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Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniera Escuela de Ingeniera Mecnica Elctrica
ANLISIS Y COMPARACIN DE LOS MTODOS DE INSPECCIN
POR PARTCULAS MAGNTICAS Y POR LQUIDOS PENETRANTES
PARA LA DETECCIN DE DEFECTOS EN MATERIALES
FERROMAGNTICOS
Rony Rolando Ruiz Archila
Asesorado por el Ing. Francisco Jos Gonzlez Lpez
Guatemala, agosto de 2010
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERA
ANLISIS Y COMPARACIN DE LOS MTODOS DE INSPECCIN
POR PARTCULAS MAGNTICAS Y POR LQUIDOS PENETRANTES
PARA LA DETECCIN DE DEFECTOS EN MATERIALES
FERROMAGNTICOS
TRABAJO DE GRADUACIN
PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA
FACULTAD DE INGENIERA
P O R
RONY ROLANDO RUIZ ARCHILA
ASESORADO POR ING. FRANCISCO GONZLEZ
AL CONFERRSELE EL TTULO DE
INGENIERO ELECTRICISTA
GUATEMALA, AGOSTO DE 2010
HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOR
Cumpliendo con los preceptos que establece la ley de la Universidad de San Carlos de Guatemala, presento a su consideracin mi trabajo de graduacin titulado:
ANLISIS Y COMPARACIN DE LOS MTODOS DE INSPECCIN
POR PARTCULAS MAGNTICAS Y POR LQUIDOS PENETRANTES
PARA LA DETECCIN DE DEFECTOS EN MATERIALES
FERROMAGNTICOS,
tema que me fuera asignado por la Direccin de la Escuela de Mecnica Elctrica el 26 de abril de 2010.
Rony Rolando Ruiz Archila
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERA
NMINA DE JUNTA DIRECTIVA
DECANO ING. MURPHY OLYMPO PAIZ RECINOS VOCAL I INGA. GLENDA PATRICIA GARCA SORIA VOCAL II INGA. ALBA GUERRERO DE LPEZ VOCAL III ING. MIGUEL NGEL DVILA VOCAL IV BR. LUIS PEDRO ORTZ DE LEN VOCAL V AGR. JOS ALFREDO ORTZ HERINCX SECRETARIO ING. HUGO HUMBERTO RIVERA PREZ
TRIBUNAL QUE PRACTIC EL EXAMEN
GENERAL PRIVADO
DECANO ING. MURPHY OLYMPO PAIZ RECINOS EXAMINADOR ING. ROMEO NEFTAL LPEZ OROZCO EXAMINADOR ING. JUAN CARLOS MORATAYA EXAMINADOR ING. JOS GUILLERMO BEDOYA BARRIOS SECRETARIA INGA. MARCIA IVONNE VLIZ VARGAS
ACTO QUE DEDICO
A DIOS Porque sin l nada soy. A l le doy toda la gloria,
la honra y el reconocimiento de mis logros.
A MI ESPOSA Karin Arenales de Ruiz a quien amo con todo mi
corazn y quien siempre ha estado conmigo en
todo, quien es y siempre ser una bendicin en mi
vida.
A MIS HIJOS Amy y Alain, a quienes amo inmensamente.
A MIS PADRES Mara Magdalena Archila de Ruiz (Q.E.P.D.)
Jess Ruiz Mayorga (Q.E.P.D.)
Porque me ensearon el bien, el esfuerzo y el
amor.
A MIS HERMANOS Miriam Estela, Juan, Lesbia (Q.E.P.D.), Arnoldo,
Erika, Eddy (Q.E.P.D.) y Mynor (Q.E.P.D.) con
cario especial.
A MIS SOBRINOS Con amor.
A TODA MI FAMILIA,
EN GENERAL Con mucho cario.
A MI ASESOR Ing. Francisco Gonzlez, gratitud por su apoyo
brindado.
i
NDICE GENERAL NDICE DE ILUSTRACIONES...ix
GLOSARIO..xiii
RESUMEN..xvii
OBJETIVOS.... ...xix
INTRODUCCIN....xxi
1. MTODOS DE PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS.......1
1.1 Antecedentes..1
1.2 Generalidades....1
1.3 Clasificacin de los mtodos....2
1.4 Aplicaciones....3
2. MTODO DE INSPECCIN POR MEDIO DE LQUIDOS
PENETRANTES
2.1 Introduccin a los lquidos penetrantes......5
2.2 Antecedentes......6
2.3 Procedimiento para realizar una inspeccin por lquido
penetrante...7
2.3.1 Preparacin de la superficie.7
2.3.2 Aplicacin del penetrante..7
2.3.3 Tiempo de penetracin..8
2.3.4 Retirar el exceso de penetrante.10
2.3.5 Aplicacin del revelador..10
2.3.6 Indicaciones del revelador.............11
2.3.7 Inspeccin.11
2.3.8 Limpiar la superficie.....13
2.4 Caractersticas de los lquidos penetrantes.13
2.4.1 Principios fsicos...13
ii
2.4.2 Caractersticas de los penetrantes....13
2.4.3 Tipos de lquidos penetrantes........14
2.4.3.1 Clasificacin por color...14
2.4.3.1.1 Tipo I Penetrante
fluorescente...14
2.4.3.1.2 Tipo II Penetrante
visible o coloreado ..........14
2.4.3.2 Clasificacin por solubilidad.14
2.4.3.2.1 Penetrantes lavables
con agua o autoemul-
sionables......14
2.4.3.2.2 Penetrantes post-
emulsionables................15
2.4.3.2.3 Penetrantes lavables
con solvente....................15
2.4.4 Mtodos para remover el penetrante.......15
2.4.4.1 Mtodo A Penetrante lavable
con agua......15
2.4.4.2 Mtodo B Penetrante
post-emulsificante lipoflico.................17
2.4.4.3 Mtodo C Penetrante
removible con solvente..18
2.4.4.4 Mtodo D Penetrante post-
emulsificante hidroflico.....20
2.4.5 Revelador..20
2.4.5.1 Forma a Polvo seco....20
2.4.5.2 Forma b Soluble en agua..20
2.4.5.3 Forma c Suspensin en agua...20
2.4.5.4 Forma d No acuoso Tipo 1
fluorescente (a base de solvente)....21
iii
2.4.5.5 Forma e No acuoso Tipo 2 visible
(a base de solvente)...21
2.4.5.6 Forma f Aplicaciones especiales.............21
2.5 Consideraciones..21
2.6 Ventajas de las pruebas con lquidos penetrantes.22
2.7 Limitaciones de las pruebas con lquidos penetrantes..23
3. MTODO DE INSPECCIN POR MEDIO DE PARTCULAS
MAGNTICAS.....25
3.1 Introduccin a las Partculas magnticas.25
3.2 Antecedentes....26
3.3 Conceptos bsicos..26
3.3.1 Leyes de Maxwell (Ampere)26
3.3.2 Magnetismo....27
3.3.3 Campos magnticos.....27
3.3.4 Partculas magnetizables..29
3.3.5 Magnetizacin29
3.3.6 Curva de histresis...30
3.3.7 Dominios magnticos...32
3.4 Principios fsicos..33
3.5 Procedimiento general...............34
3.6 Tipos de materiales magnticos 35
3.6.1 Diamagnticos..35
3.6.2 Paramagnticos.......35
3.6.3 Ferromagnticos..36
3.7 Permeabilidad magntica absoluta y relativa..36
3.8 Generacin de campos magnticos.39
3.8.1 Induccin directa...40
3.8.1.1 Conductores..40
3.8.1.2 Mtodo por contacto directo...41
3.8.1.3 Puntas de contacto (electrodos)....41
3.8.1.4 Entre cabezales.............................42
iv
3.8.2 Induccin indirecta......42
3.8.2.1 Imanes permanentes...43
3.8.2.1.1 Barras de imn.43
3.8.2.1.2 Imn en forma de
herradura..44
3.8.2.2 Por yugo.45
3.8.2.3 Bobina o cable enrollado.45
3.9 Tipos de corrientes para magnetizar........46
3.9.1 Corriente directa..47
3.9.2 Corriente alterna..48
3.9.3 Corriente alterna rectificada..50
3.9.3.1 Corriente alterna rectificada
de media onda..51
3.9.3.2 Corriente alterna rectificada
monofsica de onda completa...51
3.9.3.3 Corriente alterna rectificada
trifsica de onda completa..52
3.10 Equipo para realizar las pruebas...52
3.10.1 Fijo (estacionario)....52
3.10.2 Mvil (porttil).....................53
3.11 Medicin de campos magnticos..54
3.11.1 Importancia de los campos magnticos...54
3.11.2 Equipo para medir campos magnticos..55
3.11.2.1 Medicin por indicadores de
Campo...55
3.11.2.2 Por medio del dispositivo de
medicin por efecto-Hall....56
3.11.3 Orientacin del campo magntico57
3.12 Modo de Magnetizacin..58
3.12.1 Magnetizacin continua..58
3.12.2 Magnetizacin residual...58
3.13 Ecuaciones para partculas magnticas...58
v
3.13.1 Frmulas de la regla de la mano derecha...58
3.13.2 rea de la seccin transversal......59
3.13.3 Calculando la corriente en una bobina....61
3.13.3.1 Frmula para el clculo de corriente
en piezas recostadas en la parte baja
de la bobina......62
3.13.3.2 Frmula para el clculo de corriente
en piezas posicionadas en el ncleo
de la bobina...63
3.14 Requerimientos de luz para la inspeccin con partculas
magnticas....64
3.15 Caractersticas de las partculas magnticas..64
3.15.1 Partculas magnticas secas.65
3.15.2 Partculas magnticas en un fluido......65
3.16 Modo de aplicacin de las partculas magnticas..67
3.16.1 Va seca....67
3.16.2 Va hmeda..67
3.16.3 Comparacin de los Mtodos de partculas
magnticas, secas y hmedas..67
3.17 Pruebas de deteccin de defectos utilizando partculas
magnticas en un medio lquido (inspeccin hmeda)..69
3.18 Pruebas de deteccin de defectos utilizando partculas
magnticas en un medio seco (inspeccin seca)...71
3.19 Inspeccin.73
3.20 Desmagnetizacin..........75
. 3.21 Ventajas de las pruebas con Partculas magnticas.77
3.22 Limitaciones de las pruebas con Partculas magnticas...77
4. ANLISIS COMPARATIVO ENTRE EL MTODO DE INSPECCIN
POR PARTCULAS MAGNTICAS Y POR LQUIDOS
PENETRANTES..79
4.1 Consideraciones..80
vi
4.2 Cuadro comparativo de los mtodos de inspeccin
por partculas magnticas y lquidos penetrantes......82
5. OTROS MTODOS DE PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS..85
5.1 Mtodo de inspeccin por medio de corrientes Eddy....85
5.1.1 Introduccin a las pruebas con corrientes Eddy.85
5.1.2 Caractersticas de las pruebas con corrientes Eddy. 86
5.1.3 Ventajas de las pruebas con corrientes Eddy.86
5.1.4 Limitaciones de las pruebas con corrientes Eddy..87
5.2 Mtodo de inspeccin por medio ultrasnico..87
5.2.1 Introduccin a las pruebas ultrasnicas...87
