ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL - Repositorio...
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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN INSTRUMENTO (PROTOTIPO) PARA LA MEDICIÓN DE PARÁMETROS FÍSICOS, BASADO EN EL PRINCIPIO DE CORRIENTES INDUCIDAS, PARA EL LABORATORIO DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS, DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA DE LA ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES DARÍO ROLANDO LÓPEZ URRESTA [email protected] MARCO ANTONIO PILCO PAVÓN [email protected] DIRECTOR: ING. CARLOS FLORES [email protected] Quito, Abril 2011
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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN INSTRUMENTO (PROTOTIPO) PARA LA MEDICIÓN DE PARÁMETROS FÍSICOS, BASADO EN EL
PRINCIPIO DE CORRIENTES INDUCIDAS, PARA EL LABORATORIO DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS, DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA DE LA ESCUELA
POLITÉCNICA NACIONAL
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
DARÍO ROLANDO LÓPEZ URRESTA [email protected]
MARCO ANTONIO PILCO PAVÓN
DIRECTOR: ING. CARLOS FLORES [email protected]
Quito, Abril 2011
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DECLARACIÓN
Nosotros, Darío Rolando López Urresta y Marco Antonio Pilco Pavón, declaramos
bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que no ha sido
previamente presentada para ningún grado o calificación profesional; y, que
hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este
documento.
A través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad
intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional,
según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por
la normatividad institucional vigente.
Darío Rolando López Urresta Marco Antonio Pilco Pavón
iii
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Darío Rolando López
Urresta y Marco Antonio Pilco Pavón, bajo mi supervisión.
ING. CARLOS FLORES DIRECTOR DEL ROYECTO
iv
AGRADECIMIENTO
A Dios, por darme una vida llena de Bendiciones.
A mis padres; ejemplo de sacrificio y esfuerzo, por estar en los momentos más
difíciles, a quienes les quiero mucho y están en mi corazón.
A mis hermanos que siempre me han apoyado, especialmente en mi carrera
universitaria de los que me siento muy orgulloso.
A mi amigo y compañero de tesis por su ayuda en la elaboración del proyecto. a
los profesores de la universidad especialmente al Ing. Carlos Flores por su apoyo
y ayuda incondicional.
A mis amigos y compañeros en los cuales he podido confiar, a los que les deseo
muchos éxitos.
Darío R. López U.
v
DEDICATORIA
El presente trabajo va dedicado con mucho
cariño a mis padres Silvia y Romeo y a mis
hermanos por apoyarme en todo momento.
Darío R. López U.
vi
AGRADECIMIENTO
Ante todo agradezco a Dios por darme la vida y alumbrarme cada paso que doy
todos los días de mi vida, por darme la familia tan espectacular que tengo, por
ayudarme a no rendirme.
Agradezco a mis padres, María Georgina Pavón Toapanta y Mario Antonio Pilco
Ramos, por brindarme esa oportunidad de salir adelante, por darme ese amor y
cariño inmenso que me brindan cada día de mi existir y sobre todo por haber
luchado siempre junto a mí siempre en todos los instantes de mi vida, por todo su
apoyo, por su forma de enseñarme a ver la vida siempre con ánimo, esperanza,
respeto y con la alegría que no se pierde en sus corazones.
A mis hermanos, por su tolerancia, amistad, compañerismo, por cada vivencia y
experiencia que he pasado con ellos, y sobre todo por ese lazo de hermandad
que perdurará en toda mi vida.
A mis tíos, a mis primos, y de una manera muy especial a mi abuelita que me ha
enseñado que con amor, respeto y perseverancia podemos hacer todo lo que nos
propongamos en la vida.
A todos mis amigos con los que he compartido muchas vivencias a lo largo de
toda mi carrera universitaria, en especial a mi amigo y compañero de tesis por el
vii
grado de responsabilidad, paciencia y entrega que siempre demostró al momento
de realizar el presente proyecto.
A los ingenieros de la Escuela Politécnica Nacional que imparten sus
conocimientos para hacernos crecer profesional e íntegramente y sobre todo de
una manera muy especial le agradezco al Ing. Carlos Flores por toda la paciencia,
ayuda, conocimientos, enseñanzas, sobre todo la calidad humana y respeto que
demuestra siempre hacia el estudiante y a las personas en general.
Marco Antonio. Pilco Pavón.
viii
DEDICATORIA
Esta tesis está dedicada con mucho amor y
cariño para mis padres Mario Antonio Pilco
Ramos y María Georgina Pavón Toapanta
porque siempre han sido y serán un ejemplo en
toda mi vida.
Marco Antonio Pilco Pavón
ix
Contenido
RESUMEN .............................................................................................................................. xii
PRESENTACIÓN ................................................................................................................ xiii
CAPÍTULO 1............................................................................................................................... 1
FUNDAMENTOS TEÓRICOS .................................................................................................. 1
1.1 MÉTODOS DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ................................................................................ 1
1.1.1 INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................... 1
1.1.2 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ..................................................................................................... 1
1.1.3 MÉTODOS DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS MÁS UTILIZADOS ................................................. 3
1.2 MATERIALES OBJETO DE PRUEBAS EN EL LABORATORIO DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ......... 6
1.2.1 MATERIALES MAGNÉTICOS ........................................................................................................ 6
1.2.2 MATERIALES FERROSOS Y NO FERROSOS .................................................................................. 9
CAPÍTULO 2............................................................................................................................ 11
CORRIENTES INDUCIDAS .................................................................................................. 11
2.1 ANÁLISIS DE LAS CORRIENTES INDUCIDAS ................................................................................. 11
2.2 MÉTODO DE FORMULACIÓN DEL CAMPO MAGNÉTICO ............................................................. 12
2.2.1 CAMPO MAGNETICO ................................................................................................................ 12
2.2.2 FLUJO MAGNETICO .................................................................................................................. 13
2.3 PARÁMETROS DE ENSAYO ......................................................................................................... 14
2.3.2 CARACTERISTICAS DE LA BOBINA ............................................................................................ 17
2.3.3 CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA ................................................................................................... 18
2.3.4 PERMEABILIDAD MAGNÉTICA .................................................................................................. 19
2.3.5 GRIETAS .................................................................................................................................... 21
2.3.6 PROFUNDIDAD DE PENETRACIÓN ............................................................................................ 22
2.3.7 EFECTO DE SEPARACIÓN (LIFT-OFF) ......................................................................................... 24
2.3.8 EFECTO DE BORDE ................................................................................................................... 25
2.4 SELECCIÓN DE LA FRECUENCIA MÁS ADECUADA DEPENDIENDO DEL MATERIAL ..................... 26
2.5 EFECTO DE LAS PRINCIPALES VARIABLES DEL ENSAYO EN EL PLANO DE IMPEDANCIA ............. 26
x
CAPÍTULO 3............................................................................................................................ 29
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO MICROCONTROLADO DE
CORRIENTES INDUCIDAS .................................................................................................. 29
3.1 DISEÑO DEL CIRCUITO ELECTRÓNICO......................................................................................... 29
3.1.1 FUENTE DE ALIMENTACIÓN ..................................................................................................... 30
3.1.2 MICROCONTROLADOR ATMEGA16.......................................................................................... 32
3.1.3 CONVERSOR DIGITAL ANÁLOGO (DAC0808) ............................................................................ 37
3.1.4 GENERADOR DE FUNCIONES XR-2206 ..................................................................................... 40
3.1.5 ACOPLADOR DE IMPEDANCIA (CONFIGURACIÓN EN COLECTOR COMÚN) ............................. 43
3.1.6 PUENTE DE WHEATSTON ......................................................................................................... 46
3.1.7 CONVERSIÓN ANÁLOGO DIGITAL............................................................................................ 48
3.1.8 DISPLAY LCD ............................................................................................................................. 54
3.1.9 DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DEL PROTOTIPO MICROCONTROLADO DE CORRIENTES INDUCIDAS ........................................................................................................................................ 55
3.2 CONTROLES Y CONEXIONES ....................................................................................................... 56
3.2.1 TECLAS DE SELECCIÓN DE FRECUENCIA ................................................................................... 56
3.2.2 TECLAS DE INCREMENTO Y DISMINUCIÓN DE FRECUENCIA .................................................... 57
3.2.3 DISPLAY LCD INDICADOR DE FRECUENCIA Y VARIACIÓN DE PARÁMETROS ............................ 57
3.2.4 TECLAS DE FUNCIONAMIENTO DEL PROTOTIPO EN MODO NORMAL Y PORCENTAJE ............ 58
3.2.5 PROTOTIPO MICROCONTROLADO DE CORRIENTES INDUCIDAS.............................................. 59
3.3 SOFTWARE UTILIZADO PARA LA SIMULACIÓN DE LAS ETAPAS DEL PROTOTIPO MICROCONTROLADO DE CORRIENTES INDUCIDAS .......................................................................... 60
3.3.1 PROTEUS .................................................................................................................................. 60
3.4 SOFTWARE UTILIZADO PARA LA PROGRAMACIÓN EN LOS MICROCONTROLADORES ATMEGA16 DEL PROTOTIPO MICROCONTROLADO DE CORRIENTES INDUCIDAS ............................ 62
3.4.1 BASCOM AVR ........................................................................................................................... 62
3.4.2 PROGISP167 ............................................................................................................................. 64
3.5 SOFTWARE UTILIZADO PARA EL DISEÑO DEL ESQUEMÁTICO E IMPRESO DE LA PLACA DEL PROTOTIPO DE CORRIENTES INDUCIDAS. ........................................................................................ 64
3.5.1 ALTIUM DESIGNER ................................................................................................................... 64
3.5.2 PRESENTACIÓN DEL DISEÑO DE PCB (PRINTED CIRCUIT BOARD) ............................................ 65
CAPÍTULO 4............................................................................................................................ 67
PRUEBAS DEL PROTOTIPO MICROCONTROLADO DE CORRIENTES
INDUCIDAS .................................................................................................................. 67
4.1 MEDICIÓN DE CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA ............................................................................... 67
4.1.1 PATRONES DE CONDUCTIVIDAD .............................................................................................. 68
4.1.2 PRUEBA DE DETERMINACIÓN DE CONDUCTIVIDAD ................................................................ 68
xi
4.2 DETECCIÓN DE DISCONTINUIDADES .......................................................................................... 71
4.2.1 PRUEBA DE DETECCIÓN DE DISCONTINUIDADES ..................................................................... 72
4.3 MEDICIÓN DE ESPESORES DE RECUBRIMIENTOS NO CONDUCTORES ........................................ 74
4.3.1 PRUEBA DE ESPESORES DE RECUBRIMIENTOS NO CONDUCTIVOS ......................................... 75
4.4 COMPROBACIÓN DEL EFECTO DE SEPARACIÓN (LIFT-OFF) .................................................. 78
4.4.1 PRUEBA DEL EFECTO DE SEPARACIÓN ..................................................................................... 78
CAPÍTULO 5............................................................................................................................ 82
ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................................................... 82
5.1 MEDICIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA .......................................................................... 82
5.2 DETECCIÓN DE DISCONTINUIDADES .......................................................................................... 82
5.3 MEDICIÓN DE ESPESORES DE RECUBRIMIENTOS NO CONDUCTORES ........................................ 83
5.4 COMPROBACIÓN DEL EFECTO DE SEPARACIÓN (LIFT-OFF) .................................................. 84
5.5 COMPARACIÓN DE COSTOS DEL EQUIPO IMPLEMENTADO DE CORRIENTES INDUCIDAS RESPECTO A EQUIPOS EXISTENTES EN EL MERCADO ....................................................................... 85
5.5.1 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL PROTOTIPO MICROCONTROLADO DE CORRIENTES INDUCIDAS IMPLEMENTADO EN ÉSTE PROYECTO DE TITULACIÓN .................................................. 85
5.5.2 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL INSTRUMENTO DE CORRIENTES DE EDDY PHASEC 2S ... 87
5.5.3 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL INSTRUMENTO DE CORRIENTES DE EDDY PHASEC 3d. . 87
5.5.4 COMPARACIÓN DE COSTOS ..................................................................................................... 88
CAPÍTULO 6............................................................................................................................ 91
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................ 91
6.1 CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 91
6.2 RECOMENDACIONES ................................................................................................................. 92
INSTRUCTIVO DE MANTENIMIENTO ............................................................................. 93
TERMINOLOGÍA .................................................................................................................... 95
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 99
ANEXOS .................................................................................. ¡Error! Marcador no definido.
xii
RESUMEN En el presente proyecto de titulación se presenta el diseño e implementación de
un prototipo microcontrolado de corrientes inducidas, mediante el cual, podremos
identificar o diferenciar variaciones de parámetros físicos tales como:
conductividad, caracterización de materiales, profundidad de fisuras abiertas a la
superficie, profundidad de discontinuidades bajo la superficie, variación de forma,
espesor de pared en láminas y tubos, en materiales ferromagnéticos y no
ferromagnéticos.
En el capítulo 1 se hace referencia a una breve introducción acerca de los
ensayos no destructivos y sus diferentes tipos de métodos, así como también su
importancia dentro del control de calidad en la industria.
En el capítulo 2 se analiza a los ensayos no destructivos mediante el método de
corrientes inducidas, además se da a conocer los principios fundamentales de los
efectos magnéticos de la inducción de corriente.
En el capítulo 3 se presenta el diseño y construcción del prototipo microcontrolado
de corrientes inducidas en cada una de sus etapas, con un enfoque electrónico.
En el capítulo 4 se realizaron prácticas de laboratorio con materiales como el
cobre, aluminio, zinc, bronce y plomo, fundamentales en el aprendizaje del
método de corrientes inducidas dentro de los ensayos no destructivos.
En el capítulo 5 se analizaron los resultados obtenidos con el prototipo
microcontrolado de corrientes inducidas, así como también una comparación de
costos respecto a equipos de Corrientes de Eddy de venta en el mercado, y por
último en el capítulo 6 se realizaron las respectivas conclusiones y
recomendaciones.
xiii
PRESENTACIÓN
El método de ensayo no destructivo nos asegura un adecuado mantenimiento en
los procesos de fabricación y durante el funcionamiento de máquinas en la
industria metalmecánica, petrolera, etc.
Entre las principales áreas de aplicación de los ensayos no destructivos son la de
producción, operación y mantenimiento por lo que se puede anotar como
aspectos principales al control de calidad, avance de procesos de producción,
mejora de la calidad, extensión del tiempo de vida útil de máquinas y piezas
fabricadas.
El presente proyecto tiene por objeto implementar un prototipo microcontrolado de
corrientes inducidas que sea capaz de mostrar los cambios que se producen al
inducir corrientes eléctricas debido a fisuras abiertas a la superficie, profundidad
de discontinuidades bajo la superficie, variación de forma, espesor de pared en
láminas y tubos de materiales no ferromagnéticos y ferromagnéticos (previa
saturación) por medio de una bobina alimentada por corriente alterna en un rango
de frecuencias de 50 KHz a 400 KHz, mostrando el resultado en un display LDC
con valores en porcentaje, teniendo siempre un patrón de referencia.
1
CAPÍTULO 1
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
1.1 MÉTODOS DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
1.1.1 INTRODUCCIÓN
Los Métodos de Ensayos no Destructivos permiten a ingenieros y técnicos definir
e implementar pruebas para caracterizar y localizar condiciones y fallas en
materiales, en muchos casos estas son las causantes de accidentes graves,
como por ejemplo: precipitación o choque de aviones, fallos en reactores, tuberías
a punto de estallar, y muchos otros acontecimientos aunque no tan peligrosos
pero que no deben pasar desapercibos.
Los materiales que se pueden inspeccionar son los más diversos, entre metálicos
y no metálicos, normalmente utilizados en procesos de fabricación, tales como:
laminados, fundidos, forjados y otras conformaciones.
