Prueba de corrientes de Foucault

La prueba de corrientes de Foucault (también conocida comúnmente como prueba de corrientes de Foucault y ECT ) es uno de los muchos métodos de prueba electromagnética utilizados en pruebas no destructivas (NDT) que hacen uso de la inducción electromagnética para detectar y caracterizar fallas superficiales y subsuperficiales en materiales conductores .

La prueba de corrientes de Foucault (ECT) como técnica de prueba tiene sus raíces en el electromagnetismo . Las corrientes de Foucault fueron observadas por primera vez por François Arago en 1824, pero se le atribuye al físico francés Léon Foucault su descubrimiento en 1855. La ECT comenzó en gran medida como resultado del descubrimiento de la inducción electromagnética por parte del científico inglés Michael Faraday en 1831. Faraday descubrió que cuando hay un camino cerrado a través del cual puede circular la corriente y un campo magnético variable en el tiempo pasa a través de un conductor (o viceversa), una corriente eléctrica fluye a través de este conductor.

En 1879, otro científico nacido en Inglaterra, David Edward Hughes , demostró cómo cambian las propiedades de una bobina cuando se coloca en contacto con metales de diferente conductividad y permeabilidad, lo que se aplicó a pruebas de clasificación metalúrgica. ^[1]

Gran parte del desarrollo de la ECT como técnica de pruebas no destructivas para aplicaciones industriales se llevó a cabo durante la Segunda Guerra Mundial en Alemania . El profesor Friedrich Förster, mientras trabajaba para el Instituto Kaiser-Wilhelm (ahora la Sociedad Kaiser Wilhelm ), adaptó la tecnología de corrientes de Foucault al uso industrial, desarrollando instrumentos para medir la conductividad y clasificar componentes ferrosos mixtos. Después de la guerra, en 1948, Förster fundó una empresa, ahora llamada Foerster Group, donde hizo grandes avances en el desarrollo de instrumentos prácticos de ECT y su comercialización. ^[2]

La prueba de corrientes de Foucault es ahora una técnica de inspección ampliamente utilizada y bien entendida para la detección de fallas, así como para mediciones de espesor y conductividad.

El análisis de Frost & Sullivan sobre el mercado mundial de equipos de END en 2012 estimó que el mercado de equipos de END magnéticos y electromagnéticos ascendía a 220 millones de dólares, lo que incluye la inspección convencional por corrientes de Foucault, por partículas magnéticas , por matriz de corrientes de Foucault y las pruebas de campo remoto . Se prevé que este mercado crezca a una tasa anual compuesta del 7,5% hasta aproximadamente 315 millones de dólares en 2016. ^[2]

En su forma más básica (la sonda ECT de un solo elemento) se excita una bobina de cable conductor con una corriente eléctrica alterna. Esta bobina de cable produce un campo magnético alterno a su alrededor. El campo magnético oscila a la misma frecuencia que la corriente que circula por la bobina. Cuando la bobina se acerca a un material conductor, se inducen en el material corrientes opuestas a las de la bobina (corrientes parásitas). ^[4]

Las variaciones en la conductividad eléctrica y la permeabilidad magnética del objeto de prueba, y la presencia de defectos, provocan un cambio en la corriente de Foucault y un cambio correspondiente en la fase y la amplitud que se puede detectar midiendo los cambios de impedancia en la bobina, que es un signo revelador de la presencia de defectos. ^[5] Esta es la base de la ECT estándar (bobina de panqueque). Los kits de END se pueden utilizar en el proceso de prueba de corrientes de Foucault. ^[6]

La ECT tiene una amplia gama de aplicaciones. Dado que la ECT es de naturaleza eléctrica, está limitada a materiales conductores. También existen límites físicos para la generación de corrientes parásitas y la profundidad de penetración ( profundidad superficial ). ^[7]

Las dos principales aplicaciones de las pruebas de corrientes de Foucault son la inspección de superficies y la inspección de tuberías. La inspección de superficies se utiliza ampliamente en la industria aeroespacial, pero también en la industria petroquímica . La técnica es muy sensible y puede detectar grietas estrechas. La inspección de superficies se puede realizar tanto en materiales ferromagnéticos como no ferromagnéticos. ^{[8] [9]}

La inspección de tuberías generalmente se limita a las tuberías no ferromagnéticas y se conoce como prueba de corrientes de Foucault convencionales. La ECT convencional se utiliza para inspeccionar las tuberías de los generadores de vapor en plantas nucleares y las tuberías de los intercambiadores de calor en las industrias energéticas y petroquímicas. La técnica es muy sensible para detectar y medir las picaduras. Se pueden detectar pérdidas de pared o corrosión, pero el dimensionamiento no es preciso.

Una variación de la ECT convencional para materiales parcialmente magnéticos es la ECT de saturación total. En esta técnica, las variaciones de permeabilidad se suprimen mediante la aplicación de un campo magnético. Las sondas de saturación contienen bobinas de corrientes parásitas e imanes convencionales. Esta inspección se utiliza en materiales parcialmente ferromagnéticos, como aleaciones de níquel, aleaciones dúplex y materiales ferromagnéticos delgados, como acero inoxidable ferrítico al cromo-molibdeno. La aplicación de una técnica de corrientes parásitas de saturación depende de la permeabilidad del material, el espesor del tubo y el diámetro. ^[10]

Un método utilizado para los tubos de acero al carbono es la prueba de corrientes parásitas en campo remoto. Este método es sensible a la pérdida general de la pared y no a las pequeñas picaduras y grietas.