5.2.2 Caractersticas de las pruebas ultrasnicas....88
5.2.2.1 Mtodo de pulso y eco, o de reflexin....88
5.2.2.2 Mtodo de transmisin de un pulso a
travs del medio.88
5.2.2.3 Mtodo de resonancia...89
5.2.3 Ventajas de las pruebas ultrasnicas...89
5.2.4 Limitaciones de las pruebas ultrasnicas.90
5.3 Mtodo de inspeccin por medio radiogrfico.90
5.3.1 Introduccin a las pruebas radiogrficas.90
5.3.2 Caractersticas del Mtodo radiogrfico...91
5.3.3 Ventajas del Mtodo radiogrfico..91
5.3.4 Limitaciones del Mtodo radiogrfico...92
5.4 Mtodo de inspeccin visual..92
5.4.1 Introduccin a las pruebas por inspeccin visual...92
5.4.2 Caractersticas del Mtodo por inspeccin visual..92
5.4.3 Ventajas del Mtodo por inspeccin visual..93
5.4.4 Limitaciones del Mtodo por inspeccin visual...93
vii
CONCLUSIONES95
RECOMENDACIONES..97
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS.......99
BIBLIOGRAFA.101
viii
ix
NDICE DE ILUSTRACIONES
FIGURAS
1 Aplicacin del penetrante en spray 7
2 Lquido penetrante en una discontinuidad 8
3 Remover el exceso 10
4 Aplicar el revelador 11
5 Indicacin de una rajadura en una soldadura 12
6 Indicacin de una rajadura en una sierra circular 12
7 Diagrama de flujo Mtodo A 16
8 Diagrama de flujo Mtodo B y D 17
9 Diagrama de flujo Mtodo C 19
10 Campo magntico 28
11 Campo de fuga 30
12 Curva de histresis 31
13 Material desmagnetizado 33
14 Material magnetizado 33
15 Discontinuidad perpendicular a la lnea de campo
magnetizable 34
16 Campo magntico alrededor de un conductor 40
17 Puntas de contacto 41
18 Entre cabezales 42
19 Magnetizacin indirecta 43
20 Barra de imn 44
21 Imn en forma de herradura 44
22 Yugo electromagntico 45
23 Campo magntico producido por una bobina 46
24 Corriente directa rectificada de media 47
25 Curva sinusoidal de corriente alterna 48
x
26 Corriente alterna rectificada 50
27 Banca horizontal hmeda 53
28 Equipo mvil 54
29 Orientacin del campo magntico y la deteccin
de defectos 55
30 Medidor de campo 56
31 Medidor efecto-Hall (Gauss/Tesla) 56
32 Regla de la mano derecha 58
33 Partculas magnticas secas 65
34 Partculas magnticas en fluido visible (coloreadas) 65
35 Partculas magnticas en fluido fluorescente 66
36 Indicaciones comparativas entre partculas secas
y hmedas 68
37 Indicacin de una rajadura por medio de partculas
magnticas hmedas fluorescentes 70
38 Indicacin por medio de partculas magnticas 72
39 Indicaciones en una pieza utilizando partculas
magnticas fluorescentes 73
40 Tpica indicacin por partculas magnticas de una 74
rajadura
41 Indicaciones de un caso severo de rajaduras 74
xi
TABLAS
I Tiempos tpicos de penetracin 9
II Permeabilidades relativas 38
III Tamao de la bobina versus dimetro mximo
para partes magnetizadas en la parte baja del
ncleo de una bobina 61
IV Corriente tpica sobre una bobina de cinco vueltas
para piezas colocadas en la parte baja del ncleo
de la bobina 63
V Costo relativo y otras caractersticas de dos
mtodos de pruebas no destructivas 81
VI Comparacin de dos mtodos de pruebas
no destructivas 82
xii
xiii
GLOSARIO
AC Corriente alterna
Bobina Componente de un circuito elctrico formado por
un alambre aislado que se arrolla en forma de
hlice con un paso igual al dimetro del alambre.
Campo de fuga Campo magntico que resulta fuera de la pieza
magnetizada debido a la presencia de un defecto,
de un cambio de permeabilidad magntica, o, de
un cambio en el corte de la pieza.
Campo magntico Es el espacio ocupado por las lneas de flujo o de
fuerza magntica dentro y alrededor de un imn o
un conductor que es recorrido por una corriente
elctrica donde una fuerza magntica es ejercida.
Capilaridad Accin que origina que un lquido ascienda o
descienda a travs de los tubos capilares.
Cohesin Fuerza que mantiene a las molculas de un
cuerpo a distancias cercanas unas de las otras.
Conductividad Capacidad de una sustancia de conducir la
corriente elctrica.
Corriente inducida Es una corriente elctrica que se obtiene al
someter un material elctrico a un campo
magntico.
xiv
Corriente magnetizante Corriente elctrica que pasa a travs de o junto a
un objeto que produce un campo magntico.
DC Corriente directa
Discontinuidad Interrupcin en la estructura fsica normal de un
material.
Dominio Una regin en un material ferromagntico en que
todos los momentos magnticos estn alineados.
Electromagnetismo Campo magntico generado, elctricamente.
Ferromagntico El ferromagnetismo es un fenmeno fsico en el
que se produce ordenamiento magntico de todos
los momentos magnticos de una muestra, en la
misma direccin y sentido. Un material
ferromagntico es aquel que puede presentar
ferromagnetismo.
Fuerza coerciva Fuerza magnetizante aplicada de forma negativa
o revertida que se necesita para reducir la fuerza
magnetizante residual a cero en un material
ferromagntico, luego de haber alcanzado la
saturacin magntica.
Fuerza magnetizante Campo magnetizante aplicado a material
ferromagntico para inducir la magnetizacin.
http://es.wikipedia.org/wiki/Ordenamiento_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Momento_magn%C3%A9tico
xv
Histresis magntica La histresis es la tendencia de un material a
conservar una de sus propiedades, en ausencia
del estmulo que la ha generado.
Indicacin Es la visualizacin de una discontinuidad en un
material, determinada por cualquiera de los
mtodos de pruebas no destructivas.
Lquido penetrante Lquido que contiene un tinte el cual penetra en
las discontinuidades superficiales por medio de la
accin capilar.
Magnetismo Fenmeno fsico por el que los materiales ejercen
fuerzas de atraccin o repulsin sobre otros
materiales.
Magnetismo residual Cantidad de magnetismo que existe en un
material an despus de suspender la fuerza
magnetizante.
Magnetizacin por Uso de corriente elctrica a travs de una pieza
contacto directo por medio de puntos de contacto para producir un
campo magntico.
Permeabilidad Es la facilidad con que una pieza ferromagntica
Magntica puede ser magnetizada. Es igual al radio de la
densidad de flujo producida por una fuerza
magnetizante que provoca un campo magntico y
cambia su valor de acuerdo a los cambios de la
intensidad de la fuerza magnetizante. Un metal
que fcilmente se magnetiza tiene una alta
permeabilidad.
http://es.wikipedia.org/wiki/Materialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Propiedad_f%C3%ADsica
xvi
Pruebas no El empleo de propiedades fsicas o qumicas de
destructivas (PND) materiales para la evaluacin indirecta de
materiales sin daar su utilidad futura.
Retentividad Propiedad de un metal de permanecer
magnetizado aunque la fuerza magnetizante haya
sido suspendida. Un metal como el acero tiene un
porcentaje alto de carbn y guardar un campo
magntico fuerte luego de haberle quitado la
corriente magnetizante. El acero endurecido tiene
una alta retentividad, o bien es altamente
retentivo.
Saturacin magntica Nivel de magnetismo en un material
ferromagntico donde la permeabilidad magntica
es igual a uno.
Subsuperficial rea, aproximadamente, hasta de profundidad
desde la superficie.
Transductor Dispositivo capaz de transformar o convertir un
determinado tipo de energa de entrada, en otra
de diferente a la salida.
http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa
xvii
RESUMEN
Actualmente, existen varios mtodos de inspeccin que sirven para
evaluar y determinar si un material ferromagntico tiene defectos o no. La
ventaja de utilizarlos es porque no distorsionan ni destruyen el material a
evaluar.
En el presente trabajo se explica de manera general, cmo se realizan
las pruebas utilizando dos mtodos de pruebas no destructivas (PND): por
partculas magnticas y por lquidos penetrantes. Adicionalmente, se hace
una comparacin entre ambos mtodos, y, se presentan ventajas y
limitaciones de cada uno de ellos. Tambin se presentan otros mtodos de
inspeccin: por corrientes Eddy, por pruebas ultrasnicas, por pruebas
radiogrficas y por inspeccin visual. Todos ellos se utilizan con el mismo
propsito, detectar si existen defectos en un material ferromagntico para
evitar poner en riesgo vidas humanas.
Las PND son poco conocidas en nuestro medio, pero, muy necesarias
en la industria. El campo de aplicacin es amplio, por ejemplo, es importante
conocer la utilidad de las pruebas no destructivas en la fabricacin de piezas
metlicas industriales en sus distintas etapas. Tambin se utilizan en el
mantenimiento preventivo de piezas, como, eslabones de cadenas, tuberas
metlicas, soldaduras, ganchos de plumas, ejes de transmisin, calderas,
entre otros.
