EC-11 - Profundidade de Penetração e Densidade de Corrente
traduzido do sítio: http://www.nde-ed.org/EducationResources/HighSchool/Magnetism/Physics/depthcurrentdensity.php
As
correntes parasitas são laços (circuito) fechados de corrente induzida
formados em planos perpendiculares ao fluxo magnético primário (da
bobina de excitação). Elas normalmente circulam
paralelamente ao enrolamento da bobina e o seu fluxo é limitado à área
de atuação do
campo magnético indutor. As corrente parasitas concentram-se mais
intensamente perto da
superfície adjacente a bobina de excitação e sua força diminui com
a profundidade a partir da superfície (distância da bobina), como
mostrado na imagem a direita. A densidade de corrente elétrica (corrente por
unidade de área) das correntes parasitas diminui exponencialmente com
a profundidade. Este fenômeno é
conhecido como efeito de pele (no inglês "skin effect"). O
efeito da pele surge quando as correntes parasitas que fluem no
objeto ensaiado em qualquer profundidade e produzem campos magnéticos que
se opõem ao campo primário, reduzindo assim o fluxo magnético líquido e
causando uma diminuição no fluxo de corrente à medida que a
profundidade aumenta. Alternativamente, as correntes parasitas perto da
superfície podem ser vistas como protegendo o campo magnético da
bobina, enfraquecendo assim o campo magnético das maiores profundidades
e reduzindo correntes induzidas nelas.
A
profundidade em que as correntes parasitas penetram em um material é afetada
pela freqüência da corrente de excitação, pela condutividade elétrica
e permeabilidade magnética da amostra. A profundidade de penetração
diminui com o aumento da freqüência, da condutividade e
da permeabilidade magnética. A profundidade em que a densidade das correntes
parasitas diminuiu para 1/e (e = base do logarítmo neperiano), ou cerca de 37% da densidade de corrente na superfície, é
chamada de profundidade padrão de penetração (d).
A palavra "padrão" denota excitação planar das ondas do campo
eletromagnético dentro da amostra ensaiada (condição que
raramente é
alcançada na prática). Embora as correntes parasitas penetrem mais
fundo
do que a profundidade padrão de penetração, elas diminuem rapidamente
com profundidade. Em duas profundidades padrão de penetração (2d),a
densidade da corrente parasita diminuiu para 1/e ao quadrado ou 13,5%
da densidade de corrente na superfície. A três profundidades (3d), a densidade da corrente parasita é de apenas 5% da densidade de corrente na superfície.
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Baixa Penetração
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Média Penetração
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Alta Penetração
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©EddyFi
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Semiconductor:
A crystalline solid, such as silicon or germanium, with an electrical
conductivity intermediate between that of a conductor and an insulator.
Visto
que a sensibilidade (capacidade de detecção) das correntes parasitas
depende da densidade de corrente na profundidade em que se encontra a
descontinuidade, é importante saber a densidade de corrente nessa
profundidade. Quando tentando localizar descontinuidades, a freqüência
de excitação da sonda de correntes parasitas é freqüentemente
selecionada para que a profundidade esperada da descontinuidade de
interesse seja menor que uma profundidade padrão de penetração. Isso
ajuda a garantir que a intensidade das correntes parasitas será
suficiente para produzir uma indicação da descontinuidade no aparelho.
Alternativamente, quando empregando o ensaio de corrrentes parasitas para
medir a condutividade elétrica de um material, a freqüência é escolhida
regularmente para que produza pelo menos três profundidades de
penetração na espessura de material. Isso ajuda a garantir que as
correntes parasitas na espessura do material serão tão fracas que
mudanças que porventura ocorram na espessura não afetem as medições da
condutividade.
O aplicativo indicado a seguir
ilustra como varia a densidade de corrente em um condutor semi
infinito. O aplicativo é empregado para calcular a profundidade
padrão de penetração. A equação para esse cálculo é
Onde:
d = Profundidade Padrão de Penetração (mm)
p = 3.141592
f = Frequência de Excitação da Sonda (Hz)
m = Permeabilidade Magnética Absoluta (H/mm)
s = Condutividade Elétrica (% IACS)
Influência
da
Condutividade
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Baixa Condutividade - Aço Inoxidável 316
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Alta Condutividade - Cobre
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Influência
da
Permeabilidade
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Baixa Permeabilidade - Aço Inoxidável 316
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Alta Permeabilidade - Aço Carbono
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Influência
da
Frequência
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Compromisso:
Sensibilidade
X
Penetração
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©EddyFi
(Observação:
O aplicativo possui uma janela de entrada para a permeabilidade
relativa dos materiais visto que é o valor comumente disponível. O
aplicativo multiplica a permeabilidade relativa do material pela
permeabilidade relativa do vácuo para obter então a permeabilidade
absoluta do material (que é o que se encontra na formula acima)
Clique aqui para executar um aplicativo JavaScript da Profundidade Padrão de Penetração.
Ou para exercitar a influência das variáveis na Profundidade Padrão de Penetração, acessar a planilha em:
https://drive.google.com/file/d/1J0nkiBtjrrk4BGqp_s0yPbtCPWZe5OtZ/view?usp=sharing
O
aplicativo e a planilha também indicam graficamente o valor da
densidade de corrente em função da profundidade de penetração
(responsável pela amplitude/intensidade dos sinais no ensaio de
correntes parasitas). A
defasagem dos sinais no ensaio de correntes parasitas será discutida na
próxima página.
Deve-se ressaltar que embora a corrente parasita esteja
limitada ao volume contido pela amostra ensaiada, o campo magnético se
extende para o espaço externo a amostra. Isso permite a aplicação do
ensaio de correntes parasitas em componentes com multicamadas de metais
separádos por espaço com ar. Outra aplicação dessa situação
física que ocorre no ensaio de correntes parasitas é o uso de padrões
de calibração de espessura serem constituidos não de uma peça sólida
com degráus usinados (como ocorre no ensaio de ultrassom), mas de
várias lâminas com espessuras do que seriam os degráus num padrão de
ultrassom.
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