimanes de corriente continua si así se ha acordado en el momento de la solicitud de ofertas y de los pedidos”. Extracto de la norma UNE-EN ISO 9934-3. Epígrafe 4.1. “Electroimanes portátiles”
Así, para completar el ejemplo, hay que recurrir al código ASME V, artículo 7, dónde se habla del ensayo de partículas magnéticas. Concretamente en el párrafo T-762 se define el “lifting power of yokes” (“poder de elevación de los yugos”) del siguiente modo (traducción libre):
“Los yugos electromagnéticos de corriente alterna tendrán una fuerza de levantamiento de al menos 10 libras (4,5 Kg.) con la máxima separación de polos que se utilizase.
Los imanes permanentes o yugos de corriente continua tendrán una fuerza de levantamiento de al menos 18 Kg. (40 libras) con la máxima separación de polos que se utilizase.
ASME V. Artículo 7. Párrafo T-762. “Lifting power of yokes”.
Este ensayo se realiza con una pesa diseñada y homologada para tal fin. En la fotografía 8, se muestra una pesa que cumple con los criterios del código ASME V, y de la norma ASTM E 1444, empleada para el ensayo e partículas magnéticas.
Fotografía 8. Pesa empleada para “el ensayo de elevación”. Masa 10 lb (4,8) kg.
Como hemos anticipado antes, hay diferentes tipos de corriente eléctrica empleada en el ensayo de partículas magnéticas que provienen de la rectificación de la corriente alterna. Así pues, pues si se emplean rectificadores para modificar la corriente alterna se obtiene corriente alterna rectificada. Esta puede ser rectificada de media onda o de onda completa, monofásica o trifásica.
En las fotografías 9 y 10 se muestra el equipo de bancada que tiene ipunto, en el cual se puede seleccionar el tipo de corriente eléctrica de magnetización.
Fotografía 9. Equipo de bancada magnética de ipunto.
Fotografía 10. Detalle de lectura del amperímetro. Mostrando lectura de corriente alterna rectificada de media onda (en inglés representada con el acrónimo HWDC)
Si la corriente alterna de partida es monofásica, y se emplean rectificadores de media onda, el rectificador bloquea el flujo de corriente negativo. Lo que se obtiene es una corriente alterna rectificada de media onda o corriente semirectificada pulsante cuyos pulsos se inician en 0, alcanzan un valor positivo máximo y disminuyen hasta alcanzar un valor de 0 en un tiempo de medio ciclo (1/100 en el caso de la corriente de 50 Hz) .A efectos prácticos, se considera como si fuera corriente continua al 30%.
Figura 4. Corriente semirectificada o corriente alterna rectificada de media onda.
La corriente rectificada de media onda tiene una penetración parecida aunque algo menor a la rectificada de onda completa monofásica, pero además la movilidad de las partículas es mayor, lo que hace que en balance sea interesante su uso. Tiene el inconveniente si embargo respecto a la alterna que no sirve para desmagnetizar ya que no hay inversión de la polaridad de la corriente eléctrica. Es la más eficaz en balance para la detección de discontinuidades superficiales y sub-superficiales. Si se emplean partículas por vía seca y este tipo de corriente, este efecto se magnifica.
Si se hace pasar una corriente alterna momofásica a través de un rectificador que invierta el flujo de corriente negativa, se obtiene una corriente en el que se duplica el número de pulsos positivos. Este tipo de corriente se denomina corriente alterna monofásica rectificada de onda completa. Tiene mayor poder de penetración de la de media onda y el porcentaje de corriente continua es del 60%.
Figura 5. Corriente alterna rectificada de onda completa.
Si la corriente eléctrica de partida es alterna trifásica, lo que obtenemos es una corriente alterna rectificada de media onda o de onda completa pero trifásica.
Figura 6. Corriente alterna rectificada de onda completa trifásica.
Este tipo de ondas tampoco sirven para desmagnetizar pero son capaces de detectar discontinuidades más profundas que las anteriores. Además, las piezas magnetizadas empleando esta corriente son más difíciles de desmagnetizar y tienen un consumo energético elevado.
La corriente rectificada de media onda trifásica se considera como si fuera corriente continua al 75% y la corriente alterna rectificada de onda completa trifásica Se considera como si fuera corriente continua al 99-100%
Comentar además, que la corriente rectificada de onda completa trifásica tiene las ventajas de la corriente alterna rectificada completa monofásica, y además tiene un consumo energético menor ara conseguir la misma intensidad de corriente. Este efecto es más acusado a partir de los 600 A. Además, estos equipos pueden incorporar un circuito para hacer el ensayo “quick break” que permite la detección de discontinuidades en los extremos de las piezas magnetizadas longitudinalmente. Para hablar del ensayo “quick break”, merece la pena, sin duda, una publicación aparte.
Por último hablar de la corriente instantánea y de la corriente por pulsos. La corriente instantánea se emplea con ventaja en el método residual ya que se emplea normalmente para saturar magnéticamente las piezas y que se obtiene mediante el uso de condensadores.
La corriente por pulsos, se suele emplear en piezas de poca sección en las que de otro modo, el riesgo de quemar la pieza es elevado. La corriente pulsante reduce este riesgo.
Figura 7. Corriente por pulsos.
Para terminar, comentar que todos los equipos de magnetización excepto el yugo y el imán permanente, llevan un amperímetro que indica la intensidad de corriente que se está aplicando al magnetizar. Es importante conocer qué valores miden los amperímetros de los equipos que estamos manejando, ya que por ejemplo, los amperímetros de los equipos de corriente alterna o rectificada, suelen dar el valor en intensidad eficaz, y es importante conocer la relación entre el valor eficaz y el valor pico. Por ejemplo, en la norma UNE- EN ISO 9934-1, se tiene una tabla que muestran los factores de corrección a aplicar en cada caso.
Bibliografía de referencia:
- Non destructive testing handbook. Volume 8. Magnetic testing. ASNT.
- Manual de estudio. Partículas magnéticas. Proyecto Leonardo.
- ASTM E 1444. Standard Practice for Magnetic Particle Testing
- UNE-EN ISO 9934-1. Ensayos no destructivos. Ensayo por partículas magnéticas. Parte1: Principios generales.
UNE-EN ISO 9934-1. Ensayos no destructivos. Ensayo por partículas magnéticas. Parte 3: Equipos.
Post Relacionados