Finalmente, se espera brindarle al lector una introduccin al mundo de
las pruebas no destructivas y despertar su inters por aprender ms del
tema.
xviii
xix
OBJETIVOS
* General
Analizar y comparar el mtodo de pruebas por medio de partculas
magnticas y el mtodo por medio de lquidos penetrantes para la
deteccin de defectos en materiales ferromagnticos y, as, evitar
poner en riesgo vidas humanas.
* Especficos
1. Conocer cmo funciona el mtodo de inspeccin por medio de
partculas magnticas y el de lquidos penetrantes.
2. Conocer las ventajas y limitaciones de cada uno de ellos.
3. Ampliar los conocimientos del lector para que conozca un campo
de trabajo que puede ser explotado, como el proporcionar servicio
de mantenimiento preventivo y de deteccin de defectos en piezas
metlicas ferromagnticas (ganchos de plumas, tuberas,
fundiciones, soldaduras, ejes de transmisin, cadenas, etc.) en la
industria.
xx
xxi
INTRODUCCIN
Las pruebas no destructivas (PND) son un grupo de tcnicas de
anlisis utilizadas en la industria para evaluar las propiedades fsicas o
qumicas de un material, componente o sistema sin necesidad de daar la
pieza. Son tiles para poder encontrar discontinuidades o defectos en
piezas. Debido a que las pruebas no destructivas no alteran de manera
permanente la pieza inspeccionada, son unas tcnicas muy utilizadas para
ahorrar dinero y tiempo en la evaluacin de un componente.
Actualmente, existe informacin sobre pruebas no destructivas pero
lamentablemente la mayora de los libros estn en idioma ingls y otros.
Debido a ello, muchas personas desconocen la existencia de estas tcnicas
tan tiles para la industria.
En el presente trabajo de graduacin se analizarn dos mtodos de
pruebas no destructivas para la deteccin de defectos o discontinuidades en
materiales ferromagnticos. Se analizar el mtodo de partculas magnticas
comparado con el mtodo de lquidos penetrantes. Estos dos mtodos son
muy efectivos y de bajo costo. Asimismo, se presentarn las ventajas y
limitaciones de utilizar cada uno de ellos. Se ver cmo la electricidad puede
formar parte de una prueba para detectar defectos en componentes. De
igual manera, se informar sobre las ventajas y limitaciones de cada uno de
los dos mtodos comparados.
Para finalizar, se proporcionar informacin adicional sobre otros
mtodos existentes para brindarle al lector un panorama ms amplio sobre el
tema de pruebas no destructivas.
xxii
1
1. MTODOS DE PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS
1.1 Antecedentes
Las pruebas no destructivas (PND) se han practicado por muchas
dcadas. Se tiene registro desde 1868 cuando se comenz a trabajar con
campos magnticos. Uno de los mtodos ms utilizados fue la deteccin de
grietas superficiales en ruedas y ejes de ferrocarril. Sin embargo, con el
desarrollo de los procesos de produccin, la deteccin de discontinuidades
ya no era suficiente. Era necesario tambin contar con informacin
cuantitativa sobre el tamao de la discontinuidad, para utilizarla como fuente
de informacin, con el fin de realizar clculos matemticos y poder predecir,
as, la vida mecnica de un componente.
A travs de los aos se han ido desarrollando nuevos mtodos de
pruebas no destructivas para la deteccin de defectos. An ms, existe una
idea falsa que el uso de pruebas no destructivas garantizar, en cierta
medida, que una pieza no fallar o no tendr desperfectos. Sin embargo,
esto no es totalmente cierto. Cada mtodo de pruebas no destructivas tiene
sus limitaciones. En la mayora de casos, para una inspeccin a fondo, se
requerir de un mnimo de dos mtodos y, para ello, es necesario conocer
las ventajas y limitaciones de cada mtodo, previo a utilizarlas.
1.2 Generalidades
Las pruebas no destructivas se pueden definir como: el empleo de
propiedades fsicas o qumicas de materiales, para la evaluacin indirecta de
materiales sin daar su utilidad futura.
2
Para detectar defectos en una estructura o componente se debe
realizar este tipo de pruebas para determinar si existen discontinuidades,
rajaduras o imperfecciones en las piezas bajo evaluacin. Lo que se
pretende encontrar son interrupciones en la estructura fsica normal de un
material.
Las pruebas no destructivas son herramientas comnmente utilizadas
en la ingeniera elctrica, ingeniera mecnica, ingeniera civil y en la
ingeniera de sistemas.
1.3 Clasificacin de los mtodos
Los principales mtodos de inspeccin estndar de pruebas no
destructivas para la deteccin de defectos en materiales ferromagnticos
incluyen:
a. Lquidos penetrantes
b. Partculas magnticas
c. Corriente Eddy
d. Ultrasnicos
e. Radiogrficos
f. Inspeccin visual
El mtodo que siempre debe aplicarse primero es el de inspeccin
visual. En numerosas oportunidades puede obviarse el aplicar mtodos de
pruebas ms complejos si se realiza, primeramente, una inspeccin visual a
la pieza.
3
1.4 Aplicaciones
Los ensayos no destructivos se aplican, principalmente, en la
inspeccin de materia prima, inspeccin en proceso, inspeccin de producto
terminado y mantenimiento de equipo y maquinaria. Se utilizan para la
inspeccin de materiales soldados, fundidos, forjados, etc. Asimismo, se
utilizan en una variedad de ramas que cubren una gran gama de actividades
industriales.
a. En la industria automotriz: partes de motores, chasis, soldaduras.
b. En aviacin e industria aeroespacial: exteriores, chasis, plantas
generadoras, motores a reaccin, cohetes espaciales.
c. En construccin: estructuras, puentes, fundiciones, plumas.
d. En manufactura: partes de mquinas.
e. En ingeniera nuclear: recipientes a presin.
f. En petroqumica: transporte por tuberas, tanques de
almacenamiento.
g. Miscelneos: juegos de atracciones de parques de diversiones,
eslabones de cadenas, rieles de ferrocarril, ruedas de tren.
h. En generadoras de electricidad (calderas).
http://es.wikipedia.org/wiki/Industria_automotrizhttp://es.wikipedia.org/wiki/Motorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aviaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aeroespacialhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Central_generadora&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Central_generadora&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Reactor_(motor)http://es.wikipedia.org/wiki/Cohete_espacialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Manufacturahttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_nuclearhttp://es.wikipedia.org/wiki/Petroqu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Parque_de_diversiones
4
5
2. MTODO DE INSPECCIN POR MEDIO DE LQUIDOS
PENETRANTES
2.1 Introduccin a los lquidos penetrantes
Las pruebas por lquidos penetrantes es un mtodo utilizado para
detectar discontinuidades superficiales tales como rajaduras, en materiales
que no sean porosos. Este mtodo utiliza un lquido que contenga un tinte el
cual penetra en las discontinuidades superficiales por medio de la accin
capilar. El lquido atrapado incrementar el nivel de visibilidad de la
discontinuidad al proveer un contraste visual entre la discontinuidad y la
superficie que la rodea.
Esta prueba es uno de los mtodos ms antiguos. Fue utilizado en el
mantenimiento de ferrocarriles a finales de los aos 1800. Sabiendo aplicar
el mtodo, es posible detectar un amplio rango de discontinuidades que
varan desde defectos visibles y notorios en tamao, hasta discontinuidades
microscpicas, siempre y cuando dichas discontinuidades estn abiertas a la
superficie y no estn cubiertas por algn otro material. El mtodo por medio
de lquidos penetrantes est siendo utilizado como un mtodo secundario
para muchas aplicaciones.
La inspeccin por lquidos penetrantes es un tipo de ensayo no
destructivo que se utiliza para detectar e identificar discontinuidades
presentes en la superficie de los materiales examinados. Generalmente, se
emplea en aleaciones no ferrosas, aunque tambin se puede utilizar para la
inspeccin de materiales ferrosos cuando la inspeccin por partculas
magnticas es difcil de aplicar.
http://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_no_destructivohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_no_destructivohttp://es.wikipedia.org/wiki/Materialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aleaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Hierrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Inspecci%C3%B3n_por_part%C3%ADculas_magn%C3%A9ticashttp://es.wikipedia.org/wiki/Inspecci%C3%B3n_por_part%C3%ADculas_magn%C3%A9ticas
6
En algunos casos se puede utilizar en materiales no metlicos. El
procedimiento consiste en aplicar un lquido coloreado o fluorescente a la
superficie en estudio, el cual penetra en cualquier discontinuidad que pudiera
existir debido al fenmeno de capilaridad. Despus de un determinado
tiempo se remueve el exceso de lquido y se aplica un revelador, el cual
absorbe el lquido que ha penetrado en las discontinuidades y sobre la capa
del revelador se delinea el contorno de stas.
Las aplicaciones de esta tcnica son amplias, y, van desde la
inspeccin de piezas crticas como son los componentes aeronuticos hasta
los cermicos como las vajillas de uso domstico. Se pueden inspeccionar
materiales metlicos, cermicos vidriados, plsticos, porcelanas,
recubrimientos electroqumicos, entre otros.
2.2 Antecedentes
La inspeccin por lquidos penetrantes es uno de los mtodos ms
antiguos de pruebas no destructivas. La primera vez que se utiliz fue en el
mantenimiento de ferrocarriles a finales de 1800. Las piezas a ser
inspeccionadas eran sumergidas en aceite usado de mquinas. Luego de un
perodo, las piezas eran retiradas del aceite y el excedente de aceite sobre
la superficie era limpiado con trapos. Luego, la superficie de la pieza era
cubierta con un yeso en polvo o una mezcla de yeso suspendida en alcohol.
El aceite que estaba atrapado en las rajaduras o discontinuidades se sala
de la rajadura, causando una mancha notoria en la capa de yeso blanco.
http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Capilaridadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Reveladorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aeron%C3%A1uticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Metalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Cer%C3%A1mica_t%C3%A9cnicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Pl%C3%A1sticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Porcelana
7
2.3 Procedimiento para realizar una inspeccin por lquido
penetrante
2.3.1 Preparacin de la superficie
Uno de los pasos ms crticos para realizar una inspeccin por
lquidos penetrantes es la preparacin de la superficie. La superficie debe
estar libre de tierra, pintura, aceite, grasa, agua o cualquier otro
contaminante que impida al penetrante a entrar en la rajadura. Si la
superficie se lija o se realiza alguna operacin mecnica que tape las
rajaduras, entonces, eso evitar que se pueda llevar a cabo la prueba con
lquidos penetrantes. Generalmente, se utilizarn solventes, vapor
desengrasante o algn otro mtodo de limpieza alcalino. El objetivo es
limpiar la superficie donde haya defectos para que stos estn abiertos a la
superficie.
