Corriente inducida

1. INTRODUCCION A LA TECNICA DE
EDDY CURRENT (Corrientes
Inducidas)

2. Principio aplicaciones y limitaciones del
método
- El método de corrientes inducidas se basa en
la aplicación del principio de inducción
electromagnética.
- Se emplea para la identificar o diferenciar
una amplia variedad de propiedades físicas,
estructurales y metalúrgicas de materiales
conductores.
- Por ser la energía electromagnética la
utilizada en el método no será necesario el
contacto directo entre el elemento a
inspeccionar y el sensor a utilizar (no se
necesitan elementos de acople).

3. Aplicaciones y limitaciones
- Detección de discontinuidades superficiales con aplicaciones
limitadas para aquellas cercanas a la superficie (sub
superficiales).
- Corrosión en recubrimientos de aeronaves
- Corrosión debajo de remaches de fuselaje y alas
- Discontinuidades en orificios, espesores de tubos y en la
soldadura de ellos.
- Determinación de cambios de los tratamientos térmicos
(cambios en la conductividad eléctrica), dureza, etc.
- Medición de espesores de recubrimientos (no conductores) de
materiales conductores.
- Determinación de la composición química.
- No aplicable a detección de discontinuidades muy profundas.
- Espesores no mayores a 5 mm.

4. Comparación con otras técnicas

5. Generación de las corrientes inducidas, de Foucault o
de fuga en los materiales
En la naturaleza los campos eléctricos y campos
magnéticos siempre se acoplan
I

6. ΔE
B
Una alteración temporal del campo eléctrico (ΔE/Δt,
corrientes de desplazamiento de Maxwell) resulta en un
anillo B de campo magnético alternado

7. E (fuerza electromotriz)
Cuando el campo magnético es atravesado por un
conductor alteraciones del campo magnético (ΔB/Δt, ley
de inducción de Faraday) se traducen en un anillo E del
campo eléctrico (E se lo llama fuerza electromotriz). Estas
corrientes circulares de Foucault crean electroimanes con
campos magnéticos que se oponen al campo magnético
aplicado (Ley de Lenz).
ΔB/ Δt
Bs: campo magnético
secundario opuesto al
primario
Bp

8. Cuanto más fuerte es el campo magnético aplicado, o
mayor la conductividad eléctrica del conductor, o mayor la
velocidad relativa de movimiento de los electrones (campo
alternado, frecuencia), mayores serán las corrientes de
Foucault y los campos opuestos generados.
A frecuencias cada vez mayores
la densidad absoluta de corrientes
de Foucault en la superficie del
material aumenta, aumentando el
flujo del campo magnético
secundario generándose un mayor
blindaje a la penetración en el
material (Skin-effect).

9. Principio de aplicación de la técnica de Eddy Current
Se basa en poner al material a ensayar en un estado físico
adecuado de energía donde esta fluye en el material. Los
defectos e irregularidades causan anomalías en el flujo de
energía y éstas anomalías pueden ser detectadas de
forma externa sin penetrar destructivamente en el material.
Corriente de
excitación
Bp
Bs
Eddy
current

10. Bobina de inducción (forma adecuada, diferentes tipos,
CA).
Esta tiene una resistencia baja, tendrá una cierta
inductancia (Lo) ya que circula por ella una CA. La
impedancia será la combinacion de la resistencia y
reactancia inductiva (Xlo) por lo tanto tendrá una
impedancia Zo.
La inductancia o coeficiente de auto inducción (propio de
cada solenoide) expresa la capacidad para producir auto
inducción.
En vacío (sin presencia de un conductor) la impedancia se
puede considerar igual a la reactancia inductiva (constante
si no cambia el núcleo de la bobina). Genera campo
magnético (primario).

11. Cuando el campo primario se acerca al material se inducen
corrientes parásitas que generan campo magnético
opuesto (campo secundario) al campo primario. Además,
por efecto joule, se generan pérdidas ohmicas, aumenta la
resistencia de la bobina.
Ambos campos interactúan, el opuesto debilita al campo
primario, este efecto reduce la inductancia de la bobina
respecto a la obtenida en vacío (Lo), tomando un valor L
menor a medida que aumentan las corrientes de Foucault.
Es como tener una nueva bobina de resistencia R y
reactancia inductiva XL, (nueva impedancia).

