una pieza hueca, (D) debe ser reemplazada por un diámetro efectivo (Def),
calculado utilizando:
Def = [(At – Ah)/π]1/2
Donde: At = Área de la sección transversal total de la pieza
Ah = Área de la sección transversal de la porción hueca de la pieza
Para una pieza cilíndrica, esto es equivalente a:
Def = [(DE)2 – (DI) 2]1/2
Donde: DE = Diámetro exterior del cilindro DI = Diámetro interior del cilindro
Recordemos que la fuerza del campo magnético es la mayor en la pared interna de la bobina, siendo nulo en el centro. Además, la longitud efectiva de un campo magnético longitudinal es de 6 a 9 pulgadas, hacia ambos lados de la bobina, por lo que cualquier pieza cuya longitud sea mayor de 18 pulgadas necesitará 2 o más magnetizaciones. Cuando se utilizan estas fórmulas, se obtienen valores en amperios-vueltas (NI), por lo que, para determinar la corriente necesaria para obtener una magnetización longitudinal adecuada, éste valor debe dividirse entre el número de vueltas que tiene la bobina. La mayoría de las bobinas prefabricadas cuentan con 3 a 5 vueltas.
Ejemplo No. 1:
Determinar la corriente de magnetización y el número de magnetizaciones necesarias para magnetizar longitudinalmente (y al 100%) la pieza de la figura No. 45.
1”
3”
8”
Partículas Magnéticas Nivel I y II
Para este ejemplo se considera que se tiene una condición con alto factor de llenado. Primero, se obtiene el valor de la relación L/D:
L/D = 8/1 = 8
Como se tiene un alto factor de llenado, entonces se utilizará la fórmula:
NI = 35,000 (±10%) (L/D) + 2 NI = 35,000 NI = = 3,500 (8) + 2 35,000 10 NI = 3,500 amperios-vueltas
Si consideramos que la bobina tiene 5 vueltas, entonces la corriente de magnetización es de:
I = Amperios-vueltas/N = 3,500/5 = 700 amperios
Respuesta: La corriente de magnetización es de 700 amperios y sólo se necesita una magnetización, ya que la pieza tiene una longitud menor de 18 pulgadas.
Ejemplo no. 2:
Determinar la corriente de magnetización y el número de magnetizaciones necesarias para magnetizar longitudinalmente (y al 100%) la pieza de la figura No. 46. Para este otro ejemplo se considera que se tiene una condición con bajo factor de llenado y la pieza será colocada cerca de la pared interna de la bobina.
6”φ
24”
Figura No. 46: Pieza inspeccionada
Primero, se obtiene el valor de la relación L/D: L/D = 18/6 = 3
Como se tiene un bajo factor de llenado y la pieza será colocada cerca de la pared interna de la bobina, entonces se utilizará la fórmula:
NI = 45,000 (±10%)
L/D
NI = 45,000 = 15,000 3
NI = 15,000 amperios-vueltas
Si consideramos que la bobina tiene 5 vueltas, entonces la corriente de magnetización es de:
I = Amperios-vueltas/N = 15,000/5 = 3,000 amperios
Respuesta: La corriente de magnetización es de 3,000 amperios y se necesitan dos magnetizaciones ya que la pieza tiene una longitud mayor de 18 pulgadas.
iv. Secuencia de operaciones
En la inspección por partículas magnéticas, la secuencia de operaciones se aplica a la relación entre el tiempo que se toma para la aplicación de las partículas y el establecimiento del campo magnético. El examen puede realizarse por medio de dos técnicas básicas comúnmente empleadas en la industria continua y residual.
1. Magnetización continua. La magnetización continua se emplea en la mayoría de aplicaciones, utilizando partículas secas o húmedas. Es la que debería ser utilizada a menos que sea específicamente prohibida.
z Técnica de magnetización continua seca. A diferencia de una suspensión húmeda,
las partículas secas pierden casi toda su movilidad cuando entran en contacto con la superficie de la pieza. Por ello, es imperativo que la pieza o el área de interés se encuentre bajo la influencia del campo magnético, mientras las partículas se encuentren en el aire y libres, para que sean atraídas hacia las fugas de flujo. Debido a lo anterior, la corriente de magnetización debe empezar a fluir antes de la aplicación de las partículas secas, debe mantenerse hasta después que se ha terminado la aplicación de las partículas y que cualquier exceso de partículas ha sido removido, y hasta realizar una inspección visual.