1.1.2 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
Los Ensayos no destructivos, también conocidos como END o NTD (Non
Destruction Test), consisten en someter a un material o estructura metálica o no
metálica, a un tipo de prueba que no altere de forma permanente sus
propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales, con el propósito de
obtener información acerca de fallas o defectos, de manera que se pueda ofrecer
un excelente equilibrio entre el control de la calidad, y la eficacia en costos.
En todos los casos de Ensayos no Destructivos, el material objeto de ensayo se
somete a la acción de ciertos fenómenos físicos, que hacen que la energía bajo
diferentes formas fluya a través del material. Las heterogeneidades y
2
discontinuidades provocan anomalías en el flujo de esa energía (distorsión,
reflexión, absorción, etc) que se detectan desde el exterior de la muestra.
Podemos establecer distintas clasificaciones de los métodos de END según sus
fundamentos, aplicaciones o su estado actual de desarrollo.
1.1.2.1 Según sus fundamentos
Se basan esencialmente en las aplicaciones de uno o varios de los siguientes
fenómenos físicos:
· Ondas electromagnéticas (comprendiendo fenómenos basados en las
propiedades eléctricas y/o magnéticas de las muestras.)
· Ondas elásticas o acústicas.
· Emisión de partículas subatómicas.
1.1.2.2 Según sus aplicaciones
De manera general se puede decir que las aplicaciones de los métodos de END
permiten realizar estudios de defectos, hacer mediciones y caracterizar
materiales.
· Defectología: Detección, ubicación y evaluación de: heterogeneidades,
discontinuidades, impurezas, corrosión, fugas; puntos calientes, etc.
· Metrología: Medición de: espesores de material base de ambos lados y de
un solo lado, de recubrimientos, de dureza, controles de nivel, etc.
· Caracterización de materiales: Determinación de características físicas,
mecánicas, químicas.
1.1.2.3 Según el estado actual de desarrollo
De acuerdo al Estado Actual de Desarrollo se pueden clasificar en Métodos
convencionales de END y en Métodos nuevos o no convencionales de END.
3
1.1.2.3.1 Métodos convencionales de END
Consideramos como métodos convencionales aquellos que debido al desarrollo
actual de los equipos y técnicas operatorias, permiten seguir el ritmo de la
producción, proporcionan un registro permanente y permiten la automatización del
proceso de inspección. Estos métodos son los que comúnmente se utilizan en la
industria.
1.1.2.3.2 Métodos nuevos o no convencionales de END
Consideramos como métodos nuevos, aquellos de reciente introducción o en
período actual de desarrollo, o aquellos que no tienen una utilización
generalizada.
El desarrollo acelerado de estos métodos nuevos ha sido principalmente por los
avances tecnológicos en los campos aerospacial y nuclear, en los que se
requieren un severo control de calidad en los materiales.
1.1.3 MÉTODOS DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS MÁS UTILIZADOS
El número de métodos de ensayos no destructivos que se pueden utilizar para
inspeccionar componentes y realizar medidas es grande y sigue creciendo,
debido a que los investigadores siguen encontrando nuevas formas de aplicación
de la física y otras disciplinas científicas para desarrollar mejores métodos de
ensayos no destructivos, sin embargo, a continuación se señalan los métodos de
ensayos no destructivos que se utilizan con mayor frecuencia dentro de procesos
de control de calidad en materiales:
· Inspección Visual y Pruebas Ópticas
· Ensayo por Líquidos Penetrantes
· Ensayo Radiográfico
· Ensayo por Ultrasonido
· Ensayo por Corrientes Inducidas
4
1.1.3.1 Inspección Visual y Pruebas Ópticas
La inspección visual implica el uso de un inspector ocular para buscar defectos. El
inspector también puede utilizar herramientas especiales tales como lupas,
espejos, etc, para acceder y ampliar la inspección del área. Los examinadores
visuales siguen procedimientos que van desde los más simples hasta muy
complejas.
La limitante en este método de ensayo no destructivo es la detección únicamente
de discontinuidades abiertas a la superficie.
1.1.3.2 Ensayo por Líquidos Penetrantes
Este método de inspección requiere de líquidos, tintas o soluciones visibles o
fluorescentes, los cuales sirven para cubrir el objeto de prueba, que luego de la
aplicación de una técnica de secado y en algunos casos luz ultravioleta, se
pueden observar fácilmente imperfecciones o fallas en un material. La velocidad y
la extensión de esta acción dependen de propiedades tales como tensión
superficial, la cohesión, la adhesión y la viscosidad.
Es un método para detectar discontinuidades abiertas a la superficie.
(a) (b)
Figura 1.1 Tintas penetrantes: (a) comunes vistas con luz común; (b) fluorescentes vistas
con luz negra.1
1 Figura tomada de “http://www.thermoequipos.com.ve/pdf/articulo_06.pdf”
5
1.1.3.3 Ensayo Radiográfico
El ensayo radiográfico supone la utilización de rayos x y gamma para examinar
imperfecciones en materiales y piezas. Este método de inspección no destructiva
se basa en la absorción de radiación penetrante por la pieza que está siendo
inspeccionada. Esa variación en la cantidad de radiación absorbida, detectada
mediante un medio, nos indicará, entre otras cosas, la existencia de una falla
interna o defecto en el material.
1.1.3.4 Ensayo por Ultrasonido
Los ultrasonidos emplean ondas de sonido de longitud de onda corta a altas
frecuencias, para identificar discontinuidades o errores tanto en la superficie como
en el interior de materiales, además de medir espesores y detectar corrosión.
1.1.3.5 Ensayo por Corrientes Inducidas o de Foucault (Eddy Currents)
La inspección por Corrientes de Foucault es uno de los métodos de ensayos no
destructivos que utilizan el principio de interacción de campos magnéticos para la
realización de exámenes y pruebas.
El ensayo por corrientes inducidas es de gran versatilidad, lo que permite su uso
en la solución de problemas tales como:
Ø Medición de parámetros físicos:
· Conductividad eléctrica: capacidad de un material o medio para
conducir corriente eléctrica.
· Permeabilidad magnética: capacidad de un material o medio para
atraer y hacer pasar a través de sí campos magnéticos.
Ø Detección de discontinuidades:
· Corrosión: deterioro que sufre un material cuando interactúa con el
medio en el que trabaja.
· Grietas: hendiduras o aberturas en cuerpos o materiales sólidos.
6
Ø Separación de materiales mezclados:
· Medición de espesores de recubrimiento: láminas delgadas de
pintura u otro de tipo de materiales, que cubren la superficie de un
material ferromagnético, con el propósito de evitar oxidaciones o
corrosiones.
Algunas de las ventajas de la inspección de Corrientes de Foucault son:
· Sensible a las pequeñas grietas tanto superficiales como internas en los
materiales.
· La inspección da resultados inmediatos.
· El método puede ser utilizado para diferenciación de conductividad en
diversos materiales.
· Es necesaria la mínima preparación del material.
Algunas de las limitaciones de la inspección de Corrientes de Foucault son:
· Sólo los materiales conductores pueden ser inspeccionados.
· La superficie debe ser accesible a la bobina.
· El acabado superficial y la aspereza en gran proporción (asperezas a
simple vista) puede interferir en las mediciones.
· La profundidad de penetración es limitada de acuerdo con la frecuencia del
generador alimentador del Puente de Wheatstone.
En general, la técnica se utiliza para inspeccionar un área relativamente pequeña,
el diseño de la bobina y los parámetros de prueba deben ser establecidos con un
buen conocimiento de la falla que necesita ser detectada.
1.2 MATERIALES OBJETO DE PRUEBAS EN EL LABORATORIO
DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
1.2.1 MATERIALES MAGNÉTICOS
Dependiendo de las peculiaridades de la estructura electrónica de los materiales
se distinguen diferentes tipos de materiales magnéticos:
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· Materiales Diamagnéticos
· Materiales Paramagnéticos
· Materiales Ferromagnéticos
1.2.1.1 Materiales Diamagnéticos
El diamagnetismo es un efecto universal porque se basa en la interacción entre el
campo aplicado y los electrones móviles del material. Las características
esenciales de los materiales diamagnéticos son:
· Los materiales diamagnéticos se magnetizan débilmente en el sentido
opuesto al del campo magnético aplicado. Resulta así que aparece una
fuerza de repulsión sobre el cuerpo respecto del campo aplicado.
· La susceptibilidad magnética es negativa y pequeña y la permeabilidad
relativa es entonces ligeramente menor que 1.
· La intensidad de la respuesta es muy pequeña.
Ejemplos de materiales diamagnéticos son el cobre y el helio.
1.2.1.2 Materiales Paramagnéticos
Los materiales paramagnéticos se caracterizan por átomos con un momento
magnético neto, que tienden a alinearse paralelo a un campo aplicado. Las
características esenciales de los materiales paramagnéticos son:
· Los materiales paramagnéticos se magnetizan débilmente en el mismo
sentido que el campo magnético aplicado. Resulta así que aparece una
fuerza de atracción sobre el cuerpo respecto del campo aplicado.
· La susceptibilidad magnética es positiva y pequeña y la permeabilidad
relativa es entonces ligeramente mayor que 1.
· La intensidad de la respuesta es muy pequeña, y los efectos son
prácticamente imposibles de detectar excepto a temperaturas
extremadamente bajas o campos aplicados muy intensos.
8
Distintas variantes del paramagnetismo se dan en función de la estructura
cristalina del material, que induce interacciones magnéticas entre átomos vecinos.
Ejemplos de materiales paramagnéticos son el aluminio y el sodio.
1.2.1.3 Materiales Ferromagnéticos
El diamagnetismo y el paramagnetismo son inducidos por un campo magnético
aplicado, y la imantación permanece sólo mientras se mantenga el campo. Un
tercer tipo de magnetismo, denominado ferromagnetismo, es de gran importancia
en ingeniería. Los materiales ferromagnéticos producen campos magnéticos que
pueden mantenerse o eliminarse a voluntad.
Los elementos ferromagnéticos más importantes son el hierro (Fe), cobalto (Co) y
níquel (Ni).
Las características esenciales de los materiales ferromagnéticos son:
· Los materiales ferromagnéticos se magnetizan fuertemente en el mismo
sentido que el campo magnético aplicado. Resulta así que aparece una
fuerza de atracción sobre el cuerpo respecto del campo aplicado.
· La susceptibilidad magnética es positiva y grande y la permeabilidad
relativa es entonces mucho mayor que 1.
Los materiales ferromagnéticos, compuestos de hierro y sus aleaciones con
cobalto, tungsteno, níquel, aluminio y otros metales, son los materiales
magnéticos más comunes y se utilizan para el diseño y constitución de núcleos de
los transformadores y maquinas eléctricas.
Ejemplos de materiales ferromagnéticos son el hierro, el cobalto, el níquel y la
mayoría de los aceros.
9
1.2.2 MATERIALES FERROSOS Y NO FERROSOS
1.2.2.1 Materiales Ferrosos
Los materiales ferrosos son aquellos cuyo componente principal es el hierro (Fe);
y el Carbono (C) es el principal regulador de sus propiedades.
Dentro de los ensayos no destructivos los materiales ferrosos comúnmente
utilizados son los aceros, que no son más que aleaciones de hierro y carbono.
Los aceros se clasifican de acuerdo a su concentración de carbono siendo los
más utilizados dentro de la industria los: aceros de bajo carbono, aceros de alta
resistencia y baja aleación, aceros de medio carbono, aceros de alto carbono y
aceros inoxidables.
1.2.2.2 Materiales no Ferrosos
Los metales no férricos pueden clasificarse, atendiendo a su densidad en:
pesados, ligeros y ultraligeros.
Los materiales no férricos de mayor aplicación industrial son el cobre y sus
aleaciones, el aluminio, el plomo, el estaño y el zinc:
1.2.2.2.1 Cobre
El cobre tiene un punto de fusión alto de 1083°C, es dúctil, manejable y posee
una alta conductividad eléctrica y térmica. Entre las aleaciones más importantes
tenemos al bronce (Cu+Sn) y al latón (Cu+Zn). El cobre es de gran utilidad dentro
de la industria, como por ejemplo en la fabricación de: campanas, engranes,
cables eléctricos, motores eléctricos, etc.
1.2.2.2.2 Estaño
El estaño tiene un punto de fusión bajo de 231°C, posee baja resistencia, baja
dureza y buena ductilidad. Entre las aleaciones más importantes se tiene:
10
aleaciones para soldar o soldaduras blandas (Pb+Sn) y bronces (Cu+Sn).
Algunas de sus aplicaciones más importantes son la fabricación de hojalata y la
protección del acero contra la oxidación.
1.2.2.2.3 Zinc
El zinc se destaca por ser un material con un punto de fusión relativamente bajo
de 419°C, es muy resistente a la corrosión en el aire y en el agua, pero poco
resistente al ataque de ácidos y sales. Entre las aleaciones más importantes se
tiene: latones (Cu+Zn). Una de sus aplicaciones más importantes es la de
recubrimiento para otros metales con el propósito de evitar corrosión,
generalmente se utiliza el termino galvanizado cuando se aplica zinc sobre otro
material.
1.2.2.2.4 Aluminio
El aluminio tiene un punto de fusión de 660 ºC, es muy ligero e inoxidable, es
dúctil, manejable, buen conductor de electricidad y del calor. Principalmente,
aleaciones de aluminio y magnesio (Al +Mg) son empleados en el campo de la
aeronáutica, y aleaciones de aluminio, níquel y cobalto (ALNICO), son utilizados
en la fabricación de potentes imanes permanentes. Otras de sus muchas
aplicaciones son la fabricación de alambres, herramientas, electrodomésticos,
además, el aluminio en polvo se usa en pinturas, combustible para cohetes,
explosivos, etc.
1.2.2.2.5 Plomo
El plomo posee un punto de fusión de 327,4ºC, es muy manejable, se oxida
fácilmente, resiste a los ácidos clorhídrico y sulfúrico. La soldadura blanda
(Sn+Pb) es una de sus aleaciones principales. Se utilizan una gran variedad de
compuestos de plomo para diversas aplicaciones; el azuro de plomo, es el
detonador estándar para los explosivos, los arseniatos de plomo se emplean en
grandes cantidades como insecticidas para la protección de los cultivos; el
litargirio (óxido de plomo) se emplea mucho para mejorar las propiedades
magnéticas de los imanes de cerámica de ferrita de bario.
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CAPÍTULO 2
CORRIENTES INDUCIDAS
2.1 ANÁLISIS DE LAS CORRIENTES INDUCIDAS
Es una técnica de inspección no destructiva, que se basa en la generación de un
campo magnético y que permite la detección de discontinuidades a nivel
superficial y subsuperficial.
El ensayo por corrientes inducidas consiste en hacer pasar una corriente alterna
por una bobina, la cual genera un campo magnético. Al colocar la pieza a
inspeccionar en dirección perpendicular al campo magnético creado por la bobina,
se generan corrientes inducidas (Corrientes Eddy) circulares en la pieza. Las
corrientes eléctricas inducidas van a producir un campo magnético (secundario),
que se va a oponer al campo magnético de la bobina (primario) modificando la
impedancia. La consiguiente variación de la corriente eléctrica que circula por la
bobina es el parámetro que se mide y registra. Los defectos existentes en la pieza
interrumpen las Corrientes Eddy, lo que provoca que el campo magnético
producido por dichas corrientes sea menor. En la Figura 2.1 se muestra un
esquema de este método.
Figura 2.1 Generación del Campo de Corrientes Eddy2
2 Figura tomada de http://www.obtesol.es/index.php?option=com_content&task=view&id=181&”
12
Las trayectorias circulares de las corrientes inducidas son paralelas a la superficie
del objeto. Estas trayectorias de corrientes inducidas envuelven a su vez líneas de
flujo magnético dentro del material en inspección. En la Figura 2.2 se muestra las
corrientes inducidas circulares en la pieza y la dirección del flujo magnético.
