d escuela politÉcnica nacional •oing. paúl ayora gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl...

233
D (Q O D r c w' •o Q) í-h 3 o' o' 13 Q) 3 a (D co ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL ESCUELA DE INGENIERÍA TRATAMIENTO TÉRMICO DE MATERIALES FERROMAGNETICOS PARA APLICACIONES EN TRANSFORMADORES DE MEDIDA 03 -i (D Q) PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO ELÉCTRICO z o 5' 3 CT 3 O O LUIS PATRICIO PAREDES VILLARREAL DIRECTOR: ING. PAUL AYORA GONZALES Quito, Noviembre 2001

Upload: others

Post on 29-Mar-2021

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

D(QOD

rcw'•oQ)í-h3

o'o'13Q)3a(Dco

ESCUELA POLITÉCNICANACIONAL

ESCUELA DE INGENIERÍA

TRATAMIENTO TÉRMICO DE MATERIALESFERROMAGNETICOS PARA APLICACIONES EN

TRANSFORMADORES DE MEDIDA

03-i(DQ)

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DEINGENIERO ELÉCTRICO

zo

5'3CT

3OO

LUIS PATRICIO PAREDES VILLARREAL

DIRECTOR: ING. PAUL AYORA GONZALES

Quito, Noviembre 2001

Page 2: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

DECLARACIÓN

Yo Luis Patricio Paredes Villarreal, declaro bajo juramento que el trabajo aquídescrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún gradoo calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que seincluyen en este documento.

A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectualcorrespondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según loestablecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por lanormatividad institucional vigente.

Page 3: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por el Sr. Luis Patricio ParedesVillarreal, bajo mi supervisión.

Ing. Paúl Ayora Gonzáles

DIRECTOR DE PROYECTO

Page 4: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

AGRADECIMIENTOS

A mis emprendedores Padres, Tíos, y Hermanos, por la extrema confianza yapoyo depositados en mí.

A la Escuela Politécnica Nacional, y a todo el equipo de Docentes queintervinieron en mi formación académica.

Y muy especialmente a los señores:

Ing. Paúl Ayora Gonzáles, por su invalorable guía en el campo profesional,personal y espiritual.

Ing. Patricio Estupiñán catedrático de Metalurgia Física de la Facultad deIngeniería Mecánica, por la orientación para conseguir los resultados de estetrabajo.

Ing. Fausto Aviles, por su gran apoyo en el suministro de materia prima paradesarrollar este estudio.

Page 5: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

CONTENIDO

CAPITULO 1

ESTUDIO DE LA CONFIGURACIÓN YNATURALEZA DEL NÚCLEO ENTRANSFORMADORES DE MEDIDA

1.1 CARACTERÍSTICAS Y REQUERIMIENTOS ELÉCTRICOS 2DEL TRANSFORMADOR

1.1.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR.... 31.1.1.1 Idealización de la operación del transformador al cerrar ( Swp ), 5

manteniendo abierto ( Swl )1.1.1.2 Idealización de la operación del transformador al cerrar ( Swp ), y ( Swl ) 6

1.1.1.3 Expresiones de cálculo de un transformador 9

1.1.2 CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN TRANSFORMADOR 11

1.1.2.1 Incidencia délas pérdidas en los circuitos equivalentes 111.1.2.2 Estudio del circuito equivalente y su diagrama fasoríal 131.1.2.3 Tipos de errores en los transformadores de medida , 18

1.1.3 CONSIDERACIONES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UN 20TRANSFORMADOR DE MEDIDA DE CORRIENTE (TC )

1.1.4 PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR EL CALCULO DE UN 22TRANSFORMADOR DE MEDIDA DE CORRIENTE TIPOVENTANA

1.2 LA ESTRUCTURA CRISTALINA Y LAS PROPIEDADES 26MAGNÉTICAS

1.2.1 ESTRUCTURA CRISTALINA 27

1.2.1.1 Definiciones básicas de la estructura cristalina, Retículo espacial, Celda 29unitaria, Dirección Cristalográfica, índices de una dirección ristalografica,índices deMiller

1.2.2 DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO 39

1.2.2.1 Conceptos básicas para los diagramas de fases, Definición de una fase, 39Solución sólida, Solución sólida de substitución. Solución sólida intersticial.Alotropía, Cristalización, Granos, Tamaño de los granos. Propiedadesmagnéticas de algunas soluciones sólidas

1.2.2-2 Tipos básicos de manipulación de las muestras.- 43

1.2.2.3 Determinación del diagrama de equilibrio, Análisis térmico, Métodos 44metalográficos, Difracción de rayos X

1.2.2.4 Ejemplos de Diagramas de fases: Aluminio-Silicio, y hierro-silicio...... 45

1.2.3 DEFECTOS CRISTALINOS 48

Page 6: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

CONTENIDO

1.2.3.1 Defectos puntuales 49

1.2.3.2 Dislocaciones 491.2.3.3 Fronteras granulares 50

1.2.4 PROCESOS DE RECOCIDO 51

1.2.4.1 Tipos.- El recocido de homogeneización} Recocido de regeneración, 52Recocido contra actitud, Recocido de estabilización

1.2.5 LAMENADO 52

1.2.5.1 Tipos.-Laminado en caliente. Laminado en frío 52

1.2.5.2 Aplicaciones del laminado en muestras ferromagnéticas 54

CAPITULO 2

ESTUDIO DE DETECTORES DE 56

COMPORTAMIENTO MAGNÉTICO

2.1 JUSTIFICACIÓN 562.1.1 2.1.1 GENERALIDADES DEL FERROMAGNETÍSMO 58

2.1.1.1 Dominios Magnéticos 61

2.2 MATERIALES MAGNÉTICOS EN CAMPOS 66CONSTANTES

2.2.1 HJSTÉRESIS MAGNÉTICA 77

2.2.1.1 Magnetización de un monocrisíal 78

2.3 MATERIALES MAGNÉTICOS EN CAMPOS 85VARIABLES

2.3.1 PERDIDAS EN CAMPOS VARIABLES 882.3.1.1 Pérdidas por histéresis 91

2.3.1.2 Pérdidas por corrientes deFoucault 93

2.3.1.3 Separación de perdidas de histéresis y de corrientes de Foucault 98

2,4 MODELO, SELECCIÓN Y PROTOTIPO 1012.4.1 GALVANÓMETRO BALÍSTICO 102

2.4.2 APARATOS EPSTEIN 105

2.4.2.1 Características constructivas de los aparatos EPSTEIN 107

2.4.2.2 Fundamento teórico para la determinación de perdidas con un aparato 108epstein

2.4.2.3 Procedimiento para la determinación de pérdidas con un aparato epstein . 112

2.4.2.4 Procedimiento para la determinación de pérdidas con dos aparatos 114epstein ( método diferencial)

2.4.2.5 Fundamento teórico para la determinación de la inducción magnética con 115dos aparatos epstein ( método balístico )

Page 7: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

CONTENIDO

2.4.3 DESCRIPCIÓN DEL PROTOTIPO PARA DETECCIÓN DEL CAMBIO 119DE PROPIEDADES MAGNÉTICAS

2.4.3.1 Características físicas del prototipo de medición 122(DECAPROMAG)

2.4.3.2 Cálculos del prototipo de medición ( DECAPROMAG). 125

CAPITULO 3

DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE 132

TRATAMIENTOS Y ANÁLISIS DE MUESTRAS

3.1 PROCESOS DE RECOCIDO 1323.1.1 PREPARACIÓN DE MUESTRAS Y CONDICIONES PARA EL 138

TRATAMIENTO

3.1.2 ANÁLISIS DE VARIABLES 140

3.1.2.1 Pruebas para verificar diversidad de las características magnética dentro 142de un mismo material

3.1.2.2 Pruebas para verificar el efecto de la deformación plástica 143

3.1.2.3 Comportamiento de las muestras C, Nv, P, A, Ng, frente al calentamiento a 144750°C con una duración variable y enfriamiento en Yeso yAire ,

3.1.2.4 Comportamiento de las muestras C, Nv, P, A, Ng frente al calentamiento a 145temperatura variable, con una duración de 20 min y enfriamiento enHorno, Yeso y Aire

3.1.2.5 Tratamiento Térmico de las muestras C, Nv, P, A, Ng, durante 40min a 147750°C y enfriamiento en horno

3.1.2.6 Tratamiento Térmico de las muestras C, Nv, P, A, Ng, durante 60min a 148800°C y enfriamiento en horno, Yeso y Aire

3.1.2.7 Tratamiento Térmico de las muestras C, Nv, P, A, Ng, durante 60min a 149700°C y enfriamiento en horno, Yeso y Aire.

3.1.2.8 Tratamiento Térmico de las muestras C, Nv, P, A, Ng, durante lOOmin a 149750°C y enfriamiento en horno

CAPITULO 4

PROPUESTAS DE RECOCIDO ÓPTIMO 1*2

4.1 EXAMEN DE LAS MUESTRAS 1524.1.1 RESULTADOS DE PRUEBAS PARA VERIFICAR LA DIVERSIDAD DE 153

LAS CARACTERÍSTICAS MAGNÉTICA DENTRO DE UN MISMOMATERIAL

4.1.2 RESULTADOS DE PRUEBAS PARA VERIFICAR EL EFECTO DE LA 154DEFORMACIÓN PLÁSTICA

Page 8: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

CONTENIDO

4.1.3 RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO DE LAS MUESTRAS C, NV, 155P, A, NG, FRENTE AL CALENTAMIENTO A 750°C CON UNADURACIÓN VARIABLE Y ENFRIAMIENTO EN YESO YAIRE

4.1.3.1 Curvas de tendencias de los tratamientos realizados 1564.1.4 RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO DE LAS MUESTRAS C, NV, 158

P3 A, NG FRENTE AL CALENTAMIENTO A TEMPERATURAVARIABLE, CON UNA DURACIÓN DE 20 MSN Y ENFRIAMIENTOEN HORNO, YESO Y AIRE

4.1.4.1 Curvas de tendencias de los tratamientos realizados 158

4.1.5 RESULTADOS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO DE LAS MUESTRAS 161C5 NV, P, A, NG, DURANTE 40 MIN A 750°C Y ENFRIAMIENTO ENHORNO

4.1.5.1 Curvas de tendencias de los tratamientos realizados 1614.1.6 RESULTADOS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO DE LAS MUESTRAS 164

C, NV, P, A, NG, DURANTE 60 MIN A 800°C Y ENFRIAMIENTO ENHORNO, YESO Y AIRE

4.1.6.1. Curvas de tendencias de los tratamientos realizados 165

4.1.7 RESULTADOS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO DE LAS MUESTRAS 167C, NV, P, A, NG, DURANTE 60 MIN A 700°C Y ENFRIAMIENTO ENHORNO, YESO Y AIRE

4.1.7.1 Curvas de tendencias de los tratamientos realizados 168

4.1.8 RESULTADOS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO DE LAS MUESTRAS 170C, NV, P, A, NG, DURANTE 100 MIN A 750°C Y ENFRIAMIENTO ENHORNO ;

4.1.8.1 Curvas de tendencias de los tratamientos realizados 1714.1.9 EVALUACIÓN DE LOS FACTORES DE DIVERSIDAD DE LAS 174

MUESTRAS ANTES Y DESPUÉS DEL TRATAMIENTO TT-H750-40

4.1.10 EVALUACIÓN DE LOS FACTORES DE DIVERSIDAD DE LAS 175MUESTRAS ANTES Y DESPUÉS DEL TRATAMIENTO TT-HYA800-60

4.1.11 EVALUACIÓN DE LOS FACTORES DE DIVERSIDAD DE LAS 176MUESTRAS ANTES Y DESPUÉS DEL TRATAMIENTO TT-HYA700-60

4.1.12 EVALUACIÓN DE LOS FACTORES DE DIVERSIDAD DE ...LAS 177MUESTRAS ANTES Y DESPUÉS DEL TRATAMIENTO TT-H750-100

4.2 DETERMINACIÓN DEL PROCESO DE RECOCIDO 178ÓPTIMO

4.2.1 SELECCIÓN DE MUESTRAS ÓPTIMAS 178

Page 9: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

CONTENIDO

4.2.2 DETERMINACIÓN DEL RECOCIDO ÓPTIMO 179

4.3 DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS 186MAGNÉTICAS DE LA MUESTRA FINAL

4.3.1 Curva dinámica de magnetización del material tipo C, utilizando variables 188de voltaje y

CAPITULO 5.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES i92

5.1 CONCLUSIONES: 1925.2 RECOMENDACIONES: 196

APÉNDICE A. 200

6.1.1 RESULTADOS DE PRUEBAS PARA VERIFICAR LA DIVERSIDAD DE 201LAS CARACTERÍSTICAS MAGNÉTICA DENTRO DE UN MISMOMATERIAL

6.1.2 RESULTADOS DE PRUEBAS PARA VERIFICAR EL EFECTO DE LA 203DEFORMACIÓN PLÁSTICA

6.1.3 RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO DE LAS MUESTRAS C, NV, 204P, A, NG, FRENTE AL CALENTAMIENTO A 750°C CON UNADURACIÓN VARIABLE Y ENFRIAMIENTO EN YESO Y AIRE

6.1.4 RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO DE LAS MUESTRAS C, NV, 208P, A, NG FRENTE AL CALENTAMIENTO A TEMPERATURAVARIABLE, CON UNA DURACIÓN DE 20 MIN Y ENFRIAMIENTOEN HORNO, YESO Y AIRE

6.1.5 RESULTADOS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO DE LAS MUESTRAS 214C, NV, P, A, NG, DURANTE 40 MIN A 750°C Y ENFRIAMIENTO ENHORNO

6.1.6 RESULTADOS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO DE LAS MUESTRAS 218C, NV, P, A, NG, DURANTE 60 MIN A 800°C Y ENFRIAMIENTO ENHORNO, YESO Y AIRE

6.1.7 RESULTADOS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO DE LAS MUESTRAS 224C, NV, P, A, NG, DURANTE 60 MIN A 700°C Y ENFRIAMIENTO ENHORNO, YESO Y AIRE J

6.1.8 RESULTADOS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO DE LAS MUESTRAS 228C, NV, P, A, NG, DURANTE 100 MIN A 750°C Y ENFRIAMIENTO ENHORNO

6.1.9 VALORES MEDIDOS PARA EL TRAZO DE LA CURVA DINÁMICA 232DE MAGNETIZACIÓN PARA EL MATERIAL TIPO " C"

Page 10: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

CONTENIDO

APÉNDICE B.

