“Tema: Imanes”

Alumno: JOSÉ DE JESÚS TORRES HERNÁNDEZ

Carrera: Ingeniería en Mantenimiento Industrial.

4to “A”

Asignatura: Ensayos no Destructivos

“Unidad Temática I:

“Tema 1: Principios de los imanes y características de los campos Magnéticos.”

Profesor:

ING. JESÚS MANUEL LÓPEZ CHABLÉ

DE PROCESOS INDUSTRIALES DIVISIÓN

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TABASCO

Introducción.

Tema 1: Principios de los imanes y características de los campos

Magnéticos.

MAGNETISMO

Existe en la naturaleza un mineral llamado magnetita o piedra imán que tiene la propiedad de atraer el hierro, el cobalto, el níquel y ciertas aleaciones de estos metales. Esta propiedad recibe el nombre de magnetismo.

LOS IMANES:

Un imán es un material capaz de producir un campo magnético exterior y atraer el hierro (también puede atraer al cobalto y al níquel). Los imanes que manifiestan sus propiedades de forma permanente pueden ser naturales, como la magnetita (Fe3O4) o artificiales, obtenidos a partir de aleaciones de diferentes metales. Podemos decir que un imán permanente es aquel que conserva el magnetismo después de haber sido imantado. Un imán temporal no conserva su magnetismo tras haber sido imantado.

En un imán la capacidad de atracción es mayor en sus extremos o polos. Estos polos se denominan norte y sur, debido a que tienden a orientarse según los polos geográficos de la Tierra, que es un gigantesco imán natural.

La región del espacio donde se pone de manifiesto la acción de un imán se llama campo magnético. Este campo se representa mediante líneas de fuerza, que son unas líneas imaginarias, cerradas, que van del polo norte al polo sur, por fuera del imán y en sentido contrario en el interior de éste; se representa con la letra B.

PRINCIPIOS BÁSICOS.

El principio físico en el que se basa el método de inspección por partículas magnéticas es el “Magnetismo”. El principio se basa en el comportamiento de los imanes. Magnetismo es: “La fuerza invisible que tiene la habilidad de desarrollar trabajo mecánico de atracción y repulsión de materiales magnetizables”. La inspección por partículas magnéticas es un ensayo no destructivo que se emplea para detectar discontinuidades superficiales y subsuperficiales, en muestras que pueden ser magnetizadas. Consta de tres operaciones básicas:

a) Establecer un flujo magnético adecuado.

b) Aplicación de las partículas magnéticas.

c) Interpretación y evaluación de los resultados.

Aplicaciones.

El método de inspección por partículas magnéticas es utilizado en diferentes ramas de la industria, como: metalmecánica, aeronáutica, naval, construcción, etc. Se aplica en:

● Inspección de materia prima; ● Inspección en proceso; ● Inspección de producto terminado; ● Mantenimiento de equipo y maquinaria. Se utiliza para inspección de materiales soldados, fundidos, forjados, rolados, etc.

Ventajas.

Las principales ventajas del método de inspección por partículas magnéticas son:

● Inspección relativamente rápida y de bajo costo, ● Equipo relativamente simple, provisto de controles utilizados para ajustar la corriente y un amperímetro visible para verificar la fuerza de magnetización que ha sido creada para la inspección, ● Equipo portátil y adaptable a muestras pequeñas o grandes, ● Se requiere menor limpieza que en líquidos penetrantes, ● Se pueden detectar discontinuidades subsuperficiales, ● Las indicaciones se forman directamente en la superficie de la muestra, ● No se requiere de lecturas electrónicas de calibración o mantenimiento excesivo,

● Se obtienen mejores resultados en la detección de discontinuidades llenas de algún contaminante (como carbón, escoria, etc.) y que no pueden ser detectadas en una inspección por líquidos penetrantes.

Características de Campos Magnéticos.

IMANES TIPO BARRA:

Si enderezamos un imán de herradura, tendríamos como resultado un imán tipo barra, como se ilustra en la imagen 13. El imán de barra tiene las mismas características que el imán de herradura.