Figura 2.2 Corrientes Inducidas Circulares3
Los ensayos por corrientes inducidas consisten en la utilización de una bobina,
por la cual circula una corriente alterna, que al momento de acercar a un material
conductor se produce un cambio en la impedancia. Es una muestra bidimensional
de la amplitud y fase de la respuesta del ensayo.
2.2 MÉTODO DE FORMULACIÓN DEL CAMPO MAGNÉTICO
2.2.1 CAMPO MAGNETICO
La corriente eléctrica va siempre acompañada de fenómenos magnéticos. Este
efecto de la corriente eléctrica desempeña una función importante en casi todos
los aparatos y máquinas eléctricas.
3 Figura tomada de “bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/510/1/CD-0462.pdf”
13
El espacio en que actúan fuerzas magnéticas se denomina campo magnético.
Este se forma, por ejemplo, entre los extremos de un imán recto o entre los
brazos de un imán en forma de herradura.
Figura 2.3 Campo Magnético4
La relación entre la polaridad magnética de una espira y el sentido de la corriente
que circula por ella la establece la regla de la mano derecha de la que se deriva
esta otra: una cara es norte cuando un observador situado frente a ella ve circular
la corriente (convencional) de derecha a izquierda y es sur en el caso contrario.
En la Figura 2.3 se muestra el sentido de la corriente según el campo magnético.
2.2.2 FLUJO MAGNETICO
Se llama flujo magnético al número total de líneas de fuerza creadas por un
campo magnético. Se representa con la letra griega Φ (phi), y tiene como unidad
el Weber (W).
4 Figura tomada de “http://www.etitudela.com/Electrotecnia/downloads/magnetimo.pdf”
14
Figura 2.4 Flujo Magnético
El flujo magnético es el producto del valor absoluto de los vectores densidad de
flujo ( ) y superficie de área ( ), debido a que el campo magnético es
perpendicular a la superficie, como se indica en la Figura 2.4.
Φ
La densidad de flujo es el número de líneas de fuerza que pasan
perpendicularmente por un área de 1 centímetro cuadrado. Se representa con la
letra B y tiene como unidad la Tesla (T).
Φ
2.3 PARÁMETROS DE ENSAYO
Las técnicas de inspección por corrientes inducidas dependen de varios
parámetros que corresponden a propiedades del material que se va a
inspeccionar, características de las bobinas, o del procedimiento mismo de
inspección.
15
Entre los factores más importantes cabe destacar los siguientes: impedancia y
características de la bobina; conductividad eléctrica; permeabilidad magnética;
grietas; profundidad de penetración; efecto de separación, y efecto de borde.
2.3.1 IMPEDANCIA DE LA BOBINA
La impedancia de una bobina es la suma fasorial de la resistencia óhmica y la
reactancia inductiva, ambas expresadas en ohmios (Ω), por tanto la unidad de la
impedancia está en ohmios (Ω). Se representa por la letra , y es la oposición que
presenta la bobina al paso de la corriente.
Si hacemos circular por la bobina una corriente continua, la resistencia eléctrica,
R, de la bobina es lo único que se opone a dicha corriente, se verificará la ley de
Ohm:
Donde: = caída de tensión a través de la bobina en voltios
= corriente que circula a lo largo de la bobina en amperios
= resistencia equivalente de la bobina en ohmios
Por el contrario, al aplicar una corriente alterna, como se muestra en la Figura 2.5,
la resistencia a la corriente se compone de dos parámetros: la resistencia
equivalente, R, y la reactancia inductiva, XL, de la bobina (ambas expresadas en
ohmios).
La reactancia inductiva XL se expresa como:
XL = 2 π Lo
Donde, es la frecuencia de la corriente alterna en Hertz (Hz); y Lo, la
autoinductancia de la bobina en Henrys. Nótese que la reactancia inductiva, XL,
depende de los parámetros de la bobina y la frecuencia de prueba.
16
Figura 2.5 Circuito en Corriente Alterna5
La aplicación de la ley de Ohm nos conduce a la nueva fórmula:
Donde , es la impedancia de la bobina y está compuesta de una parte reactiva y
una resistiva.
Cuando aumenta la frecuencia, la impedancia de la bobina también lo hace, por lo
que disminuye la intensidad del campo magnético primario y, en consecuencia,
baja la intensidad de la corriente inducida en la pieza que se evalúa. Los voltajes
y (Figura 2.5) debidos a la reactancia inductiva y la resistencia de la bobina,
están desfasados uno respecto al otro en un ángulo de 90º.
Además de la ley de Ohm, también se puede utilizar una representación
rectangular como se muestra en la Figura 2.6, formado por los catetos , y la
hipotenusa , para calcular el valor de la impedancia.
El ángulo entre el voltaje de un generador y su corriente se denomina ángulo de
fase del circuito. Su símbolo es θ (theta).
5 Figura tomada de “http://www.imt.mx/archivos/Publicaciones/PublicacionTecnica/pt231.pdf”
17
Figura 2.6 Triángulo de Impedancias
En la Figura 2.6 el ángulo entre y es el ángulo de fase. Se puede calcular de
la siguiente forma:
θ
El valor de en las bobinas utilizadas en corrientes inducidas es, en general,
bajo, por lo que, su impedancia puede considerarse como puramente reactiva.
2.3.2 CARACTERISTICAS DE LA BOBINA
Todo cable por el que circula una corriente crea a su alrededor un campo
magnético muy débil, para aprovechar la energía de dicho campo magnético se
enrolla al alambre conductor y de esta forma se obtiene lo que se conoce como
bobina.
Figura 2.7 Bobina
18
2.3.2.1 Intensidad de Campo
Se denomina intensidad de campo a la causa que origina el campo magnético, se
representa con la letra H, la unidad de medida es el amperio/metro (A/m) y está
dada por:
Donde: = número de espiras de la bobina
= intensidad de la corriente
= longitud de la bobina
La intensidad de campo aumenta a medida que se incrementa el número de
espiras en la bobina, y disminuye conforme aumenta la longitud.
A partir de la intensidad de campo, podemos calcular la densidad de flujo
mediante la fórmula:
Donde es la permeabilidad magnética del material que se utiliza como núcleo de
la bobina en .
2.3.3 CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA
La conductividad eléctrica es una propiedad que tienen los metales para dar paso,
con mayor o menor resistencia al flujo de corriente, se representa con la letra σ
(sigma), y su unidad es S/m (Siemens por metro). La conductividad eléctrica
depende de la distribución y energía de los electrones que rodean al núcleo. Los
materiales recocidos (estructura ordenada), conducen mejor que los materiales
deformados (estructura desordenada).
19
Mediante la aplicación de corrientes inducidas posibilita la medición de
conductividad eléctrica, en términos de porcentaje IACS (Patrón Internacional de
Cobre Recocido). La medida de la conductividad se hace tomando como
referencia la del cobre no aleado y recocido, que se toma como 100% IACS. En la
Tabla 2.1 se presenta la conductividad eléctrica de algunos metales en siemens
por metro y en porcentaje IACS.
METAL
CONDUCTIVIDAD
ELÉCTRICA ABSOLUTA (S/m)
CONDUCTIVIDAD
ELÉCTRICA (%IACS)
Plata 6,30 * 107 105
Cobre 5,96 * 107 100
Oro 4,55 * 107 70
Aluminio 3,78 * 107 61
Tabla 2.1 Conductividad Eléctrica de Metales
2.3.4 PERMEABILIDAD MAGNÉTICA
La permeabilidad magnética del material de una pieza que se inspeccione tiene
un efecto muy importante en la inspección no destructiva, particularmente la que
utiliza Corrientes Eddy. La permeabilidad es un parámetro usado para evaluar el
comportamiento de un material frente al campo magnético. Asimismo, se define
como la capacidad de un material de concentrar líneas magnéticas. La
permeabilidad magnética se representa con la letra griega minúscula , y
está definida por:
Como las Corrientes Eddy se inducen por el campo magnético de la bobina, la
permeabilidad del material influye de manera importante en la corriente inducida
y, por tanto, en el campo magnético secundario.
20
La permeabilidad magnética es igual a:
Donde, es la permeabilidad magnética en el vacío y tiene un valor de
4π * 10-7 Y es la permeabilidad magnética relativa que nos permite
clasificar a los materiales como ferromagnéticos, paramagnéticos y
diamagnéticos.
Para materiales diamagnéticos la permeabilidad magnética tiene un valor menor a
la unidad ( =0.99), mientras que para materiales paramagnéticos su valor es
mayor que la unidad ( =1.05). Para ferromagnéticos, el valor de es mayor a
uno, >1, lo que significa que el campo magnético inducido se intensifica con el
material. Esto último, para los materiales ferromagnéticos plantea un problema
potencial cuando se utilizan las Corrientes Eddy en pruebas no destructivas, ya
que las variaciones en el campo magnético pueden producir cambios de
impedancia mayores a los debidos por los parámetros de interés (grietas,
espesor, conductividad, etc). En la Tabla 2.2 se indican los valores de
permeabilidad magnética de algunos materiales.
MATERIAL TIPO PERMEABILIDAD MAGNÉTICA RELATIVA
Cobre Diamagnético 0,9999991
Aire Paramagnético 1,0000004
Aluminio Paramagnético 1,00002
Cobalto Ferromagnético 250
Níquel Ferromagnético 660
Hierro Ferromagnético 5000
Tabla 2.2 Permeabilidad Magnética Relativa
21
La solución que se da en este último caso es saturar magnéticamente el material,
para que los cambios en el campo magnético no se amplifiquen y no superen a
los que se generan por las propiedades de interés. Al saturar la muestra hacemos
que la permeabilidad pase a valer 1, y por tanto el material se pueda ensayar
como si se tratara de un material no ferromagnético.
2.3.5 GRIETAS
La impedancia de la bobina también se ve afectada por la presencia de grietas
superficiales o subsuperficiales que provocan distorsión en el flujo de las
corrientes inducidas.
Figura 2.8 Corrientes Eddy en un Material con Grietas6
Alguna irregularidad en el material, por ejemplo una grieta, como se aprecia en la
Figura 2.8, obstruye el paso de las Corrientes Eddy ya que estas tienen que
rodearla, esto genera que la intensidad de las corrientes disminuya y
consecuentemente el campo magnético generado por ellas y que tiene un efecto
reactivo en la bobina también se reduzca, y la reactancia en la bobina continúa
incrementándose. Este efecto es utilizado en el método de Corrientes Eddy con el
fin de detectar las discontinuidades.
6 Figura tomada de “http://www.llogsa.com/nueva_web/Centro_de_descarga/aplicacion”
22
2.3.6 PROFUNDIDAD DE PENETRACIÓN
Las corrientes inducidas no se distribuyen uniformemente en toda la masa de la
muestra; por lo contrario, su densidad es máxima en la superficie y disminuye
exponencialmente según penetran hacia el interior de la muestra. Este fenómeno,
llamado efecto pelicular, es tanto más acusado cuanto mayor sea la frecuencia de
la corriente, la conductividad de muestra y la permeabilidad magnética.
Figura 2.9 Profundidad de Penetración Estándar
La profundidad cuando la densidad corrientes inducidas es 1/e (37%), de su
densidad superficial se denomina profundidad de penetración estándar, se
designa con la letra griega minúscula (delta), y se calcula mediante la expresión:
Donde: = profundidad de penetración estándar en metros
= permeabilidad magnética de la muestra en Henrios por metro
frecuencia de inspección en Hertz
= conductividad eléctrica en Siemens por metro
23
En la expresión anterior, vemos que la profundidad de penetración es
inversamente proporcional a tres parámetros: frecuencia, permeabilidad y
conductividad, de los cuales sólo la frecuencia se tiene como variable, mientras
que los otros dos parámetros son valores fijos y conocidos de la muestra de
ensayo.
También se observa que el valor de aumenta, cuando la conductividad
disminuye, con lo que se tiene mayor penetración en materiales que no son
buenos conductores.
Figura 2.10 Profundidad de Penetración7
En las muestras de poco espesor, la frecuencia deberá ser tal, que la profundidad
de penetración sea menor que el espesor de la muestra, pues de lo contrario se
obtendrían errores en la medidas deseadas, debido a las variaciones de espesor
de la muestra.
En la inspección de grietas o discontinuidades superficiales, la frecuencia de
ensayo deberá elegirse de manera que dichas grietas o discontinuidades estén
dentro de la zona de la profundidad de penetración.
7 Figura tomada de “http://www.olympus-ims.com/es/ndt-tutorials/eca-tutorial/what-is-eca/depth”
24
Adicionalmente, la capacidad de penetración es menor para materiales
ferromagnéticos (es decir, la profundidad de penetración disminuye cuando
aumenta ). Como se mencionó, los materiales ferromagnéticos generalmente se
pueden saturar magnéticamente con una bobina adicional, por lo que el valor de
no presenta variaciones cuando se cambia la frecuencia.
2.3.7 EFECTO DE SEPARACIÓN (LIFT-OFF)
Las indicaciones de las corrientes inducidas son muy sensibles a la distancia
entre la bobina y la superficie del material inspeccionado, debido a que la
densidad de corriente disminuye rápidamente a medida que la bobina se aleja de
la superficie de la pieza.
Figura 2.11 Efecto de Separación
Con la bobina en vacío, el vector impedancia tiene su extremo en A, como se
muestra en la Figura 2.11, mientras que para una muestra de conductividad, por
ejemplo 4,55 * 107 S/m en contacto con la bobina, el nuevo extremo estaría en B.
Sin embargo, el paso de A a B no es brusco, sino que se produce a medida que la
bobina se va aproximando a la muestra. Esta variación de la impedancia en
función de la distancia es lo que se llama efecto de separación (lift-off).
25
Si vamos tomando valores de la impedancia al variar la distancia, podemos
construir el lugar geométrico que representa la línea de trazos (AMNB). Hay que
subrayar que las variaciones sensibles de impedancia comienzan a producirse a
muy poca distancia de la muestra (1 cm o menos), y que las variaciones son
mucho más pronunciadas en las proximidades del contacto.
2.3.8 EFECTO DE BORDE
El efecto de borde se relaciona con la distorsión en el flujo de corriente inducida,
cuando la bobina se aproxima al borde de la pieza o a una unión entre materiales.
Una distorsión grande en el flujo de corriente puede tener cambios importantes en
las mediciones y por tanto, enmascarar variaciones por otro tipo de anomalías. A
pesar de que existen diseños de bobinas que reducen el área de inspección
minimizando el efecto de borde, éste no se puede eliminar completamente, y es
recomendable que el área de inspección se mantenga a una distancia
determinada de los bordes o fronteras. En general, se establece 3,175 mm como
la distancia mínima a la que se puede aproximar el área de inspección al borde;
sin embargo, el valor depende del tipo y tamaño de bobina y la frecuencia de la
corriente alterna de prueba.
Figura 2.12 Colocación de Bobinas
En la Figura 2.12 se muestra cual es la forma correcta de colocar la bobina en la
muestra a inspeccionar
26
2.4 SELECCIÓN DE LA FRECUENCIA MÁS ADECUADA
DEPENDIENDO DEL MATERIAL
Como se ha analizado, la frecuencia tiene una influencia significativa en la
inspección por Corrientes Eddy, con valores típicos de inspección que van de 200
Hz a más de 6 MHz. Por lo general, la selección de la frecuencia para un caso
específico implica determinado compromiso con alguna de las variables de
inspección; así, por ejemplo, la profundidad de penetración aumenta a medida
que la frecuencia disminuye; pero por el contrario, la sensibilidad se reduce.
