Escáner de campos magnéticos superficiales para detección ...laboratorios.fi.uba.ar/lse/tesis/LSE-FIUBA-Trabajo... · CARRERA DE ESPECIALIZACIÓN EN SISTEMAS EMBEBIDOS MEMORIA

CARRERA DE ESPECIALIZACIÓN ENSISTEMAS EMBEBIDOS

MEMORIA DEL TRABAJO FINAL

Escáner de campos magnéticossuperficiales para detección de fallas en

soldaduras de aceros

Autor:Ing. Lic. Pablo José Carlos Alonso Castillo

Director:Dr. Daniel Fabián Rodríguez (CNEA, FIUBA, UNSAM)

Jurados:Mg. Ing. Santiago Germino (FIUBA)

Mg. Ing. Rodrigo Alejandro Tirapegui (ITBA, FIUBA)Esp. Ing. Esteban Daniel Volentini (UNT, FIUBA)

Este trabajo fue realizado en la Ciudad Autónoma de Buenos Aires,entre septiembre de 2019 y julio de 2020.

III

Resumen

En base a un requerimiento de la metalúrgica Siderar Ternium para el tren delaminación en frío de su planta de San Nicolás, se diseñó un sistema de escaneode campos magnéticos superficiales para cordones de soldadura. El mismo se

aplicará a los empalmes de rollos de chapa de acero entrantes al tren delaminación. El sistema vincula las lecturas de un codificador de posición con las

de tres sensores magnéticos ortogonales y analiza las señales obtenidasbuscando anomalías. El objetivo es poder evaluar automáticamente la calidad de

la unión eliminando el factor humano.

Para el desarrollo de este trabajo resultó indispensable aplicar conocimientos deprogramación de microprocesadores, ingeniería de software y protocolos de

comunicación para la implementación del firmware del microprocesador;sistemas operativos de propósito general y desarrollo de aplicaciones sobre

sistemas operativos para el software del ordenador; testeo de software para elcontrol de versiones y finalmente se avanzó en el diseño de un circuito impreso a

ser implementado en la próxima versión del dispositivo.

V

Agradecimientos

Quiero agradecer al Dr. José Ruzzante por haber generado este proyecto y haberfacilitado los medios para hacerlo posible con la UTN-FRD, el IAS y la vincula-ción con Siderar Ternium. También quiero agradecer su extraordinaria pacienciaconmigo.

A mi director el Dr. Daniel Fabián Rodríguez con quien he podido contar siemprecuando lo he necesitado.

Al Tec. Gabriel Ángel Redelico por todas sus útiles sugerencias y el buen humory disposición al trabajo que siempre mostró.

Al Dr. Ing. Ariel Lutenberg por toda la buena voluntad, dedicación y esfuerzoque puso en corregir mis errores y ayudarme a culminar la carrera.

VII

Índice general

Resumen III

1. Introducción general 11.1. Contexto de los procesos siderúrgicos . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2. Motivación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3. Alternativa tecnológica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.4. Campos magnéticos superficiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.5. Soldadura en trenes de laminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.6. Objetivos y solución propuesta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2. Introducción específica 132.1. Perspectiva del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.2. Descripción estructural y funcional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.2.1. Estructura del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.2.2. Funciones y requisitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.2.3. Requisitos de rendimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.2.4. Restricciones de diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.2.5. Atributos del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.2.6. Requisitos misceláneos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.3. Casos de uso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.4. Transductores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.4.1. Sensor magnetorresistivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.4.2. Codificador de posición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.4.3. Fuente Boost DC-DC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3. Diseño e implementación 233.1. Arquitectura del software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.1.1. Capa de abstracción de hardware (HAL) . . . . . . . . . . . 233.1.2. Capa de sistema operativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.1.3. Capa de aplicación y arquitectura de microservicios . . . . . 24

3.2. Diseño detallado del software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.3. Interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.4. Diagramas de subsistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.5. Plataformas microprocesadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.6. Implementación del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.6.1. Sensores magnéticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.6.2. Acondicionamiento de señal . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.6.3. Codificador de posición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.6.4. Adquisición de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.6.5. Teclado y zumbador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.6.6. Visualizador LCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.6.7. Gestión de interfaz de usuario . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.6.8. Gestión de comunicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

VIII

3.7. Unidad desktop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

4. Ensayos y resultados 394.1. Escenario de ensayos y resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394.2. Pruebas funcionales del hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

4.2.1. Prueba de lectura del codificador de posición . . . . . . . . . 404.2.2. Prueba de medición del campo magnético . . . . . . . . . . 414.2.3. Prueba de adquisición de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . 424.2.4. Pruebas en hojalata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434.2.5. Pruebas en fleje de acero 1010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4.3. Prototipo escáner de planta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514.4. Escáner de laboratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

5. Conclusiones 575.1. Conclusiones generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575.2. Próximos pasos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

A. Laminado y trenes de laminación 59A.1. Jaulas de laminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59A.2. Trenes de laminación en caliente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60A.3. Trenes de laminación en frío . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62A.4. Soldadura en trenes de laminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

A.4.1. Proceso de soldado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

B. Campos Magnéticos Superficiales 69B.1. Frontera magnética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69B.2. Región de influencia magnética de un defecto . . . . . . . . . . . . . 70B.3. Caracterización multipolar de una anomalía magnética localizada. 71

C. Método de la memoria magnética (MMM) 75C.1. El MMM y los sólidos ferromagnéticos. . . . . . . . . . . . . . . . . 76

D. Materiales Magnéticos 77D.1. Materiales con magnetismo intrínseco . . . . . . . . . . . . . . . . . 77D.2. Materiales con magnetismo extrínseco . . . . . . . . . . . . . . . . . 78D.3. Características comunes a todos los grupos. . . . . . . . . . . . . . . 79

E. Magnetismo en Aceros 81E.1. Aceros y ensayos no destructivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81E.2. Aceros y fundiciones al carbono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82E.3. Aceros inoxidables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83E.4. Aceros Aleados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

F. Detalles constructivos del escáner de laboratorio 89

G. Fisura patrón 95G.0.1. Fisura patrón en hojalata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

Bibliografía 97

IX

Índice de figuras

1.1. Medición del cordón de soldadura por efecto Barkhausen. . . . . . 31.2. Sensor magnetorresistivo tipo puente KMZ10 encapsulado en Delrin 41.3. Dispositivo de medición analógico completo. Compárese esta figu-

ra con la figura 1.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.4. Amplificador de instrumentación y sensor analógicos . . . . . . . . 61.5. Sensor midiendo a 3 mm sobre el cordón de soldadura de la chapa.

El cordón está brillante porque se pule a piedra. . . . . . . . . . . . 61.6. Pequeña sección de chapa con zona de no conformidad entre los

16 y 27 cm (línea irregular oscura en medio de la zona brillante). . . 71.7. Campos magnéticos en la zona de no conformidad entre los 16 y

27 cm. (BBs.As. ≈ 23µT ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.8. Fuga de líneas de flujo magnético asociada a grietas y discontinui-

dades en la superficie del material. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.9. Componentes del campo B asociadas a perturbaciones debidas a

tensiones internas1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.10. Soldadura con zonas de no conformidad. Misma chapa de la figura

1.6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.11. Seccion de empalme cizallado luego que la soldadura fuera eva-

luada como no conforme. Medidas: 1235 x 565 x 2,25 mm . . . . . . 11

2.1. Diagrama de bloques del sistema. Perímetro mayor: unidad micro-procesada. Perímetro menor: unidad Desktop . . . . . . . . . . . . . 14

2.2. Sensor magnetorresistivo en configuración puente de Wheatstone. 192.3. Sensor HMC5883 montado en un PCB con la electrónica auxiliar. . 192.4. Codificador Incremental Autonics de 2048 ppr. . . . . . . . . . . . . 202.5. Codificador Absoluto Koyo de 10 bits. . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.6. Fuente boost DC-DC 5V-12V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.1. Interfaces entre los Subsistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.2. Subsistemas de medición de campo magnético y lectura del codifi-

cador de posición. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.3. Subsistema graficación dinámica de campos magnéticos. . . . . . . 303.4. Plataformas: EDU-CIAA NXP, 18F46K22 y Arduino UNO . . . . . . 313.5. Pantalla de adquisición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.6. Pantalla de parámetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363.7. Pantalla de campos totales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363.8. Pantalla de archivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.9. Pantalla de operaciones sobre gráficos. . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

4.1. Prototipo de escáner de laboratorio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394.2. Prototipo de escáner de laboratorio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404.3. Desplazamiento del DAD vs. cuentas del acumulador del DAD. . . 41

X

4.4. Campo medido (azul) y calculado (rojo), en función de la distanciadel sensor al imán. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

4.5. Desplazamiento del DAD a distintas velocidades. . . . . . . . . . . 434.6. Escaneo de la hojalata. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444.7. Sucesivos Escaneos de la hojalata con una fisura patrón. . . . . . . . 454.8. Sucesivos Escaneos de la hojalata con dos fisuras patrón. . . . . . . 454.9. Sucesivos Escaneos de la hojalata con tres fisuras patrón. . . . . . . 464.10. Posiciones de las fisuras dadas por los máximos locales de la deri-

vada spline del campo en el eje z. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474.11. Planchuela de acero de 220x50x12 mm. . . . . . . . . . . . . . . . . 474.12. Campos de fondo sin planchuela. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484.13. Campos con planchuela sin perforaciones. . . . . . . . . . . . . . . . 484.14. Campos con planchuela con perforaciones medidos del lado per-

forado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494.15. Posición de la fisura dada por la derivada del campo en el eje z. . . 494.16. Planchuela con perforaciones tapada con otra planchuela. . . . . . 504.17. Campos con planchuela con perforaciones medidos del lado sin

perforar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504.18. Posición de la fisura dada por la derivada del campo en el eje z. . . 514.19. Prototipo de escáner de planta vista inferior. Se pueden apreciar el

codificador de posición y el sensor magnético . . . . . . . . . . . . . 524.20. Prototipo de escáner de planta vista de frente . . . . . . . . . . . . . 524.21. Prototipo de escáner de planta vista lateral. Se pueden ver en pri-

mer plano el zumbador y dos botones. . . . . . . . . . . . . . . . . . 534.22. Prototipo de escáner de laboratorio vista superior . . . . . . . . . . 544.23. Prototipo de escáner de laboratorio con la plataforma rebatida . . . 554.24. Prototipo de escáner de laboratorio vista frontal. . . . . . . . . . . . 554.25. Prototipo de escáner de laboratorio. Detalle del mecanismo impulsor. 56

A.1. tren de laminación en caliente con detalle de los rodillos2. . . . . . . 61A.2. Esquema de tren de laminación en caliente. . . . . . . . . . . . . . . 61A.3. Esquemático tren de laminación en frío. . . . . . . . . . . . . . . . . 62A.4. Tren de laminación en frío.3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63A.5. Jaula de laminación en frío con detalle de los rodillos. El superior

es el conductor y el que fija el espesor4. . . . . . . . . . . . . . . . . 64A.6. Distintas configuraciones de 2, 4, 6, 6+6 y 20 rodillos5. . . . . . . . . 64A.7. Configuracion de 20 rodillos para laminado en frío6. . . . . . . . . . 65A.8. Distintos tipos y secciones de rodillos para cada etapa del laminado7. 65A.9. Posicionador para empalme y soldadura8. . . . . . . . . . . . . . . . 66A.10.Soldadura con CO2 El brillo del láser se encuentra tapado por las

ruedas que aplanan el borde de las chapas9. . . . . . . . . . . . . . . 67A.11.Rayos X de la soldadura10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

B.1. Fuga de líneas de flujo magnético asociada a grietas y discontinui-dades en la superficie del material. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

C.1. Componentes del campo B asociadas a perturbaciones debidas aheterogeneidades magnéticas primarias11. . . . . . . . . . . . . . . . 75

D.1. Suceptibilidad magnética y temperaturas de transición entre losdistintos grupos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

D.2. Permeabilidad magnética µ inducción B vs. excitación H . . . . . . . 80

XI

E.1. Diagrama de estados de acero al carbono Fe-C12. . . . . . . . . . . . 83E.2. Transiciones de fase en el Fe y cambios de estado magnético. . . . . 84E.3. Magnetización en acero al Silicio, acero al carbono y fundición . . . 86

F.1. Dispositivo DAD con codificador rotativo y sensor magnético. . . . 89F.2. Dispositivo DAD interior del gabinete. . . . . . . . . . . . . . . . . . 90F.3. Control del motor, motor y pulsadores. . . . . . . . . . . . . . . . . 90F.4. Montaje del sensor magnético. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91F.5. Construcción de la cremallera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91F.6. Codificador sobre la cremallera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91F.7. Vista inferior rebatida. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92F.8. Tornillería de bronce usada para la construcción del DAD de labo-

ratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93F.9. Construcción del piñón. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94F.10. Piñón sin destazar del polietileno. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94F.11. Piñon en su buje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94F.12. Piñon montado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

G.1. Creación por presión de una fisura patrón. . . . . . . . . . . . . . . 95G.2. Fisura patrón vista de canto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96G.3. Fisura patrón vista de arriba. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96G.4. Hojalata montada en portamuestras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

XIII

. . . . A la memoria del Dr. Ricado Aragón, ejemplo comoninguno de virtud, dedicación al trabajo y amor a la ciencia.

1

Capítulo 1

Introducción general

En este capítulo se presentan el contexto y la motivación del proyecto, las carac-terísticas de los campos magnéticos superficiales, la problemática de las fallas ensoldaduras, los objetivos a cumplir y la solución propuesta.

1.1. Contexto de los procesos siderúrgicos

Las tecnologías asociadas a los procesos siderúrgicos están en constante evolu-ción y aunque quizás parezca que los procesos básicos se han mantenido sincambios durante décadas, toda la tecnología y materiales de las máquinas que loshacen posibles no ha cesado de progresar. Al paso de esta evolución tecnológicalas naciones más avanzadas se han reservado los nichos de producción de aceroscon alto valor agregado y se han desprendido de los procesos menos sofisticadosy competitivos.

La incorporación de tecnología en la industria siderúrgica argentina ha sido unode los factores que ha permitido no solo su supervivencia sino también su li-derazgo a nivel mundial en algunos nichos tecnológicos en los que la industriaargentina destaca ampliamente: tubos de acero sin costura para la industria delpetroleo, aceros inoxidables antibacterianos para la industria alimentaria y hospi-talaria, aceros de alta temperatura para piping usados en la industria aeronáutica,aceros de alta dureza para la industria de maquinaria agropecuaria, aceros de ba-jo índice de dilatación para instrumentos de precisión, aceros con baja fricción ycalidades superficiales especiales para equipos de alto vacío, etc.

En nuestro país, el IAS (Instituto Argentino de Siderurgia) es el nexo entre la in-novación tecnológica y las industrias metalúrgicas. El IAS es una entidad priva-da sin fines de lucro con capacidad de investigación tecnológica y de desarrolloprofesional. Ubicada en el polo siderúrgico de la ciudad de San Nicolás de losArroyos, el IAS tiene como empresas miembros a Acindar Grupo ArcelorMittal,Ternium Argentina, Tenaris Siderca, AcerBrag y Gerdau Argentina, entre otrastreinta empresas asociadas.

La incorporación de nuevas tecnologías siderúrgicas resulta muy costosa y cuan-do se trata de especialidades, las empresas que las desarrollan y proveen constitu-yen un muy pequeño grupo a nivel mundial, resultando prácticamente imposiblehallar opciones. La información facilitada por las empresas que desarrollan estastecnologías es la mínima necesaria para facilitar su venta y la mayoría de las he-rramientas y sistemas asociados son privativos de cada empresa, que los suelenofrecer como soluciones del tipo “llave en mano".

2 Capítulo 1. Introducción general

Para un sistema de soldadura y verificación de última tecnología como el usadoen los empalmes de los rollos de chapa entrante a los trenes de laminación en frío,los costos de adquisición son de varios millones de dólares por equipo. Esto haceque esos sean accesibles y redituables solo a grandes empresas (ver apéndice A).

Los sistemas de soldadura más sofisticados incluyen soldadura por rayo láser deCO2 y verificación por rayos X. La radiografía se envía a un operador que decideen el puente de mando de la laminadora si la soldadura está “conforme” o “noconforme” con lo que dicta la norma de evaluación. En los sistemas convenciona-les la soldadura se realiza a tope con electrodo lateral sin aporte y la verificaciónla realiza un operador por inspección visual directa in situ. Este último sistema esel usado en nuestro país.

1.2. Motivación

El costo asociado a las fallas en las soldaduras de los empalmes de los rollos dechapa, hizo que desde la empresa Siderar Ternium se buscaran opciones a fin dereducir el error humano en el proceso de evaluación de las soldaduras y aumentarsu fiabilidad por medios automáticos.

Puesto en participación el IAS, el tema se derivó al IAS-Área de soldadura (IAS-AS). El IAS-AS a través de un acuerdo de cooperación técnica con el IRAM (Ins-tituto Argentino de Normalización y Certificación), participa en el desarrollo yaplicación de las normas de soldadura vigentes en nuestro país y cumple las fun-ciones de Secretaría Técnica del Consejo Ejecutivo del Ente Habilitante y Perma-nente de Certificación según lo definido por las normas IRAM/IAS U 500 138 y169 respectivamente.

El IAS-AS también cumple las funciones de ente habilitante, siendo responsablede la planificación de auditorías de habilitación y seguimiento para la certifica-ción de las entidades para calificar procedimientos de soldadura y soldadoresu operadores de soldadura, además de ser responsable de mantener registro detodas las calificaciones y certificaciones emitidas por los entes habilitados segúnla norma IRAM/IAS U 500-138, para permitir la trazabilidad documental de lasmismas.

Dentro del ámbito del IAS-AS funciona el OCIS (Organismo de Calificación deInspectores de Soldadura), único organismo de calificación reconocido por IRAMen Argentina, de acuerdo a lo establecido en la norma IRAM/IAS U 500-169,cumpliendo con los requisitos de la norma internacional IRAM-ISO/IEC 17024,(Evaluación de la conformidad – Requisitos generales para los organismos querealizan certificación de personas.) El OCIS forma parte del Esquema de califica-ción y certificación acreditado por el OAA (Organismo Argentino de Acredita-ción), siendo auditado anualmente por el IRAM con la testificación del OAA.

EL IAS y la UTN-FRD (Universidad Tecnológica Nacional - Facultad RegionalDelta) han mantenido desde hace décadas una colaboración permanente tantopor la proximidad geográfica como por su interés en común de ofrecer serviciosy soluciones tecnológicas al área petroquímica y siderúrgica del eje Campana -San Nicolás.