IMANES TIPO ANILLO:

Si al imán de herradura lo doblamos y sus extremos los cerramos, formando casi un círculo cerrado, este se comporta de manera idéntica al imán de herradura. Los polos magnéticos aún existen y las líneas de fuerza salen y entran por los polos. Cuando los extremos del imán son doblados y fundidos para formar un anillo, en lugar de tener un imán circular abierto, se tendrá un imán circular cerrado. Las líneas de fuerza existen pero quedan contenidas completamente dentro del anillo, ya que no existen polos magnéticos, por lo tanto, este imán no atrae materiales ferromagnéticos

A) TEORÍA DE LOS CAMPOS MAGNÉTICOS.

1. Campo magnético de la Tierra.

Si consideramos a la tierra como un imán gigante, ya que tiene un polo norte y un polo sur, la aguja de una brújula normal, la cual es simplemente una manecilla de acero magnetizada y suspendida en un eje libre para girar, es atraída por el campo magnético de la tierra, siempre indicando la misma dirección, imagen.

Al estar magnetizada, la aguja de la brújula es atraída por los polos de la tierra y siempre apuntará hacia el polo norte, independientemente del lugar en donde se encuentre.

La aguja de la brújula es un imán pequeñito y el polo sur del imán es atraído hacia el polo norte de la Tierra. Igual que la tierra tiene un polo norte y un polo sur, cada imán tiene, al menos, un polo norte y un polo sur.

2. Imantación de un material ferromagnético.

Los materiales ferromagnéticos están constituidos por grupos de átomos en regiones microscópicas llamados “Dominios magnéticos”. Estos dominios en sí son pequeños imanes dentro de la pieza, tienen una polaridad positiva y una negativa en sus extremos opuestos.

Si el material no está magnetizado, tales dominios están orientados al azar, normalmente paralelos con los ejes de los cristales del material, y la componente magnética es nula, como se ilustra en la imagen.

Cuando el material es sujeto a un campo magnético, los dominios se orientan o alinean paralelamente con el campo magnético externo, produciendo así un imán. Una vez que los dominios han sido orientados, como se muestra en la figura No. 6 el material ferromagnético se ha convertido en un imán, con un polo norte y un polo sur.

Las líneas de fuerza magnética describen y definen la dirección de un flujo magnético, además, cuentan con una cantidad de propiedades importantes:

1. Tienen una dirección definida, salen por el polo norte, entran por el polo sur y continúan así su camino a través del imán, desde el polo sur al polo norte,

2. Son continuas y siempre forman una curva o circuito cerrado,

3. Las líneas de fuerza magnética, son individuales y jamás se cruzan ni unen entre ellas,

4. Su densidad disminuye con el aumento de distancia desde los polos,

5. Siguen caminos de menor resistencia magnética. El espacio dentro y alrededor de un imán, en el cual actúan las líneas de fuerza, se conoce como “Campo Magnético”.

POLOS MAGNÉTICOS.

Un imán tiene la propiedad de atraer materiales ferromagnéticos. Esta habilidad de atraer o repeler no es uniforme sobre toda la superficie del imán, se localiza únicamente en las áreas conocidas como “polos”. Consideremos la presencia de las líneas de fuerza en los imanes.

El flujo magnético, o las líneas de fuerza, entran o abandonan el imán por los polos magnéticos. Por lo que, un imán podrá atraer materiales ferromagnéticos, solamente donde las líneas de fuerza salen o entren al imán, es decir, donde se encuentren localizados los polos magnéticos.

La imagen ilustra un imán de la forma más común, el imán de herradura, y sus polos magnéticos.

B) LEY DEL MAGNETISMO.

Dos imanes que se colocan de tal manera que el polo sur de uno se orienta hacia el polo norte del otro, entonces son atraídos entre sí, como se observa en la imagen ??. Entonces, las leyes del magnetismo de atracción y repulsión para imanes, son las siguientes:

● Polos magnéticos diferentes se atraen (N> < >N / S< >S)

● Polos magnéticos semejantes se repelen (N< >N / S< >S).

C) PROPIEDADES DE LOS MATERIALES MAGNÉTICOS Y NO FERROSOS (NO MAGNÉTICOS).

Los principios de aplicación de las pruebas por partículas magnéticas dependen del establecimiento de un campo magnético dentro de una pieza de prueba, por lo tanto, la pieza que será inspeccionada deberá estar fabricada de un material que pueda ser fuertemente magnetizado. Se puede considerar que todos los materiales tienen propiedades magnéticas, que son afectados en algún grado por los campos magnéticos. Sin embargo, la influencia de un campo magnético puede variar ampliamente en diferentes materiales, en otras palabras, son permeables aunque sea en alguna pequeña cantidad.