Mientras que para la detección de grietas superficiales en materiales no
ferromagnéticos se sugieren altas frecuencias (~5 MHz); para materiales
ferromagnéticos se requieren frecuencias menores (~1 MHz). Por lo general, el
criterio es utilizar la frecuencia más alta posible, pero consistente con la
capacidad de penetración requerida.
2.5 EFECTO DE LAS PRINCIPALES VARIABLES DEL ENSAYO
EN EL PLANO DE IMPEDANCIA
Cuando se acerca la bobina a la superficie de la muestra conductora, la situación
se modifica de la siguiente manera:
1. Se generan corrientes inducidas en la muestra, y se originan pérdidas
óhmicas. Es como si hubiese aumentado la resistencia de la bobina, que
pasa a tener un valor distinto de cero (se había supuesto despreciable la
resistencia en vacío).
2. El campo magnético generado por las corrientes inducidas, al oponerse
constantemente al campo magnético primario, lo debilita, con lo que el
campo en el interior de la bobina es menor que en vacío. En consecuencia
también disminuye la autoinducción (Lo), y por lo tanto, la nueva reactancia
inductiva ( ), será menor que (XLo).
27
3. Para todos los efectos es como si tuviésemos una nueva bobina en vacío
con una impedancia :
- que es en general menor que o
- que presenta una clara componente óhmica ( ), frente a ≈ 0
- que tiene una componente reactiva ( ), menor que ( )
Se acostumbra a considerar a la impedancia como un número complejo con
como componente real, y como componente imaginaria. Esto además incluye
el hecho de que las intensidades asociadas a cada componente están desfasadas
90º.
Así, la impedancia puede representarse en unos ejes cartesianos que forman el
plano complejo de impedancia. La componente reactiva se sitúa en el eje de
ordenadas, y puede relacionarse con la energía almacenada en la bobina y en la
muestra durante cada ciclo de la corriente alterna.
Figura 2.13 Plano de Impedancias
Cuando es constante y variable (en aumento), la impedancia aumenta y el
ángulo de fase también.
28
Cuando es constante y variable (en aumento), la impedancia aumenta y el
ángulo de fase disminuye.
En la Figura 2.13 se ve la representación en el plano de impedancia de la bobina
en vacío (Po), y el desplazamiento de este punto hasta P1 al acercar una muestra
conductora. Este punto que representa la impedancia es en realidad el extremo
del vector impedancia.
En ausencia de un objeto metálico en ensayo, la bobina en vacío tiene una
impedancia característica cuyas coordenadas en el plano de impedancia nos dan
el punto Po, de abscisa Ro, y de ordenada XLo.
Si aproximamos la bobina a un objeto metálico, el campo magnético inicial que
presentaba la bobina en vacío queda modificado al superponerse ahora con el
campo magnético que generan desde el objeto en ensayo las corrientes
inducidas, bajo la acción de la bobina. Esta modificación del campo magnético
inicial tiene exactamente el mismo efecto que el que se obtendría si hubieran
cambiado las características de la bobina.
La magnitud y dirección del desplazamiento de la impedancia en vacío desde (Po)
a (P1) bajo la influencia del objeto metálico son funciones de las propiedades del
material metálico del objeto y de las características instrumentales de la bobina.
En determinados casos, se puede calcular, para diferentes frecuencias de
corriente, el efecto que tienen sobre la impedancia característica de la bobina
ciertas propiedades físicas de la muestra metálica.
29
CAPÍTULO 3
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO MICROCONTROLADO DE CORRIENTES INDUCIDAS
3.1 DISEÑO DEL CIRCUITO ELECTRÓNICO
Para el diseño del prototipo microcontrolado de corrientes inducidas, se buscó
como construir un instrumento muy versátil que no solo detecte grietas existentes
en materiales no ferromagnéticos y ferromagnéticos (previa saturación), si no que
se pueda medir otros parámetros mediante la inducción magnética como la
conductividad, profundidad de fisuras abiertas a la superficie, profundidad de
discontinuidades bajo la superficie, y variación de forma.
Figura 3.1 Diagrama de Bloques del Prototipo
En la Figura 3.1 se presenta el diagrama de bloques del prototipo microcontrolado
de corrientes inducidas.
A continuación se diseña cada uno de los bloques que conforman el prototipo
empezando desde la fuente de alimentación.
30
3.1.1 FUENTE DE ALIMENTACIÓN
La fuente de alimentación nos sirvió para convertir la tensión alterna en una
tensión continua y así polarizar a los circuitos integrados a 12 V, 5 V y – 5 V, la
fuente consta de los siguientes componentes:
1.- Transformador de entrada
2.- Rectificador a diodos
3.- Filtro para el rizado
4.- Regulador lineal
3.1.1.1 Transformador de Entrada
En la Figura 3.2 se muestra el transformador con toma central que se compró,
para reducir la tensión de la red de 120 V a 12 V.
Figura 3.2 Transformador a 12 V - 1.5 A
3.1.1.2 Rectificador a Diodos
Se utilizó un rectificador de onda completa como se indica en la Figura 3.3, con
dos diodos (D1 y D2) para convertir la tensión alterna que sale del transformador
en tensión continua pulsante positiva (punto A), que posteriormente se regula a 12
V, 5 V y dos diodos (D3 y D4) para obtener una onda rectificada negativa (punto
B), que luego se regula a – 5 V.
31
Figura 3.4 Rectificador de Onda Completa
3.1.1.3 Circuito Filtro
La tensión que se obtiene a la salida del rectificador es continua pulsante, esta no
es la clase de tensión continua que requerimos para la alimentación de los
circuitos electrónicos. Lo que se necesitamos es una tensión constante, similar a
la que produce una batería. Para obtener este tipo de tensión rectificada en la
carga fue necesario emplear un circuito filtro.
Para el circuito filtro se colocó el condensador a la salida de la etapa de
rectificación, como se puede apreciar en la Figura 3.5, con un valor de 2200 uF,
con el siguiente criterio:
32
3.1.1.4 Regulador de Voltaje
Para polarizar a los circuitos integrados necesitamos que la fuente de
alimentación nos entregue tensiones de 12 V, 5 V y – 5 V, para ello se colocó los
reguladores de salida fija: LM7812 LM7805 Y LM7905, como se muestra en la
Figura 3.5, donde se presenta la fuente de alimentación del prototipo
microcontrolado de corrientes inducidas.
Figura 3.5 Fuente de Alimentación
El voltaje de 5 V fue necesario para polarizar el microcontrolador (Atmega16), 12
V para el generador de funciones (XR-2206) y acoplador de impedancias, y -5 V
requeridos para la alimentación del conversor digital análogo (DAC0808).
3.1.2 MICROCONTROLADOR ATMEGA16
Para el diseño del prototipo se necesitó de un microcontrolador con
características necesarias para controlar un LCD (Display de Cristal Líquido), y
una conversión análoga digital, las cuales poseen los microcontroladores
Atmega8 y Atmega16 optando por el segundo, ya que presenta más puertos de
entrada y salida de datos.
33
En la Figura 3.6 se presenta la distribución de pines del Atmega16
Figura 3.6 Configuración de Pines del Atmega16
3.1.2.1 Entradas y salidas de datos del microcontrolador Atmega16
El microcontrolador Atmega16, se lo empleó para generar 8 bits por el puerto A,
valores en binario desde 00000000 hasta 11111111, es decir de 0 a 255 en
decimal, los cuales son enviados al conversor digital análogo (DAC0808), como
se indica en la Figura 3.7, siendo esta la primera etapa de la generación de una
señal diente de sierra que posteriormente nos sirvió para el barrido de frecuencia.
Para tener una mejor apreciación, se dividió en tres rangos a los valores
generados a la salida del puerto A, quedando establecidos de la siguiente
manera:
Primer Rango (Rg 1) de 11111111 (255) a 10101010 (170).
Segundo Rango (Rg 2) de 10101010 (170) a 01010101 (85).
Tercer Rango (Rg 3) de 01010101 (85) a 00000000 (0).
34
Estos intervalos son seleccionados por medio de tres pulsantes conectados al
pin 3, 4 y 5 del puerto D, que tienen leds en los pines 0, 1 y 2 del puerto C para
identificar cual de los rangos está activado, además posee dos pulsantes los
cuales sirven para moverse dentro de cada rango ya sea incrementando o
disminuyendo, los que están conectados a los pines 0 y 1 del puerto D, como se
aprecia en la Figura 3.7, y además los pines de salida (puerto A) que van al
conversor digital análogo (DAC0808).
Figura 3.7 Conexión de los Pulsantes en el Microcontrolador ATMEGA16
En la Figura 3.7 se muestra un ejemplo en el cual se presionó el pulsante Rg 1,
iluminándose el diodo led como indicador, por lo cual los valores a la salida del
puerto A que van al conversor digital análogo (DAC0808) se colocan en 11111111
en binario ó 255 en decimal.
A continuación se presenta el diagrama de flujo del código de la frecuencia
programado en el microcontrolador Atmega16 comandado por los pulsantes,
indicados en la Figura 3.7.
35
No Si No No No
Si Si Si
No No No No Si Si Si
INICIO
Dato 255 de salida al pórtico A
Muestra en LCD el valor correspondiente en baja frecuencia
Tecla de baja
frecuencia
Si Si
Tecla de Media
frecuencia
No
Tecla de alta
frecuencia
Se presionó una tecla de cambio de frecuencia
Dato 255 al PORTA
Muestra en LCD el valor correspondiente en baja
frecuencia
Dato 170 al PORTA
Muestra en LCD el valor correspondiente en media
frecuencia
Dato 85 al PORTA
Muestra en LCD el valor correspondiente en alta
frecuencia
1
1
2
2
Se encuentra en rango Baja
Frecuencia
No No No
No
Se encuentra en rango
Media Frecuencia
No No No
Se encuentra en rango Alta Frecuencia
3 4 5
1
36
No No No No Si Si No No Si Si Si Si
Presionó tecla
Incremento
Presionó tecla
Decremento
3
Varía en decremento el dato en un rango de 255 a 170 al PORTA
Muestra en LCD el incremento del valor correspondiente en
baja frecuencia
Varía en incremento el dato en un rango de 170 a 255 al PORTA
Muestra en LCD el incremento del valor correspondiente en
baja frecuencia
Se mantiene el dato en el Valor dejado Tanto en el PORTA como en frecuencia en
el LCD
1
Si Si
Si Si
Presionó tecla
Incremento
No No
Si Si
Presionó tecla
Decremento
4
Varía en decremento el dato en un rango de 170 a 85 al PORTA
Muestra en LCD el incremento del valor correspondiente en
baja frecuencia
Varía en incremento el dato en un rango de 85 a 170 al PORTA
Muestra en LCD el incremento del valor correspondiente en
baja frecuencia
Se mantiene el dato en el Valor dejado Tanto en el PORTA como en frecuencia en
el LCD
1
37
No No Si Si Si Si
3.1.3 CONVERSOR DIGITAL ANÁLOGO (DAC0808)
Las señales digitales generadas por el microcontrolador (Atmega16), son
enviadas al convertidor digital análogo (DAC0808) de 8 bits a través del cual se
obtiene una señal de corriente, siendo necesaria una etapa para convertir la
corriente en voltaje, esta transformación se la hace por medio del amplificador
operacional LF353.
En esta etapa se utilizó una fuente de voltaje de 5 V y – 5 V, tanto para el
conversor digital análogo (DAC0808) como para el amplificador operacional
LF353, además se define un voltaje de referencia (Vref) al pin 14, por medio de un
divisor de tensión que es de 1,25 V.
En la Figura 3.8 se presenta el circuito que se implementó en el prototipo
microcontrolado de corrientes inducidas para la conversión digital análoga.
Presionó tecla
Incremento
Presionó tecla
Decremento
5
Varía en decremento el dato en un rango de 85 a 0 al PORTA
Muestra en LCD el incremento del valor correspondiente en
baja frecuencia
Varía en incremento el dato en un rango de 0 a 85 al PORTA
Muestra en LCD el incremento del valor correspondiente en
baja frecuencia
Se mantiene el dato en el Valor dejado Tanto en el PORTA como en frecuencia en
el LCD
1
38
Figura 3.8 Conversor Digital Análogo (DAC0808)
El voltaje análogo a la salida del amplificador operacional LF353 está dado por:
Donde es la corriente que ingresa al amplificador operacional y es la
resistencia del mismo.
El voltaje está en función de A1, A2, A3, hasta A8, que son los bits del dato binario,
teniendo en cuenta que A8 es el bit menos significativo hasta A1 que es el más
significativo.
Para el caso de seleccionar el primer rango en el microcontrolador pulsando
Rg 1, los valores binarios que ingresan al conversor digital análogo son
11111111, por lo tanto el voltaje de salida es:
39
En la Figura 3.9, se observa la captura de la imagen del osciloscopio con el
voltaje análogo de salida para valores en los cuales A1, A2…A8 son unos. Este
valor de voltaje es el máximo de todos los rangos que se puede obtener a la
salida del conversor.
Figura 3.9 Voltaje a la Salida del Conversor
Si los valores binarios que ingresan al conversor son 01010101, la salida de
voltaje análogo es:
El voltaje calculado se puede apreciar en la Figura 3.10, que es la imagen
capturada del osciloscopio para los valores binarios anteriormente expuestos.
40
Figura 3.10 Voltaje a la Salida del Conversor
3.1.4 GENERADOR DE FUNCIONES XR-2206
Para la generación de la señal alterna se utilizó el integrado XR-2206, generando
con éste una onda cuadrada, el motivo por el cual se escogió esta forma de onda
es para crear un campo magnético constante y por tanto, un flujo constante en la
bobina.
Figura 3.11 Generador de Onda Cuadrada
41
En la Figura 3.11 se muestra el circuito implementado para la generación de la
onda cuadrada del prototipo microcontrolado de corrientes inducidas.
El generador de señales XR-2206 consta de un oscilador controlado por voltaje
(VCO), del cual vamos a tener un barrido de frecuencias mediante la variación de
la señal de voltaje manejada por los pulsantes del microcontrolador Atmaga16
indicados en la Figura 3.7, con los cuales generamos valores en binario que
posteriormente nos da un equivalente en voltaje por medio del DAC0808.
La tensión que ingresa al generador de funciones para controlar la frecuencia, se
la hace por medio del pin 7, y va de 0 V a un máximo de 2,73 V en el caso de que
el microcontrolador genere el valor de 255 en decimal, es decir todos los bits en
uno.
En el caso de tener la máxima tensión, es decir en el primer rango (Rg 1) vamos a
generar una frecuencia de 50 KHz, como se presenta en la Figura 3.12,
capturada del osciloscopio a 5us/Div.
Figura 3.12 Onda Cuadrada a 50 KHz
42
En el segundo rango (Rg 2) se generan valores de 10101010 en binario, la
frecuencia que se obtiene es de 181 KHz a 5us/Div, como se indica en la
Figura 3.13, capturada del osciloscopio.
Figura 3.13 Onda Cuadrada a 181 KHz
Para el tercer rango (Rg 3) se tiene valores de 01010101 en binario que
corresponden a una frecuencia de 301 KHz a 5us/Div, como se muestra en la
Figura 3.14, capturada del osciloscopio.
Figura 3.14 Onda Cuadrada a 301 KHz
43
3.1.5 ACOPLADOR DE IMPEDANCIA (CONFIGURACIÓN EN COLECTOR
COMÚN)
Para la construcción del circuito amplificador de corriente fueron necesarios
ciertos parámetros como por ejemplo: ganancia, frecuencia de trabajo, voltaje de
salida, fuente de alimentación, resistencia de entrada, carga a la salida del
amplificador. El circuito amplificador en configuración colector común mostrado en
la Figura 3.15, nos sirve como acoplador de impedancia debido a que si
conectamos directamente la etapa de salida del circuito XR-2206 a la etapa de
entrada al Puente de Wheatston, la impedancia de éste último circuito consumía
demasiada corriente del primero (el circuito puente carga al generador) debido a
su baja impedancia de aproximadamente 115 [Ω], provocando una distorsión
considerable en la forma de onda necesaria para ver los efectos de las corrientes
inducidas en los materiales de prueba.