1.2. Motivación 3

En la UTN-FRD se realizan proyectos de investigación y desarrollo vinculados alárea materiales y ensayos no destructivos (NDT, del inglés non destructive tests)con particular interés en la aplicación de métodos ópticos y acústicos; se dicta laEspecialización en ensayos estructurales y ensayos no destructivos y el Doctoradoen ingeniería mención ensayos estructurales. En la UTN-FRD también funcionanlos grupos de emisión acústica, ensayos no destructivos, mecánica computacio-nal, nanofotónica, optoelectrónica y vibraciones mecánicas[1].

Es así como el GEA (Grupo de emisión acústica)[2] e investigadores de la CNEA(Comisión nacional de energía atómica) vinculados profesionalmente con la UTN-FRD y pertenecientes a la GAIyANN (Gerencia de área de investigación y apli-caciones no nucleares) realizaron ensayos sobre los cordones de soldadura de lachapas provistas por Siderar Ternium a través del IAS.

El objetivo de los ensayos fue estudiar la factibilidad de detectar las zonas de noconformidad mediante ondas acústicas utilizando el efecto Barkhausen[3][4]. Enla figura 1.1 se puede observar el ensayo realizado. En primer plano tenemos elsensor piezoeléctrico, el yugo inductor, el cordón de soldadura y parte del instru-mental utilizado.

FIGURA 1.1. Medición del cordón de soldadura por efecto Bark-hausen.

Los resultados de este estudio si bien demostraron que era posible detectar margi-nalmente las zonas de no conformidad, también pusieron de relieve las grandes


dificultades que tiene el método para poder implementarse fuera del ambientecontrolado de un laboratorio y sin contar con sofisticado instrumental científico,entre varios otros serios inconvenientes[5][6]

1.3. Alternativa tecnológica

En simultáneo con los estudios de efecto Barkhausen, el autor de este trabajo pro-puso al director de la carrera de doctorado de la UTN-FRD y director del GEA,Dr. José Ruzzante, realizar algunas pruebas para evaluar la factibilidad de detec-tar las zonas de no conformidad a través de la medición de los perfiles de loscampos magnéticos superficiales. Esta técnica es conocida por sus siglas en inglesSMFM Surface magnetic field measurement y está muy bien documentada su aplica-ción en el ámbito de los NDT[7]. Los fundamentos de esta técnica se basan en loque se conoce como Método de la memoria magnética o MMM por sus siglas eninglés Magnetic memory method[8][9]. Descripciones detalladas de la SMFM y delMMM se pueden hallar en los apéndices B y C.

La UTN-FRD no contaba con equipo para realizar estas pruebas, por lo que elautor, familiarizado con las tecnologías de mediciones magnéticas por años dededicación exclusiva a la investigación con magnetorresistencias del tipo Barberpole[10] en el Laboratorio de películas delgadas del Departamento de física de laFIUBA, se ofreció a construir uno.

Para realizar estas pruebas se usó el sensor magnetorresistivo Barber pole tipopuente KMZ10[11] encapsulado en Delrin (Poliacetal[12]) para garantizar una se-paración constante y un deslizamiento suave entre el sensor y la superficie. Verfigura 1.2

FIGURA 1.2. Sensor magnetorresistivo tipo puente KMZ10 encap-sulado en Delrin

El sensor se acopló a la entrada de un amplificador de instrumentación de bajoruido y ganancia variable construido ad hoc[13], puesto que la sensibilidad del

1.3. Alternativa tecnológica 5

puente es de 1,19 (mV/V )/mT es muy importante tener una fuente de alimenta-ción espejo muy estable que también debió construirse ad hoc.

En figura 1.3 se puede observar de izquierda a derecha: sensor encapsulado enDelrin, multímetro de lectura de señal del sensor, amplificador de instrumenta-ción, multímetro de lectura de tensión de alimentación y fuente espejo.

FIGURA 1.3. Dispositivo de medición analógico completo. Com-párese esta figura con la figura 1.1

En la figura 1.4 se tiene el detalle del sensor, el amplificador de instrumentación yel multímetro de lectura del sensor. La fuente espejo se encuentra desconectada.


FIGURA 1.4. Amplificador de instrumentación y sensor analógicos

Con este instrumento y usando las mismas chapas ensayadas en los estudios conondas acústicas, se realizaron relevamientos manuales de los campos en formatransversal y longitudinal al cordón de soldadura, tal como se puede ver en lafigura 1.5

FIGURA 1.5. Sensor midiendo a 3 mm sobre el cordón de soldadu-ra de la chapa. El cordón está brillante porque se pule a piedra.

De estos relevamientos resultó que en las proximidades de las zonas de no confor-midad, el perfil de los campos medidos era prácticamente el mismo con variacio-nes de intensidad, estando el perfil de mayor intensidad sobre el mismo cordón.En los gráficos de las figuras 1.6 y 1.7 se pueden reconocer claramente los perfilesindicativos de disrupción en el medio magnético[7].

1.3. Alternativa tecnológica 7

FIGURA 1.6. Pequeña sección de chapa con zona de no conformi-dad entre los 16 y 27 cm (línea irregular oscura en medio de la

zona brillante).

FIGURA 1.7. Campos magnéticos en la zona de no conformidadentre los 16 y 27 cm. (BBs.As. ≈ 23µT )

A la vista de los prometedores resultados empleando el sensor analógico, la Se-cretaría de Investigación de la UTN-FRD a cargo del Dr. Jorge Román Torga y elDirector del GEA, acordaron avanzar en esta nueva línea de investigación a finde tener los medios para ensayar en planta los cordones de soldadura y realizarestudios en condiciones controladas de laboratorio de soldaduras en general.

El tema de evaluación de soldaduras es muy amplio y además de la caracteriza-ción visual, magnética y acústica se necesita de la caracterización metalográfica ymecánica que se realiza en el Departamento de materiales del CAC (Centro ató-mico constituyentes) de la CNEA. La subgerencia de Desarrollos tecnológicos yproyectos especiales dependiente de la GAIyANN tomó interés en el proyecto ytambién el Laboratorio de espectrometría de movilidad iónica (LEMI) por lo quehay establecida una importante red de instituciones y laboratorios que dan suapoyo y tienen expectativas sobre esta línea de investigación.

Abrir una nueva línea de investigación en la parte magnética involucra incorpo-rar prácticamente desde cero nuevo equipamiento y recursos humanos, por loque se propuso comenzar presentándola como tema de doctorado en ingenieríamención ensayos estructurales de la UTN-FRD y dotarla de los recursos econó-micos necesarios para hacer desarrollos tecnológicos e incorporar equipamiento.Así quedó como tema de trabajo doctoral del autor con el título: campos magnéticossuperficiales en aceros.

Antes de avanzar con los objetivos y la solución implementada conviene haceruna pequeña introducción sobre las características de los campos magnéticos su-perficiales y las soldaduras en los trenes de laminación.


1.4. Campos magnéticos superficiales

Los materiales magnéticos pueden presentar perturbaciones en el campo cercanoa su superficie debido a la presencia de anomalías tanto superficiales como in-ternas (ver apéndice B). Esto resulta útil al momento de caracterizar propiedadesmecánicas por medio de ensayos no destructivos NDT.

Las anomalías típicas son:

Inhomogeneidades en el seno del material.

Tensiones internas.

Disrupciones en su superficie, principalmente:

• Fisuras (cracking)

• Abolladuras (denting)

• Fluting[14]

• Spalling[15]

• Brinelling[16]

Cada una de estas condiciones produce un perfil de perturbación magnética ca-racterístico.

En el caso que atañe a este trabajo, en la zona de soldadura de la chapa, se produ-cirá mayormente la aparición de tensiones y micro fisuras, quedando en segundolugar las inhomogeneidades que suelen ser cavidades vacías.

Las micro fisuras producen una perturbación en el campo exterior muy similaral perfil del campo de un dipolo magnético y si se trata de un material plano,esta perturbación será perceptible en ambas caras del material, tal como se puedeapreciar en la figura 1.8

FIGURA 1.8. Fuga de líneas de flujo magnético asociada a grietasy discontinuidades en la superficie del material.

Las tensiones internas producen perturbaciones de mayor orden debido a su ca-rácter distribuido, como se puede observar en la figura 1.9, pero a medida quenos alejamos de la superficie termina dominando el término dipolar.

1.5. Soldadura en trenes de laminación 9

FIGURA 1.9. Componentes del campo B asociadas a perturbacio-nes debidas a tensiones internas1.

Si se desea ahondar en el tema los detalles se pueden encontrar en los apéndicesB y C.

1.5. Soldadura en trenes de laminación

La cinta de chapa entrante a un tren de laminación en frío proviene de rollos dechapa de mayor sección que se desenrollan y se van soldando entre sí a medi-da que ingresan al tren laminación. Esto forma una cinta continua que permitemantener el proceso al 100 % de eficiencia todo el tiempo.

Los trenes de laminación someten a la cinta de chapa a esfuerzos uniformes detracción longitudinales. Estos esfuerzos uniformes se redistribuyen al llegar alcordón de soldadura y se concentran en las zonas donde la unión es más fuerte.Esto se debe a que las zonas con imperfecciones no pueden tomar cargas y estasdeben compensarse en las zonas que si lo pueden.

Siendo que el material esta prácticamente en su punto de fluencia a la tracción[18],son muy pocos los esfuerzos extras que estas zonas pueden soportar.

Esto hace que el peligro de rotura sea mucho mayor en la sección de la soldaduray esto es así incluso cuando las imperfecciones son muy pequeñas.

La inspección visual solo puede dar cuenta de los defectos que llegan hasta lasuperficie del material, los que quedan en su seno son indetectables. La presenciade un defecto superficial o zona de no conformidad debe ser muy evidente, talcomo las que se aprecian en la figura 1.10.

1Figura tomada de [17]


FIGURA 1.10. Soldadura con zonas de no conformidad. Mismachapa de la figura 1.6

Cuando la soldadura es evaluada como no conforme, se cizalla la sección soldaday se vuelve a repetir el procedimiento. Esta operación puede tener que repetirsevarias veces hasta tener una soldadura conforme. El tiempo disponible para estaoperación son los pocos minutos de margen que da la sección de buffer del tren delaminación. Los detalles se pueden encontrar en el apéndice A sobre laminacióny trenes de laminación.

En al figura 1.11 se puede ver la sección completa rechazada de un empalme talcomo queda después de ser cizallada.

La rotura de la chapa viene acompañada de un revire y una colisión con la si-guiente jaula2 y sus rodillos. Un quiebre en la continuidad de la chapa pone enpeligro la uniformidad de la superficie de los rodillos de laminación. El daño pro-ducido puede afectar a todos los rodillos de una misma jaula al arrastrar el meca-nismo, hacia adentro, los restos de chapa. Estos restos quedan atrapados entre losrodillos motores y de contención, además de los que se encuentran en contactodirecto con el material.

Si una chapa se corta durante el proceso de laminado se debe detener inmedia-tamente la operación (en algunos trenes de laminación la velocidad de la chapapuede llegar a los 50 m/s), cortar las secciones de chapa atrapada en el tren entrecada par de jaulas y retirarla (pueden quedar decenas de metros de chapa arru-gada atrapada), abrir las jaulas y retirar lateralmente la chapa sin avanzarla en eltren, retirar los rodillos para examinarlos, retirar los rodillos dañados y reempla-zarlos, reparar los daños en las jaulas, volver a montar todo, reiniciar la operacióny enviar a reparar (si es posible) los rodillos dañados. Todas estas operaciones tie-ne un muy importante costo económico, tanto por las demoras en la produccióncomo por el costo de los daños, muy especialmente en los rodillos.

2Nombre dado a cada unidad en los trenes de laminación que contiene un juego de hasta veinterodillos. Ver apéndice A

1.6. Objetivos y solución propuesta 11

FIGURA 1.11. Seccion de empalme cizallado luego que la soldadu-ra fuera evaluada como no conforme. Medidas: 1235 x 565 x 2,25

mm

1.6. Objetivos y solución propuesta

En el marco de la Especialización de sistemas embebidos se propuso en septiem-bre 2019 el proyecto de un Escáner de campos magnéticos superficiales para detecciónde fallas en soldaduras de aceros. A la fecha, julio de 2020 el proyecto se encuentraconcluido.

Este proyecto incluyó:

El desarrollo de un prototipo de escáner magnético con la capacidad deexaminar el cordón de soldadura de una chapa de acero de por lo menos1300 mm de longitud, en planta.

La mecánica mínima para resolver el desplazamiento de los sensores sobreel cordón de soldadura.

Un segundo escáner con idénticas funcionalidades que el primero, pero dis-puesto mecánicamente en un arreglo de precisión para uso en laboratorio.

Los mecanismos de posicionamiento de precisión para el escáner de labo-ratorio.


Un software tipo desktop application para:

• Adquisición de datos remotos.

• Configuración y control del escáner.

• Graficación y análisis de los resultados.

Algoritmos de:

• Conformación y posprocesamiento de señales

• Corrección e interpolación de posición.

• Corrección de señal por interferencias y deriva magnética terrestre.

• Spline para ajuste de curvas y cálculos de derivadas.

• Transformadas de Fourier del tipo FFT.

Este proyecto no incluyó:

Algoritmos de análisis de señal a los fines de determinar el tipo de anomalíamagnética detectada.

La construcción mecánica final del dispositivo de planta.

Los arreglos de seguridad que hacen a la prestación del sistema en un am-biente industrial.

El dispositivo desarrollado permite:

Recabar información sobre las características de los cordones de soldadurade los empalmes de chapas de acero usados en los trenes de laminación.

Caracterizar magnéticamente los cordones vinculándolos con la evaluaciónde conformidad / no conformidad realizada por métodos convencionales yelaborar un patrón de correlación con las soldaduras conformes.

Estudiar la posibilidad de falsos negativos en las soldaduras no conformesy elaborar un índice que permita orientar al evaluador en los casos dudosos.

Realizar investigaciones de laboratorio sobre soldaduras en aceros magné-ticos.

Servir de herramienta para el estudio de campos magnéticos superficialesen general.

13

Capítulo 2

Introducción específica

En este capítulo se presenta y describe la estructura principal del sistema, loselementos que lo constituyen, sus características, los principales lineamientos dediseño y los transductores usados.

2.1. Perspectiva del sistema

El sistema del escáner de campos magnéticos superficiales (ECMaS) se componede dos unidades integradas que se comunican por interfaces serie Wifi y/o USB.Las unidades son:

a. Un dispositivo adquisidor de datos (DAD) con un codificador de posición ab-soluta y un sensor de campos magnéticos de tres ejes dispuestos para despla-zarse sobre la muestra a escanear

b. Una aplicación tipo desktop application para PC que recibe los datos para grafi-carlos y analizarlos (SAyG).

2.2. Descripción estructural y funcional

2.2.1. Estructura del sistema

Con el fin de lograr un diseño adaptable, el sistema se estructuró modularmente,con un módulo de control principal y diferentes módulos periféricos secundarios.

En la figura 2.1 se puede ver el diagrama de bloques del sistema implementado.

14 Capítulo 2. Introducción específica

FIGURA 2.1. Diagrama de bloques del sistema. Perímetro mayor:unidad microprocesada. Perímetro menor: unidad Desktop

2.2.2. Funciones y requisitos

Las funcionalidades y requisitos se distribuyen en ocho subsistemas (SS1 a SS8) alos que se volverá a hacer referencia en los siguientes capítulos.

1. SS1: lectura del codificador de posición.

1. El firmware lee la posición de un codificador rotativo absoluto paralelo conresolución de 10 bit en forma continua y en tiempo real.

2. El software relaciona la posición del codificador con el desplazamiento li-neal del sensor en forma continua y en tiempo real.

3. El firmware establece los ceros de posición lineal en cualquier posición ar-bitraria del codificador.

4. El firmware da cuenta de desplazamientos positivos y negativos de rotacióndel codificador llevando una cuenta absoluta que compense los pasos por 0del contador intrínseco del codificador.

2. SS2: medición de campo magnético en tres ejes.

1. El firmware realiza la tarea de calibración de los tres sensores magnéticosortogonales inmediatamente después de que queda habilitado el módulodel sensor.

2. El firmware toma las lecturas de tres sensores magnéticos ortogonales enforma contínua y en tiempo real desde el mismo momento en que quedancalibrados.

2.2. Descripción estructural y funcional 15

3. El firmware da alarma de lecturas fuera de escala.

3. SS3: adquisición de datos.

1. Si el firmware detecta que entre dos lecturas consecutivas de sensor magné-tico ha habido cambios en la posición del codificador que no tienen valoresde campo asociados, interpola linealmente para estas posiciones el valor delcampo en función de los valores registrados en estas últimas dos lecturas.

4. SS4: gestion de interfaz de usuario.

1. El firmware envía al visualizador del DAD los valores de los campos mag-néticos.

2. El firmware envía a visualizador del DAD los valores de lectura del codifi-cador de posición y del acumulador.

3. El firmware cuando detecta que se ha presionado el botón 1 pone a cero elacumulador del codificador rotativo y envía el aviso de nueva medición alSAyG

4. El firmware cuando detecta que se ha presionado el botón 2 envía el valor delos campos magnéticos con un marcador que los identifica como el campode referencia terrestre.

5. SS5: compensación estática de campo magnético terrestre.

1. El firmware registra el campo magnético terrestre en ausencia de muestraa escanear y el software compensa con dicho valor las lecturas del escaneocorrespondiente.

2. Cuando el escaneo se realiza en condiciones que permiten tomar múltiplesmediciones del campo magnético para una misma posición del sensor, elsoftware detecta esta condición y promedia las mediciones.

6. SS6: comunicación con una PC vía Wifi o USB.

1. El firmware se comunica con la aplicación de la PC por una conexión inalám-brica para transmitir los datos adquiridos y recibir comandos y parámetrosde configuración cuando se encuentra alimentado de forma autónoma.

2. El firmware se comunica con la aplicación de la PC por una conexión USBpara transmitir los datos adquiridos y recibir comandos y parámetros deconfiguración cuando se encuentra alimentado de la misma.

3. El firmware puede comunicarse indistintamente por ambas interfaces dan-do alarma cuando alguna no se encuentra disponible.

7. SS7: graficación dinámica de campos magnéticos.

1. El software de la aplicación de la PC grafica dinámicamente los datos ad-quiridos reajustando las escalas del codificador e intensidad de campo a finde acomodar los datos de forma de lograr el máximo aprovechamiento delárea disponible en pantalla.

8. SS8: interpolación de spline.

1. El software realiza interpolaciones de spline entre los datos adquiridos per-mitiendo calcular las derivadas primeras y segundas.


