“Corrente de Foucault (Parasita)”

Curso: CST em Sistemas ElétricosDisciplina: Medidas ElétricasAluno: Ueslei Nunes de Macedo

Porto Velho - 2015

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO....................................................................................................3

PRINCÍPIO E DESCRIÇÃO DO MÉTODO.........................................................3

APLICAÇÕES VANTAGENS E LIMITAÇÕES:...................................................4

EFEITO PELICULAR..........................................................................................5

VARIÁVEIS DO ENSAIO:...................................................................................5

BIBLIOGRAFIA...................................................................................................8

2

INTRODUÇÃO

O princípio de indução eletromagnética foi descoberto por Michael Faraday em 1831, Faraday comprovou que uma corrente que varia a sua intensidade em função do tempo, ao passar ao longo de uma espira, induz uma corrente elétrica numa espira adjacente (Corrente de Foucault).

A corrente de Foucault, baseia-se fundamentalmente na Lei de Indução de Faraday, onde o campo magnético, gerado por uma bobina quando alimentada por uma corrente elétrica, induz, na peça a ser ensaiada, correntes elétricas, também denominadas correntes parasitas. Estas correntes elétricas, por sua vez, afetam a impedância da bobina que as gerou. Assim, quaisquer variações no fluxo das correntes parasitas geradas na peça ensaiada implicarão em variações da impedância da bobina. Através da medição desta variação de impedância pode-se identificar falhas no material (superficiais ou sub superficiais), sua condutividade e permeabilidade magnética.

PRINCÍPIO E DESCRIÇÃO DO MÉTODO

O método de ensaios por correntes parasitas é bastante similar á técnica de aquecimento por indução utilizada em processos de solda e têmpera por indução. Ambas técnicas dependem do princípio de indução eletromagnética para induzir correntes parasitas numa peça disposta dentro ou nas proximidades de uma ou mais bobinas de indução. O aquecimento é consequência das perdas produzidas pelo fluxo de correntes parasitas na peça

(I2 * R). Em ambos casos, o chamado “efeito pelicular” (skin effect) determina a escolha da frequência de operação.

Porém, também existem algumas diferenças entre ambas técnicas. Uma delas, está nos níveis de potência utilizados: no caso da técnica de aquecimento por indução, utilizam-se potências bem mais elevadas do que no caso de ensaios por correntes parasitas. Outra diferença está nos tipos de bobinas utilizadas: no caso de aquecimento por indução, normalmente a bobina consta de apenas um primário, sendo que no caso de ensaios por correntes parasitas a bobina normalmente é composta de um primário e de um secundário.

No método de ensaios não destrutivos por correntes parasitas, a peça a ser ensaiada é disposta dentro de uma bobina (ou em contato com uma sonda), pela qual circula uma corrente alternada, chamada corrente de excitação (fig abaixo). Como consequência disto, nas proximidades da bobina é gerado um campo eletromagnético chamado de campo primário (HP), o qual induz um fluxo de correntes parasitas na peça sendo ensaiada.

3

APLICAÇÕES VANTAGENS E LIMITAÇÕES:

Aplicações:

1- Detecção de descontinuidades em metais ferrosos e não ferrosos.

2- Medição de condutividade elétrica em metais não-magnéticos.

3- Medição de espessuras de camadas não condutivas sobre metais condutores não-magnéticos.

4- Medição de espessuras de camadas não-magnéticas sobre metais magnéticos.

5- Diferenciação de metais quanto à composição química, dureza, microestrutura, etc.

Vantagens:

1- Ótima sensibilidade na detecção de descontinuidades superficiais.

2- Aplica-se tanto a materiais ferrosos e não-ferrosos.

3- As indicações são imediatas.

4- Não a necessidade de materiais de consumo.

5- O método possibilita elevadas velocidades de inspeção.

6- Não exige uma preparação superficial rigorosa das peças e serem ensaiadas.

7- A grande versatilidade do método, permite que o mesmo seja utilizado com sucesso em inúmeras aplicações.

Limitações:

1- A profundidade de penetração do ensaio é limitado, e depende da frequência e do material ensaiado.

4

2- Mais de uma variável afeta simultaneamente o ensaio.

3- Em algumas aplicações, o investimento inicial torna-se elevado.

4- Apresenta algumas dificuldades na obtenção de registros permanentes.

5- Em algumas aplicações, as peças a serem ensaiadas precisam ter geometria uniforme.

EFEITO PELICULAR

O Efeito pelicular, também conhecido como efeito capilaridade ou ainda skin effect, em condutores é uma manifestação de um caso particular de corrente de Foucault, na qual a corrente elétrica tende a fluir na periferia de um condutor longo e retilíneo.