Figura 3.15 Circuito Acoplador de Impedancia (Configuración Colector Común)
44
PARÁMETROS
DATOS
Ganancia (A) 2
Frecuencia (f) KHz 30
Voltaje de salida (Vo) V 6
Carga (RL) Ω 115
Fuente de alimentación (VCC) V 12
Resistencia de entrada (Rin) Ω 600
Parámetro del transistor β 120
Tabla 3.3 Datos para el Diseño del Acoplador de Impedancia
Con resistencias de tolerancia del 5%
Rin ≥ 600 [Ω]
Req ≥Rin
β+1 → Req ≥
600[Ω]
121 Req ≥4,96 [Ω]
RL = 115 [Ω] → RE||RL ≥ 4,96 [Ω] → RE RL
RE + RL
≥ 4,96 [Ω]
→ RE ≥ 5,18 [Ω]
asumo RE = 100 [Ω] , debido a que con este valor de resistencia se puede cumplir
con el parámetro dado como fuente de alimentación; si no se cumple éste
parámetro sería necesario la implementación de otra fuente de voltaje de acuerdo
al nuevo valor de Vcc requerido para la polarización del amplificador de corriente,
reflejándose dicha necesidad en un incremento tanto en el valor del equipo, como
en las dimensiones físicas del mismo.
→ Req = RE||RL → Req = 100 115 Ω → Req = 53,49 [Ω
45
VRE ≥RE
Req* Vop → VRE ≥
100
53,49* 3[V] → VRE ≥ 5,6 [V]
VRE ≥ 5,6 * 1,1 [V] VRE ≥ 6,16 [V]
IE =VRE
RE→ IE=
6,16 [V]
100 [Ω]→ IE= 61,6 [mA]
re =25 [mV]
→ re =25 [mV]
61,16 [mA]→ re = 0,4 [Ω] → existe estabilidad térmica
VCE ≥ Vop + Vact → VCE ≥ 3 [V] + 2 [V] → VCE ≥ 5 [V]
IB =IE
β+1→ IB =
61,6 [mA]
121→ IB = 509,09 [μA]
I2 IB → I2 = 10 * IB I2 = 10 * 509,09 μA → I2 = 5,09 [mA]
I1 = I2 + IB → I1 = 5,09 mA + 509,09 μA → I1 = 5,6 [mA]
R2 =VE + VJBE
I2→ R2 =
6,16 [V] + 0,6 [V]
5,09 [mA]→ R2 = 1,328 [KΩ]
asumo R2 = 1,5 [KΩ]
R1 =VCC - VE - VJBE
I1→ R1 =
12 [V] - 6,16 [V] - 0,6 [V]
5,6 [mA]→ R1 = 935,71 [Ω]
asumo R1 = 1 [KΩ]
Rin = R1||R2||RinT → Rin = [KΩ] || [KΩ] || 121 * (0,4 Ω + 100 [Ω] )
Rin = 571,76 [Ω]
46
Cálculo de Capacitores de paso
→ Ω →
CE ≥1
2π * 30 [KHz] * 11 [Ω]→ CE ≥ 0,48 [μF] → asumo CE = 1 [μF]
→ Ω
→ CB ≥1
2π * 30 [KHz] * 50 [Ω]→ CB ≥ 0,106 [μF]
CB ≥ 0,106 [μF] → asumo CB= 1 [μF]
3.1.6 PUENTE DE WHEATSTON
En la Figura 3.16, se presenta el Puente de Wheatston, que es el método en que
se basan los equipos de corrientes inducidas, consta de tres resistencias dos de
igual valor, una bobina y una resistencia variable que sirve para que el puente
esté en equilibrio, es decir no exista corriente entre el punto a y b. El circuito está
alimentado con una onda cuadrada de 5,5 voltios pico-pico aproximadamente.
Las resistencias que se utilizó para el puente son de valores bajos ya que se tomó
en consideración que la reactancia inductiva para la mínima y máxima frecuencia
es baja.
El puente se desequilibra cada vez que la bobina entra en contacto con el material
es decir cambia la impedancia, y por tanto existe una corriente entre los puntos a
y b, ya que el voltaje en la rama de la bobina ya no es el mismo.
47
Figura 3.16 Puente de Wheatston
Para una frecuencia de 50 KHz se tiene una impedancia de bobina de:
Los voltajes en los puntos a y b del Puente de Wheatston para la tensión máxima
de entrada de 2,73 V son:
48
Para poder apreciar estos cambios que se realizan en la impedancia de la bobina,
se utilizó un display LCD, para el cual fue necesario rectificar las señales en los
puntos a y b con el diodo 1N4148 y filtrarlas para la entrada hacia un segundo
microcontrolador Atmega16 que realiza la conversión análoga digital (ADC),
presentando la salida en un LCD.
3.1.7 CONVERSIÓN ANÁLOGO DIGITAL
Para la conversión análoga digital se empleó el microcontrolador Atmega16, éste
recibe las señales enviadas del Puente de Wheatston por los pines 2 y 6 del
puerto A, realiza la conversión y la resta de las tensiones de los puntos a y b
mediante software, y la presenta en el display LCD como se aprecia en la
Figura 3.17.
Figura 3.17 Entradas al Conversor Análogo Digital
49
La polarización al ADC se provee externamente a través del pin AVCC. Mediante
el pin AREF se alimentó al ADC con la señal de referencia de 5 V, y para
minimizar el ruido se conectó AVCC a VCC mediante un circuito LC como se
muestra en la Figura 3.18.
Figura 3.18 Conexión de la Alimentación del ADC
A continuación se presenta el diagrama de flujo programado en el
microcontrolador Atmega16 del código implementado para la conversión análogo
digital, y las transformaciones en porcentaje de las variaciones producidas por el
cambio de impedancia de la bobina
INICIO
Almacena 200 datos o muestras de señal a la
entrada del ADC0
1
Almacena 200 datos o muestras de señal a la
entrada del ADC1
Obtiene el Valor máximo y el mínimo de los 200 datos almacenados desde el ADC0, y realiza un promedio entre ambos valores
50
No No No Si Si Si
No No No Si Si Si
Se realiza la resta entre el valor del promedio obtenido desde el ADC0 y el valor
del promedio obtenido desde el ADC1
Obtiene el Valor máximo y el mínimo de los 200 datos almacenados desde el ADC1, y realiza un promedio entre ambos valores
Se transforma dicha resta en un valor adecuado de voltaje correspondiente a las
variaciones de impedancia de la bobina con respecto al material de prueba
Presionó la tecla modo
normal
No No NoPresionó tecla de Toma
referencia 0%
No No NoPresionó tecla de toma de
referencia 100%
5 6
Elimina los valores almacenados con respecto a la referencia 0% y
la referencia 100%
Muestra en LCD el valor correspondiente a las
variaciones de impedancia de la bobina con respecto al material de prueba, y se muestran estos valores en el LCD multiplicado
por un factor de 100
Si Si
Presionó alguna tecla
No No No
Si Si
Se encuentra en modo normal
No No NoSe
encuentra en modo
porcentaje
2
4
2
Se muestra en el LCD el valor correspondiente a las variaciones de voltaje con respecto al cambio
de impedancia de la bobina y al equilibrio del puente, multiplicado
por un factor de 100
1
1
1
51
No No Si Si No No Si Si
7
5
7
Almacena el dato con respecto a la referencia 0%
Muestra en LCD el valor correspondiente a las
variaciones de impedancia de la bobina con respecto al material de prueba, y se muestran estos valores en el LCD multiplicado
por un factor de 100
Se encuentra en modo normal
Se encuentra en modo
porcentaje
El valor a tomar como
referencia a 0% es mayor que
cero
El valor a tomar como referencia a 0% es mayor
que cero
8
Muestra en el LCD
opción no válida
Muestra en el LCD
opción no
válida
8
Almacena el dato con respecto a la nueva referencia 0%
Transforma el valor
correspondiente a las variaciones de voltaje con respecto al cambio de impedancia de la bobina en un
rango respecto a la referencia tomada como el nuevo valor 0% y
la referencia del 100% anterior, incremento o decremento de escala
El valor es mostrado en el LCD
1
1
1
1
52
No No Si Si No No Si
9
6
Se encuentra
en modo normal
Se encuentra en modo
porcentaje
Se tomó el valor de
referencia a 0%
No El valor a tomar
como referencia a 100% es menor o
igual que referencia a 0% y
referencia a 0% es mayor que cero
10
Muestra en el LCD Error
escoja la primera
referencia
Muestra en el LCD
Error Fuera de Rango
Almacena el dato con respecto a la nueva referencia 100%
Transforma el valor
correspondiente a las variaciones de voltaje con
respecto al cambio de impedancia de la bobina en un rango respecto a la referencia tomada como 0% y asume este nuevo valor de referencia como
el 100% , incremento o decremento de
escala
1
1
1
10
1
53
No Si No Si
Almacena el dato con respecto a la referencia 100% y cambia el
modo a porcentaje
Transforma el valor correspondiente a las
variaciones de voltaje con respecto al cambio de
impedancia de la bobina en un rango respecto a la referencia
tomada 0% y asume este valor de referencia como el 100%
El valor es mostrado en el LCD
9
El valor a tomar
como referencia a 100% es menor o
igual que referencia a 0% y
referencia a 0% es mayor que cero
Muestra en el LCD
Error Fuera de Rango
1
4
El valor es menor al 100% y
mayor al 0%
Transforma el valor correspondiente a las variaciones de voltaje con
respecto al cambio de impedancia de la bobina y el desequilibrio del puente en un rango respecto a la referencia tomada como 0% y el
valor de referencia tomada como el 100%
Se muestra en el LCD el correspondiente valor en
porcentaje
Se muestra en el LCD Porcentaje Fuera de
Rango
1
54
3.1.8 DISPLAY LCD
Para mostrar los cambios que se producen al desequilibrarse el puente por causa
del cambio de impedancia de la bobina, se utilizó un display LCD de 2x16, es
decir 2 filas y 16 columnas, como se indica en la Figura 3.19.
Figura 3.19 Display LCD 16*2
3.1.8.1 Conexión del display LCD con el microcontrolador Atmega16
Los pines del 7 al 14 forman un bus de datos por los cuales se envía la
información para escribir en el display LCD. En las señales de datos solo fue
necesario 4 de los 8 pines, se utilizó el 11, 12, 13 y 14 conectados a los pines 2,
3, 4 y 5 del puerto D del microcontrolador Atmega16, como se indica en la Figura
3.20.
Figura 3.20 Conexión del Display LCD con el Microcontrolador Atmega16
55
3.1.9 DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DEL PROTOTIPO MICROCONTROLADO
DE CORRIENTES INDUCIDAS
56
3.2 CONTROLES Y CONEXIONES
3.2.1 TECLAS DE SELECCIÓN DE FRECUENCIA
Estas teclas sirven para elegir el rango de frecuencias con el que deseamos
trabajar de acuerdo al parámetro que vamos a medir con el equipo, ya sea
conductividad, fisuras abiertas a la superficie, profundidad de discontinuidades
bajo la superficie, variación de forma, espesor de pared en láminas y tubos, como
se explicó al inicio, unos de los factores importantes para la realización de este
ensayo con corrientes inducidas es la frecuencia, por lo que se optó en dividir la
generación de frecuencia en tres rangos con sus respectivas teclas, conectadas a
los pines 3, 4 y 5 del puerto D de microcontrolador Atmega16, denominadas:
rango 1 de baja frecuencia que va desde los 50 KHz hasta los 181 KHz, rango 2
de media frecuencia de los 181 KHz a los 301 KHz, y rango 3 de alta frecuencia
que va desde los 301 KHz hasta la máxima frecuencia del equipo de 400 KHz, y
además tres leds en los pines 0, 1 y 2 del puerto C que sirven de indicadores del
rango de frecuencia seleccionado como se muestra en la Figura 3.21.
Figura 3.21 Conexión de Teclas al Microcontrolador Atmega16
57
3.2.2 TECLAS DE INCREMENTO Y DISMINUCIÓN DE FRECUENCIA
Dentro de cada rango de frecuencias, ya sea alta, media o baja frecuencia, se
necesita hacer un barrido total de sus frecuencias, para lo cual se colocó dos
teclas adicionales en los pines 0 y 1 del puerto D, como se indica en la Figura
3.21, con el propósito de incrementar o disminuir la frecuencia dentro del rango
seleccionado, haciendo un barrido desde la mínima hasta la máxima frecuencia.
3.2.3 DISPLAY LCD INDICADOR DE FRECUENCIA Y VARIACIÓN DE
PARÁMETROS
En el equipo implementado se tienen dos display LCD, el primero muestra la
frecuencia de operación, y está conectado a los pines del puerto B del
microcontrolador Atmega16 como se indica en la Figura 3.22.
Figura 3.22 Conexión del Display LCD de la Frecuencia
El segundo display LCD como se aprecia en la Figura 3.17, está conectado a los
pines del puerto D, y tiene como propósito indicar la resta de las tensiones en los
58
puntos a y b del Puente de Wheatston generado por el cambio de impedancia de
la bobina, al momento de realizar la medición de conductividad eléctrica,
detección de discontinuidades, medición de espesores de recubrimientos no
conductores y comprobación del efecto de separación.
3.2.4 TECLAS DE FUNCIONAMIENTO DEL PROTOTIPO EN MODO NORMAL
Y PORCENTAJE
Las teclas selectoras son tres, y están conectadas a los pines 1, 2 y 3 del puerto
B del microcontrolador Atmega16 como se presenta en la Figura 3.23. La tecla
selectora denominada referencia 0% es aquella que sirve para almacenar en la
memoria del microcontrolador un valor que se va a tomar como la mínima
referencia para que conjuntamente luego de presionar la tecla selectora
denominada referencia 100% automáticamente el equipo pase a funcionar en
modo porcentaje, tomando éste último valor y almacenándolo en la memoria del
microcontrolador como máximo; lo que significa que se va a tomar dos valores de
referencia un mínimo que será tomado como 0%, y un máximo denominado como
el 100%.
Figura 3.23 Teclas Selectoras Normal y Porcentaje
59
Además se tiene la posibilidad de ampliar este rango o escala cambiando los
valores que se tome como referencia, ya que si algún material se encuentra fuera
de ésta escala, el equipo indicara que el parámetro a medir se encuentra fuera de
rango. La tecla normal sirve para salir del modo porcentaje, es decir regresa a la
resta de las tensiones en los puntos a y b del Puente de Wheatston.
3.2.5 PROTOTIPO MICROCONTROLADO DE CORRIENTES INDUCIDAS
60
Bobina de Prueba
3.3 SOFTWARE UTILIZADO PARA LA SIMULACIÓN DE LAS
ETAPAS DEL PROTOTIPO MICROCONTROLADO DE
CORRIENTES INDUCIDAS
3.3.1 PROTEUS
El programa PROTEUS es una aplicación CAD que se compone de tres módulos
básicos: ISIS (“Intelligent Schematic Input System”), que es el módulo de captura
de esquemas, VSM (“Virtual System Modelling”) es el módulo de simulación,
incluyendo PROSPICE, y por último ARES (“Advanced Routing Modelling”) es el
módulo para realización de circuitos impresos (PCB).
