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EC-11 - Profundidade de Penetração e Densidade de Corrente

traduzido do sítio: http://www.nde-ed.org/EducationResources/HighSchool/Magnetism/Physics/depthcurrentdensity.php

Didtribuicao das correntes parasitas

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.


Profundidade padrao de penetracao

Baixa Penetração
Média Penetração
Alta Penetração
Baixa Penetração
Média Penetração
Alta Penetração

©EddyFi

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

Calculo da profundidade padrao de penetracao

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
Baixa Condutividade - Aço Inoxidável 316
Alta Condutividade - Cobre

Baixa Condutividade - Aço Inoxidável 316
Alta Condutividade - Cobre
Influência
da
Permeabilidade
Baixa Permeabilidade
Alta Permeabilidade - Aço Carbono

Baixa Permeabilidade - Aço Inoxidável 316
Alta Permeabilidade - Aço Carbono

Influência
da
Frequência
Influência da Frequência

Compromisso:
Sensibilidade
      X
Penetração
Sensibilidade versus Penetração

©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)

Calculo da Profundidade Padrão de Penetração

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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