Partículas Magnéticas Nivel I y II
z Técnica de magnetización continua húmeda. Generalmente se aplica en la
inspección de piezas en equipos estacionarios horizontales. Involucra el baño abundante de la pieza con partículas, que termina antes de cortar la corriente de magnetización. La duración del tiempo de magnetización es típicamente de 0.5 segundos con dos o más disparos.
2. Magnetización residual. La inspección por el método residual no es tan sensible como el método continuo. En esta técnica, el medio de inspección se aplica después que la corriente de magnetización ha sido interrumpida. Se utiliza solamente si la pieza inspeccionada tiene alta retentividad para que el magnetismo residual sea tan fuerte como para atraer y mantener las partículas en los campos de fuga. Tiene gran aplicación en la inspección de tubería o productos tubulares.
v. Determinación del valor de la densidad de flujo
El nivel de la densidad de flujo es crítico en la inspección por partículas magnéticas. Se debe hacer énfasis que, para producir una buena indicación, la fuerza del campo magnético generado debe ser adecuada y su dirección favorable. Además, para que las indicaciones sean consistentes, la fuerza del campo debe ser controlada dentro de límites razonables.
Por todo lo anterior es obviamente importante que al aplicar la prueba por partículas magnéticas el operador conozca cual es la fuerza del campo dentro de la pieza que está siendo inspeccionada.
Los factores que afectan la densidad de flujo magnético generado son el tamaño, la forma, el espesor y el tipo de material, y la técnica de magnetización. Ya que estos factores varían ampliamente, es difícil establecer reglas rígidas para la densidad de flujo para cada configuración.
Hoy en día no existe un método aplicable conocido el cual permita la medición exacta de la densidad de flujo en un punto dado dentro de cualquier pieza magnetizada.
Se encuentran disponibles varios tipos de medidores e indicadores que son herramientas utilizadas para determinar, en forma cuantitativa y cualitativa, la densidad del flujo magnético.
Existen muchos medidores de campo, los cuales miden el campo magnético en el aire, estos medidores casi siempre son usados para medir “H” (la fuerza de magnetización), aunque pueden ser calibrados en Gauss o Teslas, las cuales son unidades de densidad de flujo.
Otros medidores tienen un resorte y un imán permanente pequeño, estos proporcionan el valor relativo de la fuerza del campo cerca de la superficie durante la magnetización.
Algunos otros tienen una bobina de contacto la cual proporciona una medición relativa de la fuerza del campo magnético pero no proporciona la densidad de flujo, estos instrumentos también pueden ser usados para determinar la dirección del flujo. Además, existen instrumentos que cuentan con una sonda que funciona por efecto Hall, ver la figura No. 47, los cuales proporcionan la medición del campo cerca de la superficie y muestran su dirección, pero indican la componente H.
Algunas investigaciones muestran que los instrumentos que operan por Corrientes Eddy pueden ser calibrados para medir la densidad de flujo y para determinar la dirección del campo sin efectos de flujos estáticos externos.
Un documento de uso en la inspección por partículas magnéticas (ASTM E-709) requiere que la fuerza del campo sea de 30 a 60 Gauss, el equivalente de 2.4 a 4.8 KA/m.
Figura No. 47: Instrumento electrónico para medir densidad de flujo
Ha sido desarrollada una variedad de accesorios simples, con el propósito de asegurar que el campo en una pieza particular que está siendo inspeccionada es de magnitud y dirección adecuada.
Estos accesorios son colocados sobre la superficie de la pieza que está siendo magnetizada, funcionan provocando que parte del campo salga de la superficie de la pieza inspeccionada, que pase a través del accesorio externo de prueba y que regrese otra vez a la pieza inspeccionada.
Algunos de estos accesorios son:
z El indicador de campo magnético tipo pastel, z El indicador de campo del Prof. Berthold, y
Partículas Magnéticas Nivel I y II
Estos indicadores consisten de piezas de hierro suave, dentro de las cuales ha sido maquinado o insertado un “defecto artificial” normalmente en forma de ranura. La figura No. 48, 49 y 50 ilustran cada uno de estos tipos de indicadores.