3.3.1.1 Isis
El módulo ISIS es un programa que nos permite dibujar sobre un área de trabajo
un circuito que posteriormente podremos simular. Las utilidades que posee este
software son entre otras:
· Librerías de componentes
· Conexionado automático entre dos puntos del esquema
· Netlist compatible con la mayoría de los programas de realización de PCB
· Enumeración automática de componentes, etc.
61
Una vez instalado el programa en el respectivo computador, al abrirlo se tiene una
pantalla como la que se muestra en la Figura 3.24.
Figura 3.24 Visualización de la Pantalla de ISIS
Barra de Título
Situada en la parte superior de la pantalla, en ella se muestra el ícono del
programa, el nombre del fichero abierto, la leyenda, y en ocasiones mensajes de
que el programa ha entrado en un modo particular de funcionamiento (por ejemplo
Animating cuando se simula).
Barra de Menús
Permite el acceso a la mayor parte de las opciones del programa, sin embargo en
algunas opciones solo están disponibles en los iconos de las barras de
herramientas.
62
Zona de Trabajo
Que es donde irá el diseño y se colocan todos los elementos necesarios para
generar nuestros circuitos a simular.
Ventana de Vista Completa
Esta ventana nos muestra una visión global del diseño, y mediante el puntero
podemos seleccionar que zona del diseño estará visible en la ventana de edición,
si no fuese posible visualizar todo sobre dicha ventana. La zona visible se
encuentra dentro de dicha ventana, mediante un recuadro verde.
Barra de Dispositivos
En esta barra aparecerán todos los componentes, terminales, pines, generadores,
etc, que se quieren introducir en el esquema, esta ventana dispone de 2 botones
los cuales nos permiten acceder a las librerías de componentes incluidas en ISIS.
Barra de Estado
Situada en la parte inferior de la pantalla, en ella se muestran mensajes
informativos acerca de las opciones del menú de los componentes de las
simulaciones, a la derecha se indican las coordenadas de la posición del cursor,
las unidades son en milésimas de pulgada.
3.4 SOFTWARE UTILIZADO PARA LA PROGRAMACIÓN EN LOS
MICROCONTROLADORES ATMEGA16 DEL PROTOTIPO
MICROCONTROLADO DE CORRIENTES INDUCIDAS
3.4.1 BASCOM AVR
El BASCOM AVR es un compilador de BASIC para la familia AVR de ATMEL
desarrollado por la empresa holandesa MCS Electronic, sirve para realizar
programas en alto nivel, el cual posee un compilador y un ensamblador que
traduce las instrucciones estructuradas en lenguaje de máquina.
63
Inicio
Presionando FILE – NEW, se abre un archivo en blanco para trabajar.
Compilador
Presionando el icono de la barra de herramientas o F7, se compila el proyecto
como se indica en la Figura 3.25 y se obtiene un archivo .hex, el cual va a ser
grabado en el microcontrolador.
Figura 3.25 Cuadro de Compilación de un Proyecto
Simulador
Una vez que se compila un proyecto, se puede simular con ayuda de BASCOM
SIM, presionando el icono de simulación de la barra de herramientas o F2,
apareciendo una ventana como se muestra en la Figura 3.26, donde se puede
apreciar el programa principal, espacios de memoria y LCD etc.
Figura 3.26 Cuadro de Simulación en BASCOM AVR
64
3.4.2 PROGISP167
Luego de haber obtenido el archivo hexadecimal de nuestro programa, el
siguiente paso es grabar el archivo en el microcontrolador, por lo que se necesita
de un circuito que active la programación del microcontrolador para trasladar
todas las instrucciones a la memoria de programa del mismo. En el mercado
encontramos una diversidad de circuitos grabadores de AVR, los cuales nos
muestran principalmente los fusibles y el archivo a cargar en el microcontrolador.
Un grabador muy utilizado en el mercado es el progisp167 con comunicación
USB, el cual puede conectarse directamente a los pines de programación del
microcontrolador, sin ninguna circuitería adicional.
Figura 3.27 Programador USB para los Microcontoladores AVR
3.5 SOFTWARE UTILIZADO PARA EL DISEÑO DEL
ESQUEMÁTICO E IMPRESO DE LA PLACA DEL PROTOTIPO DE
CORRIENTES INDUCIDAS.
3.5.1 ALTIUM DESIGNER
Es una herramienta muy poderosa utilizada a escala industrial para realizar la
implementación de sistemas electrónicos, además de ser capaz de permitirnos
llevar el diseño del hardware desde la concepción inicial hasta el producto final.
65
En general se puede decir que Altium Designer es un conjunto de programas para
el diseño electrónico en todas sus fases y para todas la disciplinas, ya sean
esquemas, simulación , diseño de circuitos impresos , implementación de FPGA,
o desarrollo de código para microprocesadores.
La Figura 3.28 muestra el entorno del diseño esquemático del prototipo
microcontrolado de corrientes inducidas en Altium Designer.
Figura 3.28 Diseño Esquemático en Altium Designer
3.5.2 PRESENTACIÓN DEL DISEÑO DE PCB (PRINTED CIRCUIT BOARD)
Luego de haber realizado el esquemático del diseño del circuito de corrientes
inducidas lo trasladamos a nuestra hoja PCB para proceder al ruteo
correspondiente de las pistas, en la Figura 3.29 se presenta el diseño del PCB
total terminado para el prototipo microcontrolado de corrientes inducidas; los
trazos de color rojo y color azul muestran que el diseño fue realizado para una
impresión de placa a doble capa, con el propósito de reducir el tamaño del
66
prototipo, además de utilizar las dimensiones exactas de los elementos a ser
colocados en la placa terminada.
Figura 3.29 Diseño PCB del Prototipo para ser Ruteada a Doble Capa.
67
CAPÍTULO 4
PRUEBAS DEL PROTOTIPO MICROCONTROLADO DE
CORRIENTES INDUCIDAS
4.1 MEDICIÓN DE CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA
Siempre que varía la conductividad de un material, varía la impedancia, con lo
cual tenemos la posibilidad de detectar diferencias entre muestras midiendo
simplemente la impedancia.
La conductividad eléctrica se mide en materiales no ferromagnéticos y en
ferromagnéticos previa saturación magnética.
En todas estas mediciones, se debe tener especial atención a las siguientes
variables que pueden inducir a error en la medida o la interpretación.
a) Todas las medidas se realizarán lo suficientemente lejos del borde para
eliminar sus efectos.
b) El espesor de la muestra será por lo menos tres veces la profundidad de
penetración de las corrientes inducidas en el material que se está
midiendo.
c) La presencia de revestimiento en las aleaciones de aluminio altera la
lectura de la conductividad.
d) La calibración, y la medida, se deben realizar a la misma temperatura.
La conductividad de cada metal aumenta a medida que aumenta la pureza, ya
que al eliminar los átomos extraños de un metal, la fuente de dispersión se
reduce.
La mayoría de los metales, en ingeniería, son aleaciones. Una aleación se forma
añadiendo uno a más metales, al metal base para formar un metal de
propiedades deseadas. Estos elementos de aleación se añaden durante la
68
fundición del metal. Según aumenta la cantidad de elementos añadidos, la
conductividad disminuye. Algunos elementos de aleación tienen un efecto sobre la
conductividad mucho mayor que otros.
4.1.1 PATRONES DE CONDUCTIVIDAD
Los equipos de corrientes inducidas utilizados para la medición de conductividad
eléctrica normalmente vienen en unidades de %I.A.C.S. establecidos por la
Internacional Annealed Cooper Standard, en la que por ejemplo, el cobre tiene la
conductividad alta de 100 %I.A.C.S frente a la del plomo que es baja de 8,4
%I.A.C.S y para conductividades intermedias el aluminio y el zinc con 61 y 29,1
%I.A.C.S respectivamente.
4.1.2 PRUEBA DE DETERMINACIÓN DE CONDUCTIVIDAD
OBJETIVO: Realizar la curva de conductividad eléctrica.
MÉTODO: Determinar la conductividad eléctrica de varios metales por medio de
corrientes inducidas.
EQUIPO: - Prototipo microcontrolado de corrientes inducidas.
- Cuerpos de Prueba: Cobre, Aluminio, Zinc, Bronce y Plomo.
- Bobina: Diámetro 5 mm, bobina de superficie.
AJUSTES: - Frecuencia: 72,26 KHz.
- Calibración: 0% al aire y 100% al cobre.
En la Figura 4.1, se presentan los cinco cuerpos de prueba que se utilizó para la
determinación de la conductividad eléctrica por corrientes inducidas los cuales
son cobre, aluminio, zinc, bronce y plomo.
69
Figura 4.1 Cuerpos de prueba para conductividad
Los valores de la conductividad eléctrica presentados en el display LCD del
prototipo microcontrolado de corrientes inducidas en porcentaje I.A.C.S de los
cinco metales, como también de la frecuencia de operación se muestran en la
Figura 4.2.
Frecuencia de operación
Cobre Aluminio
Zinc Bronce
Plomo
Figura 4.2 Valores de conductividad mostrados en el display LCD
70
En la Tabla 4.1, se presentan los valores de la conductividad eléctrica tomados
con el prototipo microcontrolado de corrientes inducidas, comparados con los
porcentajes en I.A.C.S (Patrón Internacional de Cobre Recocido) de cinco
metales, cuatro no aleados y el bronce como metal aleado.
CUERPO DE
PRUEBA
UNIDADES
(% I.A.C.S)
PROTOTIPO
MICROCONTROLADO DE
CORRIENTES INDUCIDAS
Cobre 100 100 (%)
Aluminio 61 81,82 (%)
Zinc 29,1 54,55 (%)
Bronce 19 18,18 (%)
Plomo 8,4 12,50 (%)
Tabla 4.1 Valores de conductividad en el prototipo microcontrolado de corrientes
inducidas
En la Figura 4.3, se grafica la curva de la conductividad eléctrica de los cinco
metales, con los valores tomados de la Tabla 4.1, en la cual los valores del eje
X son los del prototipo microcontrolado de corrientes inducidas y los del eje Y se
representan por la conductividad relativa en porcentaje IACS.
Con el gráfico de la Figura 4.3, se comprueba que la curva de conductividad
eléctrica sirve tanto para metales aleados como es el caso del bronce que es una
fundición de cobre mas estaño que cae dentro de la curva, como también para los
no aleados que son los materiales restantes.
71
Figura 4.3 Curva de conductividad de los metales
4.2 DETECCIÓN DE DISCONTINUIDADES
La discontinuidad se define como la carencia o ausencia de material que afecta el
rendimiento de un elemento, mientras que un defecto es una discontinuidad no
aceptada por la norma además que afecta el rendimiento de un material en mayor
cantidad. De esto se deduce que un defecto siempre es una discontinuidad pero
no siempre una discontinuidad es un defecto.
Cuando a una bobina alimentada por corriente alterna se la hace pasar por un
metal que tiene defectos, las líneas de las corrientes inducidas en el material
sufren perturbaciones y esto conlleva a que el flujo magnético se altere y exista un
cambio en la impedancia del circuito puente, que se va a ver representado en un
cambio en el porcentaje de la lectura en el prototipo microcontrolado de corrientes
inducidas.
8,419
29,1
61
100
12,5 18,18 54,55 81,82 100CO
ND
UC
TIV
IDA
D (
% I.
A.C
.S)
PROTOTIPO MICROCONTROLADO DE CORRIENTES INDUCIDAS (%)
CURVA DE CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA
72
4.2.1 PRUEBA DE DETECCIÓN DE DISCONTINUIDADES
OBJETIVO: Comprobar la existencia de fisuras en un metal no ferromagnético.
MÉTODO: Se determina la existencia de una discontinuidad a diferentes
profundidades por medio de la bobina en el aluminio.
EQUIPO: - Prototipo microcontrolado de corrientes inducidas.
- Cuerpo de Prueba: Aluminio.
- Bobina: Diámetro 5 mm, bobina de superficie.
AJUSTES: - Frecuencia: 76,87 KHz.
- Calibración: 0% al aire y 100% al aluminio.
La prueba de discontinuidades se la ejecuta con un bloque de aluminio con
ranuras de 1, 2 y 3 mm de profundidad como se presenta en la Figura 4.4. El
prototipo microcontrolado de corrientes inducidas se ajusta a una frecuencia de
76,87 KHz y se calibra 0 % al aire y 100% al bloque de aluminio, se realiza una
exploración sobre la superficie con la bobina generando corrientes inducidas en el
material que se van a ver representadas en el display LCD como 100% mientras
no se haga pasar la bobina por las ranuras.
Figura 4.4 Bloque de aluminio con ranuras
A medida que la profundidad de la ranura es más grande los datos mostrados en
el display LCD del prototipo microcontrolado de corrientes inducidas van
73
disminuyendo, ya que las corrientes inducidas generadas se ven perturbadas por
los defectos existentes en el bloque de aluminio.
La frecuencia de operación y las lecturas en porcentaje de las ranuras del bloque
de aluminio a diferentes profundidades presentadas en el display LCD se indican
en la Figura 4.5.
Frecuencia de operación
0 mm 1 mm
2 mm 3 mm
Figura 4.5 Valores de discontinuidades en función de la profundidad
CUERPO DE
PRUEBA
PROFUNDIDAD DE
FISURAS
PROTOTIPO
MICROCONTROLADO DE
CORRIENTES INDUCIDAS
Aluminio
0 mm 100 (%)
1 mm 91,67 (%)
2 mm 83,33 (%)
3 mm 75,00 (%)
Tabla 4.2 Valores de Discontinuidades en el prototipo microcontrolado de corrientes
inducidas
74
Los valores de discontinuidades en cada ranura en función de la profundidad se
muestran en la Tabla 4.2.
En la Figura 4.6, se grafican los valores de lectura del prototipo microcontrolado
de corrientes inducidas como función de la profundidad de la ranura en el bloque
de aluminio.
Figura 4.6 Curva de profundidad de fisuras
4.3 MEDICIÓN DE ESPESORES DE RECUBRIMIENTOS NO
CONDUCTORES
Una amplia variedad de recubrimientos no conductores son utilizados para
protección contra la corrosión, como pinturas, plásticos, etc.
100
91,67
83,3375
0 1 2 3PR
OTO
TIP
O M
ICR
OC
ON
TRO
LAD
O
DE
CO
RR
IEN
TES
IND
UC
IDA
S (%
)
PROFUNDIDAD DE DISCONTINUIDADES (mm)
CURVA DE PROFUNDIDAD DE FISURAS
75
La técnica de inspección por corrientes inducidas se utiliza con alto grado de
exactitud para el control del espesor del recubrimiento no conductor, o pérdidas
del mismo durante el servicio.
La determinación del espesor de las capas no conductoras es una medida relativa
del acoplamiento magnético entre la bobina y el material conductor. En otros
términos, el espesor del material no conductor es la medida del lift-off, o espacio
entre la bobina y el material conductor.
Para la medida de los recubrimientos no conductores, por medio de las técnicas
de corrientes inducidas, se exigen tres condiciones:
1. El recubrimiento no conductor debe estar en íntimo contacto con el
material conductor.
2. El espesor del recubrimiento debe ser menor que el margen efectivo de la
variación del campo magnético generado por la bobina.
3. El espesor del material base debe ser al menos tres veces la profundidad
de penetración a la frecuencia empleada.
4.3.1 PRUEBA DE ESPESORES DE RECUBRIMIENTOS NO CONDUCTIVOS
OBJETIVO: Medición del espesor de recubrimiento.
MÉTODO: Colocar láminas de acetato como recubrimiento no conductivo sobre
un metal no ferromagnético.
EQUIPO: - Prototipo microcontrolado de corrientes inducidas.
- Cuerpos de Prueba: Aluminio y láminas de acetato.
- Bobina: Diámetro 5 mm, bobina de superficie.