São correntes fechadas induzidas na massa de um metal que se move em um campo magnético. Quando uma folha condutora entra em um campo, uma variação de fluxo ocorre que provoca uma força eletromotriz induzida na folha que por sua vez provoca o movimento dos elétrons livres no metal em circuitos fechados de correntes. Conforme a lei de Lenz a magnitude e sentida dessas correntes deve se opor a variação que as provoca, formando polos magniticos que geram forças que efetivamente se opõe ao movimento do metal dentro do campo magnético.

VARIÁVEIS DO ENSAIO:

Impedância da Bobina:

Quando uma corrente contínua circula por uma bobina, o campo magnético atinge um valor constante, desde que a resistência elétrica do arame é a única oposição do fluxo de corrente. Entretanto quando uma corrente alternada circula por uma bobina há duas oposições do fluxo de corrente: a resistência elétrica do arame (R), e a reatância indutiva (XI).

A reatância indutiva é o efeito combinado da indutância (L) e da frequência (f), e é medida em ohms. A oposição total do fluxo de corrente alternada numa bobina é conhecida como impedância (Z), a qual é uma quantidade vetorial.

Quando uma peça metálica é colocada dentro ou nas proximidades de uma bobina, o campo eletromagnético da mesma, muda devido ao fluxo de correntes parasitas na peça. De maneira geral, tanto a resistência como a reatância indutiva variam. A resistência da bobina “cheia” (com uma peça metálica no seu interior), passa a ter dois componentes a resistência do arame ao fluxo de corrente alternada e a resistência “aparente” (ou acoplada), produzida pela presença da peça. A variação destes componentes reflete as condições ou características da peça sendo ensaiada.

Condutividade Elétrica:

5

É a resistência ao fluxo de corrente elétrica, que são classificados como: isolantes, semi-condutores e condutores, conforme seu grau de resistência. Os materiais condutores, que incluem a maioria dos metais, são de grande interesse nos ensaios por correntes parasitas, desde que a sua aplicação possibilita a medição de condutividade elétrica. São várias as características dos metais que produzem uma variação na condutividade elétrica.

- Composição química.

- Tratamento térmico.

- Processos de conformação a frio. - Temperatura: um aumento de temperatura produz uma diminuição da

condutividade elétrica.

- Descontinuidades: produzem uma diminuição de condutividade elétrica.

Pode-se concluir que os ensaios por corrente parasitas possibilitam que tanto as composições químicas, como as outras características de um certo modo, possam ser monitoradas, desde que seja possível obter uma diferença mínima em termos de condutividade elétrica.

Permeabilidade Magnética:

É a capacidade de um material em conduzir linhas de fluxo magnético. Dito de outro modo, é a medida da facilidade com que um material é magnetizado.

Desde que as correntes parasitas são utilizadas por um campo magnético variável, a permeabilidade influência os resultados do ensaio, isto é, quanto maior for a permeabilidade magnética do material a ser ensaiado, maior será o fluxo de correntes parasitas do mesmo. No caso de ensaios em materiais ferromagnéticos, as variações de permeabilidade podem mascarar a detecção de descontinuidades. Isto é, pequenas variações de permeabilidade podem induzir a rejeição de um material isento de descontinuidades. Para evitar isto, o material passa por uma bobina excitada com corrente contínua, com intensidade suficiente para produzir a saturação magnética, passando logo em seguida por uma bobina de teste, onde são detectadas as descontinuidades.

Escolha da Frequência:

As frequências usualmente utilizadas nos ensaios por correntes parasitas se encontram numa faixa entre 100Hz a 600Hz.

A escolha da frequência a ser utilizada num certo ensaio depende dos seguintes fatores:

a) Espessura do material a ser ensaiado.

b) Profundidade de penetração desejada.

6

c) Sensibilidade necessária.

d) Tipo de aplicação (detecção de descontinuidade, diferenciação de materiais, etc.)

e) Velocidade de passagens do material pela sonda ou bobina.

Esta escolha da frequência é sempre um compromisso entre a profundidade de penetração e a sensibilidade, isto é, se existe a necessidade de detectar descontinuidade sub-superficiais até uma certa profundidade, deve-se previamente calcular qual é a frequência máxima que consegue atingir essa profundidade.

Quanto menor for a frequência, maior é a profundidade de penetração das correntes parasitas. Isto não significa que o ideal é a utilização de baixas frequências, desde que a frequência é proporcional à sensibilidade obtida no ensaio (quanto maior a frequência, maior a sensibilidade). Portanto, deve-se escolher a maior frequência possível, que seja compatível com a profundidade de ensaio desejada.

Para detectar descontinuidades em materiais ferromagnéticos, utilizam-se normalmente frequências na faixa de 1KHz até 100KHz. Porém quando se trata de detectar descontinuidades em materiais não-ferromagnéticos, utilizam-se frequências maiores, e muitas vezes superiores a 1MHz.

Tabela do ensaio:

7

BIBLIOGRAFIA

o http://en.wikipedia.org/wiki/Eddy_current ;

o http://www.olympus-ims.com/pt/500/ ;

o http://www.geocities.ws/jcc5000/juvresposta32correnteparasita.html ;

8