12. Irregularidades (inclusiones, materiales diferentes al
material base, TT, discontinuidad, corrosión, etc) obstruye
la circulación corrientes inducidas disminuyendo su
intensidad y aumentando la inductancia (reactancia
inductiva) de la bobina+material (L).
Esta es la base de la técnica
Si la bobina se desplaza sobre una placa de metal a una
distancia A constante, como se muestra a continuación, se
generarán cambios momentáneos en la impedancia de la
bobina y en la corriente que circula por ella al pasar sobre
una grieta o defecto.

13. Estos cambios serán amplificados y se presentarán en
un instrumento (indicación digital o de aguja)
L0
A
Z

14. Ventajas
- Con/sin contacto entre la bobina de inducción y material
(ej. Materiales conductores pintados)
- Anomalías generadas por la circulación de las corrientes
se detectan por medios electrónicos.
Instrumentos simples no se utilizan en la práctica sólo
serían capaces de indicar defectos muy grandes.
Instrumentos modernos son considerablemente más
elaborados, veremos el principio de funcionamiento.

15. Influencia de la conductividad eléctrica del material
sobre la impedancia de la bobina (distancia A nula o
factor de llenado 1)
Inicialmente consideramos una bobina ideal, sin resistencia
óhmica (sin pérdidas por resistencia), hay solo inductancia.
σ conductividad eléctrica.
Impedancia de la bobina en el
plano complejo se muestra como
función de la conductividad del
material a ensayar a una
distancia A constante (Lift off).

16. Material es no conductor (conductividad eléctrica 0): no se
generan corrientes parásitas, inductancia (L0) sin cambios
(punto P1).
Material conductividad eléctrica finita: se generarán
corrientes parásitas y pérdidas óhmicas. Aumento de la
componte óhmica, reducción simultánea de la componente
inductiva. Aumento de la conductividad eléctrica: el punto
de funcionamiento se desplaza de P1 a P2.
Conductividad eléctrica elevada (hipotéticamente infinita,
superconductor): no habrá pérdidas óhmicas, la
componente óhmica de la impedancia de la bobina
desaparecerá. Flujo de las corrientes de Foucault elevados
al igual que el campo que estas generan. Reducción
considerable de inductancia de la bobina (punto P3).

17. La conductividad tiene una influencia determinante en
la impedancia de la bobina cuando está en la vecindad
de un material conductor
Influencia de la separación /Lift-off) (bobina-material)
sobre la impedancia de la bobina
La distancia A entre la bobina y el material conductor
también modifica la impedancia.
En la siguiente imagen se observan curvas con valores
constantes de A (lift off).
P1, inicio: bobina muy alejada, no hay inducción de
corrientes, la impedancia de la bobina no se modifica.

19. Si A varía desde valores elevados, a través de valores
finitos, hasta el valor 0 (no se puede obtener en la
práctica), las curvas de impedancia continuarán
expandiéndose hasta el origen.
Con conductividad muy elevada y A idealmente 0 (factor de
llenado 1) no habrá componente óhmica en la impedancia,
se tendrán corrientes elevadas. El acoplamiento de la
bobina con el material será ideal y el campo de generación
primario estará completamente cancelado por el campo
secundario de las corrientes parásitas. Esto significa que la
bobina tampoco tendrá ninguna reactancia inductiva, es
decir, inductancia efectiva será 0.

20. Si se obtiene, por calibración, la variación de la impedancia
en función de la separación (Lift-off) (curva A1-A2-A), se
podrá determinar con precisión el recubrimiento no
conductores (pinturas, plásticos, etc) sobre metales.
Podemos concluir que:
La distancia entre la bobina y material a ensayar tiene
una influencia importante sobre la impedancia de la
bobina

21. Influencia de las discontinuidades sobre la impedancia de
la bobina-material.
En la detección de defectos el objetivo no es medir la
conductividad o la distancia A sino la influencia de los defectos
del material sobre la impedancia de la bobina
Si la bobina pasa por una discontinuidad su impedancia cambia
con un valor específico y con una determinada dirección del
vector impedancia.

22. Si por otro lado el valor de la impedancia cambia debido a
la distancia entre la bobina y la superficie, el vector cambia
en otra dirección.

23. Este efecto es muy significativo. Mediante ayudas
electrónicas se puede evaluar los efectos de un
defecto en preferencia a otros efectos
Materiales baja conductividad
eléctrica se tornan difíciles de
evaluar frente a materiales con
Alta conductividad en cuanto al
cambio de impedancia por
presencia de discontinuidades.