2. El software puede graficar la interpolación y sus derivadas en sucesivasinterfaces gráficas que permitiendo caracterizar máximos mínimos y puntosde inflexión.

9. SS9: transformada rápida de Fourier FFT.

1. El software puede realizar transformadas rápidas de Fourier de los datosadquiridos.

2. El software puede graficar las transformadas rápidas de Fourier y represen-tarlas en gráficos lineales y logarítmicos.

2.2.3. Requisitos de rendimiento

1. El software permite tomar por lo menos 10 lecturas por segundo de campomagnético y resolver la misma cantidad de pasos del codificador.

2.2.4. Restricciones de diseño

1. Se utilizó la plataforma EDU CIAA NXP para el diseño principal.

2. Se utilizó la plataforma Arduino UNO para los prototipos de campo y labora-torio.

3. Se utilizó una plataforma propia basada en el 18F46K22 para pruebas y ensa-yos.

4. Se utilizará la plataforma desarrollada ad hoc para las versiones futuras.

2.2.5. Atributos del sistema

1. Mantenibilidad.

1. El software debe permitir modificar sus parámetros operativos y almace-narlos en memoria segura.

2. El software debe incluir la capacidad de recibir y almacenar una actualiza-ción completa del software.

2. Confiabilidad.

1. El software debe asegurar su correcto funcionamiento en condiciones nor-males de operación durante 1 (un) año u 800 horas, lo que suceda primero

2.2.6. Requisitos misceláneos

1. Al energizarse, el firmware debe dar por el flujo serie una señal de identifi-cación de su estado ready además de indicar los datos básicos para identificarfirmware y modelo del escáner

2. Al energizarse, el firmware da una indicación luminosa a través de un LED delestado de energización correcto.

2.3. Casos de uso 17

3. Si se detecta estado de saturación o fuera de escala de los sensores magnéticosse debe indicar con un zumbido tres veces y se indicará por el flujo serie unestado de falla. No obstante las mediciones continuarán normalmente.

4. En todo momento un visualizador de 4 renglones mostrará los valores de loscampos medidos y la posición del codificador.

2.3. Casos de uso

1. Medición de campo magnético en tres ejes.

Descripción: El visualizador del DAD muestra en los tres primeros ren-glones los valores de las tres componentes del campo magnético en formacontínua y en tiempo real.

Actor: Técnicos de planta o profesionales de laboratorio.

Disparadores: El evento se inicia en cuanto se energiza el DAD.

2. Lectura de posición del codificador de posición.

Descripción 1: El display del DAD muestra en el cuarto renglón el valorde la posición absoluta del codificador y de la posición relativa incremen-tal.

Descripción 2: Se envía por el flujo serie la posición absoluta a la PC.

Actor: Interfaz externa: sensor de medición de campos magnéticos.

Disparadores: El evento se inicia en cuanto terminan de cargarse en el vi-sualizador del DAD los valores de los campos magnéticos. El codificadorde posición no da mensajes de estado.

3. Compensación estática de campo magnético terrestre.

Descripción 1: El sensor magnético mide las componentes del campo te-rrestre en los tres ejes.

Descripción 2: La lectura del visualizador muestra la intensidad del cam-po magnético terrestre a ser compensado.

Descripción 3: Al efectuarse la compensación la lectura del display nocambiará, pero los valores recibidos y procesados en el SAyG serán todosceros.

Descripción 4: Desde ese momento todos los valores procesados por SAyGtienen compensado el campo magnético terrestre.


Disparadores: El evento comienza pulsando el botón del DAD que guar-da los valores del campo medido en tres registros ad hoc.

4. Comunicación con una PC vía Wifi o USB.

Descripción: El DAD se comunica por Wifi o USB con el software delSAyG en la PC.



Disparadores 1: El evento se inicia cuando se establece la conección delDAD a la PC y esta lo instancia como un nuevo puerto COM.

Disparadores 2: En la PC estará corriendo el SAyG que permite elegir elpuerto COM correspondiente y pulsar el botón “Conectar”.

5. Graficación dinámica de campos magnéticos.

Descripción 1: Los datos recibidos por la interfaz serie son graficadosen tres gráficos correspondientes a cada eje coordenado XYZ, del campomagnético vs. la posición absoluta del codificador de posición.

Descripción 2: A medida que llegan nuevos datos, los gráficos adecuansus escalas de manera de usar toda el área disponible de la manera máseficiente.

Actor: Sistema SAyG a través de la interfaz externa por el evento de re-cepción de datos de medición desde el DAD.

Disparadores: El evento se inicia automáticamente transcurridos dos se-gundos desde la última recepción de datos de medición desde el DAD,usando con los datos recibidos disponibles en el arreglo dinámico.

6. Interpolación de Spline.

Descripción 1: Los datos graficados en el software de la PC son represen-tados por una interpolación tipo Spline.

Descripción 2: Con la interpolación se calculan y se representan tambiénlas derivadas primeras y segundas en sendos gráficos sucesivos.


Disparadores: El evento se inicia pulsando el botón Spline en el softwarede la PC.

7. Transformada Rápida de Fourier FFT.

Descripción 1: Los datos graficados en el software de la PC son represen-tados por una transformación del tipo FFT.

Descripción 2: Con la FFT se calculan y se representan también las escalasen forma lineal y logarítmicas.


Disparadores: El evento se inicia pulsando el botón FFT en el software dela PC.

2.4. Transductores

En este proyecto se han usado transductores de campo magnético y de posición,a continuación se exponen sus principales características y perfomance.

2.4. Transductores 19

2.4.1. Sensor magnetorresistivo

Los sensores tipo puente como el KMZ10 se presentan como un arreglo de cuatrosensores en configuración puente de Wheatstone dispuestos en un mismo planocomo se puede ver en la figura 2.2. Esta disposición cancela las anisotropias delas resistencias y los efectos de los campos en el plano normal y transversal; deesta manera el puente solo es sensible a los campos en la dirección longitudinal.

FIGURA 2.2. Sensor magnetorresistivo en configuración puente deWheatstone.

Las resistencias RT son ajustadas durante el proceso de fabricación para un offsetde 0 entre −VO y +VO y la superficie total del sensor es de 0,25mm2.

Para el proyecto se adoptó el dispositivo HMC5883[19] de la empresa HoneywellInternational Inc. Este dispositivo se consigue en el mercado local y ofrece en unmismo encapsulado tres puentes como el descripto previamente a 90o cada uno,además de la electrónica de un conversor A/D de 12 bits, una interfaz serie I2C ydemás sistemas para garantizar una resolución de 0,1 µT en el rango de±800 µT .Para dar una idea de estas magnitudes, en la zona del Río de la plata la intensidaddel campo magnético terrestre es de aproximadamente 23 µT .

FIGURA 2.3. Sensor HMC5883 montado en un PCB con la electró-nica auxiliar.


2.4.2. Codificador de posición

Originalmente se planeó utilizar un codificador incremental Autonics de 2048 ppr(pulsos por revolución) que se puede ver en la figura 2.4, pero los errores acu-mulados no eran aceptables. No había posibilidad de garantir la repetibilidad delas mediciones debido a los involuntarios corrimientos que ocurrían durante lamanipulación del dispositivo.

FIGURA 2.4. Codificador Incremental Autonics de 2048 ppr.

Finalmente se adoptó un codificador absoluto Koyo de 10 bits (1024 posicionespor revolución) que se puede ver en la figura 2.5 con salida paralelo en códigode Gray. Este codificador funciona con 12 V por lo que fue necesario agregar a laelectrónica una fuente conmutada tipo boost de 5 V a 12 V.

FIGURA 2.5. Codificador Absoluto Koyo de 10 bits.

2.4.3. Fuente Boost DC-DC

La fuente boost a más compacta disponible en el mercado local es la basada en elXL6009[20] de la firma XLSEMI, que podemos ver en la figura 2.6.

2.4. Transductores 21

FIGURA 2.6. Fuente boost DC-DC 5V-12V

23

Capítulo 3

Diseño e implementación

En este capítulo se presentan los principales componentes del software y hard-ware del sistema junto con la descripción de la implementación de cada bloque.

3.1. Arquitectura del software

En este proyecto se optó por un modelo de arquitectura en capas para facilitar eldesarrollo en las diversas platafomas microprocesadas disponibles, limitando elacoplamiento informático solo a las interfaces. Esto permite mantener cada nivello más simple posible sin afectar la escalabilidad. Se emplearon las siguientescapas:

1. Capa de Abstracción de hardware (HAL).

2. Capa de Sistema operativo.

3. Capa de Aplicación.

3.1.1. Capa de abstracción de hardware (HAL)

El software y firmware utilizado para abstraer el acceso al hardware fue

Para la plataforma EDU-CIAA-NXP, se utilizó el firmware de la CIAA ver-sión 2.0 como HAL.

Para la plataforma Arduino UNO se utilizó el firmware del proyecto ArduinoCore-avr[21] y el provisto por Arduino Cores[22] como HAL.

Para la plataforma basada en el 18F46K22 se utilizo el entorno PMLABXIDE de Microchip[23].

Para la PC con SO Windows se utilizaron las herramientas provistas por elIDE del Microsoft Visual Studio®[24].

3.1.2. Capa de sistema operativo

El firmware que se ejecuta en el DAD no utiliza sistema operativo. El softwareque se ejecuta en el SAyG lo hace usando los recursos gráficos del Windows shelldel sistema operativo Windows® 10

24 Capítulo 3. Diseño e implementación

3.1.3. Capa de aplicación y arquitectura de microservicios

Los servicios que componen la aplicación se ejecutan en su propio proceso y secomunican con interfaces. Cada servicio coincide en esta arquitectura con un sub-sistema (SS) y se encarga de implementar una funcionalidad completa. Se empleócomo patrón arquitectónico para la capa aplicación, tanto del dispositivo adquisi-dor de datos (DAD) como del como del sistema de análisis y graficación (SAyG).

En el escáner de campos magnéticos superficiales (ECMaS) hay nueve serviciosbásicos que funcionan independientemente

Capa de aplicación en el DAD

• Servicio de posición absoluta del escáner.

• Servicio de medición de campo magnético.

• Servicio de adquisición de datos.

• Servicio de gestión de interfaz de usuario.

• Servicio de compensación de campo terrestre.

• Servicio de transmisión de datos.

Capa de aplicación en el SAyG

• Servicio de graficación dinámica.

• Servicio de Spline.

• Servicio de FFT.

3.2. Diseño detallado del software

A continuación se incluye el diseño detallado de los principales componentes desoftware.

En el dispositivo adquisidor de datos (DAD)

• Servicio de posición absoluta del escáner

◦ El servicio se establece llamando dentro del loop principal a la fun-ción: bool_t getPoscAbsEnc(void).

◦ EL servicio lee el valor absoluto de la posición del eje del codifica-dor con una resolución de 10 bits y resuelve los pasos por 0, por1023 y los cambios de sentido de giro manteniendo un registro conun contador acumulador absoluto con signo.

◦ La función getPoscAbsEnc() devuelve true si ha habido cambio enla posición del codificador desde su último llamado.

• Servicio de medición de campo magnético

◦ El servicio se establece llamando dentro del loop principal a la fun-ción bool_t getLecSensMag(void).

3.2. Diseño detallado del software 25

◦ Previo al inicio del servicio se inicializa el sensor microprocesadollamando a la función: bool_t setParamSensMag(magSens_t magPa-ram), que retornará true si el establecimiento y la autocalibracióndel sensor resulta exitosa.

◦ El sensor una vez inicializado genera continuamente datos de lec-turas de campo que procesa y entrega a través de una interfaz I2Cy comunica la disponibilidad de un nuevo dato con un bit extra deready. Cada dato demora 90 ms a 12 bits de resolución, i.e. la tasade datos es de aproximadamente 11 datos por segundo.

◦ La función getLecSensMag() actualiza los valores de tres registrosdonde se guardan los valores del campo magnético en cada ejecoordenado y retorna true si hay un nuevo valor.

• Servicio de adquisición de datos

◦ El servicio se establece llamando dentro del loop principal a la fun-ción bool_t getDatoListo(void).

◦ El servicio guarda el último dato enviado por el servicio de trans-misión de datos con el valor de la última posición y campo mag-nético leído.

◦ Si getLecSensMag() ha devuelto previamente true, el servicio generaun arreglo indexado según las posiciones del codificador, comen-zando con la posición del acumulador del último dato enviado yterminando en la posición actual del acumulador coincidente conel último valor leído de campo. A continuación el servicio com-pleta el arreglo interpolando linealmente los valores intermediosfaltantes de campo magnético.

◦ Si no ha habido cambio en la posición del codificador, la funcióngetDatoListo(void) devuelve false, en caso contrario devuelve true.

• Servicio de transmisión de datos

◦ El servicio de transmisión de datos se encuentra dentro del loopprincipal y se activa cada vez la función getDatoListo() devuelvetrue.

◦ El servicio envía el arreglo generado por el servicio de adquisiciónde datos por la salida del flujo serie del DAD.

En el sistema de análisis y graficación SAyG

• Servicio de graficación dinámica

◦ El servicio de graficación dinámica funciona en la PC que recibelas comunicaciones del Servicio de transmisión de datos.

◦ Al iniciarse el software de la PC por primera vez, se instanciansendos gráficos, uno por cada eje coordenado y los arreglos diná-micos que recibirán los datos.

◦ El servicio se activa con cada evento de comunicación de datosque contenga el arreglo: [posición, campos]. llamando a la funciónvoid refrescarGraficos(void)


◦ El servicio de graficación dinámica va incorporando a los gráficosy a los arreglos las nuevas posiciones e intensidades de camposmagnéticos recibidos.

◦ Luego de que pasan dos segundos del último arribo de datos, elservicio reescala automáticamente todos los ejes a fin de tener unavisión completa de todos los datos disponibles.

• Servicio de spline

◦ El servicio de interpolación de spline funciona en la PC que recibelas comunicaciones del servicio de transmisión de datos toman-do los datos de los arreglos dinámicos del servicio de graficacióndinámica.

◦ Al seleccionarse "spline" del menú principal los datos presentes enlos arreglos son interpolados de acuerdo a ésta y se muestran enlos gráficos del servicio de graficación dinámica.

◦ La spline se calcula junto con su primera y segunda derivada mos-trándose en los gráficos sucesivos del SAyG.

• Servicio transformada rápida de Fourier FFT

◦ El servicio de transformada rápida de Fourier FFT funciona en laPC que recibe las comunicaciones del servicio de transmisión dedatos tomando los datos generados por el servicio de spline.

◦ Al seleccionarse "FFT"del menú principal los datos presentes enlos arreglos son analizados y transformados de acuerdo al algorit-mo de FFT y se muestran en los gráficos del servicio de graficacióndinámica

3.3. Interfaces

Las interfaces que comunican los subsistemas con los microprocesadores se divi-den en dos grupos: las implementadas en el firmware del dispositivo adquisidorde datos (DAD) y las implementadas en el software del sistema de análisis y gra-ficación (SAyG). En total hay siete interfaces que se relacionan como se indica enel diagrama de la figura 3.1.

3.3. Interfaces 27

FIGURA 3.1. Interfaces entre los Subsistemas

En el dispositivo adquisidor de datos DAD

• I_UIDispPul: interfaz de usuario de visualizador y pulsadores: comu-nica dos pulsadores y un zumbador a través de tres puertos GPIO dela CPU del DAD y un visualizador de alfanumérico de 4x20 a travésdel puerto I2C.

• I_SensMag: interfaz del sensor magnético: comunica con la unidadmicroprocesada del sensor a través de un protocolo ad hoc a través delpuerto I2C. Los datos de la lectura están disponibles en sendos regis-tros que se actualizan dando aviso con un bit de ready.


• I_EncAbs: interfaz del encoder absoluto: comunica la salida del sen-sor de 12 bit en un puerto paralelo a través de 12 puertos GPIO de laCPU del DAD la interfaz lleva la cuenta en dos registros del valor ab-soluto y del incremental acumulado de la posición del codificador convalores positivos y negativos. La interfaz da aviso de cada nuevo des-plazamiento del codificador para que el firmware de la DAD active lasalida de datos por la interfaz I_CommDAD.

• I_CommDAD: interfaz de comunicación de la DAD: establece la co-municación a través del flujo serie del DAD con el software del SAyGcorriendo en la PC. Lo hace a través de una USART.

En el sistema de análisis y graficación SAyG

• I_CommSAyG: interfaz de comunicación del SAyG: establece la comu-nicación a través del flujo serie con el software del DAD corriendo enel microprocesador. Lo hace a través una USART. La interfaz actualizatres arreglos dinámicos de datos donde se guardan los campos en ca-da eje coordenado y las posiciones relativas al registro del acumuladordel encoder.

• I_GrafDinI interfaz de graficación dinámica: accede a los arreglos di-námicos de datos generados por la interfaz I_CommSAyG y los forma-tea en ancho y alto, generando un arreglo de salida para entregarlo almódulo de graficación.

• I_SplFFT: interfaz de interpolación de spline y transformada rápida deFourier FFT: accede los arreglos dinámicos de datos generados por lainterfaz I_CommSAyG y los transforma en sendos arreglos de salidaconteniendo los datos interpolados según una curva spline y los valoresresultantes de una FFT para entregarlos al módulo de graficación.

3.4. Diagramas de subsistemas

En la figura 3.2 se puede ver la secuencia de inicio del DAD y la operatoria auto-mática de los principales subsistemas de servicio de medición de campos magné-ticos SS1 y lectura del codificador de posición SS2.

3.4. Diagramas de subsistemas 29

FIGURA 3.2. Subsistemas de medición de campo magnético y lec-tura del codificador de posición.

En la figura 3.3 se puede ver la secuencia de operatoria automática del subsistemade graficación dinámica de campos magnéticos SS7. Este subsistema es afectadopor cambios en la lectura del codificador de posición.


FIGURA 3.3. Subsistema graficación dinámica de campos magné-ticos.

3.5. Plataformas microprocesadas 31

3.5. Plataformas microprocesadas

Como plataformas se emplearon la EDU-CIAA NXP, la Arduino UNO y otra pro-pia basada en el 18F46K22 tal se pueden ver en la figura 3.4. Luego de variaspruebas se optó definitivamente por la Arduino UNO por razones de disponibi-lidad, tamaño y costo.