Figura No. 48: Indicador de campo magnético tipo pastel
Figura No. 49: Indicador de campo magnético Berthold
Para usarse, el indicador es colocado sobre la pieza inspeccionada, de tal forma que el defecto artificial esté en la dirección de las discontinuidades que se espera encontrar en la pieza.
La pieza se magnetiza y las partículas son aplicadas normalmente. Si es mostrado el defecto artificial, entonces se considera que la magnetización es adecuada, como se puede observar en la figura No. 51.
El nivel adecuado de sensibilidad para varios tamaños de discontinuidades es alcanzado variando el ancho y profundidad del defecto artificial. Si son usados adecuadamente estos accesorios son muy valiosos.
Dirección del flujo magnético
Partículas magnéticas
Indicador
Figura No. 51: Uso de un indicador de campo magnético
Otra forma práctica para determinar, en forma cualitativa, la densidad de flujo magnético es utilizando discontinuidades conocidas. Esto es, realizando pruebas con piezas similares o idénticas a las piezas que serán inspeccionadas que contengan discontinuidades conocidas.
Partículas Magnéticas Nivel I y II
CAPÍTULO SEIS: MATERIALES DE INSPECCIÓN
VI
Las partículas magnéticas que forman una indicación, también conocidas como “polvo o
medio de inspección”, son tan importantes como el propio equipo de magnetización.
Estas partículas no actúan como una sola unidad, se amontonan cuando son magnetizadas. Sin embargo, un amontonamiento excesivo reduce su capacidad para moverse hacia las fugas de flujo para formar indicaciones.
Algunas partículas se suministran en forma de polvo seco, algunas como una pasta y otras como concentrados.
i. Características de las partículas magnéticas
Las partículas magnéticas son fabricadas de materiales ferromagnéticos, con propiedades físicas y magnéticas que afectan su funcionalidad como medio para formar indicaciones.
1. Propiedades físicas
Las propiedades físicas principales de las partículas magnéticas son el tamaño, forma, densidad y color.
z Tamaño de las partículas magnéticas
Éstas partículas son mucho más pequeñas que las limaduras de hierro, por lo que, cuando están secas parecen polvo. Sus dimensiones varían dentro de un rango, para permitir que las fugas de flujo con diferentes fuerzas puedan atraer las partículas de diferentes masas.
El rango de dimensiones de las partículas comercialmente disponibles es de entre 0.125 a 60 micras (0.000005 a 0.0025 pulgadas). Las partículas muy finas no tienden a moverse como unidades separadas, se aglomeran para formar grandes acumulaciones.
z Forma de las partículas magnéticas
La forma de la partícula es importante. En la actualidad, las partículas magnéticas son una mezcla de formas esféricas y alargadas, unas proporcionan movilidad adecuada y las otras polarización magnética. Juntas se enlazan para formar cadenas o puentes pequeños para los campos de fuga, con lo que se forman las indicaciones visibles.
z Densidad de las partículas magnéticas
Es una propiedad que afecta la movilidad de las partículas. Por ejemplo, los polvos de tipo metálico y óxido son más densos que el agua, por lo que las partículas húmedas, preparadas en agua o aceite, tienden a asentarse cuando no son agitadas.
z Color de las partículas magnéticas
Las partículas son coloreadas para proporcionar un color contrastante con la superficie de la pieza inspeccionada, para resaltar la visibilidad de indicaciones pequeñas. La presentación de las partículas es en diferentes colores, con el objeto de proporcionar un contraste adecuado.
2. Propiedades magnéticas
Las partículas magnéticas deben ser muy sensibles al magnetismo, por lo que deben tener características magnéticas similares a los materiales ferromagnéticos.
Las características de las partículas magnéticas son, esencialmente, una alta permeabilidad y una baja retentividad.
z Alta permeabilidad
La alta permeabilidad de las partículas permite que puedan ser rápidamente magnetizadas, para que sean fácilmente atraídas y retenidas por campos de fuga débiles.
z Baja retentividad
Se requieren partículas de baja retentividad, esto significa que no retendrán prácticamente ningún magnetismo residual, para que no se queden sobre la pieza cuando no son retenidas por un campo de fuga, lo que permite que sean fácilmente removidas de la superficie de la pieza inspeccionada.
ii. Clasificación de las partículas magnéticas
Las partículas magnéticas pueden ser clasificadas en: