ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL - Repositorio...

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

ii

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:

7

· 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.

11

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


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



baja frecuencia



baja frecuencia


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



baja frecuencia



baja frecuencia


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.


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.


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


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


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


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


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


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.


- Cuerpo de Prueba: Aluminio.



- 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.


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


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.


- Cuerpos de Prueba: Aluminio y láminas de acetato.


AJUSTES: - Frecuencia: 400 KHz.


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


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.


- Cuerpos de Prueba: Aluminio.


79



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.


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


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


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


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

detección de fisuras, corrosión y conductividad eléctrica mediante

corrientes inducidas ”, Tesis Quito 2003

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

106

ANEXO B CONVERSOR DIGITAL ANÁLOGO

(DAC0808)

110

ANEXO C REGULADORES DE VOLTAJE

7805-7812-7905

115

ANEXO D GENERADOR DE FUNCIONES

XR-2206

120

ANEXO E AMPLIFICADOR OPERACIONAL

LF353

123

ANEXO F TRANSISTOR DE POTENCIA

2N3055

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