2.3.2 Aplicacin del penetrante
Una vez la superficie est limpia y seca, entonces, se aplica el
material penetrante por medio de spray (ver figura 1), con brocha o
sumergiendo la pieza en un bao con el penetrante. El lquido penetrante
ingresar en la discontinuidad como se puede observar en la figura 2.
Figura 1. Aplicacin del penetrante en spray
Fuente: LLOG, S.A. de C.V. Tutorial lquidos penetrantes.
8
Figura 2. Lquido penetrante en una discontinuidad
Penetrante
2.3.3 Tiempo de penetracin
El penetrante debe permanecer sobre la superficie durante un periodo
necesario para que la mayor cantidad de penetrante ingrese en las
rajaduras. El tiempo de penetracin, generalmente, es sugerido por el
proveedor del penetrante o, bien, el necesario, segn la especificacin dada.
El tiempo vara dependiendo de la aplicacin, del material penetrante
utilizado, de la pieza, de la forma de la pieza a ser probada y del tipo de
defecto que se est buscando. El tiempo de penetracin vara,
aproximadamente, desde 7 hasta 60 minutos. Generalmente, no causa
problema el dejar el penetrante un tiempo prolongado, siempre y cuando
ste no se seque. Generalmente, se determina con base en la experiencia.1
La tabla I muestra tiempos tpicos de penetracin en materiales especficos.
9
Tabla I. Tiempos tpicos de penetracin
Fuente: LLOG, S.A. de C.V. Tutorial lquidos penetrantes.
10
2.3.4 Retirar el exceso de penetrante
Esta es la parte ms delicada del proceso ya que deber retirarse el
exceso de penetrante de la superficie de la pieza mientras que deber
quitarse lo menos posible del penetrante que est en las rajaduras (ver
figura 3). Dependiendo del penetrante utilizado, este paso puede involucrar
la limpieza con un solvente, enjuagar directamente con agua o, bien, tratar la
pieza con un emulsificador para, luego, enjuagar con agua.
Figura 3. Remover el exceso
2.3.5 Aplicacin del revelador
Luego de haber retirado el exceso de penetrante, se debe aplicar una
capa delgada de revelador blanco sobre la pieza, para que el penetrante que
estaba atrapado en la rajadura suba a la superficie y que sea visible. Los
reveladores vienen en diferentes formas que pueden ser aplicados ya sea en
polvo, sumergiendo o en spray. El revelador atrae el penetrante que estaba
atrapado en el defecto y lo expulsa hacia la superficie de manera visible
(indicacin). La indicacin mostrar la ubicacin, orientacin y posibles tipos
de defectos sobre la superficie.
11
A esto le llaman una indicacin (ver figura 4). El interpretar los
resultados puede requerir experiencia o entrenamiento.1
Figura 4. Aplicar el revelador
Indicacin Revelador
2.3.6 Indicaciones del revelador
El revelador deber permanecer sobre la superficie de la pieza
durante un periodo de tiempo suficiente que permita la extraccin del
penetrante atrapado de cualquier rajadura. El tiempo, generalmente, es un
mnimo de 10 minutos. Muchas veces se requiere un tiempo ms prolongado
para rajaduras que estn muy compactas.
2.3.7 Inspeccin
Luego, se lleva a cabo una inspeccin bajo iluminacin adecuada
para detectar alguna indicacin de cualquier rajadura que pueda existir. Para
penetrante visible (coloreado) se utilizar luz adecuada, ahora, para
penetrante fluorescente se utilizar luz ultravioleta junto con luz ambiental
pero de baja intensidad. La inspeccin de la superficie deber realizarse 10
minutos despus del tiempo de revelado. El tiempo de revelado har que el
penetrante se disipe.
12
El inspector podr observar la indicacin cuando se ha utilizado el
penetrante visible (ver figura 5). Es bueno observar las indicaciones mientras
se estn formando porque esto ayuda en la interpretacin de las mismas
(ver figura 6).
Figura 5. Indicacin de una rajadura en una soldadura
Fuente: Iowa State University. NDT Education resource center.
Figura 6. Indicacin de una rajadura en una sierra circular
Fuente: Iowa State University. NDT Education resource center.
13
2.3.8 Limpiar la superficie
Luego de haber anotado los defectos, el ltimo paso en el proceso es
limpiar completamente la superficie de la pieza para remover el revelador de
las partes que estaban sin problema.
2.4 Caractersticas de los Lquidos penetrantes
2.4.1 Principios fsicos
Se requiere que el lquido pueda dispersarse y mojar una superficie.
La habilidad de un lquido de cubrir la superficie de una pieza y entrar en
cualquier rajadura depende de: la tensin superficial, la habilidad de mojarse
y la accin capilar.
2.4.2 Caractersticas de los penetrantes
Un penetrante deber:
a. esparcirse fcilmente sobre la superficie de la pieza a ser
inspeccionada,
b. ser absorbida por las rajaduras debido a la accin capilar,
c. permanecer dentro de la discontinuidad pero ser fcilmente
removida de la superficie de la pieza,
d. permanecer como fluido para que pueda expulsarse de la rajadura,
e. ser altamente visible o fluorescente para producir una indicacin
visible,
f. no ser daina al material que se est inspeccionando.
14
2.4.3 Tipos de Lquidos penetrantes
2.4.3.1 Clasificacin por color
2.4.3.1.1 Tipo I Penetrante
fluorescente
Se inspeccionan con la ayuda de una lmpara de luz ultravioleta. Sin
sta son invisibles a la vista. Algunos compuestos qumicos tienen la
capacidad de emitir luz visible cuando son expuestos a radiacin casi
ultravioleta (UV-A), comnmente llamada luz negra. Los penetrantes Tipo I
se formulan con un tinte que presenta una propiedad de fluorescencia
cuando se exponen a la luz negra. Proveen una excelente sensibilidad para
detectar discontinuidades superficiales pequeas ya que pequeas
cantidades de penetrante fluorescente mostrar un alto nivel de visibilidad
cuando se exponen a la radiacin UV-A.1
2.4.3.1.2 Tipo II Penetrante visible o
coloreado
Los penetrantes contienen un tinte rojo disuelto en el aceite
penetrante. La visibilidad se aumenta an ms durante el proceso al aplicar
la capa de revelador blanco. El revelador blanco provee un alto contraste de
fondo para el penetrante rojo cuando sea observado bajo luz natural o luz
blanca.1
2.4.3.2 Clasificacin por solubilidad
2.4.3.2.1 Penetrantes lavables con agua
o autoemulsionables
Para su limpieza y remocin de excesos, simplemente, se usa agua.
Resultan muy econmicos de utilizar.
15
2.4.3.2.2 Penetrantes post-emulsionables
No son solubles en agua. Para la remocin de los excesos
superficiales se utiliza un emulsionante que crea una capa superficial que se
remueve con agua. Es el mtodo con la mayor sensibilidad, se obtiene y en
el que mayor dominio de cada una de las etapas tiene el operador.
Existen dos tipos de emulsionantes: los hidroflicos de base acuosa,
que se utilizan en solucin de agua, en una saturacin determinada por las
necesidades del caso y los lipoflicos de base aceite, que se utilizan tal como
los entrega el fabricante.
2.4.3.2.3 Penetrantes lavables con solvente
Tampoco son solubles en agua. Para su remocin se utiliza un
solvente no acuoso. En la prctica se utilizan los mismos materiales de los
penetrantes post emulsionables. Son muy prcticos de utilizar ya que el
solvente, generalmente, se presenta en aerosol.
2.4.4 Mtodos para remover el penetrante
Los penetrantes son formulados y categorizados, segn el mtodo
especfico para removerlo, y, no debido al material que se utiliz para
formularlo.2
2.4.4.1 Mtodo A Penetrante lavable con agua
La base lquida comn para un penetrante es el aceite mineral, el cual
es insoluble en agua. Esto significa que el penetrante no puede ser removido
con agua, sin embargo, hay compuestos qumicos llamados emulsificadores
que cuando se mezclan con el medio de aceite forman una mezcla que
puede ser removida con agua. El compuesto qumico que forma la mezcla
emulsificante es llamado agente emulsificante o emulsificador.
16
Los penetrantes lavables con agua son formulados con un
emulsificador como parte integral del medio penetrante. Esto permite que se
pueda remover directamente con agua, inmediatamente despus, que se
aplicara el penetrante.
Figura 7. Diagrama de flujo Mtodo A
Fuente: US Air Force. Nondestructive inspection metbods, basic theory. Pg. 2-37
17
2.4.4.2 Mtodo B Penetrante post-
emulsificante lipoflico
Los emulsificadores lipoflicos son productos a base de aceites, los
cuales son aplicados con el propsito de convertir el penetrante excedente
de la superficie, en una mezcla emulsificante que pueda ser removida con
agua. Los penetrantes del mtodo B son formulados para optimizar las
caractersticas de penetracin y visibilidad. No contienen agentes
emulsificantes y no pueden ser removidos por completo con agua
nicamente. Para remover se debe aplicar un emulsificador en un proceso
por separado.
Figura 8. Diagrama de Flujo Mtodo B y D
(Mtodo D) (Mtodo B)
Fuente: US Air Force. Nondestructive inspection metbods, basic theory. Pg. 2-38, 2-40
18
2.4.4.3 Mtodo C Penetrante removible con
solvente
Los solventes utilizados pueden contener compuestos aromticos,
alifticos o halogenados. Los compuestos aromticos son formados por
hidrocarbonos y benceno. Los alifticos son derivados de las grasas, como
la parafina. Los halogenados son una combinacin de halgenos, fluoruro
y/o cloro. Muchos solventes son altamente inflamables mientras que otros
pueden descomponerse a altas temperaturas. Deben mantenerse todos los
solventes lejos del calor y del fuego. Los vapores pueden ser txicos por lo
que debe haber ventilacin adecuada.