FIGURA 3.4. Plataformas: EDU-CIAA NXP, 18F46K22 y ArduinoUNO

Se desarrolló el PCB para la plataforma a implementar en la futura versión delsistema, basado en los microprocesadores

3.6. Implementación del sistema

3.6.1. Sensores magnéticos

La librería de los sensores magnéticos se adaptó a C de la implementada para C++que ofrece Adafruit[25]. Se eliminaron las opciones que no se usarían y se dispu-so para máxima velocidad y resolución. Como sensor se usó el HMC5883 quedispone de una señal de ready para indicar que una nueva medición está dispo-nible. Para implementar el SS de lectura de campo magnético en la Arquitecturade microservicios, se optó por detectar la condición de ready haciendo polling enlugar de asociarlo a una interrupción. Esto se ve facilitado por el hecho de que elmínimo período entre mediciones es de aproximadamente 90 ms.


3.6.2. Acondicionamiento de señal

El campo detectado por los sensores del HMC5883 es en general muy estable encondiciones normales y se pueden resolver los 500 nT. Sin embargo hay ambien-tes con ruido electromagnético que impide la estabilización de la lectura llegán-dose a perder completamente el último dígito. Esto no es grave pues las señalesa medir son casi dos órdenes mayores. Aún así, se implementaron varias estra-tegias de promedios ponderados que logran reducir la variabilidad del últimodígito pero no eliminarla por completo. Con posterioridad se verificó que a losfines de la interpolación de spline convenía toma valores separados unos 2 mmlo que significaba a su vez promediar paquetes de 10 mediciones. El resultado esque en valores medios, la spline resultante es suave y sus derivadas no presentandiscontinuidades, aún cuando el último dígito sea totalmente errático.

3.6.3. Codificador de posición

El Koyo NA1024NW tiene salida paralela de 10 bits en código de Gray por lo quese implementó una librería para convertirlo a binario. Para la entrada de datos seemplearon los GPIO PD2 a PD7 y PB0 a PB3 de la placa Arduino UNO.

El acumulador se implementó integrando las diferencias entre posiciones sucesi-vas. Para poder llevar las cuentas desde un cero arbitrario como se exige en SS1-3,se lleva un registro de la tendencia de los valores previos para interpretar luegode un paso por cero si se suma o se restan las diferencias que se generan.

En el caso del prototipo de planta, la rueda del codificador rotativo se torneó deun redondo de goma y tiene cierta compresibilidad por lo que el diámetro efecti-vo se calcula desplazando el DAD una distancia conocida e introduciendo en lasopciones de configuración del SAyG esta distancia y las cuentas del codificadorcorrespondientes, el software calcula el radio equivalente en forma automática.Calculado, el paso resulta de 0,1985 mm que se corresponde a un diámetro equi-valente de aproximadamente 56,1 mm comprimida.

En el caso del equipo de laboratorio, este tiene un engranaje rígido y la resolucióndel paso calculado es de 0,1492 mm que se corresponde a un diámetro equivalentede aproximadamente 47,65 mm.

3.6.4. Adquisición de datos

Con un período de 90 ms entre mediciones de campo magnético, y un paso de0,15 mm la velocidad máxima de avance del escáner a máxima resolución será0, 15mm/90ms = 1, 66mm/s. Al superar esta velocidad se comienzan a perderdatos y el algoritmo comienza a interpolar. Hay un aviso de alarma y comienzaa titilar en el SAyG un circulo rojo sobre los gráficos. En la práctica se ha podi-do observar que hay superabundancia de datos y que los perfiles cambian muypoco pues las señales son muy intensas y las variaciones significativas se dan endistancias del orden del cm, tal como se observa en la figura 1.7 de la página 7

3.7. Unidad desktop 33

3.6.5. Teclado y zumbador

El escáner debe tener la menor cantidad posible de interfaces físicas para queresulte cómodo de usar en un ambiente industrial con ruido y con guantes. Porese motivo se mantuvo al mínimo el número de botones. Solo tiene dos botonesque se conectan a dos puertos GPIO:

1. Botón de toma de campo de referencia (campo terrestre perturbado por lasmasas de acero de las máquinas de la planta): el SAyG toma este valor comoreferencia para restarlo a todas las mediciones futuras.

2. Botón de inicio de nueva medición: en el SAyG se borra el arreglo previo demediciones y se inicia uno nuevo. En el DAD el valor del acumulador delas rotaciones del codificador se pone a cero.

El zumbador es de 82dB y se activa para dar confirmación del pulsado de losbotones y las alarmas definidas.

3.6.6. Visualizador LCD

El visualizador consiste en un display de 4 lineas y 20 posiciones unido a unainterfaz I2C. El visualizador muestra en los tres primeros renglones los valoresde los campos en cada uno de los ejes coordenados y en el cuarto renglón el valorabsoluto del codificador de posición y el valor signado del acumulador de todaslas rotaciones del codificador.

3.6.7. Gestión de interfaz de usuario

La gestión del visualizador y del teclado se encuentra dentro del loop de microser-vicios. los botones se detectan por polling y el puerto I2C se escribe con los datosde los registros del sensor magnético y el codificador de posición en cada vueltadel loop.

3.6.8. Gestión de comunicaciones

La gestión de comunicaciones se maneja a través servicio de envío de la UARTdel microprocesador hacia las interfaces WiFi y/o USB. Se envían los datos iden-tificatorios de DAD cuando entra en estado ready y los datos de los registros delsensor magnético y el codificador de posición. No tiene servicio de recepción. Seencuentra dentro del loop de microservicios y envía datos solo cuando ha habidocambios en el codificador de posición.

3.7. Unidad desktop

En la PC se encuentra implementada una aplicación desarrollada con MicrosoftVisual Studio que consta de 5 pantallas principales:


1. Pantalla de adquisición. En esta pantalla que se puede ver en la figura 3.5,se grafican en tiempo real los campos magnéticos a medida que se desplazael codificador de posición. Es autoescala horizontal y vertical, las unidadesson en µT y mm, los valores máximos y mínimos se pueden ver en los ex-tremos de los gráficos. El mouse va acompañado de un área de texto con losvalores de la posición y el campo correspondientes a su ubicación.

2. Pantalla de parámetros. En esta pantalla que se puede ver en la figura 3.6,se pueden revisar los datos recibidos instante a instante en crudo, calcularel diámetro equivalente de la rueda del codificador de posición, restar elcampo de fondo, compensar offsets del sensor magnético, establecer alarmasde campo máximo y configurar los parámetros de las splines.

3. Pantalla de campos totales. En esta pantalla que se puede ver en la figura3.7, se encuentran cuatro listas encolumnadas con los valores del acumula-dor del codificador, el desplazamiento en mm, los valores de los campos enµT y los rótulos correspondientes. Además hay dos botones para cambiarel indicador de decimales de coma a punto y viceversa. Seleccionando, co-piando y pegando, esta pantalla provee las listas con valores para exportara hojas de cálculo.

4. Pantalla de gráficos. En esta pantalla que se puede ver en la figura 3.8, segrafican a pequeña escala las mediciones de distintos escaneos a fin de com-pararlos. Esto es muy útil cuando una muestra a sido sometida a algunamanipulación para provocar cambios en la distribución de los campos. Porejemplo a una muestra sin imperfecciones provocarle una fisura y compararlos campos antes y después restando los gráficos.

5. Operaciones sobre gráficos. Este menú que se puede ver en la figura 3.9,acompaña a la pantalla de gráficos de la figura 3.8 y permite desplazar late-ralmente, sumar, invertir y restar gráficos. Las operaciones se ejecutan sobrelos dos primeros gráficos que se encuentren tildados y el resultado se repre-senta en la última línea de gráficos.


FIGURA 3.5. Pantalla de adquisición


FIGURA 3.6. Pantalla de parámetros

FIGURA 3.7. Pantalla de campos totales


FIGURA 3.8. Pantalla de archivos

FIGURA 3.9. Pantalla de operaciones sobre gráficos.

39

Capítulo 4

Ensayos y resultados

En el presente capítulo se describen los escenarios con los que se realizaron en-sayos y se obtuvieron resultados satisfactorios en la realización de pruebas desistemas y mediciones de campos magnéticos en muestras de laboratorio.

4.1. Escenario de ensayos y resultados

Para el proceso de ensayos y recopilación de resultados se prepararon dos esce-narios.

El primero escenario se usó para probar los subsistemas principales del DADusando el prototipo de planta ilustrado en la figura 4.1. Se puede observar elprototipo de escáner de planta con el DAD, conectado a la laptop corriendo elSAyG.

FIGURA 4.1. Prototipo de escáner de laboratorio.

En este escenario se ensayaron el SS1: lectura del codificador posición y el SS2:medición de campo magnético.

El segundo escenario es el ilustrado en la figura 4.2 y se usó para hacer pruebasdel sistema completo midiendo las capacidades del mismo para detectar fisuras

40 Capítulo 4. Ensayos y resultados

y oquedades. Se puede observar el sistema de escáner de laboratorio completo: lalaptop corriendo el SAyG y la plataforma con el DAD.

FIGURA 4.2. Prototipo de escáner de laboratorio.

4.2. Pruebas funcionales del hardware

4.2.1. Prueba de lectura del codificador de posición

En esta prueba se verifica si las lecturas del codificador de posición (SS1) queinterpreta el DAD son correctas. Se considera que la prueba se cumple exitosa-mente si el error de las distancias recorridas por el DAD en función de sucesivasrevoluciones completas del codificador pasando por cero es mucho menor que eldesplazamiento del DAD por pulso del codificador.

Para verificar los desplazamientos se establece en cero el acumulador del DADy se grafican las distancias recorridas por el DAD realizando desplazamientospositivos y negativos mayores de una revolución completa de la rueda del codifi-cador y midiéndolo contra una regla. En la figura 4.3 se puede ver los resultadosjunto con el análisis de regresión lineal. La principal fuente de error está en laapreciación de la lectura del desplazamiento sobre la regla.

4.2. Pruebas funcionales del hardware 41

FIGURA 4.3. Desplazamiento del DAD vs. cuentas del acumuladordel DAD.

De este ensayo se puede concluir que el desplazamiento del DAD es correctamen-te estimado por las lecturas del codificador de posición con un error promediode 0,025 mm cada 800 mm y con un avance por pulso del codificador de 0,1895mm/pulso.

4.2.2. Prueba de medición del campo magnético

En esta prueba se verifica si las lecturas del sensor magnético (SS2) que interpretael DAD son correctas. Se considerará que se cumple exitosamente si se verificanel rango y la linealidad del sensor.

Para verificar el rango primero se debe calibrar la lectura del sensor en vacío conel valor del campo magnético de referencia de Buenos Aires de 23 µT . Cumplidoesto se debe saturar el sensor con un imán exterior. Si el sensor está en rango, lasaturación debe ocurrir a los 800 µT que se indican en la hoja de datos del sensor.

Para verificar la linealidad se debe comparar las lecturas del sensor contra la leyde variación del campo magnético con la distancia de un dipolo. Esta ley indicaque el campo en el eje del dipolo varía como K/d3. El dipolo es el pequeño imánempleado en la prueba.

Para esta prueba se colocó un imán de neodimio (dipolo) de 1 mm de diámetropor 3 mm de largo a 150 mm del eje y del sensor del DAD y se aproximó hastasaturar el sensor a 17 mm del mismo. La escala se había calibrado previamenteen función del campo magnético de Buenos Aires. En el gráfico de la figura 4.4 sepuede ver en la linea azul los valores medidos y en la linea roja la ley teórica delcampo a lo largo del eje del imán (dipolo).


FIGURA 4.4. Campo medido (azul) y calculado (rojo), en funciónde la distancia del sensor al imán.

La saturación ocurre a los 807 µT y con este valor se calcula la constante K de laley del dipolo (K ≈ 4x105) con la que se grafica la curva roja de la ley del dipolo

De este ensayo podemos concluir que el rango es el correcto dentro del 1 % ylinealidad está en muy buen acuerdo con la ley del dipolo.

4.2.3. Prueba de adquisición de datos

En esta prueba se verifica si las lecturas del codificador de posición y campo mag-nético son correctamente interpoladas (SS3) cuando la velocidad es superior a1,66 mm/s i.e. cuando el codificador genera mas rápidamente posiciones que lec-turas el sensor magnético.

Para verificar las interpolaciones de los valores de campo se hace recorrer al DADuna distancia total de 86 mm (aproximadamente 580 puntos), pasando a los 38mm sobre una muestra de hojalata de 10 mm de ancho a tres velocidades distintastal como podemos apreciar en los gráficos de la figura 4.5.


FIGURA 4.5. Desplazamiento del DAD a distintas velocidades.

La serie de tres gráficos representa los campos magnéticos en los ejes x, y y z enblanco, cian y amarillo respectivamente a tres velocidades distintas. En el gráficosuperior, a velocidad normal menor de 1,66 mm/s, en el gráfico del medio a unavelocidad apenas superior a la máxima y en el gráfico inferior a una velocidadmuy superior (aproximadamente 40 mm/s).

Se puede observar que en el gráfico inferior efectivamente se produce la interpo-lación pues hay sectores de segmentos rectos que unen puntos discretos. En estossegmentos los valores de los campos se han interpolado linealmente, de no habersido así y haberse mantenido el último valor medido de campo, los segmentosserian horizontales y habría saltos verticales cuando aparece un nuevo valor decampo.

4.2.4. Pruebas en hojalata

Para llevar a cabo estas pruebas fue necesario poder producir fisuras controladas(ver apéndice G).

Una tira de hojalata de 100 mm x 10 mm x 0,15 mm se montó como se observa enla figura 4.6, en un portamuestra que asegura su manipulación y posicionamientoa los fines de asegurar la repetibilidad.


FIGURA 4.6. Escaneo de la hojalata.

Sobre la tira de hojalata se realizaron cuatro escaneos:

1. Sin fisuras

2. Con una primer fisura a los 20 mm del borde derecho.

3. Con una segunda fisura a los 30 mm del borde derecho.

4. Con una tercer fisura a los 80 mm del borde derecho.

Cada escaneo tiene horizontalmente 801 puntos y se extiende 120 mm, comienza10 mm antes de la muestra y termina 10 mm después. La resolución es de 0,15mm. Las intensidades de los campos magnéticos representados en los gráficosque se expondrán a continuación, son arbitrarias y se han ajustado en cada ejepara lograr la mejor visualización. Los campos en la dirección x son graficados encolor blanco, en la dirección y en color cian y en la dirección z en color amarillo.

Los resultados de los escaneos fueron los siguientes:

En la primer serie de gráficos de la figura 4.7 se tiene representados:

1. Escaneo sin fisuras.

2. Escaneo con una primer fisura a los 20 mm del borde derecho.

3. Resta de los dos escaneos previos.

Los picos del gráfico inferior de la figura 4.7 son producto de la fisura y muestranun pico cerca de donde se ha producido.


FIGURA 4.7. Sucesivos Escaneos de la hojalata con una fisura pa-trón.

En la segunda serie de gráficos de la figura 4.8 se tiene representados:

1. Escaneo con una primer fisura a los 20 mm del borde derecho.

2. Escaneo con una segunda fisura a los 30 mm del borde derecho.


FIGURA 4.8. Sucesivos Escaneos de la hojalata con dos fisuras pa-trón.

Los picos del gráfico inferior de la figura 4.8 son producto del efecto de la segundafisura y muestran un segundo pico en el eje z.

En la tercer serie de gráficos de la figura 4.9 se tiene representados:


1. Escaneo con una segunda fisura a los 30 mm del borde derecho.

2. Escaneo con una tercer fisura a los 80 mm del borde derecho.


FIGURA 4.9. Sucesivos Escaneos de la hojalata con tres fisuras pa-trón.

Los picos del gráfico inferior de la figura 4.9 son producto del efecto de la tercerfisura y muestran un patrón complejo debido a las fisuras previas, muy particu-larmente en el eje z.

En los gráficos de las figuras 4.7 a 4.9 se puede observar como cambian los patro-nes a medida que se agregan fisuras a la tira de hojalata.

También se puede observar la gran área de influencia que ejercen las pequeñasfisuras en todo el perfil magnético de la muestra y como se afectan mutuamente.

De los resultados obtenidos podemos concluir que el DAD cumple con las solici-taciones de los requeriemientos SS1 y SS2 en forma útil a los fines de disponer deperfiles de campos magnéticos superficiales aptos para la detección de anomalíassignificativas.

A continuación se examina si es posible detectar las zonas comprometidas tenien-do solo el perfil final (i.e. no conociendo el perfil previo sin fisuras).

Con los datos ya adquiridos en el SAyG podemos parametrizar las curvas consplines y calcular las derivadas. En los gráficos de la figura 4.10 se ha graficado en1 el campo en la dirección z y en el grafico 2 su derivada. Se puede ver cómo lafisura corresponde con el modelo del campo dipolar magnético (ver apéndice B)donde el campo en el eje z pasa por el medio del dipolo produciendo un punto deinflexión y su derivada primera presenta un máximo que coincide con la posiciónde las fisuras.

En el gráfico 2 de la figura 4.10 se pueden ver los tres máximos numerados quecoinciden con la posición de las fisuras. El mismo gráfico se tienen más puntos de


interés, pero esos no son producto de fisuras, muy probablemente son productode tensiones internas provocadas al manipular el material. Nótese que se tratadel mismo gráfico del campo en la dirección z de la figura 4.9 - 2 pero expandido.

De los resultados obtenidos podemos concluir que los datos obtenidos por elDAD tiene suficiente resolución y precisión como para que al ser procesados porel SAyG se puedan detectar las zonas comprometidas teniendo solo el perfil finaly no conociendo el perfil previo sin fisuras.

FIGURA 4.10. Posiciones de las fisuras dadas por los máximos lo-cales de la derivada spline del campo en el eje z.

4.2.5. Pruebas en fleje de acero 1010

Para saber si el DAD puede escanear masas mucho mas grandes sin saturar yextraer información útil, se sometió a ensayo una planchuela de 220x50x12 mmque podemos ver en la figura 4.11, a la que se le realizaron una serie de agujerosde fondo plano con profundidades de 2, 4, 6, 8, 9, 10 y 11 mm separados 20 mmentre sí y a 10 mm del borde.

FIGURA 4.11. Planchuela de acero de 220x50x12 mm.

Los gráficos que se ven en las figuras 4.12 a 4.14 son los perfiles de los camposmagnéticos en el eje x en blanco, en el eje y en cian y el eje z en amarillo, medidosdesde 20 mm antes del inicio de la planchuela hasta 20 mm después del final dela misma.


Primeramente se midió el fondo magnético sin planchuela que se puede ver en lafigura 4.12. Resulto notable la presencia de ruido en el eje z pero sin embargo estan bajo que no afecta las mediciones.

FIGURA 4.12. Campos de fondo sin planchuela.

Luego se midió la planchuela sin perforaciones, lo que produce un perfil de cam-pos casi sin anomalías (solo perturbado por las dos perforaciones grandes) quepodemos ver en la figura 4.13.

FIGURA 4.13. Campos con planchuela sin perforaciones.