AJUSTES: - Frecuencia: 400 KHz.
- Calibración: 0% al aire y 100% al aluminio.
76
Para realizar las lecturas en el prototipo microcontrolado de corrientes inducidas
de espesores de recubrimiento no conductivo, primero se ajusta a la frecuencia de
400 KHz que se tiene valores en los que se aprecia cada lámina de acetato que
se coloque en el material, también se calibra al 100% en el bloque sin
recubrimiento y a medida que se van colocando las láminas de acetato se verán
los cambios en el display LCD del prototipo microcontrolado de corrientes
inducidas.
La frecuencia de operación y los datos que se obtuvo en porcentaje en el display
LCD en función del número de láminas de acetato que se colocó sobre el bloque
de aluminio se indican en la Figura 4.7
Frecuencia de operación
En contacto con la nuestra 1 lámina de acetato
2 láminas de acetato 3 láminas de acetato
4 láminas de acetato 5 láminas de acetato
Figura 4.7 Espesores de recubrimiento en función del número de láminas de acetato
77
En la Tabla 4.3 se muestran las lecturas para 5 láminas de acetato.
CUERPO DE
PRUEBA
NÚMERO DE
LÁMINAS DE
ACETATO
ESPESOR DE
RECUBRIMIENTO
PROTOTIPO
MICROCONTROLADO
DE CORRIENTES
INDUCIDAS
Aluminio
0 0 mm 100 (%)
1 0,11 mm 94,83 (%)
2 0,22 mm 84,48 (%)
3 0,33 mm 74,14 (%)
4 0,44 mm 63,79 (%)
5 0,55 mm 53,45 (%)
Tabla 4.3 Valores del espesor de recubrimiento no conductivo sobre el aluminio
Los patrones para medida de recubrimientos no conductores suelen ser láminas
de papel o plástico y deben tener espesores conocidos y uniformes.
Figura 4.8 Curva de espesores de recubrimientos no conductivos sobre el aluminio
100
84,48
63,79
53,45
0 0,11 0,22 0,33 0,44 0,55PR
OTO
TIP
O M
ICR
OC
ON
TRO
LAD
O
DE
CO
RR
IEN
TES
IND
UC
IDA
S (%
)
ESPESOR DE RECUBRIMIENTOS (mm)
CURVA DE ESPESORES DE RECUBRIMIENTO
78
En la Figura 4.8 se tiene la curva de espesores de recubrimientos no conductivos
de la lectura del equipo en función de grosor del número de láminas de acetato.
Una de las prácticas más utilizada es la medida de capas de pintura sobre
estructuras de aleaciones de aluminio en las aeronaves. Se controla el espesor de
pintura para garantizar una buena protección a la corrosión, sin que tenga un
espesor excesivo y recubrimiento quebradizo.
4.4 COMPROBACIÓN DEL EFECTO DE SEPARACIÓN (LIFT-OFF)
Cuando la bobina es separada de la superficie de la muestra existe una
disminución del coeficiente de acoplamiento. Parte del campo magnético
originado por la bobina no llega a la muestra. Si la separación es tal que ninguna
parte del campo magnético afecta al material de la muestra, la reactancia
inductiva tendrá un valor máximo (bobina en vacío).
Cuando vamos aproximando la bobina a la muestra van aumentando las líneas de
flujo, que a su vez crean un campo magnético más intenso, que se opone al
campo de la bobina reduciendo su valor, y a su vez disminuyendo la inductancia
de la bobina y la reactancia inductiva. Esta reducción es máxima cuando la bobina
está en contacto con la muestra.
4.4.1 PRUEBA DEL EFECTO DE SEPARACIÓN
OBJETIVO: Establecer el efecto de separación bobina-objeto.
MÉTODO: Se procede a tomar valores a diferentes distancias entre la bobina y
el material, en este caso el aluminio.
EQUIPO: - Prototipo microcontrolado de corrientes inducidas.
- Cuerpos de Prueba: Aluminio.
- Bobina: Diámetro 5 mm, bobina de superficie.
79
AJUSTES: - Frecuencia: 250,41 KHz.
- Calibración: 0% al aire y 100% al aluminio.
Los porcentajes que se obtuvo en el display LCD en la prueba de lift-off a una
frecuencia de operación de 250,41 KHz dependiendo de la separación de la
bobina con respecto al objeto de prueba se indican en la Figura 4.9.
Frecuencia de operación
0 mm (en contacto) 1 mm (Bobina-Objeto)
2 mm (en contacto) 3 mm (Bobina-Objeto)
4 mm (en contacto) 1 cm (Bobina-Objeto)
Figura 4.9 Valores del LCD dependiendo de la distancia (Bobina-Objeto)
En la Tabla 4.4 se tiene las lecturas del prototipo microcontrolado de corrientes
inducidas a distintas distancias de separación entre la bobina y el objeto a
inspeccionar.
80
CUERPO DE
PRUEBA
DISTANCIA
BOBINA-OBJETO
PROTOTIPO
MICROCONTROLADO DE
CORRIENTES INDUCIDAS
Aluminio
0 mm (contacto) 100 (%)
1 mm 31,65 (%)
2 mm 15,19 (%)
3 mm 7,59 (%)
4 mm 2,53 (%)
1 cm 1,27 (%)
30 cm (vacío) 0 (%)
Tabla 4.4 Valores a diferentes distancias de la muestra
Al colocar la bobina en contacto con el material se generan las corrientes
inducidas con mayor intensidad, estas van disminuyendo a medida que se va
alejando la bobina de la muestra, estos cambios afectan a la impedancia de la
bobina, apreciándose la variación en el display LCD.
Figura 4.10 Curva de lift-off en el bloque de aluminio
100
31,65
15,19
1,270 1 2 10P
RO
TOTI
PO
MIC
RO
CO
NTR
OLA
DO
D
E C
OR
RIE
NTE
S IN
DU
CID
AS
(%)
DISTANCIA BOBINA-OBJETO (mm)
CURVA DE LIFT-OFF
81
La curva del efecto de separación (lift-off) de la lectura del prototipo
microcontrolado de corrientes inducidas en función de la separación bobina-objeto
en milímetros, se indica en la Figura 4.10.
82
CAPÍTULO 5
ANÁLISIS DE RESULTADOS
5.1 MEDICIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA
Para la medición de conductividad eléctrica se utilizó metales no ferromagnéticos
tales como: cobre, aluminio, zinc, bronce y plomo, de pureza alrededor del 99%,
teniendo como referencia al cobre con una conductividad alta del 100 %I.A.C.S y
al plomo con una conductividad baja del 8,4 %I.A.C.S.
Se realizó varias lecturas en el prototipo microcontrolado de corrientes inducidas a
diferentes frecuencias, de las cuales se concluye que a 72,26 KHz se obtuvo
valores de conductividad eléctrica semejantes a los establecidos por el “Patrón
Internacional de Cobre Recocido” (%I.A.C.S), los cuales se muestran en la
Tabla 4.1.
Con los valores de la Tabla 4.1, se gráfica la curva de conductividad colocando en
el eje de las abscisas las lecturas del prototipo microcontrolado de corrientes
inducidas y en el eje de las ordenadas los valores en porcentaje (I.A.C.S) como se
muestra en la Figura 4.3, teniendo como resultado una curva semejante a la de
otros equipos de corrientes inducidas, con la cual a partir de esta gráfica se puede
determinar conductividades de cualquier otro metal puro no ferromagnético.
5.2 DETECCIÓN DE DISCONTINUIDADES
El material para la detección de discontinuidades es un bloque de aluminio que
presenta tres ranuras de 1, 2 y 3 mm de profundidad y un ancho de la ranura de
aproximadamente 0,2 mm como se muestra en la Figura 4.4.
En la Tabla 4.2 se tiene las lecturas del prototipo microcontrolado de corrientes
inducidas para las discontinuidades observándose que inicialmente el valor es de
83
un 100 % cuando la bobina está en una superficie en la que no existe una ranura,
a medida que la sonda va pasando por cada ranura los valores van disminuyendo
conforme la ranura tiene una mayor profundidad.
La curva realizada con los diferentes valores de discontinuidades inicia con un
valor de 100 % y va decreciendo conforme aumenta la profundidad de la ranura
en el bloque de aluminio, como se observa en la Figura 4.6, a partir de la gráfica
se puede saber la medida de la profundidad de la ranura si se conoce la lectura
del equipo ya que se sigue con la tendencia de la curva o también, si se conoce le
dimensión de la ranura se puede saber el valor que va a indicar el prototipo
microcontrolado de corrientes inducidas, siempre y cuando se mantenga la misma
frecuencia y el ambiente donde se realice las pruebas.
5.3 MEDICIÓN DE ESPESORES DE RECUBRIMIENTOS NO
CONDUCTORES
Para la medición de espesores de recubrimientos se utilizó láminas de acetato de
0,11 mm, como no conductores sobre un metal no magnético como el aluminio
puro, teniendo como resultado las lecturas que se indican en la Tabla 4.3, en el
prototipo microcontrolado de corrientes inducidas, observándose que a medida
que se va colocando una a una las láminas, los valores indicados en el display
van disminuyendo. Esta es una prueba del efecto de vaciado que se produce
cuando la bobina se va alejando del material conductivo, desbalanceando el
circuito puente con el cambio de impedancia de la sonda.
Al existir un recubrimiento no conductivo que separa la bobina de la pieza
conductiva, se genera un efecto de vaciado que es proporcional al espesor del
recubrimiento no conductivo que se interpone entre la pieza y la bobina de
prueba, sin importar el tipo de recubrimiento no conductivo que sea papel,
plástico, etc.
84
Con los datos de la Tabla 4.3, se realiza una curva de espesores de recubrimiento
no conductivo versus las lecturas del equipo como se puede ver en la Figura 4.8,
donde la curva es descendente ya que los valores se vuelven cada vez más
pequeños a medida que se aumenta el número de láminas, esto se debe a la
inducción que disminuye conforme la bobina se aleja de la pieza, por lo cual se
dice, el prototipo microcontrolado de corrientes inducidas está en la capacidad de
medir cualquier clase de recubrimientos no conductivo sobre metales no
ferromagnéticos pero conductores distintamente del tipo de recubrimiento.
Para poder apreciar los valores en función del número de láminas hay que tener
en cuenta la frecuencia de operación en la cual sea muy sensible el equipo para
poder obtener valores aceptables.
5.4 COMPROBACIÓN DEL EFECTO DE SEPARACIÓN (LIFT-OFF)
El efecto de separación es cuando se aleja la bobina de la muestra lo que hace
que el campo magnético que es mayor en contacto con la muestra vaya
disminuyendo a medida que se aleja la sonda del cuerpo de prueba, estos
cambios en los valores son registrados en el display LCD del prototipo
microcontrolado de corrientes inducidas, indicados en la Tabla 4.4, como se
puede apreciar las variaciones de la impedancia son más sensibles a una
distancia de la muestra de 1 cm o menos ya que el campo magnético se induce
con mayor intensidad. La bobina al estar alejada del material, es decir al aire
(vacío) no se produce inducción lo que da como resultado un valor de cero en el
prototipo microcontrolado de corrientes inducidas, es decir la impedancia no ha
cambiado y en consecuencia el circuito puente no ha sufrido un desequilibrio.
Este fenómeno es el mismo al de tener un recubrimiento no conductor sobre el
metal ya que en los dos casos es el mismo principio, las líneas de flujo se van
perdiendo a medida que se aleja la bobina del material de prueba.
85
En la Figura 4.10, se tiene la curva de lectura del equipo en función de la distancia
empezando desde un valor de 100 % en contacto con el material decreciendo
hasta 0 %, (vacío) esto sucede cuando la bobina se ha alejado una distancia en la
cual el equipo ya no registra ninguna inducción sobre el material.
5.5 COMPARACIÓN DE COSTOS DEL EQUIPO IMPLEMENTADO
DE CORRIENTES INDUCIDAS RESPECTO A EQUIPOS
EXISTENTES EN EL MERCADO
Al realizar la comparación de costos de equipos de Corrientes de Eddy existentes
en el mercado con respecto al prototipo realizado en éste proyecto de titulación,
se debe destacar el gran ahorro económico que representa el diseño y
construcción el presente prototipo microcontrolado de corrientes inducidas, en
relación a la compra de otro equipo similar en el mercado, debido a que el diseño
de éste prototipo estuvo encaminado específicamente a la enseñanza de los
principios de corrientes inducidas en el laboratorio de ensayos no destructivos, lo
que permite al estudiante un buen aprendizaje de los fundamentos de ensayos no
destructivos mediante Corrientes de Eddy, sin necesidad de usar un equipo
avanzado de nivel industrial.
5.5.1 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL PROTOTIPO
MICROCONTROLADO DE CORRIENTES INDUCIDAS IMPLEMENTADO EN
ÉSTE PROYECTO DE TITULACIÓN
En el mercado existe una variedad de equipos de inspección por Corrientes de
Eddy, los cuales son usados en la industria para un análisis exhaustivo de
materiales dentro del control de calidad para la construcción de productos
derivados de dichos materiales, sin embargo en muchas ocasiones el adquirir
dichos equipos para una práctica de laboratorio de ensayos no destructivos con la
finalidad de entender el fundamento principal de estos ensayos, no es justificable.
86
Por lo expuesto anteriormente, fue necesario la implementación de un equipo
basado en el principio de inspección por corrientes de Eddy, el mismo que es de
gran utilidad para el aprendizaje de este método de inspección en los ensayos no
destructivos. A continuación se muestran las principales características y
aplicaciones de éste instrumento:
· Modo de presentación de resultados en valores normales en un display
LCD.
· Modo de presentación de resultados en porcentajes en un display LCD.
· Variación de parámetros en tiempo real.
· Tres tipos de rangos de frecuencias disponibles.
· Incremento y decremento de frecuencias dentro de un rango específico.
· Fácil portabilidad de un lugar a otro.
· Liviano.
· Capacidad de almacenamiento de datos en la memoria de los
microcontroladores.
· Facilidad de sustitución de circuitos integrados del equipo por cuestión de
fallas o daños.
· Optimo desempeño en prácticas de Ensayos no Destructivos.
· Manejo fácil y amigable.
· Instructivo de mantenimiento
APLICACIONES
Las siguientes aplicaciones están encaminadas al ensayo no destructivo en
materiales ferromagnéticos y no ferromagnéticos:
· Variaciones de conductividad y caracterización de materiales.
· Profundidad de fisuras abiertas a la superficie.
· Profundidad de discontinuidades bajo la superficie.
· Variación de forma.
· Espesor de pared en láminas y tubos.
87
5.5.2 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL INSTRUMENTO DE
CORRIENTES DE EDDY PHASEC 2S
El instrumento de Corrientes de Eddy Phasec 2s fue diseñado para detectar fallas
en metales ferrosos y no ferrosos, y es conveniente para casi todas las
aplicaciones de Corrientes de Eddy, a continuación se muestran las principales
características del instrumento y sus aplicaciones:
· Paginación inmediata del menú: con solo presionar en el botón de menú se
activa de forma instantánea el menú o a la pantalla de operación.
· Ajuste fino de la frecuencia
· Modo de conductividad y espesor de recubrimiento
· Ajustes guardados de fábrica para aplicaciones comunes
· Modo de sensor giratorio compatible con la mayoría de los dispositivos de
otros fabricantes
APLICACIONES
· Detección de grietas abiertas a la superficie en metales
· Inspección a través de recubrimientos no ferrosos como pintura.
· Detección de grietas en metales no ferrosos.
· Medición de la conductividad eléctrica para identificar materiales no
ferrosos.
5.5.3 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL INSTRUMENTO DE
CORRIENTES DE EDDY PHASEC 3d.