El Mtodo C, generalmente, viene en latas de spray. El Mtodo
removible por solventes utiliza un pao con solvente para remover el exceso
de penetrante sobre la superficie. Todos los penetrantes pueden ser
removidos con solventes.
19
Figura 9. Diagrama de Flujo Mtodo C
Fuente: US Air Force. Nondestructive inspection metbods, basic theory. Pg. 2-39
20
2.4.4.4 Mtodo D Penetrante post-
emulsificante, hidroflico
El mtodo hidroflico emulsificante requiere del uso de una solucin
para remover a base de agua (ver figura 8). Este es el mtodo utilizado en la
industria aeroespacial.
2.4.5 Revelador
La funcin del revelador es sacar el material penetrante atrapado en
la rajadura o discontinuidad y exponerlo sobre la superficie de la pieza para
que sea visible durante la inspeccin. Los reveladores vienen en varias
formas:
2.4.5.1 Forma a Polvo seco
El polvo seco es considerado como el menos sensitivo pero es
econmico y fcil de aplicarlo.
2.4.5.2 Forma b Soluble en agua
Consiste en un grupo de qumicos que son disueltos en agua y forman
una capa de revelador cuando el agua se ha evaporado. La mejor manera
de aplicarlo es en forma de spray. La pieza puede estar seca o mojada.
.
2.4.5.3 Forma c Suspensin en agua
Consiste en partculas reveladoras insolubles suspendidas en agua.
Requieren que se mezclen constantemente para que las partculas no se
asienten en el fondo. Se aplican igual que los reveladores solubles en agua.
21
2.4.5.4 Forma d No acuoso Tipo 1
fluorescente (a base de solvente)
El revelador es en forma de suspensin en un solvente voltil y se
aplica con una pistola de spray. Tambin se encuentran en forma de latas de
spray. Este revelador deber aplicarse a una superficie completamente seca.
2.4.5.5 Forma e No acuoso Tipo 2
visible (a base de solvente)
El revelador es en forma de suspensin en un solvente voltil pero
con penetrantes coloreados.
2.4.5.6 Forma f Aplicaciones especiales
Se utiliza un revelador plstico o de laca cuando se requiere una
indicacin permanente.
2.5 Consideraciones
La principal decisin que se debe tomar es si usar penetrante
fluorescente o penetrante visible (coloreado). Los penetrantes fluorescentes
son capaces de producir una indicacin notoria de un defecto pequeo,
segn datos presentados por De Graaf y De Rijk, en donde se
inspeccionaron rajaduras por fatiga, idnticas. Para ello se utiliz penetrante
visible rojo y penetrante fluorescente. Con el penetrante fluorescente se
encontraron 60 defectos mientras que con el penetrante visible slo se
encontraron 39 defectos.1
22
Bajo ciertas condiciones, puede ser mejor un penetrante visible, como
por ejemplo, cuando se estn revisando defectos grandes. Tambin dan
mejores resultados cuando la superficie es spera. Adicionalmente, un
penetrante visible es ms fcil de utilizar en el campo debido a que no se
requiere un cuarto oscuro para el uso de luz ultravioleta.
2.6 Ventajas de las pruebas con lquidos penetrantes
a. Se pueden inspeccionar reas y volmenes grandes de manera
rpida y a bajo costo.
b. Se pueden probar piezas de forma geomtrica compleja.
c. Los penetrantes en forma de latas de spray son porttiles.
d. Los materiales penetrantes y el equipo asociado son,
relativamente baratos.
e. Se pueden detectar discontinuidades superficiales muy pequeas. Es
un mtodo muy sensible par detectar defectos superficiales.
f. Puede utilizarse en una amplia variedad de materiales: metlicos y no
metlicos, magnticos y no magnticos, conductivos y no conductivos,
cermica, vidrio y algunos materiales orgnicos.
g. Las pruebas con lquido penetrante muestran los defectos,
visiblemente, ms grandes de lo que son. Debido a ello es
posible realizar una evaluacin de la ubicacin, orientacin y longitud
del defecto.
h. Utilizando tcnicas especiales, es posible ajustar el nivel de
sensibilidad del proceso de pruebas con penetrantes para que
suprima los resultados de discontinuidades muy pequeas que no son
importantes para que los defectos mayores sean relevantes.
i. Este mtodo es econmico y confiable para detectar discontinuidades
que estn abiertas a la superficie de la pieza a evaluar.
23
j. Debido a su habilidad de inspeccionar piezas tanto ferrosas
penetrante puede utilizarse en estaciones internas como en el
campo. Adicionalmente, este mtodo, generalmente, se utiliza como
mtodo de respaldo para verificar defectos encontrados por medio del
mtodo de corriente Eddy.
2.7 Limitaciones de las pruebas con lquidos penetrantes
a. Slo pueden detectarse defectos superficiales.
b. Slo funciona en materiales no porosos.
c. La limpieza de la pieza es fundamental, previo a realizar las
pruebas.
d. El inspector deber tener acceso directo a la superficie a revisar.
e. Se requiere de una limpieza al finalizar las pruebas.
f. El acabado de la superficie puede afectar la inspeccin.
g. Cualquier condicin como pintura, tierra, aceite, grasa o resina que
interfiera con tapar la rajadura reduce la efectividad de la prueba.
h. Dada la naturaleza aceitosa de la mayora de penetrantes, stos no
debern ser utilizados en ensamblajes en donde no puede ser
completamente retirado el penetrante.
i. Algunos materiales no metlicos pueden ser atacados como el hule y
el plstico. Tambin pueden teir los materiales porosos o pintados.
24
25
3. MTODO DE INSPECCIN POR MEDIO DE
PARTCULAS MAGNTICAS
3.1 Introduccin a las Partculas magnticas
Las pruebas por Partculas magnticas es un mtodo que sirve para
detectar defectos superficiales y subsuperficiales, nicamente, en materiales
ferromagnticos sin daarlos. Es un mtodo rpido y relativamente fcil de
aplicar. La preparacin de la superficie a evaluar no es tan crtica como lo es
utilizando otros mtodos. Estas caractersticas lo hacen uno de los mtodos
de pruebas no destructivas ms utilizados.
Cuando se aplica correctamente este mtodo de pruebas, se
establece una fuga de campo magntico sobre la superficie donde se
encuentra el defecto. Las pruebas por partculas magnticas se basan en el
principio del magnetismo. Partculas magnticas muy pequeas son atradas
a los campos de fugas magnticas, as como los metales son atrados hacia
los polos de un imn. Pueden ser rajaduras o, bien, algn otro tipo de
defecto, los cuales causan una interrupcin en el campo magntico de
piezas que han sido magnetizadas que, a su vez, atraen partculas
magnticas a este campo de fuga. Todo esto permite a la persona que
inspecciona a visualizar el lugar donde se encuentran los defectos en la
pieza.2
Un punto clave es la cantidad suficiente de magnetizacin de la pieza,
sin que se exceda, en una direccin en ngulo recto a la direccin del
defecto, as como un adecuado contraste entre la superficie de la pieza y las
partculas magnticas utilizadas para identificar el defecto.
26
Las partculas que se utilizan para realizar las pruebas de partculas
magnticas son de hierro blando. Generalmente, se requiere de partculas
teidas en diferentes colores que pueden ser de un color fluorescente o rojo.
Para encontrar defectos superficiales muy compactos pueden utilizarse
partculas fluorescentes en forma de suspensin en lquido. Las partculas
teidas pero en forma de partculas secas no son tan eficaces para resaltar
defectos superficiales muy pequeos, pero s son eficaces para encontrar
defectos subsuperficiales. Dependiendo del tipo de defecto, as como del
ambiente dnde y cmo se encuentre la pieza a inspeccionar, depender el
color y el tipo de partculas que se utilizarn.
3.2 Antecedentes
A principios de los aos 1920, se pudo observar cmo partculas
magnticas (virutas de metal coloreados) podan utilizarse con el
magnetismo como un medio para localizar defectos en piezas. Hoy en da, el
mtodo por partculas magnticas es utilizado, ampliamente, para buscar
defectos en una amplia variedad de materiales y componentes fabricados.
3.3 Conceptos bsicos
3.3.1 Leyes de Maxwell (Ampere)
La circulacin del campo magntico a lo largo de cualquier trayectoria
cerrada es igual a 0 por la intensidad de la corriente que pasa por la
superficie bordeada por esa trayectoria.
B dr = 0 I
Donde:
B: campo magntico
0: permeabilidad del material
I: corriente
27
El Mtodo de partculas magnticas est basado en el principio de las
Leyes de Maxwell debido a que los materiales ferromagnticos se someten a
campos magnticos induciendo una corriente por el material. Al inducir una
corriente longitudinal, se logra detectar las discontinuidades perpendiculares.
Por lo contrario, si sometemos la pieza a una magnetizacin se provocar
una fuga de campo, logrando de esta manera, detectar las discontinuidades
existentes.
3.3.2 Magnetismo
Las pruebas por partculas magnticas se basan en el principio del
magnetismo. Las partculas magnticas muy pequeas son atradas a los
campos de fugas magnticos, as como los metales son atrados hacia los
polos de un imn. El mtodo se basa en el hecho que, cuando un material
ferromagntico es magnetizado, las discontinuidades que se logran localizar,
cuando se encuentran en direccin perpendicular a la direccin del campo
magntico causan un campo de fuga que se forma sobre la superficie.3
3.3.3 Campos magnticos
Los campos magnticos que se forman en una rajadura o
discontinuidad sobre una superficie son llamados campos de fuga. La
presencia de un campo de fuga indica la presencia de una discontinuidad, la
cual se detecta al aplicar finas partculas magnticas sobre la superficie.
Algunas de las partculas se agruparn y permanecern en el campo de
fuga. La fuerza del campo de fuga determinar la cantidad de partculas
magnticas que se agrupen para formar una indicacin del tamao y forma
del defecto.
28
Pueden ser rajaduras o, bien, algn otro tipo de defecto, los que
causan una interrupcin en el campo magntico de piezas que han sido
magnetizadas (ver figura 10), que a su vez atraen partculas magnticas a
este campo de fuga. Todo esto permite a la persona que inspecciona a
visualizar el lugar donde se encuentran los defectos en la pieza.
Un punto clave en la prueba por partculas magnticas es la cantidad
suficiente de magnetizacin de la pieza, sin que se exceda, en una direccin
en ngulo recto a la direccin del defecto, as como un adecuado contraste
entre la superficie de la pieza y las partculas magnticas utilizadas para
identificar el defecto.