La “permeabilidad magnética” (µ) de un material se define como “la facilidad con la cual los materiales pueden ser magnetizados”. El recíproco de la permeabilidad magnética es la “reluctancia”, definida como “la resistencia de un material a una fuerza de magnetización”, en otras palabras, podríamos decir que es la dificultad para magnetizar un material. Las propiedades magnéticas varían ampliamente entre los materiales.

Estas propiedades son afectadas por la composición química, la micro estructura y el tamaño de grano. La influencia que tiene un campo magnético sobre los materiales proporciona un medio para su clasificación en diferentes grupos: Materiales paramagnéticos En general, los materiales que son atraídos por campos magnéticos son llamados “paramagnéticos”.

Cuentan con una permeabilidad ligeramente mayor que la del aire (1), por lo que no pueden ser magnetizados fuertemente. Algunos materiales no magnéticos son: aluminio, platino, magnesio, molibdeno, litio, cromo, estaño y algunos aceros inoxidables.

● Materiales ferrosos (ferromagnéticos) Tienen una permeabilidad que es mucho mayor que la del aire. Los materiales ferrosos son los más fuertemente afectados por el magnetismo debido a que el hierro puede ser fácilmente magnetizado, y éstos materiales son llamados “ferromagnéticos”. Los materiales ferromagnéticos tienen las siguientes características:

● Son fuertemente atraídos por campos magnéticos, ● Son fácilmente magnetizados ya que el valor de su permeabilidad es mayor de 100, ● Son capaces de retener cierta cantidad de magnetismo.

Los materiales ferromagnéticos son el hierro, acero, níquel y cobalto, y muchas de sus aleaciones.

Materiales diamagnéticos Pocos materiales son ligeramente repelidos por campos magnéticos, dichos materiales son conocidos como diamagnéticos. Son materiales que no pueden ser magnetizados debido a que el valor de su permeabilidad es menor a 1. Algunos materiales diamagnéticos son el bismuto, mercurio, oro, plata, zinc y otros.

D) TIPOS DE IMANES.

Según su origen:

IMANES NATURALES: se refiere a minerales naturales, los cuales tienen la propiedad de atraer elementos como el hierro, el níquel, etc.

La magnetita es un imán de este tipo, compuesto por óxido ferroso férrico, cuya particularidad principal consiste en atraer fragmentos de hierro natural.

IMANES ARTIFICIALES: esta denominación recae sobre aquellos cuerpos magnéticos que, tras friccionarlos con magnetita se transforman de manera artificial en imanes.

Según la perduración de sus propiedades magnéticas:

IMANES TEMPORALES: los imanes temporales están conformados por hierro dulce y se caracterizan por poseer una atracción magnética de corta duración.

IMANES PERMANENTES: con este término se alude a aquellos imanes constituidos por acero, los cuales conservan la propiedad magnética por un tiempo perdurable.

IMANES CERÁMICOS O FERRITAS. Esta clase de imanes tiene un aspecto liso y color grisáceo. Suelen ser de los más utilizados debido a su maleabilidad. Aunque, por otro lado, al ser frágiles, corren el riesgo de romperse con facilidad.

IMANES DE ALNICO: el nombre deriva de una contracción de las palabras: aluminio, níquel y cobalto, elementos de los que se compone. Esta clase de imanes presentan un buen comportamiento frente a la presencia de altas temperaturas, sin embargo, no cuentan con considerable fuerza.

IMANES DE TIERRAS RARAS: esta clase de imanes se subdividen en dos categorías de acuerdo al material químico del que se compone:

Neodimio: están formados por hierro, neodimio y boro. Presentan una oxidación fácil, y se utilizan en aquellos casos donde las temperaturas no alcanzan los 80º C.Samario cobalto: no suelen oxidarse de manera fácil, aunque el precio al que cotizan es muy elevado.

IMANES FLEXIBLES: como su nombre lo indica, estos imanes poseen una gran flexibilidad. Están compuestos por partículas magnéticas como el estroncio y el hierro. Las desventajas de los imanes flexibles son la baja resistencia a la oxidación y su escasa potencia magnética.