24. Influencia de la frecuencia sobre la impedancia de la
bobina.

25. Ambas variables ejercer la misma influencia sobre la
impedancia. La impedancia reacciona a un aumento de la
conductividad eléctrica del mismo modo que a un aumento
de la frecuencia.
Del punto de vista práctico no se trabaja con la
conductividad eléctrica sino con la frecuencia de ensayo
que puede ser calculada o bien determinada por medio del
uso de patrones.
Consideraciones con materiales ferromagnéticos
Permeabilidad magnética influye sobre el campo
magnético de la bobina (concentrándolo) aumentando la
reactancia de ella. Es decir es un campo mas fuerte que
eclipsa el campo generado por las corriente de Eddy.

26. Sistema de bobina para inspección de elementos cilíndricos
(throughput o encircling coil)
La influencia de la separación entre el material y la bobina (caso
visto anteriormente) se corresponde con el factor de llenado
(encircling coil).
Grado o factor de llenado: relación entre la sección transversal
de material de prueba respecto al de la bobina (factor de llenado
pequeño o de llenado grande)

28. Bobinas (cabezales o probes)
Bobina Absoluta: una sola bobina se pone en contacto con
el material a inspeccionar.

29. Bobina Diferencial: dos bobinas son utilizadas, una es la
de excitación y otra de medición. Pueden estar contenidas
en un mismo cabezal o separadas.

30. Determinación de la profundidad estándar o efectiva de
penetración de las corrientes de Eddy
δ = penetracion (mm)
f = frecuencia (Hz)
µ0= permeabilidad mag vacio (H/mm)
µr= permeabilidad mag. relativa
σ= Conductividad eléctrica (% IACS o Siemens/m)

31. Conductividad eléctrica
Su valor está referido o expresado en porcentaje de IACS
(International Anneled Copper Standard)
Los equipos están calibrados en % IACS.
Por ejemplo para aleación de aluminio (30 a 40% IACS),
dimensiones de fisuras entre 1,52 a 3,4 mm de largo
ubicadas entre 0,48 mm a 2,48 mm de profundidad, se
recomiendan frecuencias de inspección entre 100 y 500
kHz.

33. Mediciones de la conductividad eléctrica
Se ve influenciada por: tratamiento térmico, recubrimiento
aplicado y geometría de la pieza. Las lecturas de
conductividad están en %IACS y son equipos especiales
para este propósito.
Pueden presentar indicaciones calibradas (caso de la
conductividad) o bien presentar un display mas flexible el
cual se calibra

34. Tratamiento térmico
Cambio de la conductividad del material 7075 por efecto de
los diferentes tratamientos térmicos (dureza).
Para convertir IACS
a m/Ω/mm2 dividir por
1,7241

35. Tabla de conductividades eléctricas de aleación de
aluminio 7075 con diferentes tratamientos térmicos

36. Recubrimiento
Clad (recubrimiento conductor): es una técnica que afecta
la medición de la conductividad eléctrica del material base
y esta relacionado con el espesor del clad. Se deben hacer
ensayos si bien se tienen documentos de referencia.
Pinturas: gruesas capas de pintura afectan la relación
entre el cabezal y la superficie a inspeccionar, por lo tanto
la determinación de la conductividad eléctrica.
Geometría
La forma de las piezas, cambio en su configuración, afecta
la distribución de las corrientes de Eddy. Espesores y
curvaturas son dos de las fuentes mas grandes de lecturas
erróneas.

37. Equipos de Eddy Current
Digitales y analógicos
Digitales
Diseñados (en general) para
determinar características
específicas de un componente
Como: conductividad eléctrica
o espesor del recubrimiento no conductor.
Estos equipos tienen una precisión ligeramente superior
que los dispositivos analógicos

38. Analógicos
Pueden ser utilizados diferentes aplicaciones tales como:
detección de discontinuidades, mediciones de espesor de
material, mediciones de espesores revestimiento no
conductores o conductores.
Equipos portátiles
Son otra categoría de
instrumentación y presentan
los datos de inspección en
forma de diagrama de impedancia

39. Se presenta un equipo portátil digital con un cabezal
adecuado para el análisis de discontinuidades sobre una
zona (hombro) de llanta (avión).

40. Patrones de referencia

41. Patrones de referencia (detección de discontinuidades)

42. Patrones de referencia (detección de espesores de
pinturas no conductivas)