Figura 10. Campo magntico
Fuente: Iowa State University. NDT Education resource center.
29
3.3.4 Partculas magnetizables
Las partculas que se utilizan para realizar las pruebas de partculas
magnticas son de hierro blando. Generalmente, se requiere de partculas
teidas en diferentes colores que pueden ser de un color fluorescente o rojo.
Para encontrar defectos superficiales muy compactos pueden utilizarse
partculas fluorescentes en forma de suspensin en lquido. Las partculas
teidas pero en forma de partculas secas no son tan eficaces para resaltar
defectos superficiales muy pequeos, pero s son eficaces para encontrar
defectos subsuperficiales. Dependiendo del tipo de defecto, as como del
ambiente dnde y cmo se encuentre la pieza a inspeccionar, depender el
color y el tipo de partculas que se utilizarn.
3.3.5 Magnetizacin
Cuando una pieza hecha de un material ferroso, tal como el hierro, es
colocada en un campo magntico fuerte o, bien, que se le aplique corriente
elctrica para que la atraviese, entonces, la pieza ser magnetizada. El
grado de magnetizacin se ver afectado por la fuerza del campo magntico
o por la cantidad del flujo de corriente aplicado. Se le llama retentividad a
qu tan magnetizada permanece la pieza luego de quitarle la fuerza
magnetizante. Los imanes (llamados imanes permanentes) tienen alta
retentividad mientras que los conductores, generalmente, tienen baja
retentividad.
Ocurre una magnetizacin directa cuando a la pieza se le conduce
corriente elctrica y se forma un campo magntico en el objeto. Por otro
lado, ocurre una magnetizacin indirecta cuando a la pieza no se le conduce
corriente elctrica sino que el campo magntico le ha sido aplicado de una
fuente externa.
30
Cuando un defecto superficial o subsuperficial interrumpe el campo
magntico en una pieza magnetizada, cierta parte del campo se expulsa
hacia el aire que est sobre el defecto, lo cual resulta en un campo de fuga.
El tamao y la fuerza del campo de fuga dependern del tamao y de la
proximidad del defecto al campo magntico. Aqu es donde se detecta el
defecto por el uso de finas partculas que son aplicadas a la superficie de la
pieza en estudio, las cuales son atradas al campo de fuga (ver figura 11).
Esta agrupacin de partculas nos indica que existe un defecto y dnde se
encuentra ubicado.
Figura 11. Campo de fuga
3.3.6 Curva de histresis
La curva de histresis muestra la curva de magnetizacin de un
material. Al principio, la magnetizacin requiere un mayor esfuerzo elctrico.
Este intervalo es la llamada zona reversible. En un determinado punto, la
magnetizacin se produce de forma proporcional. En ese punto se inicia la
denominada zona lineal. Finalmente, se llega a un instante a partir del cual,
por mucha fuerza magntica que induzcamos al material, ya no se
magnetiza ms. ste es el llamado punto de induccin de saturacin, que
determina el inicio de la llamada zona de saturacin.3
http://es.wikipedia.org/wiki/Magnetizaci%C3%B3n
31
La curva de magnetizacin para un material ferromagntico est
ilustrada en la figura 12. A medida que aumenta el campo aplicado H, B
empieza a aumentar, lentamente.
Figura 12. Curva de histresis 3
Fuente: Robert M. Rose. Propiedades electrnicas. Pg.199
En la figura 12 se observa el ciclo de histresis de B en funcin de H
para un material ferromagntico. La lnea segmentada indica el
comportamiento al aumentar inicialmente el campo aplicado H. Si se
aumenta el campo hasta el punto de saturacin y se disminuye despus a
cero y se aumenta en la direccin inversa, resulta la curva slida. La curva
punteada representa una curva de histresis que no llega a saturacin.
32
Luego, la inclinacin aumenta y B tambin aumenta hasta que se
obtiene la induccin de saturacin Bs. Con un mayor aumento del campo, la
pendiente se nivela. Cuando disminuye el campo no se retrasa la curva
original. Para H igual a cero, la muestra an se encuentra magnetizada y B =
Br, la induccin remanente.
Para B = 0, H = Hc, la fuerza coercitiva. Si H se hace negativa y la
muestra se satura en la direccin inversa antes de regresar al valor cero del
campo, se obtiene la curva simtrica ilustrada en la Fig. 12, con una
saturacin, fuerza coercitiva y remanencia iguales a las del lado positivo.
Este comportamiento de histresis, irreversible y con doble valor, es
caracterstico del comportamiento magntico de los materiales
ferromagnticos.
En las pruebas no destructivas por medio de partculas magnticas se
deber magnetizar la pieza en estudio hasta llegar al punto de saturacin.3
3.3.7 Dominios magnticos
Los dominios son pequeas regiones dentro de un material
ferromagntico que tienen una densidad permanente de flujo magntico no
igual a cero. En un material ferromagntico que est completamente
desmagnetizado, los dominios estn orientados al azar (ver figura 13), lo que
da como resultado una densidad de flujo de cero. Cuando la pieza est
saturada, esto quiere decir que los dominios estn todos alineados en
direccin al campo aplicado. Cuando este campo es eliminado, luego de la
saturacin, algunos dominios regresan a como estaban orientados
inicialmente, pero, la mayora permanecen alineados en la misma direccin
del campo que fue aplicado. Esto da como resultado un magnetismo residual
que se puede observar en los campos ferromagnticos.
33
Figura 13. Material desmagnetizado
Por ltimo, se puede afirmar que la magnetizacin es la alineacin de
los dominios en una sola direccin (ver figura 14), mientras que la
desmagnetizacin es la disposicin al azar de los dominios cuyo
magnetismo residual es igual a cero.
Figura 14. Material magnetizado
3.4 Principios fsicos
El principio de este mtodo consiste en que cuando se induce un
campo magntico en un material ferromagntico, se forman distorsiones en
este campo si el material presenta una zona en la que existen
discontinuidades perpendiculares a las lneas del campo magnetizable, por
lo que stas se deforman o se producen polos (ver figura 15). Estas
distorsiones o polos atraen a las partculas magnetizables que son aplicadas
en forma de polvo o suspensin en la superficie a examinar y por
acumulacin producen las indicaciones que se observan visualmente de
manera directa o empleando luz ultravioleta. Sin embargo, los defectos que
son paralelos a las lneas del campo magntico no se aprecian, puesto que
apenas distorsionan las lneas del campo magntico.
http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Polvohttp://es.wikipedia.org/wiki/Suspensi%C3%B3n_(qu%C3%ADmica)
34
Figura 15. Discontinuidad perpendicular a la lnea de campo
magnetizable
Fuente: Iowa State University. NDT Education resource center.
3.5 Procedimiento general
a. Limpiar la pieza.
b. Magnetizar la pieza (utilizando magnetizacin directa o indirecta).
c. La presencia de una discontinuidad en la superficie o subsuperficie en
la pieza har que exista una fuga de flujomagntico en ella.
d. Se aplican partculas de hierro ferroso a la pieza (secas o en
suspensin). Si existe una fuga de flujo entonces las partculas
magnticas sern atradas y agrupadas en ese punto. A eso se le
llama una indicacin.
e. La indicacin ser evaluada para determinar lo que es, lo que lo pudo
causar y las acciones a tomar.
f. Desmagnetizar la pieza.
35
3.6 Tipos de materiales magnticos
Cuando se coloca un material dentro de un campo magntico, las
fuerzas magnticas de los electrones del material se ven afectadas. Este
efecto es conocido como la Ley de Induccin Magntica de Faraday. Sin
embargo, los materiales pueden reaccionar de distintas maneras ante un
campo magntico externo.
Los materiales se pueden clasificar, segn su permeabilidad
magntica relativa en: diamagnticos, paramagnticos o ferromagnticos.
3.6.1 Diamagnticos
Los metales diamagnticos tienen una susceptibilidad pobre y
negativa hacia los campos magnticos. Los campos magnticos repelen a
los materiales diamagnticos y de igual manera, el material no retiene las
propiedades magnticas cuando el campo externo es retirado. La mayora
de elementos de la tabla peridica son diamagnticos, incluidos el cobre,
plomo, plata y oro.
3.6.2 Paramagnticos
Los metales paramagnticos tienen una susceptibilidad baja y positiva
hacia los campos magnticos. Estos materiales son atrados levemente por
un campo magntico y el material no retiene las propiedades magnticas
cuando el campo se retira. Los materiales paramagnticos incluyen al
aluminio, paladio, magnesio, molibdeno, litio y tantalio.
36
3.6.3 Ferromagnticos
Los metales ferromagnticos tienen una alta y positiva susceptibilidad
hacia los campos magnticos externos. Presentan una fuerte atraccin a
campos magnticos y son capaces de retener sus propiedades magnticas
aun cuando se haya retirado el campo externo. Las fuertes propiedades
magnticas se deben a los dominios magnticos. Cuando una fuerza
magnetizante se aplica al material, los dominios se alinean, lo que produce
un campo magntico fuerte dentro de la pieza. Algunos ejemplos de
materiales ferromagnticos son el hierro, el nquel, el acero y el cobalto. Las
piezas elaboradas de estos materiales, generalmente, son inspeccionados
utilizando el mtodo de partculas magnticas.
3.7 Permeabilidad magntica absoluta y relativa
Se denomina permeabilidad magntica a la capacidad de una
sustancia o medio para atraer y hacer pasar a travs de s los campos
magnticos, la cual est dada por la relacin entre la intensidad de campo
magntico existente y la induccin magntica que aparece en el interior de
dicho material.4
La magnitud as definida, el grado de magnetizacin de un material en
respuesta a un campo magntico, se denomina permeabilidad absoluta y se
suele representar por el smbolo :
= _B_
H
Donde B es la induccin magntica (tambin llamada densidad de flujo
magntico) en el material, y, H es intensidad de campo magntico.
http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_campo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_campo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Inducci%C3%B3n_magn%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Magnitudhttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Densidad_de_flujo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Densidad_de_flujo_magn%C3%A9tico
37
Para comparar entre s los materiales, se entiende la permeabilidad
magntica absoluta () como el producto entre la permeabilidad magntica
relativa (r) y la permeabilidad magntica de vaco (0):
= r0
La permeabilidad relativa de sustancias diamagnticas es ligeramente
menor que 1, mientras que para las sustancias paramagnticas es mayor
que 1. La permeabilidad relativa de sustancias ferromagnticas es
generalmente mayor que 1 y en algunas aleaciones especiales puede ser
hasta de 1 milln.