En lo que respecta a las aplicaciones de superficie, el rendimiento de cualquier técnica de inspección depende en gran medida de las condiciones específicas (principalmente los tipos de materiales y defectos, pero también las condiciones de la superficie, etc.). Sin embargo, en la mayoría de las situaciones, se cumplen las siguientes condiciones:

• Eficaz sobre revestimientos/pinturas: sí
• Registro informático: parcial
• Imágenes 3D/avanzadas: ninguna
• Dependencia del usuario: alta
• Velocidad: baja
• Análisis posterior a la inspección: ninguno
• Requiere productos químicos/consumibles: no

La ECT también es útil para realizar mediciones de conductividad eléctrica y espesor de revestimiento, entre otros.

Para sortear algunas de las deficiencias de la ECT convencional, se desarrollaron otras técnicas de prueba de corrientes de Foucault con diversos resultados satisfactorios.

La matriz de corrientes de Foucault (ECA) y la ECT convencional comparten los mismos principios básicos de funcionamiento. La tecnología ECA proporciona la capacidad de controlar electrónicamente una matriz de bobinas (bobinas múltiples) dispuestas en un patrón específico llamado topología que genera un perfil de sensibilidad adecuado para los defectos objetivo. La adquisición de datos se logra multiplexando las bobinas en un patrón especial para evitar la inductancia mutua entre las bobinas individuales. Los beneficios de la ECA son: ^[11]

• Inspecciones más rápidas
• Cobertura más amplia
• Menor dependencia del operador: las sondas de matriz producen resultados más consistentes en comparación con los escaneos raster manuales
• Mejores capacidades de detección
• Análisis más fácil gracias a patrones de escaneo más simples
• Posicionamiento y tamaño mejorados gracias a los datos codificados
• Las sondas de matriz se pueden diseñar fácilmente para que sean flexibles o se adapten a las especificaciones, lo que hace que las áreas de difícil acceso sean más fáciles de inspeccionar.

La tecnología ECA proporciona una herramienta notablemente poderosa y ahorra tiempo significativo durante las inspecciones. ^[12] La inspección ECA en soldaduras de acero al carbono está regulada por la norma ASTM E3052.

Un desafío diferente, aunque físicamente relacionado, es la detección de fallas y faltas de homogeneidad profundas en materiales sólidos conductores de electricidad.

En la versión tradicional de la prueba de corrientes parásitas, se utiliza un campo magnético alterno (CA) para inducir corrientes parásitas dentro del material que se va a investigar. Si el material contiene una grieta o un defecto que hace que la distribución espacial de la conductividad eléctrica no sea uniforme, se altera la trayectoria de las corrientes parásitas y se modifica la impedancia de la bobina que genera el campo magnético CA. Al medir la impedancia de esta bobina, se puede detectar una grieta. Dado que las corrientes parásitas son generadas por un campo magnético CA, su penetración en la región subsuperficial del material está limitada por el efecto pelicular. Por lo tanto, la aplicabilidad de la versión tradicional de la prueba de corrientes parásitas se limita al análisis de la proximidad inmediata de la superficie de un material, normalmente del orden de un milímetro. Los intentos de superar esta limitación fundamental utilizando bobinas de baja frecuencia y sensores de campo magnético superconductores no han dado lugar a aplicaciones generalizadas.

Una técnica reciente, conocida como prueba de corrientes parásitas con fuerza de Lorentz (LET), ^{[13] [14]} explota las ventajas de aplicar campos magnéticos de CC y movimiento relativo, proporcionando pruebas profundas y relativamente rápidas de materiales conductores de electricidad. En principio, LET representa una modificación de la prueba de corrientes parásitas tradicional de la que difiere en dos aspectos, a saber (i) cómo se inducen las corrientes parásitas y (ii) cómo se detecta su perturbación. En LET, las corrientes parásitas se generan proporcionando el movimiento relativo entre el conductor bajo prueba y un imán permanente (ver figura). Si el imán pasa por un defecto, la fuerza de Lorentz que actúa sobre él muestra una distorsión cuya detección es la clave para el principio de funcionamiento de LET. Si el objeto está libre de defectos, la fuerza de Lorentz resultante permanece constante.

• Corriente de Foucault
• Pruebas no destructivas
• Medición del campo de corriente alterna
• Medidor de cobertura
• Detector de metales
• Efecto piel

• Tutorial de matriz de corrientes de Foucault
• Introducción a las pruebas de corrientes de Foucault del centro de recursos NDE/NDT Archivado el 7 de mayo de 2006 en Wayback Machine
• Introducción a las pruebas de corrientes de Foucault por Joseph M. Buckley (pdf, 429 kB)
• Pruebas de corrientes de Foucault en el nivel 2, Organismo Internacional de Energía Atómica, Viena, 2011 (pdf 5,6 MB).
• ASTM E3052 Práctica estándar para el examen de soldaduras de acero al carbono mediante un conjunto de corrientes de Foucault
• Página web oficial de Lorentz Force Velocimetry y Lorentz Force Eddy Current Testing Group Archivado el 17 de noviembre de 2013 en Wayback Machine
• Vídeo sobre pruebas de corrientes de Foucault, Universidad de Ciencias Aplicadas de Karlsruhe