CONCEPTOS FUNDAMENTALES 233

APÉNDICE C

CURVAS DE LAS PROPIEDADES MAGNÉTICAS DEL MATERIAL 235tf "C"

Page 11: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 1 -

CAPITULO 1.

ESTUDIO DE LA CONFIGURACIÓN Y NATURALEZA DEL

NÚCLEO EN TRANSFORMADORES DE MEDIDA.

En este capítulo se agrupa en forma resumida las variables que intervienen

en el diseño y construcción de un transformador de medida de corriente, aunque

buena parte de su contenido puede ser aplicado a los transformadores de

distribución.

Este resumen se divide en dos temas. El primer tema incluye la

configuración del transformador, cuyo contenido trata sobre la confección de

sus circuitos magnético y eléctrico, y las modelos matemáticos que lo

representan, y se describe en la sección 1.1.- CARACTERÍSTICAS Y

REQUERIMIENTOS ELÉCTRICOS DEL TRANSFORMADOR. El

segundo tema trata sobre la naturaleza del núcleo, en el cual se estudian las

características intrínsecas de los materiales de los cuales se conforman las

láminas de los núcleos de los transformadores, cuyos conceptos son importantes

para el desarrollo, dirección y justificación de los resultados de este estudio, y se

describen en la sección 1.2.- LA ESTRUCTURA CRISTALINA Y

PROPIEDADES MAGNÉTICAS.

El enfoque que se presenta es fenomenológico cuya finalidad es establecer

los criterios básicos para el estudio de los transformadores.

Un estudio completo de la naturaleza del transformador involucra el análisis

físico tanto del material de los conductores de los circuitos eléctricos como de los

núcleos que conforman los circuitos magnéticos, ya que en ambos casos el

tratamiento térmico puede lograr mejoras de las propiedades requeridas, el

alcance de este estudio basará su desarrollo enfocado únicamente en el

tratamiento térmico de] núcleo de los transformadores, siendo el objetivo

^

Page 12: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página- 2-

encontrar el más adecuado tratamiento térmico de material ferromagnético para

aplicación en transformadores de medida, específicamente para medida de

corriente.

El análisis universal de un tratamiento definido, para un material específico,

requiere de un estudio de costos de ingeniería para pruebas y gastos de energía,

obviamente [os fabricantes de las láminas de hierro eléctrico (láminas para uso de

núcleos ) deberán disponer de algunos estándares de producción para diversas

aplicaciones, basados en un balance técnico económico.

En este estudio se describe únicamente los aspectos técnicos.

1.1 CARACTERÍSTICAS Y REQUERIMIENTOS ELÉCTRICOS DEL

TRANSFORMADOR.

Los transformadores de medida son instrumentos cuya función es

básicamente completar los sistema de medición indirecta, son de dos tipos:

Transformadores de Corriente, "Currenís Transformers, CT" y los

Transformadores de Potencial," Poíeníial Transformers, PT ".

Los transformadores de medida transforman los fasores reales de corriente

o voltaje a fasores de magnitudes manejables en condiciones de aislamiento

adecuadas,

Para realizar su estudio se ha idealizado el funcionamiento de un

transformador, con base en las leyes físicas que relacionan los campos

magnéticos con la corriente eléctrica, creando un modelo matemático que se

cumple en un circuito equivalente.

Del análisis de los circuitos equivalentes, como se verá más adelante, se

desprende fácilmente que la causa de error en los transformadores de corriente

está dada por la existencia de una corriente de magnetización ( Im ), Si esta no

existiese, los factores de corriente primaria y corriente secundaria estarían

Page 13: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 3 -

desfasados exactamente en 180° entre si y sus módulos estarían en una relación

precisa dada por la razón del número de espiras entre los bobinados secundario y

primario, sin embargo la presencia de la corriente ( Im ) varía estas condiciones,

introduciendo errores. La necesidad de minimizar estos errores provoca la

necesidad de disminuir la corriente de magnetización, condicionando aspectos

constructivos del TC.

Un TC será más preciso entre más pequeños sean sus errores. Estos

pueden ser de relación o de fase y se los estudiará más adelante.

1.1.1.- PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR.

Un transformador es un dispositivo electromagnético constituido de un

núcleo y dos o más bobinas estacionarias acopladas a través de un flujo

magnético mutuo. Cuyo principio de operación es una aplicación de la ley de

Faraday de la inducción electromagnética.

Para el análisis de este dispositivo, se presenta la idealización del

comportamiento del transformador frente a un campo magnético externo, cuya

explicación se basa en las siguientes ilustraciones Fig 1.1 y Fig 1.2.

lo -i- ip'

K ÉJ

vpT i c

Ip

t Swp cccrrrc

i

&

V

p

^

^.:>^^->j>•>

fr

£fmw

L J

Ep Es

ís N

cL ccc<L

*-*-

p

i

&

L

s

Te

j> Sw¿ i

1 Vs-j:>

21

Fig 1.1 Esquema de las variables que intervienen para la idealización del

principio de Faraday.

Page 14: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-4-

IpK

L

0Lp Flujo de dispersio'n en la bobina primaria

0Ls Flujo de dispersión en la bobina secundaria

Fig 1.2 Esquema de los flujos de dispersión en las bobinas del transformador.

En las Fig. 1.1 y Fig 1.2, se representan los elementos y las variables

básicas que se utilizarán para describir el principio de operación del transformador

basado en la ley de Faraday de la inducción electromagnética.

Los elementos son los siguientes:

Núcleo representado en forma cuadrangular,

Bobina primaria con una cantidad de espiras ( Np ),

Bobina secundaria con una cantidad de espiras ( Ns ).

Terminales de conexión primarios ( K, L ).

Terminales de conexión secundarios ( k, I ).

"Switch" de desconexión en la bobina primaria ( Sw p )

"Switch" de desconexión en la bobina secundaria ( Swl )

Impedancia de carga ( Zl )

Las variables son las siguientes:

Vp = Voltaje aplicado en los terminales K,L de la bobina primaria ( Np )

Vs = Voltaje medido en los terminales k, I, de la bobina secundaria.

Page 15: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 5 -

Zl = Impedancia de carga, del instrumento o "Burden" del transformador

Ip - Corriente que circula en la bobina primaria.

Is = Corriente que circula en la bobina secundaria pasando por la impedancia

de carga ( Zl )

Ep = Voltaje inducido en la bobina primaria.

Es = Voltaje inducido en la bobina secundaria.

(p = Flujo magnético en la bobina primaria.

(ps = Flujo magnético en la bobina secundaria.

(pm = Flujo magnético mutuo.

Ylp = Flujo ma9nético de dispersión en la bobina primaria que no concatena a la

bobina secundaria.

Yls = Flujo magnético de dispersión en la bobina secundaria que no concatena a

la bobina primaria.

En la Fig. 1.1. se describen los flujos equivalentes de las bobinas primaria,

secundaria y en el núcleo ( (f>p$Si(j)m ), y en la figura 1.2. se ilustran los

componentes de flujo de dispersión ( (p¡pí(/)is ).

1.1.1.1 Idealización de la operación del transformador al cerrar (S\vp }: manteniendo

abierto (Swl).

Análisis de la figura 1.1.

Al aplicar un voltaje de forma senoidal en la bobina primaria ( Vp ), se

origina una corriente ( lo ) en dicha bobina.

La corriente ( lo ), de forma senoidal origina un flujo ( (pm ), también de

forma senoidal en el núcleo.

Page 16: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 6-

( (f)m } induce un voltaje ( Ep ), en la bobina primaria, que según la ley de

Lenz se opone al voltaje aplicado ( Vp ), limitando a ( lo ), e induciendo ( Es ) en

la bobina secundaria.

( Es ) no disminuirá a ( (f)m } mientras permanezca abierto ( Swl).

La corriente ( lo ) se denomina corriente de excitación y es originada por la

potencia de entrada ( Sin ). La misma que abastece a las pérdidas del cobre de la

bobina primaria, y las pérdidas de potencia en el núcleo.

La corriente de excitación que abastece a las pérdidas de potencia en el

núcleo tiene dos componentes ( Ic ) e ( Im ).

La componente ( Ic ) es la corriente equivalente que suministra la potencia

calorífica del núcleo.

La componente ( Im ) es la corriente equivalente que proporciona la fuerza

magnetomotriz necesaria para producir el flujo ( (f)m ).

1.1.1.2 Idealización de la operación del transformador al cerrar ( Swp ) y ( Swl).

Al cerrar el interruptor ( Swl) el voltaje ( Es } origina una corriente ( Is ) en

la bobina secundaria, esta corriente ( Is ) origina el flujo ( (/)s ), el que se opone al

flujo ( (/)m ), reduciéndolo.

El nuevo valor de ( (f)m } reducido, da origen a una disminución del voltaje

inducido en la bobina primaria ( Ep ), provocando un incremento en la corriente

de la bobina primaría ( Ip ).

Page 17: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 7 -

La descripción de la operación del transformador, basado en la Ley de

Faraday de inducción electromecánica expone dos estados, como consecuencia

de abrir o cerrar el interruptor ( Sw] ). Se observa que en ambos casos el flujo

magnético ( (f)m ) trabaja con magnitudes diferentes.

Estos dos estados encuentran su aplicación en dos condiciones extremas,

la primera cuando se mantiene abierto ( Swl ), y la segunda cuando se mantiene

cerrado ( Swl ) y se cortocircuita ios terminales ( k,l ).

La primera condición encuentra su aplicación en un tipo de transformador

denominado TRANSFORMADOR DE MEDIDA DE POTENCIAL, "POTENTIAL

TRANSFORMER PT.", en este caso a los terminales ( k,l ) se instalará un equipo

o lote de equipos en paralelo para medir voltaje, cuya impedancia equivalente en

( ohmios ) sea lo más alta posible, y sea mayor a la especificada por la "burden"

( en ohmios ) del transformador de potencial ( PT ).

La segunda condición encuentra su aplicación en un tipo de transformador

denominado TRANSFORMADOR DE MEDIDA DE CORRIENTE, "CURRENT

TRANSFORMER CT", en este caso a los terminales ( k,l ) se instalará un equipo o

un lote de equipos en serie para medir la corriente, cuya impedancia equivalente

en ( ohmios ) sea lo más pequeña posible, y sea menor a la especificada por la

"burden" ( en ohmios ) del transformador de corriente ( CT ).

En un transformador que entrega únicamente potencial ( voltaje ), se

requerirá que en su circuito secundario, no se vea reducido el voltaje inducido

( Es ), esta condición se cumple cuando ( SL ) se encuentra abierto, y en forma

práctica, cuando interviene en un circuito de medición para medir el voltaje, su

impedancia ( ZL ) deberá ser lo más grande posible, en este caso ( (j)m ) no se

verá disminuido, y solo existe ( (f) } que es equivalente a la suma del flujo de

dispersión en la bobina primaria ( (f)¡ ), que no concatena a la bobina secundaria

Page 18: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 8 -

y el flujo mutuo originado por la bobina primaria y que concatena a la bobina

secundaria ( (p }.sp

Siendo =

En el caso de un transformador que entrega únicamente corriente, se

requerirá que en su circuito secundario la impedancia de carga ( 21 } sea lo más

baja posible, en estas condiciones la corriente ( Is ) crece hasta que los circuitos

eléctrico y magnético alcancen el equilibrio, de esta manera ( Is ) da origen a

( (ps ) flujo que a su vez alimenta el flujo de dispersión en la bobina secundaria

( $is ) y e' f'uJ° niutuo originado por la bobina secundaria y que concatena a la

bobina primaria ( (j) s ).

En esta segunda condición se cumple lo siguiente:

'P=9>!p+<Psp Ec.1.2

's=<Pls+<Pps Ec.1.3

siendo <j>m=$sp-$ps Ec. 1.4

El flujo ( (f)m ) disminuido, da origen a una disminución en los voltajes

(Ep)y(Es).

Los flujos ( (p , (p } tienen sus trayectorias al interior del núcleo , en

cambio los flujos ( , ) tienen sus trayectorias en el aire.

En la práctica los efectos de los flujos de dispersión no podrán ser

eliminados pero pueden ser disminuidos, al apilar lo rnás posible las espiras de

Page 19: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 9 -

las bobinas y las láminas del núcleo, evitándose en la confección esquinas, y

formas irregulares.

1.1.1.3 Expresiones de cálculo de un transformador

Según la ley de Faraday de la inducción electromagnética.

Ec. 1.5dt

4>.Ec. 1.6

dt

Siendo ( Ep ) el fasor de voltaje inducido en la bobina primaria

correspondiente al voltaje instantáneo ( ep ), inducido por el flujo ( (f) } que

eslabona ( Np ).

( Es ) es el fasor de voltaje inducido en la bobina secundaria,

correspondiente al voltaje instantáneo ( es ), inducido por el flujo ( (f)s ) que

eslabona ( Np ).

En la práctica los flujos ( (f) } y ( (f)s ) se ven disminuidos por los flujos de

dispersión ( fy y (p¡s ) respectivamente.

Si en la bobina primaria ( Np ) se inyecta el flujo

é =d Sen(cof) Ec. 1.7P mp

Utilizando la ecuación Ec 1.5 y la Ec. 1.7, El voltaje inducido instantáneo

es:

ep = co.Np.(pm Cos(cof) Ec. 1.8

Page 20: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -10 -

.<f>mj Cos((Dt} Ec. 1.9

De la expresión anterior se obtiene el valor eficaz del voltaje ( Ep )

p p

.mply Ec.1.10

Snp Ec. 1.11

= 4A4.f.Np.Bmfm.Snp . EC. 1.12

Haciendo el mismo análisis para la bobina secundaria con el flujo

instantáneo.

f ) , Ec. 1.13u

se obtiene:

4A4.f.Ns.BmSns. Ec.1.14

Np.Bmp.Snp Np • 0mp

Es ~ Ns.Bms.Sns

~ rms "*" r dispersión Ec. 1.16

En la práctica para núcleos de permeabilidades altas se cumple que

Yms )) Y dispersión Ec. 1.17

á^me Ec. 1.18

Page 21: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 11 -

Ep Np« a « ; ( a ) = relación de transformación Ec. 1.19

Es Ns.

1.1.2 CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN TRANSFORMADOR

El circuito equivalente de un transformador es un modelo matemático que

representa el comportamiento de todos los elementos de un transformador, a

través de un circuito eléctrico mediante el cual se puede simular la operación de

un transformador.

1.1.2.1. Incidencia de las pérdidas en los circuitos equivalentes

Un transformador real presenta pérdidas de energía en sus bobinas y en su

núcleo.

En las bobinas se manifiestan las pérdidas por las resistencias del

conductor y en el núcleo se presentan pérdidas por las características naturales

de los materiales magnéticos del núcleo, que se resumen en 2 tipos.

El primero debido a las corrientes parásitas o por efecto Joule (I2.R). Estas

corrientes se producen para oponerse a las variaciones en la densidad de flujo

que pasa por el material .

Segundo, una componente de energía que se debe al lazo de histéresis,

energía que se gasta en orientar los dominios magnéticos en forma paralela a la

dirección del campo magnético provocado por la fuerza magnetomotriz.

Experimentalmente estas pérdidas dependen de la magnitud del campo externo

aplicado al material, la orientación del campo, la frecuencia del campo , e

internamente depende de la composición del material , del espesor del material

medido en un plano normal al campo.

Page 22: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -12-

En resumen cuando un material es sometido a un campo magnético

externo presenta pérdidas eléctricas de energía que se consumen para orientar

los dominios magnéticos en todo el material del núcleo y en la energía calorífica

disipada en el núcleo por la corriente de electrones resultantes al generar un

campo opuesto al de la fuente que circula en las celdas unitarias, paredes de

granos y defectos cristalinos ( corrientes de remolino estudiadas por Foucault).

Las pérdidas totales y la separación de pérdidas de histéresis y de foucault

son evaluadas en unidades de potencia por unidad de peso de la muestra

utilizando fórmulas experimentales, Es común la práctica de expresar estos datos

en curvas de vatios o voltamperios por kilogramo de la muestra, estos curvas son

evaluadas y proporcionados por los fabricantes; véase los métodos de medición y

cálculo en el capítulo II.

Puesto que la facilidad de magnetización depende de algunas variables,

para campos magnéticos generados por corriente de excitación alterna, los

fabricantes normalmente expresan para cada material de fabricación las curvas

de vatios o voltamperios por kilogramo en función de la frecuencia, magnitud

máxima de densidad de flujo y orientación del campo magnético.

Las curvas de pérdidas totales del núcleo pueden expresarse básicamente

en función de la densidad máxima de flujo, si se trabaja con frecuencias normales

de operación ( 50 ó 60 Hz ) y si se construyen las láminas en una dirección de

magnetización de menos pérdidas.

La descripción que se realizada en relación a las pérdidas tiene como

finalidad definir el modelo de circuito eléctrico que permitirá simular la operación

del transformador sin que queden de lado la influencia y naturaleza de las

pérdidas.

Page 23: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-13 -

1.1.2.2. Estudio del circuito equivalente y su diagrama fasorial.

Para el estudio del transformador se dispone de un modelo a través de un

circuito equivalente, conformado por dos impedancias que simulan la presencia

de las bobinas ( primaria y secundaria ) y reflejan sus valores de resistencia y

dispersión de flujo; una impedancia de magnetización inductiva-resistiva para

simular las pérdidas caloríficas y de orientación de los dominios y un

transformador ideal de relación de transformación ( a ) que los enlaza. Como se

muestra en la Fig. 1.3.

K Rp Xlp Kp

Vp

leí ^

Re"

loj

1>-•- ti

Xm

i

NILp

Fig 1.3 Esquema del circuito equivalente del transformador con una bobina

primaria (Np) y una bobina secundaria (Ns), y su ¡mpedancia de magnetización

medida en el lado primario.

A continuación se definen las variables que se muestran en la Fig 1.3

Fasores de voltaje

Vp es el voltaje aplicado a los terminales (K, L) de la bobina primaria.

Vs es el voltaje medido a los terminales (k,l) de la bobina secundaria.

Ep es el voltaje inducido en la bobina primaria.

Es es el voltaje inducido en la bobina secundaria.

Fasores de corriente.

Ip es la corriente en la bobina primaria.

Page 24: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -14-

Is es la corriente en la bobina secundaria.

le es la corriente equivalente que representa a las pérdidas de energía.

Im es la corriente equivalente que representa la energía para la orientación de los

dominios magnéticos.

lo es la corriente de magnetización del núcleo o de pérdidas totales del núcleo.

Impedencias

Rp es la resistencia del devanado primario

Rs es la resistencia del devanado secundario

Xlp es la reactancia de dispersión del devanado primario

Xls es la reactancia de dispersión del devanado secundario.

Zl es la Impedancia del instrumento o "burden" del transformador

Re es la resistencia equivalente que representa a las pérdidas de energía.

Xc es la reactancia equivalente que representa a la energía requerida para la

orientación de los dominios.

Otras variables

Np es el número de espiras del devanado primario

Ns es el número de espiras del devanado secundario.

( a ) es la relación de transformación Np/Ns

O es el flujo equivalente mutuo de trabajo del transformador.

Re , Xm, son de valores tales que Ep, le e Im, cumplen la ley de Ohm en el

circuito equivalente que se ilustra en la Fig 1.3.

Con los fasores definidos y cumpliendo con la ley de Ohm se traza el

diagrama fasorial correspondiente al circuito equivalente de la Fig 1.3, véase la

Fig 1.4.

Page 25: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página- 15 -

11 A/p

La numeraciónestablece secuenciade trazado fasorial.

Fig 1.4 Esquema del diagrama fasoriaí correspondiente al circuito equivalente del

transformador con una bobina primaria (Np) y una bobina secundaria (Ns), y su

impedancía de magnetización medida en el lado primario.

Cuando la impedancia de magnetización es medida en lado secundario se

define el siguiente circuito equivalente. Véase la Fig. 1.5.

K Rp Xlp

o—AVr—Ifflfó

Ks RS Xls Swl

Np

s" Idj

IrlEs ^:

Re

s

Irril

- *í

Xrn

k

b1 Vs L

Ls

Fig 1,5 Esquema del circuito equivalente del transformador con una bobina

primaria (Np) y una bobina secundaria (Ns), y su impedancia de magnetización

medida en el lado secundario.

Para el circuito definido en la Fig 1.5, y las consideraciones de la Ley de Ohm se

establece el siguiente diagrama fasorial. Véase la Fig. 1.6.

Page 26: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -16 -

1 Es

11 Vp

La numeraciónestablece secuenciade trazado fasorial.

Fig 1.6 Esquema del diagrama fasorial correspondiente al circuito equivalente del

transformador con una bobina primaria (Np) y una bobina secundaria (Ns), y su

impedancia de magnetización medida en el lado secundario.

Para realizar los diagramas fasoriales de las figuras Fig 1.4 y Fig 1.6. se

toman en cuenta las siguientes consideraciones:

El punto de partida son: en los terminales idealizados (Kp, Lp), el fasor de

voltaje Ep, y en los terminales ( Ks, Ls ) el fasor de voltaje Es, ambos fasores

corresponden al voltaje presente en la impedancia de magnetización.

Para el diagrama de la Fig 1.4:

le está en fase con Ep, e Im en retrazo de 90° con respecto a Ep.

Es y Ep están en oposición de fase.

La carga Zl tiene un factor de potencia en retraso,

La corriente Ip' se relaciona en magnitud con Is por la relación de vueltas

[EP\ Ec 1.20.

Page 27: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página- 17 -

Para el diagrama de la Fig 1.6:

le3 está en fase con Es debido a Re' e Im3 en retrazo de 90° con respecto a Es.

Debido a Xm'.

Ep y Es están en oposición de fase.

La carga Zl tiene el factor de potencia en retraso.

La corriente Ip se relaciona en magnitud con Is3 por la relación de vueltas

a =[Ip]

Ec1.21.

En ambos casos lo e lo' son la suma fasorial de sus componentes; Ip e Is

se relacionan fasorialmente con Ep y Es a través de la ley de Ohm.

En los diagramas fasoriales mostrados en las Fig 1.4 y Fig 1.6, se ha

asociado a la designación de cada uno de los fasores, un número cuyo orden

muestra la secuencia seguida para la determinación de ios fasores, apoyada en ei

circuito equivalente asociado.

Un circuito equivalente práctico se define refiriendo los elementos del lado

secundario ai primario; si se desea puede referirse todos los elementos del

circuito ai lado primario. Véase la Fig 1.7

K Rp XI p Kp a2Rs a2Xls Swl k

Vp

ID'rji i

Ep ''1

Re

'oj

I»-»-t-

1,XmI

le /-ai

a Es avs

i

Fig 1.7 Esquema del circuito equivalente del transformador con los elementos de

la bobina secundaria referidos al lado primario.

Page 28: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 18 -

La representación fasorial se ilustra en la Fig. 1.8

La numeraciónestablece secuenciade tratado fasorial.

2. le

1. Ep=aEs12.Vp

3.lm

Fig 1.8. Esquema del diagrama fasorial correspondiente al circuito equivalente

del transformador con los elementos de la bobina secundaria referidos al iado

primario.

1.1.2.3. Tipos de errores en los transformadores de medida.

Si a los terminales del secundario de un transformador se coloca un equipo

de medida, se observa que la corriente medida ( Is ) o voltaje ( Vs } difieren en

magnitud y en ángulo de fase de ios fasores ( Ip ) y ( Vp ), estas diferencias se

deben a la presencia de Rp, Rs, Xlp, Xls, Re y Xm.

Para el caso de la medición de corriente ( Ip ), a través de un equipo en Zl,

el fasor (Is ) se ve alterado en magnitud y en fase por la existencia de ( Re y Xm).

Para el caso de la medición de potencial ( Vp ), a través de un equipo en

Zl, el fasor ( Vs ) se ve alterado por las caídas de voltaje en ( Rp, Xlp, Rs, Xls y

los efectos de la existencia de Re y Xm ) .

Page 29: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -19-

Las alteraciones que se registran en los equipos de medición ai utilizar

transformadores de medida, se definen como errores de magnitud y errores de

fase.

Para ios transformadores de medida de corriente

El Error de ángulo = CCt

Error de magnitud ( £¡ ) = Is/a~Ip*m% Ec 1.22. ( Ref. 24A, p.33 )Ip

Para los transformadores de medida de potencial

Error de ángulo = CCV

aVs-V-nError de magnitud ( Sv ) = ^*10Q% Ec 1.23.

Vp

Los transformadores serán más precisos si los errores son mas pequeños,

la magnitud de estos se verá disminuida mientras se disminuyan los efectos de

las impedancias del circuito equivalente, para el caso del transformador de

medida de corriente es conveniente disminuir al máximo las pérdidas totales del

núcleo.

La clase de precisión establece en forma normalizada los valores máximos

de error de relación y error de fase para la potencia nominal en el secundario del

transformador de medida ( Burden ), cada aplicación particular determinará los

errores admisibles en las mediciones, según la "IEC" se definen seis clases de

precisión cuyas designaciones son:

Clase 0.1, Clase 0.2 Clase 0.5, Clasel, Clase 3 y Clase 5.

Desde aquí en adelante este estudio se referirá al Transformador de

Medida de Corriente.

Page 30: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 20 -

A continuación se muestra un resumen de los valores de error en magnitud

y en fase máximos aceptados, para las clase de precisión 0,1, 0.2, 0.5, y 1, de

acuerdo a la Norma "IEC" 185.

Clasede

Precisión

0,10,2

0,5

1,0

Error de relación a distintosporcentajes de ¡a 1 nominal (%)

(%)10

0,250,50

1,00

2,00

20

0,200,35

0,751,50

100

0,10

0,200,50

1,00

200

0,100,20

0,50

1,00

desplazamiento angular

( minutos )

10

10

20

60

120

20

8

15

45

90

100

5

10

30

60

200

5

10

30

60

CLASES DE PRECISIÓN SEGÚN LA NORMA "IEC" 185

1.1.3 CONSIDERACIONES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UN

TRANSFORMADOR. DE MEDIDA DE CORRIENTE (TC ).

Para el diseño de un transformador de medida se debe poner especial atención

en los aspectos constructivos y naturaleza del núcleo, tratando de disminuir al

máximo los efectos que producen las impedancias de los circuitos equivalentes, y

en la fase constructiva optimizar la aplicación de las leyes del campo

electromagnético.

El núcleo en forma de Toroide, es el modelo físico de confección más

adecuado para la construcción de un transformador de medida de corriente, en

este modelo, el flujo magnético que circula por el núcleo es el máximo, pues su

forma contribuye con la disminución de las dispersiones de flujo.

Otro factor que contribuye con la disminución del flujo de dispersión es el

nivel de paralelismo del apilado de las láminas del material del núcleo, lo cual se

Page 31: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página- 21 -

logra eliminando las láminas que tengan deformaciones en su forma plana y.

apretándolas convenientemente, para evitar al máximo, espacios de aire.

En la preparación de las muestras se provocan deformaciones, para alinear

las chapas, darles el radio de curvatura necesaria o para reparar un doblez

imperfecto, estas deformaciones acumulan tensiones mecánicas internas en sus

cristales provocando una disminución de las propiedades magnéticas en las áreas

deformadas de dicha lámina, en particular; el efecto de esta deformación al

encontrase en el paquete apilado provocará un estrangulamiento del movimiento

de los dominios en forma localizada por esta causa. Para evitar estos efectos es

costumbre en este tipo de aplicaciones, proporcionar en forma obligatoria el

tratamiento térmico al núcleo total del transformador de medida para eliminar las

tensiones internas acumuladas en fas chapas del núcleo del transformador.

En la confección de las bobinas, el apilamiento de las espiras una a

continuación de otra también debe ser homogénea, y la distancia de separación

entre la bobina y el núcleo debe ser disminuida ai máximo para disminuir a su vez

la dispersión del flujo creado por las corrientes magnetizantes al concatenar el

volumen del material del núcleo.

Para optimizar el camino del flujo magnético las láminas que forman el

núcleo, se distribuyen en forma concéntrica de tal manera que la dirección de

circulación el flujo sea paralela a la dirección del laminado.

Si el material del núcleo es de grano orientado ( la dirección de laminación

es paralela a la dirección de fácil magnetización de los cristales del material

ferromagnético ) es conveniente disponer las láminas en forma concéntrica. Si el

material de las láminas que forman el núcleo no son de grano orientado ( las

direcciones de fácil magnetización de los granos del material ferromagnético se

encuentran en todas direcciones ) la disposición de las láminas en forma

concéntrica o el apilamiento de anillos troquelados forman un núcleo que entrega

similares resultados, esto es consecuencia de que el flujo magnético se ve

obligado a pasar por granos de fácil y difícil magnetización en los dos casos.

Page 32: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 22 -

En el caso de los núcleos formados con láminas apiladas en forma

cuadrangular, el camino del flujo magnético experimenta cambios de giro brusco

en las esquinas en las que se forman gradientes de campos magnéticos

elevados, aumentando la posibilidad de mayor dispersión del flujo en estas áreas

cuando el núcleo trabaja con elevadas densidades.

Los transformadores de corriente ( TC) trabajan con bajas densidad de flujo

con la finalidad de aumentar al máximo la velocidad de respuesta de los dominios

magnéticos en la dirección del campo magnetizante, en estos casos, el flujo

obtenido se debe al crecimiento de los dominios que se encuentran en la

dirección del campo.

"La fabricación de los TC, deben cumplir con las recomendaciones y

normas exigidas por las normas ( UNE, 21088 ), ( CEi Publicación 185 ) , ( IEEE

C57.13 ) (VDE 0414/5.67). Estas normas contienen definiciones estándares y

protocolos de pruebas para garantizar la calidad de los transformadores de

corriente." ( Ref. 24A, pp.22 ).

Los transformadores de medida de corriente son instrumentos que

transforman valores elevados de corriente de sistemas de bajos, medios y altos

voltajes en valores manejables de corriente bajo estrictas condiciones de

seguridad para los equipos y los operadores, los valores de diseño para el lado

secundario pueden estar en el orden de 1 a 5 amperios, Los valores normalizados

para el secundario del transformador son de preferencia de 5A, para UNE Y "IEC",

aunque la "IEC" admite también 2A. ( Ref. 24A, p.24 ).

1.1.4 PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR EL CALCULO DE UN

TRANSFORMADOR DE MEDIDA DE CORRIENTE TIPO VENTANA

Para describir los pasos para el diseño de un transformador de corriente

tipo ventana para bajos voltajes se considera la ilustración de la Fig. 1.9.

Page 33: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 23 -

Barden (VA)

ZNRI+j XI

Fig 1.9. Ilustra el esquema de construcción de un transformador de

corriente con un núcleo de forma de toroide.

Los parámetros que se requieren definir, para el diseño de un

transformador de medida de corriente son la relación de transformación ( a ), los

valores nominales de corriente en los lados primario (Ipn) y secundario (Ips ), La

"Burden" ( ZL y su factor de potencia ( fp )) , la clase de precisión.

Siendo

Ip. Ns.

"Burden" expresada en forma de impedancia.

Zl = RL+: XL = [Z/J- fp + ; [Zl]'^jl-fp2

Ed.24.

Ec1.25.

"Burden" expresada en forma de potencia (VA)

Paso 1.~ Determinación de las dimensiones del núcleo de forma toroidal.

Se determina el diámetro interior del núcleo ( D-interior ) considerando el

paso holgado del cable que lleva la corriente a ser medida, de sección transversal

( S-cable-p ) más el espacio que ocuparían las capas de la bobina secundaria ( S-

cable- s).

Ec 1.26.

D-inter¡or=( S-cable-p )+ ( S-cable- s)+holgura por aislamientos.

Page 34: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 24 -

Se determina la sección transversal del núcleo (Sn)a partir de la Ec 1.14,

(Es=4A4.f.Ns.Bmt.Sn.)í en la cual ( Ns ) se extrae de la relación de

transformación ( a ), siendo ( Np =1 ); ( Es ) se evalúa de la "Burden" nominal

en ( VA ) y la corriente secundaria nominal ( Isn ).

La expresión para el cálculo de ( Sn ) toma la siguiente forma:

Burdennominal -108 2

(cm ) (Bin pn nans^ ) Fr 1 97' ^ 9 ;

La (¿Vz) de la ecuación Ec. 1.27, quedará definida siempre y cuando los

valores calculados de los errores de fase y ángulo sean inferiores a los

especificados por la norma lEC 185, ( véase la sección 1.1.2.3 ); para la clase de

precisión elegida.

La experiencia práctica demuestra que se obtienen los valores apropiados

para bajas densidades de flujo y para materiales ferromagnéticos que tengan

altas permeabilidades. Se recomienda ensayar los cálculos a partir de B igual a

3000 Gauss.

Para el cálculo de transformadores de medida de corriente tipo ventana con

aplicaciones en medios y altos voltajes, las dimensiones se verán alteradas

debido a las distancias mínimas de aislamiento, que provocan el aumento del

volumen del núcleo, con el consecuente aumento de pérdidas. La solución a este

hecho obliga a la búsqueda de materiales con menos pérdidas. Para estos casos

es importante ensayar el tratamiento térmico en los materiales para este tipo de

aplicaciones.

Paso 2.- Determinación de los errores de medición de acuerdo a la

densidad de flujo magnético ( B r r i j ) y a la clase de precisión escogidos.

Page 35: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 25 -

Para ia determinación de los errores se examinan los circuitos equivalentes

y los diagramas fasoriales correspondientes de la sección 1.1.2.2.

Se realiza el cálculo de los errores de magnitud ( £/ %) y de fase (¿zz-en

minutos ) con la ecuación Ec. 1.22. para todos los valores de corriente y de

Burden requeridos por la norma IEC 185, (véase la sección 1.1.2.3 ); todos con el

valor de inducción magnética (Bm¿) escogido para la determinación de ( Sn^ )

en la ecuación Ec 1.27. Si los valores calculados ( £[ %) y de fase (#¿en

minutos ) son menores a los especificados por la norma "IEC" 185, entonces el

valor de prueba (Bmi) escogido para la determinación de la sección del núcleo

( Sni ) en la prueba ( i ) es el adecuado.

Las expresiones que se deben tomaren cuenta para el análisis son:

Sz¿ -pesoIo = Ec. 1.28.

Es i

Pzi • pesoIc = Ec.2.29.

Es i

Siendo:

( Sz¡ ) El valor de potencia total de pérdidas en ( voltamperios por

kilogramo ) extraído de las curvas del fabricante para el valor ( Bm¡ ) de prueba,

( Pzf ) El valor de pérdidas totales en ( vatios por kilogramo ) extraído de

las curvas del fabricante para el valor Bm¡ de prueba.

( Es i } El valor eficaz del voltaje inducido a los terminales de la impedancia

de magnetización, para la prueba ( i ).

El cálculo de los valores de corriente y ángulos se determina utilizando las

herramientas del cálculo fasorial aplicados en los circuitos equivalentes y

correspondientes diagramas fasoriales.

•£'

Page 36: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 26 -

1.2 LA ESTRUCTURA CRISTALINA Y LAS PROPIEDADES

MAGNÉTICAS.

El comportamiento y las propiedades de los materiales ferromagnéticos

dependen de la naturaleza de los momentos magnéticos orbitales y de espín de

los electrones y las interacciones del material o aleación particular que conforman

el material ferromagnético y al igual que el resto de materiales de ingeniería,

dependen de su estructura interna, sus fases y presencia de defectos.

Para materiales puros, la naturaleza de sus electrones y configuración dan

origen a determinadas fuerzas interatómicas y momentos magnéticos a través de

los cuales la teoría de Weiss justifica el ferromagnetismo y se complementa con la

teoría de los dominios ( pequeñas volúmenes magnéticos que se superponen a

agrupaciones cristalinas ). ( Ref. 12, p.126 ). Una explicación más elaborada

considera en su análisis una mezcla de distintos efectos y energías de tipo

macroscópico y atómico. ( Ref. 12, p.159 ).

Para soluciones sólidas la explicación es más complicada, nótese que se

conocen materiales ferromagnéticos a base de componentes antiferromagnéticos,

las siguientes soluciones constituyen algunos ejemplos:

Mn con cada uno de los siguientes elementos As, Bi, B, C, H, N, P, S, Sb, O, Pt;

Cu con Al, Sn,

CrconTe, Pt, O y S. ( Ref. 13, p.137 ).

De lo expuesto se concluye que las soluciones sólidas con la propiedad del

ferromagnetismo no deben esta propiedad a la estructura atómica cuanto a la

estructura cristalina ( Ref. 15, p.350 ),

La variación de la estructura cristalina o modificación de los granos como

se verá más adelante, dificulta o facilita los procesos de imantación y

desimantación del material, entonces, al dedicarse al estudio del control de estos

parámetros se podrá buscar paralelamente las mejores características

Page 37: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 27 -

magnéticas. Para ello en este estudio se presentan las bases que orienten al

tratamiento térmico.

1.2.1 ESTRUCTURA CRISTALINA.

Los materiales magnéticos metálicos blandos ( materiales con lazo de

histéresis angosto y permeabilidad elevada ) empleados en los núcleos de

transformadores y motores, requieren que sus propiedades proporcionen pérdidas

mínimas por histéresis (área de ciclo B-H) y saturación máxima; las exigencias de

estos requerimientos, exigen que las láminas sean fabricadas con tratamientos

direccionales en planos y direcciones cristalográficas preferenciales. Así por

ejemplo en aleaciones hierro-silicio se controla la orientación del grano en las

láminas. Se encuentra que en un cristal, la facilidad de magnetización varía con la

dirección, y presenta mayor facilidad en las direcciones <100>. La lámina para

transformadores se prepara con el plano (100) paralelo al plano de la lámina y la

dirección [OGl] paralela a la dirección del laminado ( Ref, 23, p.635 ).

La ventaja que se presenta al hacer trabajar al material en una dirección de

fácil magnetización radica en que el lazo de histéresis se hace más angosto, por

consiguiente el hierro tendrá menos pérdidas.

Los materiales magnéticos que se conocen para máquinas eléctricas

derivan de diversas soluciones sólidas cuyos elementos pueden ser hierro,

cobalto, níquel, silicio, carbono etc, cuyas concentraciones y tratamientos

direccionales son propias de los fabricantes. Sin embargo, el fabricante puede

sugerir el tipo de tratamiento que debe darse a los materiales para conseguir

mejoras y no necesariamente dispondrá las razones físicas .

Sin embargo, luego de realizar un estudio del contenido de este trabajo, se

podrá concluir, que la aplicación de un tratamiento térmico a un valor de

temperatura particular puede generar alteraciones en las propiedades magnéticas

cuyo fundamento puede encontrarse en las siguientes razones:

Page 38: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 28 -

El tratamiento puede completar un % de recristalización faltante, puede

aliviar magnéticamente las tensiones internas causadas por deformaciones

plástica o elástica, o puede haber provocado un cambio en la matriz del material,

esto es, obtener un porcentaje de fases diferente que el original.

Por todo lo mencionado se puede concluir la trascendencia del

conocimiento de la nomenclatura, ubicación de un átomo en un plano, una

dirección, por lo sensible que resulta un cambio aleatorio sobre las propiedades

magnéticas a nivel macroscópico, como corroboran los resultados en el capítulo

cuarto.

Por conveniencia la mayoría de los materiales de Ingeniería están divididos

en tres grupos principales: materiales metálicos, poliméricos y cerámicos, y son

agregaciones de átomos , iones o moléculas que poseen un volumen y una forma

definidos. Su estructura depende del tipo de enlace y el arreglo geométrico de las

moléculas, la cual va desde la más simple hasta la estructura compleja de los

cuerpos cristalinos y amorfos.

Los materiales ferromagnéticos para núcleos de transformadores en bajas

frecuencias se encuentran dentro del grupo de materiales metálicos cuya

estructura interna está constituida por átomos que se encuentran empaquetados

relativamente muy juntos en una ordenación sistemática o estructura cristalina.

Un cristal es un arreglo geométrico de átomos, iones o moléculas, con

algún patrón regular que se repite periódicamente en toda su estructura.

Page 39: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 29 -

1.2.1.1 Definiciones básicas de la estructura cristalina, Retículo espacial. Celdaunitaria, Dirección Cristalográfica, índices de una dirección cristalográfica,índices de Miller.

Retículo espacial.- Es una formación infinita de puntos, los cuales dividen al

espacio en pequeños volúmenes repetitivos, cada uno de estos puntos es llamado

punto estructural y comparten idénticos contornos con los demás.

Celda unitaria.- Es una figura geométrica que ilustra una agrupación de los

átomos en el sólido, físicamente esta celdilla se repite muchas veces en un cristal

y es la unidad de repetición de menor volumen.

Los vértices que dan la forma a una celdilla unitaria se denomina puntos

estructurales los cuales son compartidos por las celdas vecinas. Para el caso de

una "celdilla unitaria o simple", cuyo volumen ocupado, tiene la forma de un cubo,

contiene un solo punto estructural, ya que sus ocho puntos son compartidos por

ocho celdas unitarias adyacentes. ( Ref. www 1, pp1 ).

A la longitud de un lado de la celdilla se conoce con el nombre de

constante o parámetro reticular.

Se requieren solo siete tipos diferentes de sistemas cristalinos para crear

todas las redes puntuales. A. J. Bravais mostró que catorce modelos reticulares

( catorce celdas unidad estándar ) pueden describir todas las estructuras

reticulares posibles, las que requieren para su construcción de siete grupos de

ejes, tal como se ilustra en la Tabla 1.2.1 y en las figuras 1.2.1 .a-g.

En el sistema cúbico hay tres tipos de celdas unidad: cúbica sencilla ,

cúbica centrada en el cuerpo y cúbica centrada en las caras, véase la Fig. 1.2.1 .a.

En el sistema tetragonal hay dos tipos; sencilla y centrada en el cuerpo.

véase la Fig. 1.2.1 .b

Page 40: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 30 -

En el sistema ortorrómbico se representan en la fig 1.2.1.C cuatro tipos de

celdas unidad.

En el sistema monoclínico se tiene dos tipos: sencilla y centrada en la base

, y los sistemas Rómbico, hexagonal y triclínico, tienen una sola celda para cada

sistema, véanse las figuras 1.2.1 .d, e, f, g.

Tabla 1.2.1. Geometría de los sistemas cristalinos

SIETE TIPOS DIFERENTES DE SISTEMAS CRISTALINOS

ÍTEM

1

2

3

4

5

6

7

SistemaCristalino

Cúbico(regular)

Tetragonal oCuadrangular

Ortorrómbico

vlonoclínico

Triclínico

Hexagonal

Rómbico

Tipo de celdilla unitaria

Simple con el centro enel interior o con centroen alguna de las caras.

Simple con centro enel interior de la estructura.

Simple con centro en labase, con centro en elnterior de la estructurao en alguna de sus caras

Simple, con centro en labase

Simple

Simple

Simple

Ejes

a=b=c

a=b^c

a^b^c

aA^c

a^bí¿c

a=b^c

a=b=c

Ángulos

Todos los ángulos = 90°

a = /3^Y = 90°

Todos los ángulos = 90°

a = /? = r = 90°

Todos los ángulos = 90°

a = p = r = W°

Dos ángulos = 90 °, unángulo /= 90°

a=/ = 90V/?

Todos los ángulosdiferentes de 90°

a#fl#y

Ángulos 90° y 120°a = = 90°A/ = 120°

Todos los ángulos igualespero no de 90°

a = fl^=r^9Q°

Page 41: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página- 31 -

En la actualidad se tiene la tabla periódica de los elementos con sus

estructuras cristalinas. Véase ( Ref. 16, p.41 ).

Geometría

s.c

Sistema Cúbico

U=M=lcl

cy,= £= y =90*

B.CC F.CC

Fig 1.2.1.a. Sistema Cúbico

Geometría

Sistema CuadrangularTetragonal

I a I - I b I y l e I = cualquiera

S T.B. C.

Fig 1.2.1 .b. Sistema Cuadrangular o Tetragonal

Page 42: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

SistemaQrtorrómbico

Página-32-

Geometría',= p= Y =93*

S.R. B, c. C.R.

Fig 1.2.1.C. Sistema Cuadrangular o Tetragonal

SistemaMonoclíníco

Geometría= p= 9CT 7

bs

Fig 1.2.1.d. Sistema Monoclínico

Page 43: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Sistema Tri clin ico

Geometríao. # fi # y * 90°

S.T.

Fig 1.2.1.e. Sistema Cuadrangular o Tetragonal

Página - 33 -

Sistema Hexagonal

Geometríaa = B=

,-f ii i

Fig 1.2.1.f. Sistema Hexagonal

SistemaRomboédrico oTrigonal

ST.

Geometría e

A

Fig 1.2.1 .g. Sistema Romboédrico o Trigonal

Page 44: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 34 -

Para definir la posición de los átomos o grupos de átomos y la orientación

de las celdas unitarias dentro de un retículo, se definen los siguientes conceptos.

Dirección Cristalográfica.- Es una línea que une dos puntos del retículo,

estos puntos pueden ubicarse dentro de la celda unitaria, todas las líneas

paralelas a esta dirección cristalográfica representan una familia de líneas, que se

identifican por una serie de direcciones equivalentes, llamados índices de

dirección y son los componentes vectoriaíes en cada uno de los ejes. Si un vectortf'

pasa por puntos idénticos, toma el nombre de vector estructural.

índices de una dirección cristalográfica [w,v,w].- Son los índices que

describen a una dirección en una celda unitaria, y son las componentes

vectoriales de las direcciones, resueltas en cada uno de los ejes, se usan los

enteros más pequeños eliminando fracciones; para su representación se usan los

paréntesis [ ] para describir un grupo de direcciones semejantes se utiliza la

siguiente representación (u3v3w).

* Para expresar los índices de dirección se escogen los ejes cristalográficos

en una celdilla unitaria representativa del retículo y se evalúa el vector que une los

puntos considerados con las técnicas del cálculo vectorial, Para obtener los

índices de dirección, las componentes del vector se expresarán con números

enteros sencillos guardando siempre una proporción con los componentes del

vector de la dirección deseada.

•j- En la figura 1.2.2 se ilustra los índices cristalográficos de algunos vectores

en una celda unidad, Así la dirección OB es una línea que parte del origen y

llegan al punto B, y se designa por [ 1 1 O ]; la dirección AC es encontrada por la

diferencia de las direcciones OC y OA como se muestra a continuación.

AC = OC - OA

AC = [O 1 0] - [1 O 0]

AC = [T 1 0]

Page 45: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 35 -

La línea sobre un índice representa un índice negativo; la dirección OD es la

línea que parte del origen ( O ), pasa por el punto ( D ), y se representa por [ 1 1

1 ]. Las direcciones se representan entre corchetes y sin comas.

Ejemplos prácticos de aplicación con los índices de dirección son el cálculo

de la densidad de átomos por unidad de longitud en una dirección particular.

G

Ejemplos de índices de una dirección C

Fig 1.2.2 Ilustra algunos ejemplos de índices de dirección.

Así en una celdilla unitaria cúbica con centro en su interior (tipo BCC) , la

cantidad de átomos por unidad de longitud en las direcciones [ 1 1 O ] y [ 1 1 1]

son; ( 1 ) y ( 2 ) átomos respectivamente, como se describe en las ilustraciones

de la Fig 1.2.3 a,b,c. La ilustración del literal a) representa la celda unitaria cúbica

con centro en el interior, en la Fig. b se representa el número de átomos en la

dirección [1 1 0] y en la figura c) se representa el número de átomos en la

dirección [ 111 ] .

Page 46: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 36 -

b)

C11V o 1/2 átomo/<2-/5 * 1/2 átomo

c)

Fig 1.2.3 a,b,c Ilustra el número de átomos por unidad de longitud.

En resumen los datos que se obtienen son;

Número de átomos en la dirección [11 01 = - + - = 12 2

Número de átomos en la dirección [1111= -+1 + - = 22 2

La longitud r110

La longitud r111

Para la dirección [1 1 0]:

El número de átomos por unidad de longitud es =

Para la dirección [1 1 1]:

El número de átomos por unidad de longitud es =

"índices de Miller.- (hkl) son los índices que describen a un plano, y se

calculan al tomar el recíproco de las intersecciones del plano con los ejes x, y, z.

Puesto que las aristas de una celda cúbica unitaria presentan longitudes unitarias

en función de las constantes reticulares y las intersecciones de los planos de una

red se miden en base a estas longitudes unitarias, los valores de los recíprocos

serán convertidos a una serie menor de números enteros, dividiendo o

multiplicando para eliminar números grandes o fracciones.

Page 47: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 37 -

La ecuación del plano esta dada por la siguiente expresión:

~ + £ + - = h-x + k.y + l'Z = l Ec. 1.2.1U V W

Siendo ( u, v, w ) puntos de intersección de un plano con los ejes ( x, y, z, )

y /í = IA^ = IA/ = l Ec. 1.2.2U V W

Los índices de Miller se los expresa entre paréntesis y sin comas (hkl), y se

los utiliza para identificar planos cristalinos en estructuras cristalinas cúbicas. Para

representar familias de planos por índices de Miller se utiliza la expresión { h k l } .

( Ref. www4, p.6)

Procedimiento para la determinación de los índices de Miller.

1 .- Se determina los puntos de intersección del plano con los ejes cristalográficos,

de tal modo que sus intersecciones no coincidan con el origen de los ejes. Si el

plano no corta con ningún eje, se entendería que su intersección es en el infinito.

2.- Se calculan los números recíprocos de los puntos de intersección, los cuales

representan a los índices de Miller.

3.- Se convierte los números inversos en números enteros pequeños y sencillos,

multiplicándolos o dividiéndolos por un mismo número ( común denominador ).

(Ref. 17, pp35 ).

De igual manera que en el caso de los índices de dirección, para una

celdilla unitaria cúbica con cuerpo centrado tipo BCC, el número de átomos por

unidad de área en los planos ( 1 1 O ) y ( 1 1 1 ) son : ( 2 ) y ( 0.5 ) átomos

respectivamente, como se describe en la ilustración de la Fig. 1.2.4 a,b,c. En

donde la ilustración del literal a) representa la celda unitaria cúbica tipo ( BCC ),

en la Fig. b se representa el número de átomos en el plano (1 1 0) y en la figura c)

se representa el número de átomos en el plano (1 1 1).

En resumen los datos que se obtienen son:

Page 48: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -39-

1.2.2 DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO

"Los diagramas de fase o de equilibrio constituyen las herramientas más

útiles de información para conocer el comportamiento de los materiales y puede

emplearse como un mapa que muestra las fases presentes en función de la

temperatura y de la composición.

En ei diagrama, pueden leerse para cualquier composición total, el orden

de separación de las fases al enfriarse, así como las composiciones y cantidades

de cada una de ellas. Igualmente se pueden determinar fácilmente las

composiciones de las fases y las cantidades de las fases obtenidas en el

calentamiento." (Ref. 16, p.126).

Para definir los diagramas de equilibrio se definen algunos conceptos

principales;

1.2.2.1 Conceptos básicos para los diagramas de fases, Definiciones.

Definición de una fase.- Una fase es un conglomerado homogéneo de

materia físicamente diferente de un sistema. Un sistema homogéneo es aquel en

el cual las propiedades a nivel macroscópico son iguales de un punto a otro o

varían en forma continua. Un sistema heterogéneo es un sistema compuesto de

más de una fase.

Al igual que en el hielo para diversas condiciones de presión y temperatura

se forman diferentes estructuras cristalinas esto es diferentes celdas unitarias, en

los metales también se encuentran diferentes estructuras cristalinas a diferentes

condiciones de temperatura que se les denomina fases y que en forma general se

les designa con diversas letras griegas así por ejemplo para el hierro se tiene el

hierro a ( corresponde al hierro BCC ), hierro y ( corresponde al hierro FCC ).

Desde el punto de vista magnético el hierro gamma (Fe/)es

paramagnético, y el hierro alfa (Fea) es ferromagnético.

Page 49: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -40-

Solución sólida.- Solución que se forma cuando la adición de uno o más

elementos nuevos aún da como resultado un estructura de una sola fase

(monofásica ), en el solvente ( se aplica el término de solvente al elemento que se

presenta en exceso).

El tamaño del soluto, la electronegatividad y el factor de valencia relativa

afecta en gran medida la solubilidad del elemento.

"Solución sólida de substitución.- solución que se forma cuando el elemento

disuelto substituye o reemplaza a un átomo o átomos del elemento solvente en su

celda unitaria.

Solución sólida intersticial.- Solución que se forma cuando el elemento

disueíto llena huecos (intersticios ) en la red del elemento solvente.

Alotropía.- " Es la presencia de dos o más estructuras cristalinas en la

misma composición química." ( Ref. 16, p.45 ).

Cristalización.- Se produce en la transición del estado líquido al estado

sólido, y se observan dos etapas: La formación de núcleos y el crecimiento del

cristal al disminuir la temperatura de la solución a partir de la temperatura de

fusión. Al enfriar la solución líquida, se concentran grupos de átomos en distintos

puntos de la solución en transición, tomando posiciones que corresponden a

celdas unitarias de la red espacial final, a estos distintos puntos de concentración

se los denomina núcleos. Conforme disminuye la temperatura los núcleos crecen

como consecuencia de la adición de los átomos a su estructura cristalina en

crecimiento. El crecimiento de la estructura toma la forma de un árbol que se

denomina dendrita.

Las dendritas se desarrollarán en diferentes direcciones, originándose en

los núcleos que la forman. Mientras el enfriamiento avanza las dendritas

continúan creciendo hasta llenar los espacios entre ellas, finalmente se tendrán

volúmenes con uniones externas muy irregulares que toman el nombre de granos.

Page 50: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 42 -

saturación disminuye con la reducción del soluto, la disminución es más

considerable tanto mayor es la valencia del soluto, la razón puede ser que se

completan los electrones de los orbitales del metal solvente es decir que el soluto

cede sus electrones de valencia y finalmente se disminuyan los magnetones de

Bohr por átomo.

Se puede decir que la introducción de las impurezas paramagnéticas y

diamagnéticas disminuyen la magnetización de saturación, sin embargo hay

excepciones por ejemplo Ni-Mn, Fe-lr, Fe -Rh. Fe-Pt en las que aumenta la

magnetización. ( Ref. 13, pp.135 ).

En las Fig. 1.2.5 a,b, se muestra la variación de la magnetización de la

aleaciones Fe-Ni y Fe-Co y Co-Ni en función de la composición véase la Fig.

1,2.5.a. para 0°K y el efecto de la aleabilidad con un tercer componente en la Fig.

1.2.5.b.

20 40 60 80 %(at)

Fig a) Aleación Binaría

2 4 8 3 10 Moo V

Fig b) Aleación ternaria.

Fig 1.2.5 a,b Ilustra la variación de la magnetización en función de la

composición. ( Ref. 13, p. 138).

Page 51: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 43 -

1.2.2.2 Tipos básicos de manipulación de muestras.

Deformación Plástica.- Es una deformación permanente que presenta el

material provocada luego de que se le aplica un esfuerzo, sin causarle rotura,

físicamente es un desplazamiento de los átomos en forma permanente desde una

posición dada, si en ei desplazamiento cada átomo se mueve una distancia

constante en el plano de deslizamiento entonces la deformación es por

deslizamiento, así se definen un sistema de deslizamiento como un plano y una

dirección en dónde es más fácil que suceda el desplazamiento. El sistema de

deslizamiento está casi siempre compuesto de los planos y las direcciones de

mayor densidad atómica.

En los metales FCC, los planos {111} y las direcciones (lio), tienen

máxima densidad. En los metales BCC, no existe un plano de máxima densidad

de empaquetamiento pero se involucran en el deslizamiento el plano (110) y las

direcciones (lll) que tienen máxima densidad. ( Ref. 16, p.57.).

Otro tipo de deformación plástica es el Maclaje en donde el desplazamiento

de los átomos es proporcional a la distancia, el maclaje es común en el metales

BCC y HCP ( Hexagonal compacto ).

Deformación elástica.- es una deformación que experimenta el material

mientras dura ia intensidad de la causa deformante ( esfuerzo ), cuando el

esfuerzo desaparece también desaparece la deformación.

Trabajo en frío.- Deformación del material a una temperatura menor que la

requerida para recristalización.

Trabajo en caliente.- Deformación de! material a una temperatura igual o

mayor que la requerida para recristalización.

Para determinar por completo ei estado de equilibrio de un sistema

(condición invariable en el tiempo ) se deben especificar tres variables:

Temperatura, presión y composición.

Page 52: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 45 -

1.2.2.4 Ejemplos de Diagramas de fases: Aluminio-Silicio, y hierro-silicio.

Diagrama de fases Aluminio Sílicio.-

Para el análisis del diagrama de fases Aluminio -Silicio, véase las Fig.1.2.6

y Fig 1.2.7. En la figura 1.2.7. se muestra en el eje de las ordenadas la

temperatura a la que se encuentran las fases para cada una de las composiciones

de Al y Si. En el eje de las abscisas en el extremo izquierdo se parte con una

composición de 100% de aluminio y de 0% de Si, en este extremo, el punto

correspondiente de la curva, muestra la temperatura de fusión del aluminio a

660°C. En el extremo derecho, la composición corresponde al 0% de Al y 100%

de silicio, en este extremo, el punto correspondiente de la curva, muestra la

temperatura de fusión del Silicio a 1430°C.

650

BOO

550

500

450

Iniciación de lasolidificaciónLínea Liquidus

Líquido (L)-* sólido (a)

Sólido \l de la solidificaciónLínea Sólldus

Al 5.0 10.0 15.0

% en peso. Si

Fig 1.2.6 Ilustra una porción del diagrama de fases aluminio-silicio.

(Ref. 16, p.94)

En la Fig. 1.2.6 la línea AB se denomina línea de líquidus, y sobre ésta la

fusión es totalmente líquida. La línea DE se denomina sólidus, y por debajo de

ésta la fusión es sólida. La zona que se encuentra entre las líneas AB y DE se

Page 53: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 46 -

conoce como región líquido más sólido (L + a), en esta zona se determina las

concentraciones y porcentajes de estado según la ley de la Palanca.

A medida que se aumenta el porcentaje de silicio, la pendiente de la curva

decrece hasta encontrar el punto ( E ), en donde se observa que la temperatura

baja hasta un punto en donde alcanza un porcentaje de silicio del 12.6%, para

luego voiver a subir. Este comportamiento es común en las aleaciones y el punto

donde se produce la mínima solidificación se conoce como eutéctíco (E), que

quiere decir de bajo punto de fusión. Las fases que se encuentran al lado derecho

del punto eutéctico y por encima de la línea de sólidus son p + L, en lugar de a +

L. Lo que significa que, si se enfría una aleación con el 16% de silicio, la primera

fase en cristalizarse será la |3 (cristales de silicio casi puro).

Porcentaje en átomos de silicio

20 40 60 80

1400

1200

°C 1000

800

600

-

'-

-

C\i i

L

/Eutéíico (E

//

} 577°

'**+&

XX

** + !_

SolidoV

14302

-Líquido

^

2400

2000

1600

1200

Al 20 40 60 80 SiPorcentaje en peso de silicio

Fig. 1.2.7. Diagrama completo de fases alumínio-sílicío.

(Ref. 16, p.95. ).

Page 54: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 47 -

Diagrama de fases bierro-silicio.-

La mayor cantidad de material ferromagnético que se utiliza para la

fabricación de núcleos en los transformadores corresponde a aleaciones de Hierro

Silicio cuyo valor de silicio llega hasta el orden del 3,8% de silicio, y se encuentra

en el orden de 1.5 hasta 3.5% en relés, motores y generadores , en forma general

el contenido de silicio mejora todos ios parámetros magnéticos pero aumenta la

dureza y la fragilidad; por esta razón en máquinas rotatorias no se utiliza más del

3.5% de silicio.

En la Fig. 1.2.7. Se puede observar las fases involucradas con las

propiedades mencionadas para las composiciones más usuales, corresponde al

extremo izquierdo del diagrama completo, véase la Fig. 1.2.8.

20 3O 4 O 5 O 6O TOíght Percentage Silicon

SO Si

Fig. 1.2.8. Diagrama completo de fases hierro-silicio. ( Ref. 14, p.)

En el diagrama de fases se indica que las aleaciones son magnéticas por

debajo de 770°C hasta la composición aproximada de 33% de Silicio. Y forma una

Page 55: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 48 -

solución sólida con el hierro abasta un 5% de silicio, forma una solución sólida

con el Hierro al hasta el 15% de silicio.

En resumen para cada una de las fases se han propuesto algunos

compuestos que se resumen en la tabla

Tabla 1.2.2. Resumen de fases para el diagrama hierro-silicio.

Fase

ai

<*2

pTI

Cl

Í2

Fórmula

aJFe3Sí

-

Fe2Si

Fe5S¡3

FeSi2.33

FeS¡2

Estructuracristalina

BCC

BCC

BCC

HEX

— -

Símbolo

D03

B2

A2

D83

Uno de los aspectos que más afecta, es la aparición de hierro y Fe a partir

de 800°C, para contenidos de Si menores a 5%, cuando en la región a+y se tiene

una pequeña proporción de carbono, impureza casi imposible de evitar y que

obliga a realizar los recocidos bajo esta temperatura.

1.2.3 DEFECTOS CRISTALINOS

Se supone que las retículas de las estructura cristalinas son perfectas, y

que cada sitio de la red es ocupado por el átomo correcto. Sin embargo, en los

materiales reales y a temperaturas mayores a O °K existen defectos en la

estructura cristalina. Dichos defectos consisten en la presencia de átomos

distintos de los que normalmente ocupan esos sitios (sustitución), la existencia de

sitios vacíos (huecos), la presencia de átomos en sitios que normalmente no

están ocupados (intersticios), alteraciones geométricas de la estructura en forma

de dislocaciones, y la presencia de fronteras dobles o fronteras granulares.

Page 56: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 49 -

1.2.3.1 Defectos puntuales

Dentro de los defectos puntuales, Fig. 1.2.9, se observa un hueco o

vacante debido a la ausencia de un átomo; un átomo intersticial que ocupa un

sitio normalmente desocupado y dos tipos de impurezas, una en un sitio

intersticial y otra en lugar de un átomo.

.'\ .- ;« '• CT,— ! *i — -,i i-'t, Jíif Vs. """ "'. •-V — -iw •••«iiB - VJvt, s\' ^^

•-^••i' ^áSw' :f&^í.'' om>';í á! ^~y-f4f M^^^áí,

"S'}"- - J." " i, , -•• -"^ .® j ^5^^# í ^y'; ^ í íÍ!3- 'S ffitflf ?i» "• .• - -O -. . JTjy.H'Vj, 'Li'í-irJ r-Xif'3 .ftTijLwi' 'G .-ídüi

Fig. 1.2.9 Defectos de punto o puntuales, (Ref, 17,p.llO. ).

Ya que las cargas deben estar equilibradas en los compuestos iónicos,

cuando se elimina un catión, también se elimina un anión. Entonces, los defectos

puntuales resultantes, vacantes y puntos intersticiales se conocen como parejas

de Schotíky.

1.2.3.2 Dislocaciones

En los sólidos existen tres tipos de dislocaciones; de borde, de tornillo y

mixtas. Las dislocaciones de borde consisten en la presencia de un plano extra

de átomos, como se observa en la Fig. 1 .2.1 0 (se representan con el símbolo _L y

se le asocian efectos de compresión y tensión. Las dislocaciones de tornillo se

producen cuando los planos atómicos forman espirales como se observa en la

Page 57: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 50 -

Fig. 1.2.11. También se producen dislocaciones mixtas, que corresponden a la

combinación de las de tornillo y las de borde.

Fig. 1.2.10 Dislocaciones de borde.

Fig. 1.2.11 Dislocaciones de tornillo. ( Ref. 17, p.116, )

Las dislocaciones son importantes debido al efecto que producen sobre los

materiales, entre estos, el deslizamiento de un metal se produce debido ai

corrimiento o deslizamiento de dislocaciones, o la deformación plástica que es

una consecuencia de (as dislocaciones. El aumento de la resistencia y la fragilidad

debido al mecanizado en frío es originado por la generación y acumulación de

dislocaciones y la plasticidad o fluidez de un material es el resultado del ascenso

de una dislocación.

1.2.3.3 Fronteras granulares

Las fronteras granulares son las regiones que se forman cuando no hay

alineamiento entre los granos de un material policristalino y determinan las

propiedades de gran parte del material.

Page 58: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página- 51 -

Las impurezas se segregan en las fronteras granulares y con ello reducen

la energía superficial, y la difusión suele ser más rápida a lo largo de ellas que a

través de la mayor parte del material. La deformación de un material puede

ocurrir por el corrimiento relativo de granos.

1.2.4 PROCESOS DE RECOCIDO

Cuando un material se somete a trabajo en frío o caliente, se inducen

esfuerzos remanentes o residuales y además el material generalmente adquiere

una gran dureza debida a las operaciones de mecanizado.

El recocido es un tratamiento térmico de calentamiento y enfriamiento, que

implica generalmente un enfriamiento relativamente lento. El mecanismo por el

que se produce el recocido es la difusión de los átomos de la aleación. La

difusión consiste en el salto continuo de los átomos de una posición en la

estructura hacia otro sitio vecino. Este tratamiento térmico se aplica en forma

general para permitir que la aleación se aproxime a su estado normal o de

equilibrio, y sus objetivos principales son:

• Eliminar tensiones o esfuerzos internos

• Obtener un material más blando

• Modificar la tenacidad, ductilidad, propiedades eléctricas, magnéticas y

otras propiedades físicas.

• Refinar la estructura cristalina

• Eliminar gases

• Obtener una micro estructura definida.

Existen cuatro tipos de recocidos;

Page 59: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página» 52-

1.2.4.1 Tipos.- El recocido de homogeneización, Recocido de regeneración, Recocido

contra actitud, Recocido de estabilización.

El recocido de homogeneización.- Se realiza a temperaturas relativamente

altas, próximas a la temperatura de fusión, y su objetivo es eliminar la diversidad

química de la masa del material, producida por una solidificación defectuosa .

El recocido de regeneración.- Se realiza a temperaturas elevadas, pero

inferiores a las del recocido de homogeneización, y su objetivo es eliminar aquella

dureza anormal presente en una aleación y que es producida debido a la

aplicación de un enfriamiento rápido involuntario o un temple voluntario.

El recocido contra actitud.- Se realiza a temperaturas muy poco superiores

a la de recristalización y tiene por objetivo destruir el endurecimiento producido

por la deformación en frío de los metales.

El recocido de estabilización.- Se realiza a temperaturas entre los 100 y 200

°C, durante tiempos muy prolongados. Tiene por objeto destruir las tensiones

internas producidas por la aplicación del mecanizado o por los móldeos muy

complicados.

1.2,5 LAMINADO

Dentro del proceso de laminado Fig. 1.2.12, se encuentran dos tipos importantes:

el laminado en frío y el laminado en caliente.

1.2.5.1 Tipos.- Laminado en caliente. Laminado en frío.

El laminado en caliente.- Consiste en la deformación plástica de metales por

encima de la temperatura de recristalización. Mediante este proceso, se pueden

producir estructuras de granos esféricos orientados aleatoriamente, aumentando

la resistencia mecánica, la ductilidad y la tenacidad del material. También es

Page 60: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 54 -

1.2.5.2 Aplicaciones del laminado en muestras íerromagneticas.

Los mecanismos de laminado tienen gran importancia en la fabricación de

materiales para núcleos, debido a que permiten disminuir las pérdidas por

corrientes de Foucault. Las técnicas de laminación actuales permiten en forma

adicional mejorar las propiedades magnéticas, orientando las direcciones de fácil

magnetización en forma paralela con la dirección del laminado de tal manera que

las pérdidas por histéresis se vean disminuidas. Este procedimiento se realiza con

una serie de tratamientos y laminados en frío con los que se logra orientar

uniformemente los ejes cristalográficos por fenómenos de deslizamiento y

maclaje.

Para Aceros ai silicio los mejores resultados se obtienen tomando una

chapa laminada en caliente a 2.4 mm, haciéndola que , mediante 4 a 6 pasadas

de laminación en frió, se llegue a 0.7 rnm dando un recocido intermedio de

1010°C y siguiendo después mediante 6 a 10 pasadas hasta los espesores de

0.35 mm.

El procedimiento empleado modernamente para conseguir en los aceros el

tamaño de grano adecuado y con sus cristales orientados debidamente, por lo

menos en un 25% se basa en una serie de calentamientos a temperaturas

inferiores a la austenización, seguidos de laminaciones en caliente. Y posterior

recocido en atmósfera de hidrógeno, los aceros con cristales orientados por estos

procedimientos se denominan Hipersil.

Las aleaciones de hierro-silicio más usuales tienen concentraciones del 1 al

4% de silicio y valores menores al 0.1% de carbono. Los aceros con

concentraciones de Si, mayores al 2.5% son ferríticos, es decir no se forma

austenita ai calentarlos, lo que constituye una ventaja pues son de grano grueso

que aumenta de tamaño a partir de una determinada temperatura. El aumento del

tamaño del grano en forma general mejora las propiedades magnéticas a pesar

de que el aumento del volumen del grano disminuye-la resistividad eléctrica del

material, en forma macroscópica para frecuencias industriales los espesores más

Page 61: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 55 -

convenientes de las láminas están comprendidos entre 0,2 - 0,4 mm y de hasta

0,015 mm para frecuencias acústicas.

En el proceso de laminado en frío aparecen tensiones que perjudican sus

propiedades magnéticas, para eliminar este efecto se recuecen las muestras a

una temperatura entre 700 y 800 °C y se los enfría lentamente. Para generar

chapas de alta calidad se somete al material a varios recocidos. (Ref. 9, p. 532 ).

Page 62: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 56 -

CAPITULO 2

ESTUDIO DE DETECTORES DE COMPORTAMIENTO

MAGNÉTICO

2.1 JUSTIFICACIÓN

Se ha elegido el título de detectores y no de un instrumento en particular

pues hasta hoy no ha sido posible confeccionar dispositivos o circuitos

magnéticos que eviten la dispersión de flujo magnético, esto involucra la

necesidad de usar curvas de corrección.

Para el estudio de las propiedades magnéticas de chapas de núcleos de

transformadores se usan básicamente los aparatos Epstein de 25 y 50 cm, estos

aparatos usan el principio de funcionamiento de un transformador, siendo su

núcleo el material en estudio, La exactitud de los valores obtenidos depende de la

precisión y exactitud de los equipos de medición utilizados en los circuitos de

medición, de esta manera al utilizar equipos electrodinámicos y electromagnéticos

se obtiene errores de hasta el 10%, valores que para fines industriales son

aceptables ( Ref. 3, p. 86 ).

Al inyectar suficiente energía a una muestra magnética a través de un

tratamiento térmico, se modifica su estructura interna, presentando variaciones en

el tamaño del grano, orientación, cambios en los defectos de empaquetamiento,

defectos puntuales, irregularidades cristalográficas, difusión de inclusiones no

magnéticas, estas alteraciones facilitan o dificultan el movimiento de las paredes o

fronteras de los dominios de la muestra tratada, cuando ésta es sometida a un

campo magnético externo. Como consecuencia de esto se obtiene variaciones en

las propiedades magnéticas como son: la Permitividad ( u ), Susceptibilidad ( X ),

Inducción magnética remanente ( Br) y Fuerza coercitiva ( He ), propiedades que

se denominan como estructuralmente sensibles. Otras propiedades como el

Punto de Curie ( c ), La magnetización de saturación ( / s ), y la

Page 63: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 57 -

Magnetostricción ( Xp ) del paraproceso son propiedades estructuralmente

insensibles, pues son ligadas a la existencia de la ordenación magnética.

(Ref . 13, p. 105).

Para mejorar la influencia que ejercen los cambios en las propiedades

estructuralmente sensibles del núcleo de transformador en forma positiva, sobre

las variables medidas, se requiere que el lazo de histéresis sea lo más angosto

posible, lo que corresponde a una curva de magnetización normal más

pronunciada, y una fuerza coercitiva menor, empíricamente.

1=3

En donde H¡jmáx corresponde a umáx. ( Ref. 13, p. 101 ).

Con estos antecedentes se concluye que si se dispone de la curva de

magnetización normal antes y después de un tratamiento se puede encontrar el

método más adecuado para determinar las variaciones en las propiedades

magnéticas de la muestra en estudio; Se puede notar que al realizar un

procedimiento que permita medir la curva de magnetización normal o dinámica de

la muestra tratada, antes y después del tratamiento térmico, se puede establecer

el tipo de tratamiento para obtener las mejores propiedades magnéticas que

requiere el núcleo de un transformador de medida, estos antecedentes permiten

determinar un detector de cambio de propiedades magnéticas, corno se describe

en la sección 2.4 y la confección de muestras magnéticas en la sección 3.1.1.

Este estudio exige que las muestras sean manejables tanto para el

tratamiento como para la medición, pues se requiere mayor versatilidad, en el

manejo de muestras, menores cantidades de materiales de prueba.

La forma, tamaño y espesor de la muestra confeccionada influye en la

respuesta magnética, debido principalmente a la desimantación, dispersión, y

Page 64: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 58 -

anisotropía cristalina; por ello se requiere realizar comparaciones entre muestras

del mismo tamaño, forma y material, de tal manera que la influencia que tiene los

factores indicados anteriormente sea mínima.

Una vez que se ha estudiado los cambios magnéticos que se quiere

detectar, así como el tamaño de la muestra, se presenta un diseño de un prototipo

para un rápido control de resultados el mismo que se discute en la sección 2.4.

2.1.1 GENERALIDADES DEL FERROMAGNETISMO.

La naturaleza del magnetismo tiene sus orígenes en los efectos relativistas

del movimiento de los electrones. Existen substancias diamagnéticas,

paramagnéticas, ferromagnéticas, antiferromagnéíicas, y ferrimagnéticas; la

diferencia entre estos tipos de substancias radica en que los momentos

magnéticos elementales (electrónicos) pueden o no neutralizarse con o sin la

presencia de un campo magnético externo.

Los electrones poseen un momento magnético debido a su movimiento

orbital y de espín, sería tentador concluir que el comportamiento magnético

responde clásicamente a la acumulación de los efectos, conclusión que surge por

la inercia de nuestro entendimiento, estos campos magnéticos están presentes en

nuestra vida cotidiana, sin embargo debemos notar que tratamos con movimiento

de micro objetos, los cuales son estudiados en la física moderna, por la mecánica

cuántica.

La solución de la ecuación de Schrodinger, y el principio de incertidumbre

de Heisemberg, a través de los cuatro números cuánticos cuantifican los posibles

aspectos estacionarios de energía, momentos angulares, orbitales y de espín; y

por tanto sus momentos magnéticos correspondientes.

El cambio de sitio de los electrones, su frecuencia de cambio, así como el

principio de exclusión de Paulí, son las variables que justifican el comportamiento

magnético de los materiales, en donde la frecuencia de cambio es estudiada por

Page 65: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -59 -

la fuerzas de intercambio, y eí principio de exclusión de Paulí, se refiere a los

estados cuánticos vacantes que serán ocupados por los electrones cuando estos

vayan alineando sus espines.

El material ferromagnético deriva sus propiedades de los momentos

magnéticos resultantes no nulos de los átomos individuales, el aporte dominante

es el momento magnético de spín. Sin embargo en los metales de la tierras raras

es importante el aporte de los orbitales. Lo interesante es que este tipo de

materiales presentan ciertas agrupaciones las cuales poseen momentos

magnéticos resultantes magnetizados hasta su saturación sin la necesidad de

que exista o no un campo magnético externo, con la característica de que en el

reposo la magnetización de dichas sustancias se neutralizan dando una

magnetización nula.

Como se pueden observar, en las zonas indicadas existen alineamientos

de los momentos elementales cuya explicación la encontró Heinsemberg en la

Interacción de Canje, mediante una análisis energético, "La energía de canje es

de la forma".

= -2-Asi'Sj Ec. 2.2

Siendo A la integral de canje de ías funciones de ondas electrónicas de

dos átomos próximos, Si y Sj son sus vectores de espín resultante, Ec lleva el

nombre de energía de intercambio o interacción de intercambio, la energía de

intercambio tiene la propiedad de atenuarse rápidamente con el aumento de la

distancia interatómica.

En las siguientes figuras se representan los valores de la integral de

intercambio. La fig. 2.1a representa la integral de canje ( A ), en función de la

distancia interatómica y la fig. 2.1b, representa la integral de canje ( A ), en

función de la relación ( a / r ), siendo ( a ) la distancia interatómica y ( r ) el radio

de la envoltura de cada átomo.

Page 66: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

AZona Antiferromagnética

Grupo delHierro

Tierrasraras

Página - 60 -

*- (A)Distanciainteratómica

Fig. 2.1a, Curva integral de canje (A ), vs. distancia interatómica

( Ref. 23, p.383)

A Antíferromag-, Grupo de] Tierrasnéticos Hierro raras

4 5 6 7Ferrornagnéticos

6 9 a/r

Fig 2.1 b, Curva integral de canje ( A ), en vs. relación ( a / r )

(Ref. 13, p. 93)

La estabilidad de un sistema se da en la condición de mínima energía, esto

es cuando Ec es negativa., así A debe ser positiva para los mismos signos de s¡,

Sj, ( ferromagnetísmo ), y para distintos signos de s¡, sj ( Antiferromagnetismo ) A

será negativa, los valores de s son ± ( Y * ) , por tanto la magnitud I s¡*sj I = %.

Page 67: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -61 -

'4 Por encima de 3,5 A la interacción de canje es insignificante, mientras que

en la proximidades de 2,5 A la integral de canje A, varía rápidamente con la

distancias interatómicas, en el punto X, de la fig. 2.1 b, la integral de intercambio

varía rápidamente con la distancia interaíómica, en la cual pequeños cambios de

dichas distancias causados por tratamientos, y aleaciones provocarán cambios en

el carácter del material. ( Ref, 21, p. 383 ).

¿v. El ferromagnetismo en compuestos se debe a una interacción más

elaborada denominada Canje indirecto o Supercanje. ( Ref. 21, p. 382 ).

Cuando se produce la alineación de los espines resultantes

(ferromagnetismo) el producto de los espines será positivo, y como para un

estado estable la energía de canje es negativa Ec, su integra! de canje A será

positiva (A>Q).

Al no existir otras fuerzas toda la muestra quedaría imantada, y habría una

gran cantidad de energía acumulada, y se estaría en contraposición con el

~ mínimo de energía de canje, por tanto debe aparecer una disgregación de la

imantación en pequeñas zonas (dominios) en las que interviene las energías de

anisotropía y la magnetostática en presencia de un campo externo.

2.1.1.1 Dominios Magnéticos.

Los dominios magnéticos son pequeños zonas desde 1.0 nm a 10 cm

^ que presentan una magnetización resultante ( Is ), dirigida a lo largo del eje de

imantación fácil cuando no existen campos externos ni tensiones internas, las

dimensiones son dependientes de la forma y tamaño de las muestras.

Una muestra ferromagnética no magnetizada tiene un momento magnético

resultante de cero, esto es, que los momentos de los dominios se neutralizan .

Page 68: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 62 -

Cuando existe la presencia de un campo externo H, los dominios en la

dirección de H crecen a expensas de ios otros.

Si la micro estructura es tal que la nueva estructura de dominio se detiene,

tendremos un imán permanente o magnéticamente duro, si el material regresa a

su estado original, tendremos un imán blando o magnéticamente suave. Los

límites de los dominios son paredes formados por momentos elementales en

transición, Paredes de Bloch con un ancho aproximado de algunos cientos a miles

ángstroms.

Es importante ahora hablar de la estructura interna de los dominios con el

fin de relacionarlos con los cambios estructurales producidos por un tratamiento.

Debido a los diferentes dispositivos de los átomos en las cerdillas unitarias

las fuerzas electrostáticas interactúan en forma diferente en determinadas

direcciones, estas no afectan directamente a los espines, pero si afectan las

posiciones de las órbitas, las que se dispondrán en condiciones de mínima

energía, lo que hace que existan direcciones de fácil magnetización en la red,

esto es los que se conoce como anisotropía cristalina.

Se ha descrito en el sección anterior que la alineación de los momentos

elementales esta dado por la energía de intercambio.

La energía de anisotropía tiene dos componentes, la energía cristalina y la

energía de magnetostrición. La primera puede entenderse como la energía

adicional que se requiere para orientar un grupo de espines en una dirección

dura, y la segunda se refiere a la energía que tiene que ver con la variación del

volumen déla muestra en presencia de un campo externo. (Ref, 13, p. 111 ),

(Ref. 21, p.361).

La energía magnetostática tiene dos variedades la una es la energía de

interacción del campo externo con el momento magnético, y la otra se relaciona

Page 69: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 63 -

con el factor de desimantación que se presenta con o sin campo externo, este

último tipo de energía se analiza en la sección 2.2.