A continuación se realizaron las perforaciones con un centro de mecanizado yse realizó una nueva serie de mediciones del lado de las perforaciones, como semuestra en la figura 4.14

FIGURA 4.14. Campos con planchuela con perforaciones medidosdel lado perforado.

En los gráficos 1 y 2 de la figura 4.15 se ha repetido el proceso hecho con la ho-jalata anteriormente y se ha calculado la spline del campo en el eje z en el SAyG.Se puede ver cómo los agujeros se corresponden con los máximos locales de suderivada primera que se encuentran numerados en el grafico 2.

FIGURA 4.15. Posición de la fisura dada por la derivada del campoen el eje z.

Finalmente para determinar si el DAD podia detectar oquedades, se taparon lasperforaciones con otro fleje idéntico al anterior como se muestra en la figura 4.16y se realizó una nueva serie de mediciones cuyo resultado se puede ver en lafigura 4.17


FIGURA 4.16. Planchuela con perforaciones tapada con otra plan-chuela.

FIGURA 4.17. Campos con planchuela con perforaciones medidosdel lado sin perforar.

Se puede nuevamente observar un patrón similar al de la chapa de hojalata pesea que las dimensiones son un orden más grandes y que el volumen de materiales 1760 veces mayor (150 mm3 vs. 264000 mm3).

Idénticamente, en los gráficos 1 y 2 de la figura 4.18 es posible identificar (aun-que con algo de mayor dificultad) las posiciones de las perforaciones, usando losmáximos de la derivada de la spline del campo según el eje z. Esto da la pauta de

4.3. Prototipo escáner de planta 51

que es posible detectar oquedades en el seno del material hasta por lo menos a 12mm de la superficie.

FIGURA 4.18. Posición de la fisura dada por la derivada del campoen el eje z.

De ambos ensayos podemos concluir que los datos producidos por el DAD tienensuficiente resolución y precisión como para que al ser procesados por el SAyG sepuedan detectar las zonas comprometidas en un muy amplio rango de dimensio-nes de la muestra, desde espesores de 0,15 mm y fisuras de 82 µm hasta oqueda-des a 12 mm de profundidad.

4.3. Prototipo escáner de planta

El prototipo de escáner magnético de planta se construyó alrededor del codifica-dor de posición absoluto tal como se ve en la figura 4.19. El display que se ve enla figura 4.20 es optativo y solo está para reaseguro de su correcta operación. Eldispositivo tiene el zumbador y los dos botones de control tal como se ve en lafigura 4.21.


FIGURA 4.19. Prototipo de escáner de planta vista inferior. Se pue-den apreciar el codificador de posición y el sensor magnético

FIGURA 4.20. Prototipo de escáner de planta vista de frente

4.4. Escáner de laboratorio 53

FIGURA 4.21. Prototipo de escáner de planta vista lateral. Se pue-den ver en primer plano el zumbador y dos botones.

Todavía no está definido si el dispositivo estará acompañado por un operadoro si se implementará un mecanismo automático remoto para deslizarlo sobre elcordón de soldadura. Para el dispositivo definitivo aún faltan conocer muchosdetalles sobre las condiciones en planta; particularmente la temperatura de lazona del cordón al momento de la inspección y la separación libre para el pasajedel escáner. Lo que ya se sabe es que la comunicación se hará por cable coaxialdebido al alto nivel ruido eléctrico en la zona.

4.4. Escáner de laboratorio

La construcción del escáner de laboratorio fue facilitada por el hecho de contarcon la mayoría de los parámetros de dimensionamiento necesarios.

El escáner que se ve en la figura 4.22, se construyó a partir de una base de MDFde 30 cm x 50 cm con un eje redondo dispuesto en alto en uno de los laterales a 9cm de la base, sobre el cual puede pivotar y deslizar la plataforma construida enpolietileno blanco. Se pueden observar en primer plano: la botonera de controlde desplazamiento (a), el microscopio (b) y los calibres de los ejes y y z (c). Ensegundo plano se pueden observar: la cremallera (d), el mecanismo impulsor (e),el eje sobre el que desliza la plataforma (f) y el gabinete con la electrónica (g), losdos botones de control (en rojo) y el zumbador (h).


FIGURA 4.22. Prototipo de escáner de laboratorio vista superior

Paralela al eje y atornillada a la base se encuentra la cremallera de polietileno enla que engrana el codificador de posición; esto garantiza la repetibilidad de lasmediciones de posición en el eje x. La misma cremallera también sirve de apoyoal mecanismo impulsor.

La plataforma de polietileno tiene en el extremo menor la electrónica del disposi-tivo con el visualizador la botonera y el zumbador, el codificador de posición y elmecanismo de soporte. En el otro extremo de la plataforma, posicionable en losejes y y z a través de dos calibres, se encuentran los sensores magnéticos monta-dos en una base que puede rotar respecto del eje y.

Sobre el mismo mecanismo de desplazamiento de los sensores y colineal con ellosse encuentra un microscopio montado lateralmente a la izquierda.

En la figura 4.23 se puede observar la plataforma con el DAD rebatida. En unextremo mayor se puede ver el detalle del microscopio y el sensor magnético, yen el extremo menor el codificador de posición con su engranaje y la cremallera.En la base se encuentra la plantilla de escalas del microscopio y una muestraposicionada en el porta muestras.

4.4. Escáner de laboratorio 55

FIGURA 4.23. Prototipo de escáner de laboratorio con la platafor-ma rebatida

En la figura 4.24 se puede observar el detalle de los posicionadores con calibresen los ejes y y z junto con el mecanismo que permite rotar el plano del sensor enel eje y. La fotografía fue tomada durante el ensayo de una fisura provocada enuna lámina de hojalata sometida a tracción.

FIGURA 4.24. Prototipo de escáner de laboratorio vista frontal.


En la figura 4.25 se puede observar el detalle del mecanismo impulsor sobre lacremallera, un poco más adelante se pude ver el borde de contacto del engrana-je del codificador de posición. El mecanismo impulsor es optativo y puede serremovido fácilmente.

FIGURA 4.25. Prototipo de escáner de laboratorio. Detalle del me-canismo impulsor.

Más detalles constructivos del escáner de laboratorio se pueden encontrar en elapéndice F.

57

Capítulo 5

Conclusiones

En este capítulo se presentan los aspectos más relevantes del trabajo realizado yse mencionan los pasos a seguir.

5.1. Conclusiones generales

En el proyecto realizado se logró diseñar e implementar exitosamente un siste-ma de escaneo de campos magnéticos superficiales en sus variantes de prototipode planta y de instrumento de laboratorio, útil a los fines de detectar fisuras yoquedades. A continuación se destacan los aportes del trabajo.

Se diseñó un dispositivo que prioriza la facilidad de manejo, la velocidadde adquisición y la resolución de los datos.

Se implementó una arquitectura modular que permite incorporar fácilmen-te nuevas funcionalidades.

Se realizaron pruebas funcionales que probaron los subsistemas más críticosy demostraron su fiabilidad.

Se realizaron pruebas del sistema que probaron su adecuación a los finesdel proyecto.

Se cumplió fielmente con la planificación original sin desvíos ni retrasos.

Se pudo manejar exitosamente y sin consecuencias para el proyecto la ocu-rrencia de uno de los riesgos evaluados y que por su bajo índice RPM notenía plan de contingencia.

Durante el desarrollo del proyecto se utilizaron conocimientos adquiridos duran-te las materias de la Especialización en sistemas embebidos particularmente:

Protocolos de comunicación: permitió conocer tecnologías que facilitaron eldesarrollo del proyecto y dieron ideas sobre posibilidades futuras.

Programación de microprocesadores: permitió cubrir todos los conceptosfaltantes de programación y tener una visión completa del tema.

Arquitectura de microprocesadores: dio los conocimientos para poder reco-nocer las opciones de desarrollo de las diversas plataformas microprocesa-das disponibles para el proyecto.

58 Capítulo 5. Conclusiones

Sistemas operativos de tiempo real I y II: dieron los conocimientos y herra-mientas para decidir entre opciones avanzadas de arquitectura del softwarey tener más opciones a la hora de diseñar el sistema.

Sistemas operativos de propósito general y Aplicaciones de sistemas opera-tivo de propósito general: permitieron incorporar conceptos avanzados deprogramación en C y Python y ampliar el horizonte de aplicación en formaremota a través de la Web.

Controladores lógicos programables y Microarquitecturas y softcores: die-ron conocimiento sobre toda un área nueva de posibilidades de desarrollosfuturos y mejoras para el proyecto.

Diseño de circuitos impresos y Diseño para manufacturabilidad: permitie-ron poder pasar a la siguiente etapa del proyecto con un diseño ad hoc decircuito impreso y capacidad de fabricarlo localmente.

Ingeniería de software: dio las herramientas fundamentales para organizar,sistematizar y administrar el proyecto.

Testing de software: permitió mirar el proyecto con objetividad, descubrirerrores y poder mejorar objetivamente la calidad del mismo.

Gestión de proyectos: sin esta materia no hubiera sido posible organizar elproyecto para llevarlo a termino en tiempo y forma.

Taller de trabajo final: dio las herramientas y fijó las pautas para poder es-cribir esta memoria y los futuros trabajos profesionales.

5.2. Próximos pasos

En esta sección se listan los trabajos futuros a partir del proyecto:

Implementar la comunicación del DAD con el SAyG a través de protocolosethernet industriales

Construir el PCB ya diseñado con mayores prestaciones para aumentar lasfuncionalidades del DAD.

Incorporar algoritmos de análisis y pantalla gráfica directamente en el DAD.

59

Apéndice A

Laminado y trenes de laminación

El laminado, conocido como rolling en inglés es un proceso metalurgico que con-siste en conformar un material haciendo que una o dos de sus dimensiones seanmucho mayores que las restantes. En forma industrial esto se consigue hacien-do pasar al material a través de rodillos separados entre sí una distancia menorque el espesor inicial del material sometiéndolo simultáneamente a compresióny estiramiento.

A.1. Jaulas de laminación

Las máquinas de laminar cuando son de una sola etapa se conocen como lamina-doras y cuando tiene varias etapas se conocen como trenes de laminacion o rollingmills en inglés. El elemento básico para laminar se conoce con el nombre de jaulao caja y se compone de los cilindros y de una estructura que sirve de soporte lla-mada castillete. El tren de laminación comprende al conjunto de jaulas y todos losdemás elementos auxiliares que permiten su gobierno y regulación tales como losmotores de accionamiento de los cilindros las mesas de rodillos para la entrada ysalida del material, las cizallas, etcétera.

La jaula podrá estar constituida por dos o más cilindros horizontales, un basti-dor que soporta los asientos de los cilindros y un sistema de ajuste formado porespárragos roscados. Las jaulas serán reversibles si los cilindros pueden girar enambos sentidos haciendo pasar el material alternativamente de ida y vuelta. Enlas jaulas trío no reversibles se dispone de tres cilindros en un mismo plano yla laminación ocurre alternativamente en un sentido con los cilindros medio einferior y en el sentido contrario en los cilindros medio y superior.

Cuando se pretenden grandes reducciones es preciso ejercer fuertes presiones.Para ello se utilizan las jaulas cuarto que disponen de dos juegos de cilindros: elprimero (los cilindros de trabajo) de pequeño diámetro, entre los que pasa el ma-terial que se quiere laminar; sobre éstos se apoya el segundo juego (los cilindrosde apoyo) de mayor diámetro, que transmiten el esfuerzo a los de trabajo. Unajaula cuarto puede ser reversible. Actualmente la tecnología a llevado el númerode cilindros por jaula en diversas configuraciones hasta veinte.

Si se desea obtener un producto de muy pequeño espesor la longitud final es talque no es posible emplear un tren reversible de una sola caja por la gran longi-tud del producto acabado (las velocidades pueden llegar a los 50 m/s) y porque

60 Apéndice A. Laminado y trenes de laminación

el material se enfría en las largas pasadas sucesivas. El problema se resuelve ha-ciendo pasar el material por varias cajas en cascada que se llama tren continuo,donde el producto es laminado sucesivamente en varias jaulas, consecutivas.

La superficie de los rodillos se llama tabla y puede ser lisa o acanalada según:

Planos. Rodillos planos paralelos de gran sección usados para hacer láminasplanas (chapas) de distintos espesores como producto final.

Conformados. Rodillos planos de sección pequeña dispuestos en formasalabeadas usados para crear perfiles de pequeño espesor plegando láminasplanas.

Perfilados. Rodillos con laterales perfilados por lo general complementariosusados para crear figuras de gran espesor conformando barras rectangula-res. Esto también es conocido como laminado de forma.

En todos los casos se modifica la sección transversal del material a base de reducirsu espesor.

A.2. Trenes de laminación en caliente

El laminado en caliente es un proceso de trabajo del metal que ocurre por enci-ma de la temperatura de recristalización del material. Después de que los granosse deforman durante el procesamiento, se recristalizan, lo que mantiene una mi-croestructura equitaxial y evita que el metal se endurezca. El material de partidasuele ser grandes piezas de fundición semiacabadas conocidas como losas y pa-lanquillas. Si las piezas provienen de una operación de colada continua éstas sealimentan directamente a los laminadores a la temperatura adecuada. En opera-ciones pequeñas, el material comienza a temperatura ambiente y debe calentarsepreviamente; si las piezas son de grandes dimensiones se hace en hornos a gas opetróleo. Si las piezas a trabajar son pequeñas se utiliza calentamiento por induc-ción. A medida que se trabaja el material, se debe controlar la temperatura paraasegurarse de que permanece por encima de la temperatura de recristalización.Para mantener un factor de seguridad se define una temperatura de acabado de50 a 100 °C por encima de la temperatura de recristalización. Si la temperaturadesciende por debajo de esta temperatura el material debe ser calentado nueva-mente antes de la laminación.

Los metales laminados en caliente generalmente no tienen gran direccionalidaden sus propiedades mecánicas ni grandes tensiones residuales inducidas por de-formación. Sin embargo en ciertos casos las inclusiones no metálicas impartenalgo de direccionalidad y las piezas trabajadas en caliente de menos de 20 mm deespesor suelen tener algunas propiedades direccionales. El gran problema sueleprovenir del enfriamiento no uniforme que produce tensiones residuales impor-tantes, particularmente en perfiles que tienen una sección transversal no unifor-me como las vigas en I. Los productos directamente salidos del tren son de buenacalidad pero la superficie está cubierta por óxidos negros que se forman a altastemperaturas. Éstos se suelen eliminar mediante un decapado químico o proce-sos de remoción mecánica. Las tolerancias dimensionales son del 2 al 5 % de lasdimensiones totales.

A.2. Trenes de laminación en caliente 61

El laminado en caliente se utiliza principalmente para producir rollos y láminasde metal usadas como insumos de otras industrias, también planchas para cons-trucciones navales y secciones transversales simples, como vigas de construcción,vías ferroviarias, guardarraíles, etcétera. En la figura A.1 podemos ver detalles deun tren de laminación de siete jaulas y varios juegos de rodillos

FIGURA A.1. tren de laminación en caliente con detalle de los ro-dillos1.

.

Los laminadores se dividen en jaulas de desbaste, intermedias y de acabado. Du-rante el laminado de forma, una palanquilla inicial (redonda o cuadrada) con unborde de diámetro que generalmente varía entre 100 y 140 mm se deforma conti-nuamente para producir cada producto terminando con dimensiones y geometríade sección transversal más pequeñas. Se pueden adoptar diferentes secuenciaspara producir un determinado producto final a partir de un tocho dado. Sin em-bargo, dado que cada jaula del laminador es sumamente costosa (del orden de losmillones de dólares) un requisito típico es limitar en todo lo posible el número depases de laminación al que debe someterse la pieza.

FIGURA A.2. Esquema de tren de laminación en caliente.

1https://www.viktormacha.com/klicova-slova/nlmk-lipetsk-finishing-stand-at-the-hot-1793.html

https://www.viktormacha.com/klicova-slova/nlmk-lipetsk-finishing-stand-at-the-hot-1793.html

https://www.viktormacha.com/klicova-slova/nlmk-lipetsk-finishing-stand-at-the-hot-1793.html


A.3. Trenes de laminación en frío

La laminación en frío ocurre con el metal por debajo de su temperatura de recris-talización (generalmente a temperatura ambiente), lo que aumenta la resisten-cia mediante endurecimiento por deformación hasta un 20 %, también mejora elacabado de la superficie y mantiene tolerancias más estrictas. Los productos co-múnmente laminados en frío incluyen láminas, tiras, barras y varillas, pero máspequeños que los mismos productos que laminados en caliente. En cada pasadade laminación no se puede reducir el espesor tanto como la laminación en calientey las altas presiones y esfuerzos longitudinales hacen que las jaulas y los rodillosdeban tener configuraciones especiales.

En la figura A.3 podemos ver el detalle de las estaciones por las que pasa el aceroen un tren de laminación en frío. En lo que a nuestro proyecto interesa, en laestación B se encuentra el dispositivo que alinea los cantos de la cola del rollo dechapa que se termina con el canto del comienzo del nuevo rollo a través de dosprensas hidráulicas que los manipulan hasta dejarlos paralelos, luego se sueldany se examinan. Ésto debe hacerse mientras dura el acero que se encuentra en elBuffer de entrada C.

FIGURA A.3. Esquemático tren de laminación en frío.

A - Desenrrolladora y cizalladora

B - Empalmadora y soldadora

C - Buffer para dar tiempo a empalmar nuevos rollos

D - pickling line de tratamiento superficial - decapado

E - Limitadora y alisadora

F - Jaulas de laminado en frío

G - Enrrolladora

El material laminado en frío viene en varias categorias: duro, semiduro, un cuartode dureza y laminado superficial o skin rolled. El material duro ha experimentadouna reducción de espesor del 50 %, mientras que los demás lo hacen en una pro-porción menor. Si se desea aumentar la ductilidad se continúa con un proceso derecocido. El laminado superficial o skin rolled es el de menor reducción: 0.5–1 %y se aplica si se desea producir una superficie lisa, un grosor uniforme y reducirel punto de fluencia creando en la superficie una alta densidad de dislocacionesno fijadas en la matriz de ferrita. Esto evita que se formen bandas de Lüders2 enmecanizados posteriores. El material tratado por skin rolled se usa en procesos detrabajo en frío donde se requiere una buena ductilidad.

2https://en.wikipedia.org/wiki/Lüders_band

https://en.wikipedia.org/wiki/L�ders_band

A.3. Trenes de laminación en frío 63

En la figura A.4 podemos ver el detalle de las estaciones D, E y F.

FIGURA A.4. Tren de laminación en frío.3.

Se pueden laminar en frío gran variedad de perfiles si la sección es uniforme yla dimensión transversal pequeña. Los perfiles laminados en frío requieren unaserie de operaciones de conformado a lo largo de jaulas de: dimensionamiento,acomodado, desbaste grueso, desbaste fino, semiacabado y acabado.

En lo que hace específicamente al proceso de laminado, la principal diferencia conla laminación en caliente se encuentra en la ingeniería de las jaulas y los rodillospara evitar las deformaciones y los pandeos debido al incremento de dureza enel material. En las jaulas se disponen en serie grupos de rodillos sucesivos quereciben y distribuyen la presión ejercida sobre la chapa dirigiéndola desde ellahacia rodillos de mayor tamaño que tienen los rodamientos dimensionados parasoportar los esfuerzos de compresión necesarios. Tal como lo podemos apreciaren la figura A.5.

Vemos que solo el primero de los rodillos de gran diámetro es conductor y juntocon su complementario inferior transmiten los esfuerzos a la estructura de la jau-la. Todos los demás rodillos son conducidos por los más externos y en sus bujesse ejercen pocos esfuerzos transversales significativos.

Esta disposición de rodillos puede escalar verticalmente o extenderse radialmen-te dando lugar a complejas ingenierías de rodillos conductores y conducidos. Enla figura A.6 podemos ver como la configuración de 20 rodillos se encuentra to-talmente contenida radialmente y ninguno de los rodillos conducidos ejerce es-fuerzos transversales.

3https://www.andritz.com/products-en/group/metals/rolling-mills/cold-rolling-mill-intermediate-rolls

4https://www.andritz.com/resource/blob/19240/3de0e6a13dc00c213d679869d5bd9bce/me-cold-rolling-technology-carbon-en-data.pdf

5https://www.andritz.com/products-en/group/metals/rolling-mills/sundwig-20-high-cold-rolling-mill

https://www.andritz.com/products-en/group/metals/rolling-mills/cold-rolling-mill-intermediate-rolls

https://www.andritz.com/products-en/group/metals/rolling-mills/cold-rolling-mill-intermediate-rolls

https://www.andritz.com/resource/blob/19240/3de0e6a13dc00c213d679869d5bd9bce/me-cold-rolling-technology-carbon-en-data.pdf

https://www.andritz.com/resource/blob/19240/3de0e6a13dc00c213d679869d5bd9bce/me-cold-rolling-technology-carbon-en-data.pdf

https://www.andritz.com/products-en/group/metals/rolling-mills/sundwig-20-high-cold-rolling-mill



FIGURA A.5. Jaula de laminación en frío con detalle de los rodillos.El superior es el conductor y el que fija el espesor4.

FIGURA A.6. Distintas configuraciones de 2, 4, 6, 6+6 y 20 rodi-llos5.

En la figura A.7 vemos como se implementa mecánicamente la jaula y los rodillosde la laminadora de 20 elementos. Podemos apreciar que los rodillos conducidosse encuentran libres de bujes. La jaula tiene un cierre frontal que impide despla-zamientos longitudinales de los rodillos.

En la figura A.8 tenemos ejemplos de rodillos empleados en los trenes de lamina-ción como los descriptos.

6https://www.andritz.com/products-en/group/metals/rolling-mills/sundwig-20-high-cold-rolling-mill



A.3. Trenes de laminación en frío 65

FIGURA A.7. Configuracion de 20 rodillos para laminado en frío6.

FIGURA A.8. Distintos tipos y secciones de rodillos para cada eta-pa del laminado7.


Los usos típicos del acero laminado en frío incluyen: mueblería metálica, gabine-tes y hardware de computadoras, electrodomésticos y componentes, accesoriosde iluminación, elementos de ferretería, bisagras, tubos, tambores de acero, corta-doras de césped, gabinetes electrónicos, calefones y termotanques, contenedoresde metal, aspas de ventilador, kits de cocina, etcétera.

A.4. Soldadura en trenes de laminación

Mientras que el acero producido en caliente puede ser producido casi en formacontínua y ser bobinado en espesores cercanos a los 3mm en espera de darle undestino final; el acero laminado en frío se hace sobre pedido o con stock contro-lado, sabiéndose de antemano su destino final. Cuando se decide la producciónde una tanda se hace con un destino específico y el acero original sigue el procesoexplicado en A.3 de la página 62 alimentándose con rollos de acero laminado encaliente.

A.4.1. Proceso de soldado

En las estaciones A y B el acero que ingresa al tren de laminación debe ser desen-rrollado, cizallado, posicionado, empalmado y soldado. Podemos ver el posicio-nador enfrentando dos cantos de acero en la figura A.9.

FIGURA A.9. Posicionador para empalme y soldadura8.

El proceso completo de soldado consta de las siguientes etapas:

1. El posicionador sujeta con dos amplias pinzas hidráulicas los extremos li-bres a empalmar y los acomoda desplazándolos vertical y horizontalmentehasta que los cantos quedan enfrentados y alineados.

2. El dispositivo soldador prensa los bordes y efectúa la soldadura longitudi-nalmente sin aporte de material. Para esto existen dos métodos:

Soldadura por láser de CO2.

Soldadura por electrodo sin aporte.

7https://www.indiamart.com/cs-castings-pvtltd/8https://youtu.be/u6hIaRdXleE?list=PLDD7zo2J8P3fcZPL6RioW2hyscS1Okfh2&t=78

https://www.indiamart.com/cs-castings-pvtltd/

https://youtu.be/u6hIaRdXleE?list=PLDD7zo2J8P3fcZPL6RioW2hyscS1Okfh2&t=78

A.4. Soldadura en trenes de laminación 67

3. Sobre la soldadura se desplaza una muela abrasiva que la deja lisa y al ras.

4. Se verifica la soldadura, que deberá soportar las compresiones y traccionesdel tren de laminación sin romperse. Para esto hay dos formas:

Inspección visual por un operador humano de la superficie de la sol-dadura.

Inspección visual por un operador humano de rayos X de la soldadura.

la inspección en todos los casos se realiza en forma remota a través de cá-maras de tv.

5. Si la soldadura no pasa la inspección se debe cizallar y volver a empalmary soldar

En la figura A.10 podemos ver las dos ruedas que prensan los bordes de las cha-pas mientras avanzan junto con el láser de CO2 que efectúa la soldadura. El pro-ceso en la planta de Siderar Ternium se realiza con electrodo sin aporte. En estetipo de soldadura los cantos de las chapas se ponen a tope y desde un electrodoa 90°se produce un arco eléctrico que calienta el plano de contacto de los cantosprovocando su unión por fusión. Luego de la soldadura el cordón se alisa y ponea nivel del plano de la chapa con una muela mecánica que elimina toda la rebabaque halla podido quedar y la deja limpia para inspección.

FIGURA A.10. Soldadura con CO2 El brillo del láser se encuentratapado por las ruedas que aplanan el borde de las chapas9.

En la figura A.11 podemos ver la imagen de rayos X de la soldadura por láser deCO2 tal como la ve el operador de la cabina de control del tren de laminación.

9https://youtu.be/u6hIaRdXleE?list=PLDD7zo2J8P3fcZPL6RioW2hyscS1Okfh2&t=8610https://youtu.be/u6hIaRdXleE?list=PLDD7zo2J8P3fcZPL6RioW2hyscS1Okfh2&t=78




FIGURA A.11. Rayos X de la soldadura10.

69

Apéndice B

Campos Magnéticos Superficiales

Los campos magnéticos próximos a las superficies de separación entre mediosexperimentan una suave transición entre las condiciones de frontera y los cam-pos impuestos macroscópicamente por la magnetización dominante en volumen.En particular nos interesarán los campos en el aire cercanos a las superficies desólidos que puedan tener o no corrientes superficiales.

B.1. Frontera magnética

El campo magnético exterior próximo a la superficie de los sólidos es afectadotanto por las condiciones de frontera entre el medio y el sólido como por la pre-sencia de anomalías en el seno de material. Las dos propiedades más relevantesserán µ y σe (la permeabilidad magnética y la conductividad eléctrica) las que nospermitirán clasificar los materiales en tres grupos según sean:

Materiales del grupo ferro, ferri y para - magnéticos (ffp µr > 1).

Materiales no ffp, conductores (σe > 0).

Materiales no ffp, no conductores (σe = 0).

Aplicando las condiciones de frontera clásicas para el campo excitación ~H y elcampo inducción ~B tendremos que para cada medio, designados con los subín-dices 1 y 2, se cumplirá que:

Ht1 −Ht2 = ket (B.1)

Bn1 −Bn2 = σm (B.2)

Donde los subíndices t y n se refieren a las direcciones normal y tangente a lasuperficie, con ket la densidad de corriente superficial en la dirección tangente yσm la densidad monopolar magnética equivalente.

Suponiendo medios lineales isótropos y homogéneos (LIH) tendremos queB1,2 =µ1,2H1,2 y en ausencia de corrientes superficiales, la ecuación B.1 se convertirá en:

Bt1

µ1− Bt2

µ2= 0 ⇒

(µ2µ1

)Bt1 = Bt2 (B.3)

70 Apéndice B. Campos Magnéticos Superficiales

Resultado ya conocido que nos dice que en un medio con µ2 � µ1 las líneas decampo magnético tangente tenderán a curvarse hacia la superficie del material demayor µ y a aumentar su intensidad proporcionalmente.

La presencia de corrientes superficiales ket cambiaría la expresión de B.3 según:

Bt1

µ1=Bt2

µ2+ ket ⇒ Bt1 =

(µ1µ2

)Bt2 + µ1ket (B.4)

Suele suceder que en los materiales del segundo grupo, los no ferromagnéticosconductores, el término conBt2 se puede hacer despreciable en el segundo medio,y la expresión B.4 se transformará en:

µ1ket = Bt1 ⇒ ket = Ht1 (B.5)

Ecuación ésta que nos dice que todo el campo tangente en el primer medio seráproducto de las corrientes superficiales.

En lo que continúa nos centraremos en el grupo de los ffp.

B.2. Región de influencia magnética de un defecto

Se conoce experimentalmente [26] que la magnetización local se puede ver afec-tada por la presencia de inclusiones no ferromagnéticas o cavidades que poseenpermeabilidades mucho menores que la del material ferromagnético adyacente,generando heterogeneidades magnéticas primarias que dispersan las líneas delflujo. También es sabido [26] que la magnetización natural de una pieza ferromag-nética se modifica con la aplicación de cargas externas y con las concentracionesde tensiones mecánicas asociadas a defectos presentes en el material (aglomera-ciones de dislocaciones, micro-poros, micro-fisuras, inclusiones, cavidades, fisu-ras). Estas perturbaciones localizadas de la magnetización natural son una mani-festación del efecto magneto-elástico [27]. Como tales, originan heterogeneidadesmagnéticas secundarias de suma importancia desde el punto de vista del ensayono destructivo mediante el MMM. A cada defecto significativo único o defectoequivalente obtenido por combinación de defectos próximos, se le puede asociaruna región Rmag que puede considerarse como la región de influencia magnéticadel defecto. Esta región comprende todos los puntos en los cuales es significati-va la perturbación en la magnetización producida por el defecto en cuestión. Laperturbación se manifiesta en un cambio de dirección en las líneas de flujo de lainducción ~B y en una variación en su magnitud. Si el defecto dispersa las líneasestas saldrán o entrarán del sólido a través de la frontera más próxima como sepuede ver en la figura B.1.

.

B.3. Caracterización multipolar de una anomalía magnética localizada. 71

FIGURA B.1. Fuga de líneas de flujo magnético asociada a grietasy discontinuidades en la superficie del material.

B.3. Caracterización multipolar de una anomalía magnéti-ca localizada.

En el aire la inducción ~B y la excitación ~H son proporcionales: ~B = µ0 ~H . En elmedio sólido sabemos que: ~B = µ0 ~H + ~M , siendo ~M la Magnetización1.

En el caso de ausencia de corrientes podremos plantear que ~∇ × ~H = 0 y comosiempre ~∇ · ~B = 0, entonces resultará que:

~∇ · ~H = − 1

µ0~∇ · ~M (B.6)

Por lo tanto podremos poner que ~H = −~∇ϕM siendo ϕM (~r) un potencial escalarmagnético que verifica la ecuación de Poisson:

∇2ϕM (~r) =1

µ0∇ · ~M(~r) (B.7)

La ecuación de Poisson B.7 se puede resolver por el método de Gauss-Green [28]y la solución resulta de la forma:

ϕM (~r) =1

4πµ0

∫∫∫C

ρM (~r′)

| ~r − ~r′ |· dV ′ +

1

4πµ0

∫∫∂C

σM (~r′)

| ~r − ~r′ |· dS′ (B.8)

Donde la integración se lleva a cabo sobre las componentes primadas ~r′ para todoel volumen del sólido C y su frontera ∂C siendo ρM la densidad volumétrica demagnetización y σM la densidad superficial de magnetización

Como solo nos interesan los apartamientos del campo original del sólido sin ano-malías, podemos hacer un desarrollo perturbativo[29][30] de la ecuación B.7:

∇2δϕM (~r) =1

µ0∇ · ~δM(~r) (B.9)

1https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetization

https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetization

72 Apéndice B. Campos Magnéticos Superficiales

Dando su solución un desarrollo análogo al de la ecuación B.8 con los reemplazoscorrespondientes de:

ρM → δρM , σM → δρM , C → Rmag, ∂C → ∂C ∩Rmag = ∂Rmag (B.10)

Notemos que podrá ser la frontera ∂C ∩ Rmag vacía si la región de influenciade los defectos significativos no llega hasta la superficie del sólido y el términocon ∂Rmag desaparecer de B.8. Por el contrario si el defecto es justamente unadiscontinuidad en la superficie del sólido como el indicado en la figura B.1 elvacío sera el conjunto Rmag y solo aportara al campo su frontera ∂Rmag

En el aire próximo a la superficie de la pieza, la perturbación δρM se puede ex-presar mediante un desarrollo multipolar respecto de un origen de coordenadaslocalizado en el interior del defecto Rmag, de modo que el vector posición ~r delpunto donde se considera el campo posea un módulo r mayor que el de cualquiervector posición ~r′ correspondientes a los puntos donde δ ~M(~r′) 6= 0. La expresióndel desarrollo multipolar correspondiente quedará como:

δϕM ≈ δϕMdipolar + δϕMcuadrupolar + ...+ ... (B.11)

Puesto que no existen monopolos magnéticos el desarrollo comenzará con el tér-mino dipolar δ~λ caracterizado por tres componentes de momento dipolar inde-pendientes:

δ~λ =

∫∫∫Rmag

δρM ~r′ dV ′ +

∫∫∂Rmag

δσM ~r′ dS′ (B.12)

Siendo el término correspondiente en el desarrollo multipolar:

δϕM (~r)dipolar ≈1

4πµ0

δ~λ · ~rr3

, | ~r |�| ~r′ | (B.13)

El siguiente término, correspondiente al momento cuadrupolar viene caracteriza-do por cinco coeficientes de cuadrupolo independientes:

δQij =

∫∫∫Rmag

δρM(3x′ix

′j − r′2δij

)dV ′ +

∫∫∂Rmag

δσM(3x′ix

′j − r′2δij

)dS′

(B.14)

donde δij representa la función delta de Kronecker 2. Observemos que aunqueδQij tiene nueve componentes de su definición resulta que es simétrico y de trazanula i.e.Qkl = Qlk yQ11+Q22+Q33 = 0 razones éstas por lo que solo habrá cincocomponentes independientes.

2https://en.wikipedia.org/wiki/Kronecker_delta

https://en.wikipedia.org/wiki/Kronecker_delta

B.3. Caracterización multipolar de una anomalía magnética localizada. 73

Quedando el término correspondiente en el desarrollo multipolar:

δϕM (~r)cuadrupolo ≈1

4πµ0

~r · δQ̂ · ~rr5

(B.15)

Fuera del sólido los términos cuadrupolares, octpolares y demás siguientes enla serie tienen un rápido decaimiento debido a la fuerte dependencia con 1

r2n+1

para n ≥ 3, 4, .... siendo su aporte al campo δ ~H de segundo orden con respectoal del dipolo. Por lo tanto considerando la perturbación a primer orden, sólo se-rán relevantes los términos dipolares. Recordemos que estamos hablando de laperturbación δ ~H y no del campo base ~H .

Tendremos entonces que: la perturbación δ ~H a primer orden del campo excitación~H en las proximidades de la superficie del sólido debido a la presencia de undefecto en la región Rmag será:

δ ~H(~r) = −∇δϕM ≈1

4πµ0

−δ~λ| ~r − ~rd |3

+

(δ~λ · (~r − ~rd)

)| ~r − ~rd |5

(~r − ~rd)

(B.16)

Siendo ~rd la posición del dipolo ~λ respecto de un origen externo de coordenadasfijado arbitrariamente .

A partir de mediciones de δ ~H(~rk) se pueden estimar la posición ~rd y las compo-nentes de δ~λ aplicando modelos de regresión no lineal[31], pudiendo emplearseel algoritmo de Gauss-Newton3 cuando se trata de defectos bien localizados co-mo en el caso de fisuras superficiales o próximas a la superficie del sólido .

De ser necesario continuar a segundo orden con las componentes del desarrollocuadrupolar, luego de determinarse ~rd y δ~λ éstas se eliminarían como incógnitasde la ecuación B.16 y se le sumaría el término correspondiente al cuadrupolo:

−∇δϕM (~r)cuadrupolo ≈ −∇

(1

4πµ0

~r · δQ̂ · ~rr5

)(B.17)

Los cinco coeficientes cuadrupolares incógnita ahora podrán calcularse tomandouna nueva serie de mediciones δ ~H(~(rk) y aplicando nuevamente un modelo deregresión no lineal. Para esta forma de funciones en particular resulta apropiadoel modelo de Levenberg-Marquardt [32]. éste modelo es más robusto que el deGauss-Newton y resulta muy útil cuando no se tiene bien establecida una zonade confianza4.

3https://en.wikipedia.org/wiki/Gauss-Newton_algorithm4https://en.wikipedia.org/wiki/Levenberg-Marquardt_algorithm

https://en.wikipedia.org/wiki/Gauss-Newton_algorithm

https://en.wikipedia.org/wiki/Levenberg-Marquardt_algorithm

75

Apéndice C

Método de la memoria magnética(MMM)

El MMM [7] está basado en la detección y medición del campo de fuga magné-tica propio del material (Surface Magnetic Leakeage field o SMLF), que surge en laszonas de acumulaciones de luxaciones de alta densidad de materiales ferromag-néticos y paramagnéticos. La histéresis de las magnetodislocaciones es un efectosubyacente de la memoria magnética de metal y tiene lugar durante procesosque produzcan la formación de tensiones internas ya sea durante la fabricacióndel material y/o piezas o durante su funcionamiento bajo acción de cargas detrabajo; tal como se puede ver en la figura C.1. Si la fuga de flujo fuera del mate-rial es lo bastante significativa, puede medirse el campo de fuga (auto campo defuga en la jerga del MMM) utilizando sensores situados lo bastante próximos a lafrontera[17].

FIGURA C.1. Componentes del campo B asociadas a perturbacio-nes debidas a heterogeneidades magnéticas primarias1.

La medición de las no uniformidades de la magnetización permite detectar losdefectos en forma no destructiva. En general no es posible obtener informaciónen forma global del campo magnético autogenerado en sólidos. La información

1https://www.mdpi.com/2075-4701/9/6/661

https://www.mdpi.com/2075-4701/9/6/661

76 Apéndice C. Método de la memoria magnética (MMM)

se forma y se puede obtener solo en pequeñas regiones donde los defectos tie-nen una influencia significativa por su cercanía y no se ven afectados por otrosdefectos. Es de esperarse que en los defectos significativos, el campo externo dela tierra no haya podido ejercer una influencia marcada si la energía asociada ala producción del defecto es muy superior a la aportada por el campo magnéticoexterno.

El método MMM se aplica para la solución de problemas del tipo de:

Control de calidad al 100% de piezas súper críticas de construcción de má-quinas y control de heterogeneidad del metal.

Control de calidad de juntas de soldadura (Aquí la soldadura es parte deun complejo sistema de factores vinculando la: heterogeneidad estructural-mecánica, los defectos de soldadura y las concentraciones de estrés estruc-tural.

Diagnóstico temprano de daños por fatiga del metal. Estimación y pronós-tico del tiempo de vida media de un componente mecánico.

El MMM se puede aplicar tanto en sólidos bajo carga (en tensión como en el ca-so de piezas de maquinaria) así como después del retiro de las cargas cuando lapieza no se encuentra solicitada. El perfil magnético formado bajo la acción de lascargas de trabajo queda parcialmente congelado después de la descarga en virtudde la histéresis de dislocación magnética[33]. Esto da la posibilidad de evaluar elestado real de tensiones de la pieza y revelar en etapas tempranas las zonas dedaño máximo al leer los campos utilizando dispositivos de medición de carac-terísticas especiales. Es importante destacar que los dispositivos de medición decampos magnéticos no tienen una norma mundial por lo que cada instrumentopresenta características y singularidades únicas y las mediciones no suelen serreferidas a un patrón sino que son relativas entre sí desde un estado base.

C.1. El MMM y los sólidos ferromagnéticos.

Los sólidos ferromagnéticos en presencia del campo magnético terrestre, presen-tan una magnetización inducida fuertemente perfilada por las condiciones defrontera magnética. El campo inducido divergirá en las zonas de discontinuidadsuperficial del material y en zonas de stress, oquedades o inclusiones de otrosmateriales en el seno del material original. Cuando un sólido ferromagnético seenfría por debajo de su temperatura de Curie el campo magnético terrestre ge-nera un patrón de dominios. Posteriormente, cuando el material se trabaja, aso-ciado a los procesos térmicos o por deformación en frío se producen defectos enla estructura policristalina y eventualmente algunos defectos estructurales pre-sentarán concentraciones de esfuerzos y deformaciones importantes. Estas con-centraciones alteran localmente los dominios magnéticos y producen a su vez,heterogeneidades en la magnetización que pueden ser detectadas midiendo ladispersión del campo magnético en la superficie de los cuerpos. Para estos sóli-dos es particularmente útil el MMM.

El método también puede aplicarse, con menor grado de facilidad, a materialesantiferromagnéticos, ferrimagnéticos y paramagnéticos.

Los detalles los podemos encontrar en el apéndice A

77

Apéndice D

Materiales Magnéticos

Los materiales magnéticos se pueden clasificar en cinco grandes grupos de acuer-do a sus propiedades y su comportamiento frente a campos magnéticos externos.Estos comportamientos resultan del acoplamiento de magnitudes propias de losátomos (momento angular total, espín y momento magnético intrínseco) con suordenamiento en estructuras moleculares y cristalinas. Como el ordenamiento ylas estructuras dependen fuertemente de la temperatura, hay temperaturas críti-cas en las que ocurren transiciones entre los grupos.

D.1. Materiales con magnetismo intrínseco

El magnetismo intrínseco se manifiesta cuando el campo de cada átomo indi-vidual no afecta a los átomos vecinos. No hay manifestación de interaccionescooperativas:

Materiales diamagnéticos: el diamagnetismo es una propiedad fundamen-tal de toda la materia. Se debe al comportamiento no cooperativo de loselectrones cuando se exponen a un campo magnético exterior. El resultadoes la generación de un débil campo opuesto al campo externo. Se observamuy claramente en los sistemas atómicos, iónicos y moleculares que contie-nen todos sus electrones apareados o que tengan orbitales completamentellenos. Como el momento inducido sólo depende del tamaño y de la formade los orbitales en las capas completas y esto no depende de la temperatura,el diamagnetismo dependerá muy poco de la temperatura en condicionesnormales. A temperaturas muy bajas en los metales el diamagnetismo pre-senta fuertes variaciones con la temperatura y violentas oscilaciones frentevariaciones pequeñas del campo exterior. Esto se conoce como efecto DeHass-van Alphen1. Ya que el diamagnetismo es función de la distribuciónelectrónica es mas importante en los compuestos que contengan átomos conmayor numero de electrones. En la práctica la mayoría de los materialescompuestos pertenecen a este grupo.

Materiales paramagnéticos: en esta clase de materiales algunos de los áto-mos o iones cristalinos tienen un momento magnético neto debido a elec-trones no pareados en orbitales parcialmente llenos. Se manifiesta por laaparición de un fuerte campo magnético debido a la alineación individualde los momentos magnéticos de los átomos o moléculas en forma paralela

1https://en.wikipedia.org/wiki/De_Haas-van_Alphen_effect

https://en.wikipedia.org/wiki/De_Haas-van_Alphen_effect

78 Apéndice D. Materiales Magnéticos

a la del campo magnético externo. Debido a la agitación térmica el para-magnetismo desaparece cuando se retira el campo magnético externo; estose debe a que la agitación térmica distribuye aleatoriamente la dirección delos dipolos magnéticos lo que lo hace altamente dependiente de la tempe-ratura y un aumento de ella disminuye el efecto paramagnético. Son para-magnéticos todos los átomos y moléculas que poseen un número impar deelectrones, pues presentan un momento magnético neto i.e. el spín total delsistema no debe ser nulo, por ejemplo átomos libres de Na y óxido nítricogaseoso (NO). También son paramagnéticos todos los átomos y iones librescon una capa interna incompleta, por ejemplo elementos de transición co-mo el Mn y el Gd y los elementos con una capa exterior incompleta: C, Ni,O, Fl, Al, Cu, Fe, Co, Ni, etcétera. Cuando los átomos dejan de estar libreslas uniones moleculares y cristalinas hacen que la mayoría de los materialescompensen sus espínes y se vuelvan diamagnéticos.

D.2. Materiales con magnetismo extrínseco

El magnetismo extrínseco se manifiesta cuando los campos generados en cadaátomo individual actuan colectivamente generándose ordenaciones macroscópi-cas capaces de generar un campo magnético propio en el material

Materiales ferromagnéticos: son materiales donde los campos de los áto-mos exhiben interacciones cooperativas muy fuertes constituyendo regio-nes de dominios magnéticos más allá de los dominios cristalinos, esto pro-duce una intensa magnetización permanente aún en ausencia de camposexteriores. A este grupo pertenecen muchos materiales basados en hierro,níquel, cobalto, gadolinio, disprosio, sus aleaciones y algunos de sus óxi-dos, aunque notablemente no está entre ellos la magnetita (Fe2+Fe3+2 O4).EL ferromagnetismo no es exclusividad sólo de los elementos citados, hayaleaciones que no contienen a ninguno de ellos y son ferromagnéticas porejemplo las aleaciones Heusler Cu2MnAl y por el contrario también tene-mos aleaciones de hierro que no son ferromagnéticas como los aceros inoxi-dables austeníticos; incluso bajo ciertas condiciones de presión y tempera-tura el hierro no es ferromagnético. El Fe − α llamado ferrita es una es-tructura cristalina del tipo cúbica centrada en el cuerpo (ccb) que presentalas mejores propiedades magnéticas del Fe puro; se suele alear con cobaltoy bario para hacer imanes permanentes. Existen aleaciones que presentanun ferromagnetismo muy intenso y se conocen por sus nombres comercia-les: Permalloy, Hipernik, Monimax, Permendur, Superpermalloy, Hiperco,Ferroxcube III, etcétera.

Materiales antiferromagnéticos: son materiales compuestos donde cadacomponente presenta momentos magnéticos opuestos casi iguales, resul-tando en un momento neto muy pequeño en ausencia de campos exteriores.Estos materiales se pueden pensar como dos subredes cristalinas dispues-tas de forma tal, que cada una por separado podría presentar un momentomagnético neto como los ferromagneticos, pero juntas cada una es afectadapor la presencia de la otra y se ordenan como un material ferromagnéti-co, pero con los momentos netos de cada subred en direcciones opuestas.Este ordenamiento antiparalelo puede aparecer en presencia de un campo

D.3. Características comunes a todos los grupos. 79

magnético exterior, cancelándose si tienen el mismo valor absoluto o re-duciéndolo si son distintos. Si el campo magnético externo es lo bastanteintenso algunos de los momentos magnéticos opuestos se alinean paralela-mente con él, aun a costa de alinearse en paralelo a sus vecinos superandola interacción antiferromagnética y volviéndose paramagnético. Ejemplo: lahematita (αFE2O3)

Materiales ferrimagnéticos: el ferrimagnetismo es similar al antiferromag-netismo pero las subredes involucradas tienen momentos magnéticos opues-tos de muy diferente magnitud. Esto produce la aparición campo magnéti-cos inducidos grandes e inclusive su aparición en forma espontánea simi-larmente a los ferromagnéticos. Los ordenamientos son mas complejos quelos antiferromagnéticos y uno de ello da nombre al grupo. La magnetita esun sólido ferrimagnetico (Fe2+Fe3+2 O4) aunque por siglos fue el ejemplode ferromagnetismo. El Mn12 es una molécula con interacciones antiferro-magnéticas que presenta un momento magnético grande del estado funda-mental. Existen sistemas antiferromagnéticos incluidos en este grupo quepresentan magnetización permanente pero los momentos no son totalmen-te antiparalelos sino que presentan pequeñas desviaciones angulares delalineamiento de los momentos magnéticos resultando en dos direccionesnetas opuestas para cada subred. Los materiales ferrimagnéticos se cono-cen con el nombre de ferritas.

D.3. Características comunes a todos los grupos.

A altas temperaturas los materiales tenderán a ser diamagnéticos o paramagné-ticos. En la Figura D.1 podemos ver distintas transiciones entre los grupos y lastemperaturas críticas a las que ocurren en función de la susceptibilidad 2 χ.

FIGURA D.1. Suceptibilidad magnética y temperaturas de transi-ción entre los distintos grupos.

2https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_susceptibility

https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_susceptibility

80 Apéndice D. Materiales Magnéticos

.

En el vacío χ vale cero y en ese caso diríamos que el material en amagnético,cuando χ< 0 tendremos los diamagnéticos y cuando χ> 0 los restantes. Apli-cando la definición de permeabilidad magnética µ = µ0(1+χ) definiendo el µrelativo como: µr = (1+χ) tendremos que para los materiales amagnéticos seráµr = 1, para los diamagnéticos µr < 1 y para el resto µr > 1 tal como podemosver en la figura D.2

µf ferromagnéticos, µp paramagnéticos, µ0 vacío, µd diamagnéticos.

FIGURA D.2. Permeabilidad magnética µ inducción B vs. excita-ción H .

.

81

Apéndice E

Magnetismo en Aceros

Los aceros son aleaciones de hierro y carbono a las que se suman otros elementoscomo: manganeso, níquel, cromo, molibdeno, boro, titanio, vanadio, tungsteno,cobalto, niobio, plomo y nitrógeno. La diferencia principal entre otras aleacionesdel hierro y el acero se halla en el porcentaje del carbono; el acero es hierro conun porcentaje de carbono de entre el 0,03 % y el 1,075 %. El acero conserva lascaracterísticas metálicas del hierro en estado puro pero la adición de carbono y deotros elementos tanto metálicos como no metálicos mejora sus propiedades físico-químicas. Sin embargo si la aleación posee una concentración de carbono mayordel 1,8 % se producen lo que se llama fundiciones que son mucho más frágiles queel acero y no es posible forjarlas sino que deben que ser moldeadas.

E.1. Aceros y ensayos no destructivos

Los aceros son el principal insumo industrial a nivel mundial y la soldadura hapasado a ser la tecnología más usada para la fabricación de grandes piezas. Suspropiedades magnéticas se han usado desde hace décadas en los NDT, especial-mente las técnicas con tintas fluorescentes.

Con la llegada a la madurez de la tecnología de los sensores magnetorresistivosdel tipo barber pole se ha iniciado un nuevo campo de aplicaciones nóveles deNDT. La miniaturización e integración en arreglos de dimensiones compatiblescon los defectos que se desea detectar permite aplicarlos a situaciones anterior-mente no alcanzadas por los métodos de NDT

A los fines de los NDT por métodos magnéticos es necesario establecer un cam-po magnético en el material que se vea afectado por las imperfecciones que sedesean detectar. Entre los materiales metálicos industriales podemos distinguirdos grupos, los basados en aleaciones de hierro, níquel y cobalto que serán ma-yoritariamente paramagnéticos o ferromagnéticos y los restantes que serán ma-yoritariamente diamagnéticos (ver apéndices D y E).

En los materiales diamagnéticos los campos magnéticos se generan y detectan enforma activa, induciendo externamente corrientes variables en el seno o la super-ficie del material. Aquí la baja respuesta en frecuencia de los sensores magneto-rresistivos es una desventaja y las soldaduras de estos materiales no son objetode estudio del presente trabajo.

En el caso de los aceros (con excepción de los austeníticos) el campo magnéticoterrestre generará un patrón base estacionario sobre el cual se manifestarán los

82 Apéndice E. Magnetismo en Aceros

perfiles característicos de los defectos presentes, esto los hace ideales para detec-ción por métodos pasivos con sensores magnetorresistivos.

E.2. Aceros y fundiciones al carbono

En el hierro puro la estructura cristalina tiene poca resistencia al avance de dis-locaciones esto permite que los átomos de hierro se deslicen entre sí con relati-vamente poca energía, el resultado es que el hierro puro es un metal bastantedúctil. Esta ductilidad se evita agregando pequeñas cantidades de carbono (entreel 0,002 % y el 2,2 % en peso), que actúan como agentes endurecedores, traban-do la estructura cristalina al deformarla actuando como intersticiales que evitanel movimiento de las dislocaciones. Este acero base es el conocido como Acero alcarbono. sus características las podemos ver en la figura E.1.

Hasta los 911 °C (zona límite de temperatura crítica A3), el hierro ordina-rio cristaliza en el sistema cúbico centrado en el cuerpo (ccb) y recibe ladenominación de hierro α o ferrita. Es un material dúctil y maleable, fe-rromagnético hasta los 770 °C (temperatura de Curie a la que pierde dichacualidad; se suele llamar también A2). La ferrita puede disolver pequeñascantidades de carbono.

Entre 911 y 1400 °C cristaliza en el sistema cúbico centradas en las caras (ccf)y recibe la denominación de hierro γ o austenita. Dada su mayor compaci-dad la austenita se deforma con mayor facilidad y es paramagnética.

Entre 1400 y 1538 °C cristaliza de nuevo en el sistema cúbico centrado en elcuerpo (ccb) paramagnético y recibe la denominación de hierro δ, que es enesencia el mismo hierro α pero con un parámetro de red mayor por efectode la temperatura.

A mayor temperatura de 1538 °C, el hierro se encuentra en estado líquido.

Estos tres estados se pueden agregar en forma de Perlita y Cementita con puntossingulares de aleaciones eutécticas y eutectoides en la temperatura marcada A1.

.

Si se agrega carbono al hierro aumenta su grado de ductilidad y energéticamentese ve favorecida la formación del carburo de hierro (Fe3C) llamado cementita,que va migrando a los bordes de grano por su gran tamaño; de modo que losaceros al carbono terminan siendo conformados por ferrita y cementita como seobserva en la escala inferior de la figura E.1.

Hay estructuras que se formarán según sea el proceso de enfriamiento y el estadoinicial del acero al carbono:

La martensita es el constituyente típico de los aceros templados y se obtienede forma casi instantánea al enfriar rápidamente la austenita (transforma-ción de fase sin difusión). Es una solución sobresaturada de carbono en hie-rro α con la tendencia de que a mayor cantidad de carbono, más se sustituyela estructura cúbica centrada en el cuerpo (ccb) por una tetragonal centrada

1https://es.wikipedia.org/wiki/Diagrama_hierro-carbono

https://es.wikipedia.org/wiki/Diagrama_hierro-carbono

E.3. Aceros inoxidables 83

FIGURA E.1. Diagrama de estados de acero al carbono Fe-C1.

en el cuerpo (bct). Luego de la cementita (y los carburos de otros metales),la martensita es el constituyente más duro de los aceros.

La bainita se forma a velocidades intermedias de enfriamiento, es una es-tructura similar a la perlita formada por agujas de ferrita y cementita perode mayor ductilidad y resistencia que aquella.

La austenita se puede retener por enfriamiento rápido de aleaciones conelementos gammágenos (que favorecen la estabilidad del hierro γ) como elníquel y el manganeso, tal es el caso de los aceros inoxidables austeníticos.

En la figura E.2 tenemos la capacidad calorífica a volumen constante del hierroen función de la temperatura absoluta. Podemos apreciar transiciones de fase deprimer orden entre los distintos estados cristalinos del hierro α − γ − δ y unatransición de fase de segundo orden cuando dentro del mismo estado cristalinohierro-α el material experimenta una transición de ferromagnético a paramagné-tico.

E.3. Aceros inoxidables

El acero inoxidable es una aleación de acero compuesta de al menos un 10,5 % decromo. Por sus características componen un grupo aparte del de los Aceros aleadosy pueden clasificar en función de los elementos que los componen cómo:


FIGURA E.2. Transiciones de fase en el Fe y cambios de estadomagnético.