Éste instrumento de Corrientes de Eddy asegura al usuario un buen rendimiento
en el modo de giratorio y de conductividad con una amplia selección de filtros y
modos de potencial.
88
A continuación se presentan las principales características y aplicaciones para
dicho instrumento:
· Paginación inmediata del menú.
· Ajuste de la frecuencia
· Modo de conductividad y espesor de recubrimiento
· Ajustes guardados de fábrica para aplicaciones comunes
· Modo de sensor giratorio compatible con la mayoría de los dispositivos de
otros fabricantes
· Rango de frecuencia de prueba de 10Hz – 10MHz
· La operación con doble frecuencia puede minimizar el impacto
APLICACIONES
· Detección de grietas abiertas a la superficie en metales
· Inspección a través de recubrimientos no ferrosos como pintura
· Detección de grietas en metales no ferrosos
· Medición de la conductividad eléctrica para identificar materiales no
ferrosos.
5.5.4 COMPARACIÓN DE COSTOS
A continuación se presenta la tabla de costos del instrumento microcontrolado de
corrientes inducidas diseñado e implementado en el presente proyecto de
titulación, así como también las tablas de costos de dos equipos de Corrientes de
Eddy de venta en el mercado.
89
DETALLE DEL COSTO DEL PROTOTIPO MICROCONTROLADO DE CORRIENTES
INDUCIDAS DISEÑADO E IMPLEMENTADO
COSTOS CANTIDAD VALORES EN
DÓLARES
Materiales electrónicos activos y pasivos 102 elementos en
total 54,00
Placa del circuito impreso 2 67,72
Sonda o bobina de prueba 1 300,00
Total $ 421,72
Tabla 5.1: Costos del prototipo microcontrolado de Corrientes Inducidas Diseñado
Nota: la bobina de prueba que se utilizó fue adquirida hace 25 años para el laboratorio de
ensayos no destructivos, el precio en la actualidad es de 300 dólares en SETE (Servicios
Técnicos Especializados – Fredi Miño, Asesor Técnico)
Tabla 5.2: Costos del Equipo de Corrientes de Eddy PHASEC 2S
DETALLE DEL COSTO DEL INSTRUMENTO DE CORRIENTES DE EDDY PHASEC 3D
Costos Cantidad Valores en dólares
Instrumento de Corrientes de Eddy PHASEC
3D 1 $ 18.000,00
Total $ 18.000,00
Tabla 5.3: Costos del Equipo de Corrientes de Eddy PHASEC 3D
DETALLE DEL COSTO DEL INSTRUMENTO DE CORRIENTES DE EDDY PHASEC 2S
Costos Cantidad Valores en
dólares
Instrumento de Corrientes de Eddy PHASEC 2S 1 $ 15.000,00
Total $ 15.000,00
90
Con las tablas de costos de los instrumentos de corrientes inducidas mostrados
anteriormente, se presenta a continuación un cuadro comparativo con respecto al
costo del equipo así como también de acuerdo a las ventajas y desventajas de los
mismos.
TIPO DE INSTRUMENTO
DE CORRIENTES DE
EDDY
VENTAJAS DESVENTAJAS COSTO
Prototipo microcontrolado de
corrientes inducidas
implementado en el presente
proyecto de titulación
Fácil manejo.
Fácil portabilidad de un lugar a
otro.
Liviano.
Fácil su reparación.
Repuestos baratos.
Buen caracterizador de
materiales.
Amplio rango de frecuencias
para realización de pruebas
dentro de los ensayos no
destructivos.
Larga vida útil.
Disminución de precisión en
lugares de mucha
interferencia.
Falta de display gráfico para
visualización de curvas de
impedancia y de lift-off.
BAJO
Instrumento PHASEC 2S
Fácil portabilidad de un lugar a
otro.
Liviano.
Poco sensible a ruidos e
interferencias.
Uso de display gráfico para
visualización de curvas de lift-
off.
Necesidad de entrenamiento
para el manejo de estos
equipos.
Mantenimiento y reparación
del instrumento sólo donde
el fabricante del equipo.
ALTO
Instrumento PHASEC 3D
Fácil portabilidad de un lugar a
otro.
Liviano.
Poco sensible a ruidos e
interferencias.
Uso de display gráfico para
visualización de curvas de lift-
off.
Necesidad de entrenamiento
para el manejo de estos
equipos.
Mantenimiento y reparación
del instrumento sólo donde
el fabricante del equipo.
ALTO
Tabla 5.4: Cuadro Comparativo de Costos, Ventajas y Desventajas de los Instrumentos de
Corrientes de Eddy
91
CAPÍTULO 6
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1 CONCLUSIONES
El presente prototipo microcontrolado de corrientes inducidas implementado, es
de gran utilidad dentro de pruebas a realizarse en el laboratorio de ensayos no
destructivos, tanto para conocer el funcionamiento en base a la teoría de
corrientes inducidas como para el respectivo análisis de calidad en materiales
ferromagnéticos y no ferromagnéticos.
Podemos concluir que el diseño del prototipo microcontrolado de corrientes
inducidas es una base sólida para la futura construcción de un equipo más
sofisticado de corrientes inducidas, únicamente utilizando nuevas tecnologías en
cuanto a microcontroladores, displays, etc. Cabe recalcar que también su costo
sería mayor que el valor del presente prototipo.
El manejo del prototipo es muy sencillo, lo cual ayuda al estudiante a entender
con mucha facilidad los fundamentos del método de corrientes inducidas dentro
de los ensayos no destructivos, y realizar sus prácticas de la manera más
satisfactoria posible.
No hubo la necesidad de una gran inversión para la adquisición del prototipo
microcontrolado de corrientes inducidas, como en el caso de los equipos de
Corrientes de Eddy a la venta en el mercado, ya que posee los elementos
necesarios, puntuales y suficientes, aprovechando al máximo los recursos del
equipo.
La bobina o sonda es el elemento más sensible del prototipo microcontrolado de
corrientes inducidas, debido a que es propensa a la percepción de interferencias y
ruido del medio externo dentro de un rango de frecuencias muy amplio, lo que
92
podría originar en ciertas ocasiones, una toma de lecturas no tan exactas en
cuanto a la variación de parámetros en los materiales.
6.2 RECOMENDACIONES
El prototipo microcontrolado de corrientes inducidas debe ser usado en un
ambiente con poca interferencia respecto al medio externo, ya que la bobina de
prueba capta señales interferentes del medio en un amplio rango de frecuencias.
Es conveniente un ruteo a dos capas o más, dentro de la realización de la placa
del circuito impreso para la implementación del prototipo microcontrolado de
corrientes inducidas, con el propósito de reducción de dimensiones del mismo,
además de hacer uso de antisolder para poder evitar la presencia de
interferencias en las pistas de la placa, provenientes del medio externo o debido a
los puntos de suelda de los elementos que pertenecen a la misma.
Se recomienda usar un tipo de cable trenzado y blindado para la conexión de la
sonda con la placa del circuito impreso del prototipo microcontrolado de corrientes
inducidas, con el propósito de evitar la introducción de interferencias del medio
con respecto a la sonda y por ende a la placa de circuito impreso.
El presente proyecto de titulación se podría utilizar como un tema a fin para la
implementación de un prototipo en el que se pueda observar en un display LCD
gráfico o en un monitor de un computador la representación de la impedancia de
la bobina como también, una gráfica a escala de la conductividad eléctrica.
Para la utilización del prototipo microcontrolado de corrientes inducidas, se
recomienda que el espesor del material base debe ser al menos tres veces la
profundidad de penetración a la frecuencia de empleada.
Para obtener buenas lecturas en el display LCD, se sugiere que la bobina de
prueba éste en íntimo contacto con el material en estudio.
93
INSTRUCTIVO DE MANTENIMIENTO
Pasos para el uso adecuado del Prototipo Microcontrolado de
Corrientes Inducidas
1. Enchufar el cable de poder a la toma de la red eléctrica (120V).
2. Conectar la bobina de prueba al conector BNC.
3. Encender el equipo.
4. En caso de no encenderse ninguno de los display LCD verificar el estado
del fusible.
5. Presionar el reset ubicado en el extremo del prototipo en el caso que
alguno de los display LCD indique caracteres incoherentes.
6. En el caso de no existir variación en el display LCD al colocar la bobina
sobre el material de prueba, revisar la conexión del cable de la bobina
internamente a la placa del prototipo.
7. Cuando no se observe cambios en el display LCD que indica las
variaciones de los parámetros, cambiar el integrado generador de
funciones (XR-2206), teniendo en cuenta la posición al momento de retirar
del sócalo.
94
8. Si existe algún problema no especificado anteriormente, revisar los
integrados conversor digital análogo (DAC0808), y el amplificador
operacional (LF353), y en último caso chequear los microcontroladores.
9. Seleccionar el rango de frecuencias de acuerdo al parámetro a medir.
10. Pulsar la tecla selectora 0 % referencia (bobina de prueba al aire).
11. Pulsar la tecla selectora 100 % referencia (bobina de prueba sobre el
material en inspección).
95
TERMINOLOGÍA
Acoplador de Impedancia Elemento indispensables para conseguir la máxima
transferencia de potencia entre circuitos.
Altium Designer Herramienta utilizada a escala industrial para realizar la
implementación de sistemas electrónicos.
Amplificador Operacional Circuito electrónico que tiene dos entradas y una
salida. La salida es la diferencia de las dos entradas
multiplicada por un factor (G) (ganancia).
Bobina Componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido
al fenómeno de la autoinducción, almacena energía en
forma de campo magnético.
Campo Magnético Espacio en que actúan fuerzas magnéticas, suelen
representarse mediante "líneas de campo magnético" o
"líneas de fuerza”.
Compilador Programa encargado de tomar un texto (código fuente)
escrito en un lenguaje de alto nivel y traducirlo a un
lenguaje comprensible por las computadoras (código
objeto).
Conductividad Eléctrica Propiedad que tienen los metales para dar paso, con
mayor o menor resistencia al flujo de corriente, se
representa con la letra σ (sigma), y su unidad es S/m
(Siemens por metro).
Conversor Digital Análogo Dispositivo para convertir datos digitales en señales de
corriente o de tensión analógica.
96
Corriente Alterna Circula durante un tiempo en un sentido y después en
sentido opuesto, volviéndose a repetir el mismo
proceso en forma constante.
Corriente Continua No cambia su magnitud ni su dirección en el tiempo.
Corrientes Eddy Corrientes generadas a través de inducción
electromagnética, cuando una corriente alterna es
aplicada a un conductor.
Display de Cristal Líquido Pantalla delgada y plana formada por píxeles, utilizada
para mostrar mensajes.
Diodo Dispositivo de dos terminales que permite el paso de la
corriente en una sola dirección.
Ferromagnético Propiedad que tienen algunas sustancias para
presentar grandes intensidades de imanación .
Flujo Magnético Número total de líneas de fuerza creadas por un campo
magnético. Se representa con la letra griega Φ (phi), y
tiene como unidad el Weber (W).
Frecuencia Magnitud que mide el número de repeticiones por
unidad de tiempo, y se mide en hercios (Hz).
Generador de Funciones Circuito integrado capaz de generar señales variables
en el dominio del tiempo para ser aplicadas
posteriormente sobre el circuito bajo prueba.
Impedancia Oposición al paso de la corriente eléctrica alterna.
97
IACS Patrón Internacional de Cobre Recocido, expresada en
porcentaje.
Ley de Ohm Relaciona el valor de la resistencia de un conductor con
la intensidad de corriente que lo atraviesa y con la
diferencia de potencial entre sus extremos.
Lift-Off Distancia entre la bobina y la superficie del material de
prueba.
Microcontrolador Dispositivo electrónico capaz de llevar a cabo procesos
lógicos. Estos procesos son programados en lenguaje
y son introducidos en este a través de un programador.
Onda Cuadrada Alterna su valor entre dos extremos sin pasar por los
valores intermedios.
Oscilador Un oscilador electrónico es un circuito electrónico que
produce una señal electrónica repetitiva, a menudo una
onda senoidal o una onda cuadrada.
Permeabilidad Magnética Capacidad de un material de concentrar líneas
magnéticas.
Progisp167 Grabador con comunicación USB, el cual se conecta
directamente a los pines de programación del
microcontrolador, sin ninguna circuitería adicional.
Proteus Herramienta para realizar el diseño de circuitos
electrónicos.
Puente de Wheatstone Constituido por tres resistencias y una bobina, utilizado
para calcular el valor de impedancia de uno de ellos.
98
Reactancia Inductiva Oposición al cambio de circulación de la corriente
alterna.
Rectificador a Diodos Convierte la tensión alterna que sale del transformador
en tensión continua pulsante.
Regulador de Voltaje Dispositivo que mantiene a la salida una tensión
constante.
Señal Diente de Sierra Comienza en cero y aumenta linealmente a su valor
máximo. Luego, instantáneamente desciende a cero, y
nuevamente aumenta hasta su valor máximo.
Transistor Dispositivo electrónico semiconductor que cumple
funciones de amplificador, oscilador, conmutador o
rectificador.
99
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Libros
· GÓMEZ DE LEÓN, Eduardo, “Corrientes Inducidas Nivel II END”, Editorial
Fundación Confemetal.
· CASTILLO, Augusto, NOROÑA, Diego, “Estudio de la Optimización de los
equipos construidos en el laboratorio de Ensayos no Destructivos y su
proyección a futuro”, diciembre 2006.
· CALDERÖN, Antonio, “Apuntes en Clase de Circuitos Electrónicos”.
· AVILÉS, Enrique, “Diseño y construcción de un equipo para ensayos no
destructivos por Corriente Inducidas”, Tesis Quito 1987.
· VALENCIA, Ramiro, “Aplicaciones electrónicas con microcontroladores
AVR”, diciembre 2008.
· ECHEVARRIA, Ricardo, “Laboratorio de E.N.D de la Universidad Nacional
del Comahue”, 2001.
· CEVALLOS, Mario, “Teoría Electromagnética” Escuela Politécnica
Nacional, 2003.
· COLLAGUAZO, Gerardo, “Sistemas basados en microprocesadores”, UTN,
2008.
· MCS Electronics, “BASCOM-AVR user manual”, 2009.
· KELB, Wilhelm, “Eddy Current Course”, Institute for Nuclear Engineering
and Nondestructive Testing, Quito 1989.
100
· The American Society for Nondestructive Testing, Inc., “Electromagnetic
Testing Classroom Training Book”, december 2006.
· ALMEIDA, Francisco, CABRERA, Alberto, “Método de Inspección para la
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Direcciones electrónicas
· http://www.epn.edu.ec/Departamentos/Materiales/Laboratorios/LabEnsayos
nodestructivos.htm
· http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2466.pdf.
· http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/nationalsemiconductor/DS0056
87.PDF
· http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/nationalsemiconductor/DS0056
49.PDF
· http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/motorola/2N3055.pdf
· http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/exar/XR2206v103.pdf
· http://www.thermoequipos.com.ve/pdf/articulo_06.pdf
· http://www.powerpointsgratis.net/ciencia-e-ingenieria-de-los-materiales/2/
· http://www.etitudela.com/Electrotecnia/downloads/magnetimo.pdf
· http://www.imt.mx/archivos/Publicaciones/PublicacionTecnica/pt231.pdf
101
ANEXO A MICROCONTROLADOR
ATMEGA16
102
103
104
105
106
ANEXO B CONVERSOR DIGITAL ANÁLOGO
(DAC0808)
107
108
109
110
ANEXO C REGULADORES DE VOLTAJE
7805-7812-7905
111
112
113
114
115
ANEXO D GENERADOR DE FUNCIONES
XR-2206
116
117
118
119
120
ANEXO E AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LF353
121
122
123
ANEXO F TRANSISTOR DE POTENCIA
2N3055
124
125