En la tabla II, el valor para los materiales ferromagnticos es la
permeabilidad relativa mxima.
38
Tabla II. Permeabilidades relativas 5
Permeabilidad
Sustancia Tipo de Grupo Relativa r
Bismuto Diamagntico 0.99983
Plata Diamagntico 0.99998
Plomo Diamagntico 0.999983
Cobre Diamagntico 0.99991
Agua Diamagntico 0.99991
Vaco No Magntico 1
Aire Paramagntico 1.0000004
Aluminio Paramagntico 1.00002
Paladio Paramagntico 1.0008
Polvo permalloy 2-81 (2 Mo, 81 Ni) Ferromagntico 130
Cobalto Ferromagntico 250
Nquel Ferromagntico 600
Ferroxcubo 3 polvo de ferrita (Mn-
Zn)
Ferromagntico 1,500
Acero suave (0.2 C) Ferromagntico 2,000
Hierro (0.2 de impureza) Ferromagntico 5,000
Hierro al silicio (4 Si) Ferromagntico 7,000
Permalloy 78 (78.5 Ni) Ferromagntico 100,000
Mumetal (75 Ni, 5 Cu, 2 Cr) Ferromagntico 100,000
Hierro purificado (0.05 de impureza) Ferromagntico 2,000,000
Supermalloy (5 Mo, 79 Ni) Ferromagntico 1,000,000
Fuente: John D.Kraus. Electromagnetismo. Pg. 234
39
3.8 Generacin de campos magnticos
El campo magntico se puede generar mediante un imn permanente,
un electroimn, una bobina o la circulacin de intensidad elctrica sobre la
pieza. En una pieza alargada, la magnetizacin mediante bobina genera un
campo magntico longitudinal, por lo que muestra defectos transversales. En
cambio, una corriente elctrica entre los extremos de la pieza genera un
campo transversal, por lo que detecta defectos longitudinales.
Sin embargo, es importante poder establecer un campo magntico en,
por lo menos, dos direcciones perpendiculares entre s. Por ejemplo, se
puede utilizar dos campos magnticos circulares, un circular y un longitudinal
o dos longitudinales.
La frmula para obtener el campo magntico en un conductor largo es:
B = m I / ( 2 p d )
Donde:
B = campo magntico
M = permeabilidad del aire
I = corriente que circula por el cable
p = = 3.1416
d = distancia desde el cable
Si hubiera N cables juntos el campo magntico resultante sera:
B = N m I / (2 p d)
Donde:
N = nmero de cables
http://es.wikipedia.org/wiki/Im%C3%A1n_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Electroim%C3%A1nhttp://www.monografias.com/trabajos12/magne/magne.shtml#ca
40
El campo magntico en el centro de una bobina de N espiras circulares es:
B = N m I / (2 R)
Donde:
R = radio de la espira
Las tcnicas de magnetizacin pueden ser de dos tipos: por induccin
directa y por induccin indirecta.
3.8.1 Induccin directa
Se consigue haciendo pasar una corriente elctrica a travs de la
pieza creando un flujo magntico circular en ella.
3.8.1.1 Conductores
Cuando un conductor, ya sea un alambre o una barra, lleva corriente
siempre se produce un campo magntico circular (ver figura 16). La
direccin del campo magntico siempre est a 90 grados de la direccin de
la corriente magnetizante. La orientacin y la magnitud del campo estn
basadas en la direccin y en la cantidad de corriente.
Figura 16. Campo magntico alrededor de un conductor
http://www.monografias.com/trabajos13/radio/radio.shtml
41
3.8.1.2 Mtodo por contacto directo
Otra forma para crear un campo magntico en una pieza es utilizando
equipo fijo donde se prensa la pieza entre dos platos para que hagan
contacto y para que pase corriente a travs de la pieza a inspeccionar.
Si existe un defecto en la pieza, se encontrarn campos de fuga en
los lugares donde se encuentran los defectos y en esos lugares se producir
la atraccin de las partculas magnticas que se apliquen. Cuando las piezas
a inspeccionar son tubos, es muy importante revisar tanto el interior como el
exterior de la pieza.
3.8.1.3 Puntas de contacto (electrodos)
Se utilizan electrodos de cobre, bronce o aluminio; se presionan sobre
la superficie de la pieza para hacer pasar corriente elctrica a travs de
ellos, esto produce un campo magntico circular en la pieza, alrededor y
entre cada electrodo suficiente para una inspeccin local (ver figura 17). Es
importante hacer un buen contacto para no provocar un arco elctrico
resultando en daos a la pieza. En este caso se utiliza medio seco.
La magnitud de la corriente utilizada depende del espesor de la pieza
inspeccionada y de la separacin entre las puntas. Se considera que la
magnetizacin es ms efectiva cuando las puntas estn separadas de 15 a
20 cm, pero pueden usarse con separaciones de 7.6 a 20 cm.
Figura 17. Puntas de contacto
.
42
3.8.1.4 Entre cabezales
La pieza es colocada entre dos cabezales (ver figura 18) y se aplica la
corriente directamente a travs de ella, esto produce un campo magntico
circular, aproximadamente, perpendicular a la direccin del flujo de la
corriente.
Figura 18. Cabezal
3.8.2 Induccin Indirecta
Una magnetizacin indirecta ocurre cuando no fluye corriente elctrica
a travs de la pieza inspeccionada sino, ms bien, un campo magntico es
aplicado desde una fuente externa (ver figura 19).
La corriente elctrica de magnetizacin se hace pasar por un
conductor central, generalmente de cobre, que pasa a travs de la pieza que
se est probando. Los defectos que se encuentran son perpendiculares a la
direccin del campo inducido.
La corriente no fluye a travs de la pieza, sino en un conductor
secundario; el flujo magntico es inducido en la pieza, la cual puede crear un
flujo circular, longitudinal o multidireccional.
43
Figura 19. Magnetizacin indirecta
Fuente: Iowa State University. NDT Education resource center.
3.8.2.1 Imanes permanentes
El imn permanente se suele utilizar poco debido a que solamente se
pueden conseguir con l campos magnticos dbiles.
3.8.2.1.1 Barras de imn
Un imn en barra puede verse como un imn en forma de herradura
pero de forma estirada (ver figura 20). Por lo tanto, el imn de barra tendr
los polos en ambos extremos. Las partculas magnticas sern atradas slo
en los polos. Este imn est magnetizado, longitudinalmente. Cuando hay un
rompimiento o discontinuidad en el imn que atraviesa las lneas de flujo
magntico, se crearn un polo norte y un polo sur a ambos lados de la falla.
Este campo de fuga resultante atraer partculas magnticas. De igual
manera, un defecto, a pesar de ser mnimo, crear polos magnticos. Estos
polos son los que producen campos de fuga que atraen a las partculas
magnticas.
44
Figura 20. Barra de imn
3.8.2.1.2 Imn en forma de herradura
Este tipo de imn es ampliamente conocido (ver figura 21). As como
una barra de imn, ste es un imn permanente y posee magnetismo
residual. Atraer partculas ferrosas hacia sus extremos, que es donde
ocurre un campo de fuga. Estos extremos, generalmente, se les llama: polo
norte y polo sur. Las lneas de flujo magntico salen, nicamente, en los
polos que es donde sern atradas las partculas magnticas.
Figura 21. Imn en forma de herradura
45
3.8.2.2 Por Yugo
La magnetizacin se produce por la induccin de un campo magntico
generado por un electroimn en forma de U invertida (ver figura 22) que se
apoya sobre la pieza a inspeccionar, generando un campo magntico
longitudinal entre las patas del yugo.
Figura 22. Yugo electromagntico
3.8.2.3 Bobina o cable enrollado
Las bobinas se utilizan para establecer un campo magntico
longitudinal dentro de una pieza. La magnetizacin se efecta pasando
corriente a travs de una bobina fija de vueltas mltiples o cable enrollado
alrededor de la pieza o en una seccin de ella. Esto produce un flujo
magntico longitudinal, paralelo al eje de la bobina.
Cuando se utiliza una bobina, la pieza se coloca en la parte interior de
la bobina. En general, las bobinas tienen de tres a cinco vueltas (ver figura
23) y estn elaboradas de cable de cobre. Luego, por medio de un
interruptor de pie se pasa energa a la bobina. Cabe recordar que la
magnetizacin longitudinal localiza discontinuidades transversales.1
46
La cantidad de corriente necesaria para magnetizacin longitudinal
con una bobina es determinada por la frmula:
Donde:
L = longitud de la pieza en pulgadas
D = dimetro en pulgadas
T = nmero de vueltas en la bobina
Figura 23. Campo magntico producido por una bobina
3.9 Tipos de corrientes para magnetizar
Generalmente, se utiliza corriente elctrica para crear campos
magnticos en las piezas a evaluar con el Mtodo de partculas magnticas.
Se puede utilizar corriente elctrica para crear campos magnticos en
piezas que sean hechas de un material ferromagntico. Las lneas de fuerza
magntica siempre estn alineadas a un ngulo recto (90 grados) a la
direccin del flujo de la corriente elctrica. Al controlar la direccin de la
corriente magnetizante se logra controlar la direccin del campo magntico.
Esto hace posible el crear lneas de fuerza magntica para que intercepten
los defectos en ngulos rectos.
47
Cuando se utiliza una corriente elctrica para magnetizar, los mejores
resultados se obtienen cuando la direccin de la corriente magnetizante es
paralela a la falla y en la misma direccin de la misma.
Los dos tipos de corriente utilizados son la corriente directa y la
corriente alterna. El flujo de corriente muchas veces es modificado para
proveer de un campo apropiado dentro de la pieza.
3.9.1 Corriente directa
La corriente directa es muy til cuando se est inspeccionando
defectos subsuperficiales porque la corriente directa genera un campo
magntico que penetra profundamente en el material. En materiales
ferromagnticos, el campo magntico producido por corriente directa,
generalmente, penetra en la pieza completa mientras que al utilizar corriente
alterna, el campo se concentra en una capa delgada sobre la superficie del
componente.