Aceros martensíticos: sólo contienen carbono y cromo. Son ferromagnéticosy fueron los primeros que se desarrollaron industrialmente. El contenidode cromo va del 10,5 al 18 % y el de carbono hasta el 1,2 %. Se utilizan enCuchillería, discos de freno, partes para bombas y turbinas a gas o vapor,tuercas y tornillos, equipos quirúrgicos, instrumentos dentales, etc.

Aceros ferríticos: contienen no menos 16 % de cromo y puede llegar hastael 30 % y 0,12 % de carbono. Son ferromagnéticos y según el porcentaje decromo y el agregado de titanio, niobio y molibdeno se dividen en cinco sub-grupos. Son ampliamente usados en la industria de los equipos comercialesde alimentos, refrigeradores, bateas, reactores, tuberias, etcetera. Resisten-cia a la corrosión de moderada a buena, se endurecen por deformación enfrio, no pueden ser endurecidos por tratamiento térmico. Son ferromagné-ticos.

Aceros dúplex: se denominan así por tener en su estructura metalúrgicaproporciones similares de ferrita y austenita. Son ferromagnéticos y su lí-mite elástico es casi el doble de un acero austenítico y con una resistencia ala corrosión muy similar, poseen una excelente tenacidad, superior a la delos aceros ferríticos. Se utilizan en la industria marina, especialmente en loscascos de submarinos.

Aceros PH: tambien conocidos como endurecidos por precipitación y ofre-cen una alternativa a los aceros inoxidables austeníticos cuando se deseanelevadas características mecánicas y de maquinabilidad. Son aleaciones hierro-cromo-níquel mayormente ferromagnéticas sometidas a endurecimiento portratamiento térmico de envejecimiento. Se pueden clasificar en función desu estructura en estado de recocido y del comportamiento resultante tras eltratamiento de envejecimiento como austeníticos, semi-austeníticos o mar-tensíticos. Los aceros PH están patentados y frecuentemente se les designacon las siglas de la empresa fabricante.

E.4. Aceros Aleados 85

Aceros austeníticos: caracterizados por su alta resistencia a la corrosión pue-den ser ferromagnéticos o ligeramente paramagnéticos. Los clasificados se-gún la norma AISI2 como AISI 304 (A2) y AISI 316 (A4) presentan una es-tructura austenítica que se caracteriza por ser casi amagnética. Sin embar-go cuando estos aceros son sometidos a procesos de deformación en frío(estampado, cizallado o laminado), la austenita sufre una transformaciónparcial en martensita de deformación caracterizada por una mayor durezay por ser ferromagnética, fácilmente detectable por un imán. El grado detransformación depende del nivel de deformado en frío y del contenido decarbono de la aleación. Existen algunos aceros austeníticos llamados de al-ta aleación de la serie F-310 aleados con Nitrógeno diseñados para soportardeformaciones en frío manteniendo la estructura austenítica. La martensitade deformación se puede eliminar con un recocido a 1.100 °C.

Aunque no resultara detectable con un imán, la permeabilidad magnética relati-va µr de los aceros inoxidables austeníticos no es igual a uno, ver Figura D.2. Lapermeabilidad magnética µr suele estar entre 1,05 y 1,10 porque en su procesode fabricación se añade un porcentual de ferrita que mejora su soldabilidad. Losaceros austeníticos recocidos son materiales paramagnéticos con permeabilidadmagnética próxima a uno. dicho sea de paso, no hay correlación entre el magne-tismo de los aceros inoxidables y la resistencia a la corrosión, de hecho el AISI 444ferrítico y varios inoxidables dúplex pueden tener en ciertas circunstancias unaresistencia a la corrosión mayor que la de muchos aceros austeníticos.

Existen aplicaciones donde el acero inoxidable debe ser no magnético: barras pararefuerzo de concreto en instalaciones de radar, equipos de resonancia magnética,aceleradores de partículas y reactores de fusión, serían algunos ejemplos donde seprecisa una permeabilidad magnética próxima a 1. En estos casos existen acerosinoxidables austeníticos especiales Bumax®3 concretamente el Bumax 88 con unapermeabilidad de 1,006 y el Bumax 109 con 1,007.

E.4. Aceros Aleados

Los aceros aleados tienen el agregado de distintos elementos para obtener carac-terísticas mecánicas deseables como: templabilidad, resistencia mecánica, dureza,tenacidad, resistencia al desgaste, soldabilidad y maquinabilidad. A continuaciónse listan algunos de los efectos de los elementos aleantes en el acero:

Boro: en muy pequeñas cantidades (del 0,001 al 0,006 %) aumenta la tem-plabilidad sin reducir la maquinabilidad

Cobalto: muy endurecedor. Disminuye la templabilidad. Mejora la resisten-cia y la dureza en caliente.

Cromo: forma carburos muy duros y comunica al acero mayor dureza, re-sistencia y tenacidad a cualquier temperatura.

2https://www.steel.org/3https://www.bumax-fasteners.com/es/calidades-bumax/

https://www.steel.org/

https://www.bumax-fasteners.com/es/calidades-bumax/


Molibdeno: aumenta mucho la profundidad de endurecimiento de acero,así como su tenacidad. Los aceros inoxidables austeníticos contienen mo-libdeno

Nitrógeno: se agrega a algunos aceros para promover la formación de aus-tenita.

Níquel: es un elemento gammageno permitiendo una estructura austeníticaa temperatura ambiente, que aumenta la tenacidad y resistencia al impacto.

Plomo: no se combina con el acero, se encuentra en él en forma de pequeñí-simos glóbulos, favorece la fácil mecanización por arranque de viruta,

Titanio: mantiene estables las propiedades del acero a alta temperatura, evi-ta la formación de carburo de hierro al soldar acero.

Wolframio: también conocido como tungsteno. Forma con el hierro carbu-ros muy complejos estables y muy duros, soportando bien altas temperatu-ras.

Vanadio: posee una enérgica acción desoxidante y forma carburos que pro-porcionan una buena resistencia a la fatiga, tracción y poder cortante

Niobio: Se utiliza para darle dureza, flexibilidad y elasticidad al acero, seutiliza en acero estructural y para aceros automotrices.

Silicio: Se usa para mejorar las características magnéticas en aceros paratransformadores laminándolo en chapas de grano orientado, las mejoras enla Magnetización4 las podemos ver en el gráfico de la figura E.3.

FIGURA E.3. Magnetización en acero al Silicio, acero al carbono yfundición

.

4https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetization

https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetization

E.4. Aceros Aleados 87

Para más detalles de la clasificación de los aceros se puede recurrir al sitio https://www.ingemecanica.com/aceros/aceros01.html donde se encontrarán las cla-sificaciones según las normas: ASTM, AISI, SAE, EN, CENIM y UNE.

https://www.ingemecanica.com/aceros/aceros01.html

https://www.ingemecanica.com/aceros/aceros01.html

89

Apéndice F

Detalles constructivos del escánerde laboratorio

La construcción del dispositivo de laboratorio involucró muchos detalles. En lasfiguras F.1 y F.2 se puede ver el gabinete del DAD con el codificador de posicióny el sensor magnético.

FIGURA F.1. Dispositivo DAD con codificador rotativo y sensormagnético.

90 Apéndice F. Detalles constructivos del escáner de laboratorio

FIGURA F.2. Dispositivo DAD interior del gabinete.

Como algo extra al proyecto se agregó un mecanismo de desplazamiento delDAD que se puede ver en la figura F.3. Consta de un motor paso a paso, un driverde potencia y un control con tres pulsadores. El pulsador central es de parada ylos laterales son de marcha y aceleración para cada sentido de avance.

FIGURA F.3. Control del motor, motor y pulsadores.

El sensor magnético además de poder posicionarse respecto de los tres ejes coor-denados, también puede rotar respecto del eje y. En la figura F.4 se puede ver sumontaje con tornillería y accesorios de bronce.

Apéndice F. Detalles constructivos del escáner de laboratorio 91

FIGURA F.4. Montaje del sensor magnético.

La construcción de la cremallera que podemos ver en la figura F.5, constituyó unade las tareas mas cuidadosas para asegurar un apoyo sin juego del engranaje delcodificador, como se puede ver en la figura F.6.

FIGURA F.5.Construcción de lacremallera.

FIGURA F.6.Codificador sobrela cremallera.

La vista inferior de brazo rebatido del instrumento que se puede ver en la figuraF.7, permite apreciar varios detalles constructivos: cremallera, codificador, pivote,engranaje, ruedas de apoyo, guías de desplazamiento en el eje y, montajes delsensor y del microscopio.


FIGURA F.7. Vista inferior rebatida.

La parafernalia de tornillería y accesorios de bronce, cobre y aluminio que se pue-de ver en la figura F.8, han sido necesarias para evitar perturbaciones del campomagnético exterior cuando se desplazaba el DAD. Se ha usado en todas partesque se ha podido con la única excepció de los tormillos M3 que dan rigidez albrazo de polietileno.

Apéndice F. Detalles constructivos del escáner de laboratorio 93

FIGURA F.8. Tornillería de bronce usada para la construcción delDAD de laboratorio

La construcción del piñon del mecanismo impulsor que podemos ver en las figu-ras de F.9 hasta F.12, constituyó otra de las tareas cuidadosas para asegurar unavance sin juegos del engranaje del motor. En la figura 4.25 de la página 56 sepude ver el dispositivo acoplado al DAD


FIGURA F.9.Construcción delpiñón.

FIGURA F.10.Piñón sin destazardel polietileno.

FIGURA F.11.Piñon en su buje.

FIGURA F.12.Piñon montado.

95

Apéndice G

Fisura patrón

G.0.1. Fisura patrón en hojalata

La hojalata que consiste en una aleación de FeSn2 y es un producto típico de lostrenes de laminación en frío.

Para producir una fisura patrón (i.e. reproducible) se usó la presión de una cuchi-lla de acero para rasquetas de vidrios, con una guia y presionada por una morsade matricería contra un perfil de hojalata 100 mm x 10 mm x 0,15 mm. Ver figuraG.1

FIGURA G.1. Creación por presión de una fisura patrón.

En las microfotografias de las figuras G.2 y G.3 se puede medir la separación dela grieta y el perfil de la fisura patrón. Con distintas presiones se pueden obtenerdistintas separaciones y profundidades, mientras que el ángulo viene determina-do por el perfil de la cuchilla.

96 Apéndice G. Fisura patrón

FIGURA G.2. Fisu-ra patrón vista de

canto.

FIGURA G.3. Fisu-ra patrón vista de

arriba.

La tira de hojalata se monta como se muestra la figura G.4, en un portamuestraque asegura su manipulación y posicionamiento a los fines de asegurar la repeti-bilidad.

FIGURA G.4. Hojalata montada en portamuestras.

97

Bibliografía

[1] J. Ruzzante et.al. «CENES. Publicaciones de grupos de investigaciónUTN-FRD». En: RIA, repositorio institucional abierto, UTN (2019). URL:https://ria.utn.edu.ar/xmlui/handle/20.500.12272/1235.

[2] J. Ruzzante et.al. «GEA. Publicaciones del grupo de emisión acústicaUTN-FRD». En: RIA, repositorio institucional abierto, UTN (2019). URL:https://ria.utn.edu.ar/handle/20.500.12272/1238.

[3] Wikipedia. «Efecto Barkhausen». En: Wikipedia (2019). URL:https://en.wikipedia.org/wiki/Barkhausen%5C_effect.

[4] D. Torres et.al. «Ruido Magnético Barkhausen y Emisión MagnetoAcústica en probetas de aleación Fe-1 wt % Cu». En: RIA, repositorioinstitucional abierto, UTN (2019). URL:https://ria.utn.edu.ar/handle/20.500.12272/4265.

[5] Neyra Astudillo et.al. «Análisis de emisión magneto acústica en un cordónde soldadura.» En: 9º encuentro del GLEA, Facultad de Ingeniería, UniversidadNacional de Misiones (UNaM) (2017), págs. 75-77.

[6] Neyra Astudillo et.al. «Caracterización magnética de un cordón desoldadura». En: Wadi - Congreso Internacional de Metalurgia y MaterialesSAM-CONAMET (2018). URL:https://ria.utn.edu.ar/xmlui/handle/20.500.12272/3778.

[7] Dubov A. «Principal features of metal magnetic memory method andinspection tools as compared to known magnetic NDT methods». En:Journal de la Montreal World Conference on Non-Destructive Testing, Montreal,Canada, Agosto de 2004 (2004).

[8] A. Dubov. «Principal features of metal magnetic memory method andinspection tools as compared to known magnetic NDT methods». En:Journal of magnetic technics (2018). URL: https://www.ndt.net/article/wcndt2004/pdf/magnetic_techniques/359_dubov.pdf.

[9] D. E. Chimenti D. O. Thompson. Review of progress in quantitativenondestructive evaluation. Springer, 1997. ISBN: 978-1-4613-7725-2.

[10] Wikipedia. «Magnetorresistance Barber Pole». En: Wikipedia (2019). URL:https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetoresistance.

[11] GM Electrónica. «KMZ10 Data sheet». En: Catálogo de componentes GM(2000). URL: http://gmelectronicaweb.com/catalogo/pag48.html.

[12] Wikipedia. «Polióxido de metileno - Poliacetal». En: Wikipedia (2015). URL:https://es.wikipedia.org/wiki/Poliacetal.

[13] Koninklijke Philips N.V. «Application Note KMZ10». En: Manuales Philips(2000). URL: https://www.manualslib.com/manual/128784/Philips-Magnetoresistive-Sensor.html?page=14.

[14] ONIX InSight. «Electrical fluting». En: Failure Atlas (2020). URL:https://onyxinsight.com/wind-turbine-failures-encyclopedia/bearing-failures/electrical-fluting.

[15] Wikipedia. «Spalling». En: Wikipedia (2019). URL:https://en.wikipedia.org/wiki/Spall.

https://ria.utn.edu.ar/xmlui/handle/20.500.12272/1235

https://ria.utn.edu.ar/handle/20.500.12272/1238

https://en.wikipedia.org/wiki/Barkhausen%5C_effect

https://ria.utn.edu.ar/handle/20.500.12272/4265

https://ria.utn.edu.ar/xmlui/handle/20.500.12272/3778

https://www.ndt.net/article/wcndt2004/pdf/magnetic_techniques/359_dubov.pdf

https://www.ndt.net/article/wcndt2004/pdf/magnetic_techniques/359_dubov.pdf

https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetoresistance

http://gmelectronicaweb.com/catalogo/pag48.html

https://es.wikipedia.org/wiki/Poliacetal

https://www.manualslib.com/manual/128784/Philips-Magnetoresistive-Sensor.html?page=14

https://www.manualslib.com/manual/128784/Philips-Magnetoresistive-Sensor.html?page=14

https://onyxinsight.com/wind-turbine-failures-encyclopedia/bearing-failures/electrical-fluting

https://onyxinsight.com/wind-turbine-failures-encyclopedia/bearing-failures/electrical-fluting

https://en.wikipedia.org/wiki/Spall

98 Bibliografía

[16] Wikipedia. «Brinelling». En: Wikipedia (2019). URL:https://en.wikipedia.org/wiki/Brinelling.

[17] Caoyuan Pang et.al. «A New Method for Internal Force Detection of SteelBars Covered by Concrete Based on the Metal Magnetic Memory Effect».En: Metals 2019, 9(6), 661 (2019). ISSN: 2075-4701.

[18] Wikipedia. «Yield - Fluencia a la tracción». En: Wikipedia (2019). URL:https://en.wikipedia.org/wiki/Yield%5C_(engineering).

[19] Honeywell Corp. 3-Axis Digital Compass IC HMC5883L. Disponible:2020-07-31. URL: https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/428790/HONEYWELL/HMC5883L.html.

[20] XLSEMI Corp. 400 KHz 60 V 4 A Switching currente Boost XL6009.Disponible: 2020-07-31. URL: https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/1132228/XLSEMI/XL6009.html.

[21] Open source comunity. ArduinoCore-avr. Disponible: 2020-07-31. URL:https://github.com/arduino/ArduinoCore-avr.

[22] Arduino.cc. Official Arduino AVR core. Disponible: 2020-07-31. URL:https://www.arduino.cc/en/guide/cores.

[23] Microchip Technologi Inc. MPLAB X Integrated Development Environment(IDE). Disponible: 2020-08-04. URL:https://www.microchip.com/mplab/mplab-x-ide.

[24] Microsoft Corp. Microsoft Visual Studio (IDE). Disponible: 2020-08-04. URL:https://visualstudio.microsoft.com/es/.

[25] Adafruit Corp. Adafruit HMC5883L Driver. Disponible: 2020-07-31. URL:https://github.com/adafruit/Adafruit_HMC5883_Unified.

[26] K. R. Lauer. Magnetic/Electrical Methods, Capítulo 10 de CRC Handbook onNon Destructive Testing of Concrete. CRC Press, Boca Raton, USA, 2004.

[27] Ferran Macia Michael Foerster. «Magneto-Elastic Effects». En: Journal ofPhysics: Condensed Matter, Volume 31, Number 19 (2019).

[28] Washek F. Pfeffer. «The Gauss-Green theorem». En: Advances inMathematics Volume 87, Issue 1, May 1991 (1991), págs. 93-147.

[29] Peter Jezzard Mark Jenkinson James L Wilson. «Perturbation Method forMagnetic Field Calculations of Nonconductive Objects». En: MagneticResonance in Medicine, 52(3), Sep 2004 (2004), págs. 471-477.

[30] R. S. Johnson. Singular Perturbation Theory Mathematical and AnaliticalTechinques with Applications to Engineering. Springer, 2005. ISBN:0-387-23217-6.

[31] Rodrigo Rebolledo Vega Oscar Cornejo Zuñiga. «Estimation of Parametersin Nonlinear Models: Algorithms and Applications». En:Rev.EIA.Esc.Ing.Antioq Nº25 Jan./June 2016 (2016).

[32] N.Gershenfeld. «The Nature of Mathematical Modeling”, Chapter 10». En:Cambridge University Press, Cambridge, UK (1999).

[33] Issei Sugiyama et.al. «Ferromagnetic dislocations in antiferromagneticNiO». En: Nature Nanotechnology 8(4) March (2013).

https://en.wikipedia.org/wiki/Brinelling

https://en.wikipedia.org/wiki/Yield%5C_(engineering)

https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/428790/HONEYWELL/HMC5883L.html

https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/428790/HONEYWELL/HMC5883L.html

https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/1132228/XLSEMI/XL6009.html

https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/1132228/XLSEMI/XL6009.html

https://github.com/arduino/ArduinoCore-avr

https://www.arduino.cc/en/guide/cores

https://www.microchip.com/mplab/mplab-x-ide

https://visualstudio.microsoft.com/es/

https://github.com/adafruit/Adafruit_HMC5883_Unified

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