Como se puede observar, en la figura 24, la corriente directa es un
flujo continuo de corriente en una sola direccin. La fuente ms comn de
corriente directa es una batera. Una desventaja del uso de corriente directa
es porque las altas corrientes slo pueden ser mantenidas mientras la carga
de la batera es adecuada y, muchas veces, es necesario contar con el flujo
de corriente durante intervalos de tiempo prolongados.
Figura 24. Corriente directa rectificada de media
48
3.9.2 Corriente alterna
Es conveniente utilizar corriente alterna para hacer pruebas con
partculas magnticas ya que est disponible en casi todas las instalaciones.
Sin embargo, cuando se usa corriente alterna para inducir un campo
magntico en materiales ferromagnticos, el campo magntico se ver
limitado a una regin estrecha sobre la superficie del componente. A este
fenmeno se le llama efecto skin o efecto piel y ocurre porque a los
dominios por debajo de la superficie no se alinean a tiempo. Por lo tanto, se
recomienda utilizar este tipo de corriente slo cuando la inspeccin est
limitada a defectos superficiales.
La fase de CA simple (comnmente utilizada) requiere de dos
conductores y direccin inversa a razn de 50 o 60 ciclos por segundo, como
se muestra en la curva sinusoidal de corriente alterna de la figura 25.
Figura 25. Curva sinusoidal de corriente alterna
49
Los valores que caracterizan a la corriente alterna son:
Valor mximo (Vmax): es el valor de cresta que alcanza la corriente
alterna, puede ser positivo o negativo, tambin se le conoce como
valor de pico (Vp),
Valor instantneo (Vi): es el valor que toma la corriente en un
momento determinado. Se calcula a partir de la frmula:
Vi = Vmax * sen (wt)
Donde:
wt = ngulo en el que deseamos obtener el valor instantneo,
Valor eficaz (Vef): es el valor de corriente continua por el que
debemos sustituir la corriente alterna para que produzca el mismo
efecto. Se calcula con la frmula:
Vef = Vmax / 2
Periodo (T): es el tiempo que tarda en producirse un ciclo completo de
la corriente. Corresponde con 360.
Frecuencia (F): es el nmero de ciclos completos que se producen en
1 segundo. Se calcula con la frmula:
F = 1/T
50
3.9.3 Corriente alterna rectificada
La corriente alterna es limitada a detectar defectos superficiales. Sin
embargo, afortunadamente, la corriente AC puede convertirse en una
corriente similar a la corriente directa por medio del proceso de rectificacin.
Con el uso de rectificadores, la corriente alterna reversa puede convertirse
en una corriente unidireccional. Los tres tipos de corriente rectificada ms,
comnmente usados, son los mostrados en la figura 26.
Figura 26. Tipos de corriente rectificada
51
3.9.3.1 Corriente alterna rectificada de media
onda
Cuando pasa corriente alterna monofsica por un rectificador, la
corriente fluye en una sola direccin. La parte reversa de cada ciclo es
bloqueada para que se produzca una corriente pulsante unidireccional. La
corriente sube de cero a un mximo y, luego, regresa a cero. Ninguna
corriente fluye en el lapso de tiempo cuando el ciclo reverso es bloqueado.
Este tipo de corriente se repite en la misma proporcin que una corriente no
rectificada. Dado que la mitad de la corriente es bloqueada, el amperaje es
la mitad de la corriente alterna que no ha sido alterado.
A este tipo de corriente tambin se le conoce como DC de media
onda o DC pulsante. La AC rectificada de media onda es la ms utilizada en
los yugos electromagnticos.
3.9.3.2 Corriente alterna rectificada monofsica
de onda completa
Una rectificacin de onda completa invierte la corriente negativa a
corriente positiva en vez de bloquearla. Esto produce una corriente directa
pulsante sin intervalos entre los pulsos. Generalmente, se hace una filtracin
para suavizar los cambios bruscos de polaridad en la corriente rectificante.
Mientras que la movilidad de las partculas magnticas no es tan buena
como lo es en la corriente alterna de media onda, debido a la reduccin en
pulsacin, se mejora la profundidad del campo magntico subsuperficial.
52
3.9.3.3 Corriente alterna rectificada trifsica de
onda completa
La corriente trifsica se usa, generalmente, en equipo industrial
porque tiene una fuerza de transmisin ms favorable y por sus
caractersticas de carga de las lneas. Este tipo de corriente tambin es til
para las pruebas con partculas magnticas porque cuando est rectificada y
filtrada, da como resultado una corriente que se asemeja mucho a una
corriente directa.
3.10 Equipo para realizar las pruebas
La persona que realice la inspeccin de la pieza en estudio deber
tomar en consideracin el tipo de corriente que aplicar, la ubicacin y el tipo
de revisin. Puede utilizarse equipo que magnetice circular o
longitudinalmente. Asimismo, puede ser equipo de uso fijo (estacionario) o
porttil (mvil).
3.10.1 Fijo (estacionario)
Este tipo de equipo es til para revisin de piezas pequeas, en
donde pueda manejarse la pieza fcilmente. Hay equipos mayores para
piezas grandes en donde su manejo deber realizarse con una pluma. Estas
unidades generan corriente alterna o directa.
Tambin existen equipos fijos para realizar las pruebas pero con
partculas en lquido. La mayora de estos equipos contienen una bobina que
se utiliza para lograr una magnetizacin longitudinal.
53
El equipo fijo ms comn es la banca horizontal hmeda como la
mostrada en la figura 27. La mayora de unidades tienen una bobina mvil
para realizar una magnetizacin indirecta. Algunos equipos tienen la
capacidad de desmagnetizar la pieza tambin.
Figura 27. Banca horizontal hmeda
Fuente: LLOG, S.A. de C.V. Tutorial de partculas magnticas.
3.10.2 Mvil (porttil)
Lo que distingue a estos equipos son las ruedas sobre las cuales est
montado el equipo como se ilustra en la figura 28. Estn diseados de esta
forma para poder trasladarlos hacia el lugar donde se encuentre la pieza a
inspeccionar (ya que las piezas pueden ser de gran tamao). Pueden tener
salidas de corriente de hasta 6,000 amperios. Pueden proporcionar salida de
corriente alterna y directa rectificada de media onda.7
54
Figura 28. Equipo mvil
Fuente: LLOG, S.A. de C.V. Tutorial de partculas magnticas.
3.11 Medicin de campos magnticos
3.11.1 Importancia de los campos magnticos
Cuando se realiza una prueba con partculas magnticas, es muy
importante determinar la direccin e intensidad del campo magntico (ver
figura 29). La direccin del campo magntico deber estar entre 45 y 90
grados de la medida ms larga del defecto. La intensidad del campo deber
ser lo suficientemente alta para que se agrupen las partculas magnticas,
pero tampoco deber ser demasiado alta que pueda solapar defectos
existentes.
Para que se note la presencia de un defecto, la fuerza de campo en la
pieza deber producir un campo de fuga de flujo que es lo, suficientemente,
fuerte para atraer las partculas magnticas sobre la ubicacin del defecto.
Dado que no es prctico medir la fuerza de campo del material en s, todos
los dispositivos de medicin miden el campo magntico que se encuentra
afuera del material.
55
Figura 29. Orientacin del campo magntico y la deteccin de defectos
Fuente: Iowa State University. NDT Education resource center.
3.11.2 Equipo para medir campos magnticos
Dado que no es prctico medir la fuerza de campo dentro de un material,
todos los equipos miden el campo magntico que est afuera del material.
Hay distintos dispositivos que pueden usarse para detectar y medir campos
magnticos. Los dos equipos ms utilizados en la inspeccin por partculas
magnticas son el indicador de campo y el medidor por efecto Hall.
3.11.2.1 Medicin por indicadores de
campo
Existen unos aparatos pequeos que miden el campo magntico (ver
figura 30), por ejemplo miden desde 20 Gauss hasta menos 20 Gauss. Ya
que el rango es un rango limitado, se utiliza este aparato para medir el
campo magntico residual luego de haber desmagnetizado la pieza.
56
Figura 30. Medidor de campo
Fuente: Iowa State University. NDT Education resource center.
3.11.2.2 Por medio del dispositivo
de medicin por efecto-Hall
Este dispositivo electrnico (ver figura 31) provee una lectura digital
de la fuerza del campo magntico en unidades Gauss. Cuando se utiliza un
medidor de campo por efecto Hall, la fuerza del campo tangencial, medida
sobre la superficie de la pieza, y, cuyos valores pico obtenidos estn dentro
de un rango de 30 a 60 Gauss, se considera que los mismos son,
normalmente, adecuados para la inspeccin por partculas magnetizables.
Es importante asegurarse que las fuerzas del campo estn presentes dentro
de ese rango en todas las reas de la pieza a inspeccionar.
Figura 31. Medidor efecto-Hall (Gauss/Tesla)
57
El voltaje generado Vh se puede relacionar al campo magntico
externo por medio de la siguiente ecuacin:
Vh = I B Rh / b
Donde:
Vh = voltaje generado
I = corriente directa aplicada
B = componente del campo magntico que est en ngulo recto a la
corriente directa en el elemento Hall
Rh = coeficiente Hall del elemento Hall
b = grosor del elemento Hall
3.11.3 Orientacin del campo magntico
El campo magntico deber estar en una direccin favorable, con
respecto al defecto de la pieza, para realizar la prueba. Cuando las lneas de
flujo estn paralelas a la lnea del defecto, la agrupacin de las partculas
magnticas ser dbil. Por lo contrario, cuando las lneas de flujo estn
perpendiculares al defecto entonces se obtendrn resultados satisfactorios
en donde se encuentre la falla. Por lo tanto, para lograr una inspeccin
apropiada en una pieza, deber crearse un campo magntico por lo menos
en dos direcciones.
58
3.12 Modo de magnetizacin
3.12.1 Magnetizacin continua
Las partculas magnticas se aplican mientras fluye la corriente de
magnetizacin. A menos que se indique lo contrario, siempre se deber
utilizar el modo de magnetizacin continua.
3.12.2 Magnetizacin residual
Las partculas son aplicadas despus de que la pieza haya sido
magnetizada.
3.13 Ecuaciones para partculas magnticas
3.13.1 Frmulas de