Consideremos una muestra ferromagnética desmagnetizada (sin aplicación

de un campo externo), toda su micro estructura estará distribuida conforme a la

condición de una mínima energía, de la cual en mayor o menor proporción

formaron parte sus diferentes subsistemas considerados, es decir la disminución

de un subsistema estará limitado por el máximo del resto de subsistemas, por

ejemplo la energía de canje Ec es más negativa mientras más momentos están

alineados, es decir el dominio es cada vez mas grande pero esto tiene un límite

pues aumentaría la energía potencial acumulada en el campo resultante como se

puede observar en la fig. 2.2

f

Fig. 2.2, Idealización de los dominios ( Ref. 21, p.360 )

Nótese que hay límites entre los dominios, en los cuales hay una transición

en la orientación de los momentos elementales, los que giran permaneciendo

paralelos al plano que separa los dominios, la pared que contiene dicha

transición, se denomina pared de Bloch como se indica en la fig. 2.3.

Page 70: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 64-

V,r 1' 1r 1 • 1 • 1

\V r T i

Fig. 2.3 Esquema de transición de momentos elementales Pared de Bloch

( Ref. 23, p. 628 )

Algunos de los momentos elementales deben encontrarse, por su

transición, en direcciones duras los cuales estarán ocupando una buena cantidad

de energía tanto anisotrópica como de canje debido a la transición angular de allí

que se dice que la vecindad de los espines antiparalelos es desventajosa.

Para la energía de canje suplementaria por unidad de área de pared de

Bloch se tiene;

A£c= Ec. 2.3na

En donde A es la integral de intercambio, S es el producto de los vectores

de espín resultantes, n es el número de espines en la pared, y a es la constante

de red del material.

Para la energía de anisotropía por unidad de área de una pared de Bloch

tenemos:

Ea = kan Ec. 2.4

Page 71: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 65 -

En donde K es la energía de anisotropía por unidad de volumen, y an es

el volumen de una unidad de área de pared.

Las contribuciones de energía de pared Ep es la suma siguiente.

Ep= Á-Sa n

K-a-n

Ec. 2.5

Ec. 2.6

Como se puede observar en la fig. 2.4 Ep =f(n) , y por tanto la energía

de anisotropía aumenta con el espesor de pared.

fig. 2,4, Energía de pared (Ep) vs. Espesor de pared (n).

(Ref. 21, p.364)

Podemos notar que existe un espesor óptimo ( n0pt) -

AEc. 2.7

Puede deducirse de la ecuación 2.3 que la energía de canje suplementaria

disminuye cuando el espesor de la pared de Bloch aumenta, situación que se

Page 72: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 66 -

j»-vería contrarrestada por el aumento limitado de la energía de anisotropia como

se ve en la ecuación 2.4.

Al establecer un espesor óptimo ( n0pt ), para un determinado material, se

fija (Ep) para formar paredes de dominio, lo que limita a su vez la energía de

canje para alinear los espines, es decir al fijar (Ep) se fija el tamaño de los

dominios.

*Los dominios frente a campos magnéticos externos redistribuyen las

energías en las ecuaciones 2.2 y 2.6, modificando la variación en el tamaño de los

dominios cuyas paredes al encontrarse frente a otros factores como por ejemplo

inclusiones, tensiones internas, límites de grano y demás defectos presentan un

cierto anclaje en el retorno o movimiento de los dominios, causado una

disminución directa en la permeabilidad magnética.

2.2 MATERIALES MAGNÉTICOS EN CAMPOS CONSTANTES

&En esta sección se explicará la magnetización de los materiales

ferromagnéticos frente a campos constantes, basada en la estructura de

dominios, y la incidencia de la estructura interna y sus fases.

Para el análisis, consideremos una muestra ferromagnética de forma

toroidal sobre la que se encuentra arrollada una bobina. Cuando se genera un

campo magnético cuyo flujo viaja por el interior del núcleo, el material del núcleo"«i

presenta un comportamiento que se representa en la fig. 2.5

Page 73: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Páaina - 67 -

CICLO DEH1STERESIS

H

Fig. 2.5 Ciclo de Histéresis

Para describir el comportamiento que se muestra en la figura 2.5, se

supone inicialmente que la muestra esta totalmente desimantada y que la

intensidad de campo magnético (Hinicia! ) también es cero, en estas condiciones

el material se encuentra en la posición de reposo, punto ( o ) de la figura 2.5,

siendo la inducción magnética B , como la magnetización* /nulas.

( * véase apéndice B).

A partir del punto ( o ), al aumentar paulatinamente H, el material presenta

el comportamiento descrito por la curva ( o-a-c ), que toma el nombre de CURVA

PRIMARIA DE MAGNETIZACIÓN, en la que se puede distinguir tres zonas, las

que aparecen debido a un comportamiento diferente del material.

Primera zona Curva ( o-a ).- Representa la magnetización debida al

crecimiento reversible de los dominios, es decir la disminución o aumento de H

produce los mismos valores de magnetización por los que en un paso anterior se

habían obtenido, al inicio la curva es casi lineal y arranca con una pendiente

inicial ¡Ja , la curva en esta zona puede ser representada por la una ecuación

aproximada:

Page 74: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 68 -

B= jiloH + vH2 Ec. 2.8, (Ref.15, p.353)

En esta zona el campo magnetizante H es pequeño, la energía entregada

se distribuye tanto para alinear los imanes elementales como para el movimiento

de las paredes de Bloch de los dominios, Debido al reparto en las energías

electrostáticas de canje y las magnéticas, anisotrópicas y magnetosíáticas, se

tiene que las dimensiones de los dominios para una muestra de un mismo

material no corresponde a un valor especifico, sino que se encuentra dentro de

un pequeño rango de variación.

En la práctica una muestra ferromagnética de forma y dimensiones

determinadas, con su propia estructura de fases, se encuentra conformada por

granos, y se pueden encontrar en su estructura algunos defectos cristalinos.

Las láminas magnéticas apiladas para formar los núcleos de los

transformadores presentan un comportamiento homogéneo en grandes

volúmenes, no se encuentra la misma homogeneidad al estudiar las láminas en

forma independiente, estas presentan comportamientos magnéticos diferentes,

pues se hacen más perceptibles las diferencias que presenta una muestra con

otra.

Las razones principales que originan estas diferencias son las siguientes:

a) Los enlaces atómicos en los cristales que conforman los límites de

granos y defectos son de diferente magnitud a los existentes al interior del

cuerpo de los granos,

b) La orientación de los retículos en los granos de la muestra se forman en

forma aleatoria.

c) El corte de las láminas y sus dimensiones.

Page 75: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 69 -

d) Los procesos de laminado en la dirección de fácil magnetización

producen tensiones internas aumentando la energía potencial interna del

material.

e) Los tratamientos para aliviar las tensiones internas de la muestra

provocadas por procesos de manufactura, laminado y cortes, son

incompletos.

Todos estos factores inciden en el equilibrio energético que experimenta la

muestra en la formación de los dominios, cuando la muestra es sometida a un

campo magnético externo.

Los granos en la muestra son fijos y no cambian sus dimensiones con la

intensidad de campo, esto no sucede con los dominios, los cuales pueden variar

su tamaño y dirección de acuerdo a la dirección del campo magnético externo.

El efecto del campo magnetizante puede hacer que sucedan dos

fenómenos.

Primero, que el campo cambie la dirección de la alineación magnética de

los dominios ( cada dominio tiene una completa alineación de los

momentos atómicos).

Segundo que los dominios cuya magnetización es favorable a la dirección

del campo fí, extiendan sus fronteras a costa de los que están alineados

en otras direcciones.

La incidencia en menor o mayor grado de uno de estos efectos depende

del tamaño de los granos y dominios, de los efectos cristalinos y del valor del

campo magnético.

En las paredes de los dominios, la dirección de los momentos magnéticos

varían continuamente, lo que no sucede en el interior de los dominios; si se aplica

Page 76: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 70 -

un campo magnetizante por mas pequeño que sea influirá primero en la

orientación de los momentos de la pared, por tanto para una intensidad mayor

de H, habrá un desplazamiento de las paredes de Bloch.

Si las paredes no tuviesen espesor entonces para lograr una

magnetización finita se requeriría de un campo magnético muy intenso, para

lograr mover a las magnetizaciones de todos los dominios.

Los límites de grano son obstáculos para el movimiento de [as fronteras de

los dominios, en este sentido se puede concluir que sí el tamaño de los dominios

es menor que el tamaño de los granos, entonces el movimiento de las paredes de

Bloch será más fácil que alinear las magnetizaciones de los dominios, en cambio

si el tamaño equivalente de los dominios al interior de la muestra es mayor que el

volumen equivalente de los granos entonces habrá mayor dificultad al mover las

paredes de los dominios que alinear los dominios.

En la figura 2.5, el codo que se encuentra presente en la primera zona se

desplazará hacia la derecha cuando el grano de la muestra ferromagnéíica es

más pequeño, y hacia la izquierda cuando el grano de la muestra sea mayor, de

esta manera, el lazo de histéresis tiene un área menor, y fuerza coercitiva menor

cuando el tamaño de grano de la muestra es mayor.

Algunos factores pueden volver impredecible la homogeneidad de

propiedades magnéticas al interior de las muestra de un mismo material, estos

factores son la cantidad de defectos, la tecnología en el proceso de formación de

la aleación, el crecimiento de granos, la coincidencia del paralelismo de la

dirección del laminado con la dirección de fácil magnetización y los tratamientos

térmicos que se hayan proporcionado al material fabricado.

Los defectos cristalinos se encuentran en el interior como en el borde de

los granos y dificultan en menor o en mayor grado la magnetización del material.

Page 77: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-71 -

$ Puesto que los tamaños de los granos, impurezas y defectos no tienen

patrones de repetición al interior del volumen de una lámina, se tiene ciertos

grados de diversidad en las propiedades de las subdivisiones de la lámina, este

grado de diversidad es factible de ser reducido con la aplicación de tratamientos

térmicos adecuados.

La diversidad existente en las propiedades magnéticas de una muestra

ferromagnética con las mismas dimensiones y composición dependen de la

tecnología utilizada, del grado de calidad requerido, y de la época de fabricación.

A pesar que los procesos actuales de fabricación difieren de los procesos

antiguos, aún no es posible reducir a cero la diversidad u homogenizar las

propiedades magnéticas de las muestras de un mismo material, ya que los granos

en un mismo material no tienen iguales dimensiones y formas, el volumen que

ocupan los bordes por unidad de área en una misma lámina no es idéntica al

volumen ocupado por los bordes por unidad de área en otra localidad, obviamente

tendrán valores parecidos y por tanto también lo serán sus propiedades.

* Al inicio de la curva ( o a ), se presenta una dependencia lineal que se debe

únicamente a la rotación de los momentos de las paredes de los dominios,

aparece el codo inferior cuando las fronteras empiezan a moverse, en la dirección

del campo magnetizante, el cambio que se produce no es brusco, puesto que

tienen que orientarse todos los momentos de las paredes del dominios, el espacio

acumulado por estos pequeños volúmenes es finito y contiene orientaciones de

momentos magnéticos elementales en transición, cuyo alineamiento total necesita

de un valor de campo ( H), para llegar al punto ( a ) no es conclusión directa

decir que si no existen paredes no existiera el codo inferior, ya que si no existen

estos pequeños volúmenes de transición se tendría en el estado de reposo,

energía acumulada externamente, esta hipótesis se contradice con la estabilidad

de la muestra alcanzada en el estado de mínima energía.

Page 78: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 72 -

Segunda zona Curva ( a-b ).- Si continuamos aumentando paulatinamente

(H)t tendremos la respuesta en la curva ( a-b ), en esta zona a medida que

aumentamos el campo magnetizante desde el punto ( a ), el volumen de los

dominios en la dirección del campo también aumentará, pero su crecimiento

dependerá de los defectos cristalinos y de la relación inicial entre los volumen de

los granos y dominios. En la fig. 2.6a se ¡lustra la disposición de los dominios en

el punto de origen ( o ) de la primera zona. Se puede observar que las

orientaciones de los dominios indicados se encuentran en equilibrio y satisfacen la

ley de mínima energía. En la fig. 2.6b. se ilustra el crecimiento de los dominios a

expensas de los dominios adyacentes en la segunda zona, en este caso la

muestra ha absorbido energía a través de un campo magnético externo, para

hacer crecer los dominios.

Fig. 2.6a. Ilustra la disposición de los dominios en el punto de origen

( Ref.23, p.626 )

Page 79: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 73 -

Fig. 2.6b, Ilustra la disposición de los dominios en la segunda zona

( Ref. 23, p. 627 )

El movimiento de las fronteras de los dominios en este segmento (ab) son

irreversibles debido a que las propiedades de las muestras ferromagnéticas son

anisótropas (véase mas adelante en "magnetización de un monocristal"). Puesto

que en la fabricación de una muestra sin tratamiento posterior crecen los granos

al azar, las orientaciones cristalográficas representantes de cada uno de los

granos también se distribuyen en forma aleatoria. Al aplicar un campo en una

determinada dirección no es posible que esta coincida con las direcciones de fácil

magnetización, de todos los granos de tal manera que el campo aplicado formará

un ángulo con los ejes del monocristal, así la magnetización resultante medirá los

efectos que se presentan al imantar un monocristal en sus diversas direcciones,

por ejemplo para el caso de la celdilla BCC del hierro a, el campo magnetizante

formaría un ángulo con las direcciones [100], [110], [111]. Para reducir al mínimo

el ángulo formado entre las direcciones cristalográficas con la dirección de

magnetización, las muestra ferromagnéticas que se utilizan en los

transformadores son sometidas a procesos de laminado y posteriores

tratamientos térmicos para reducir las tensiones internas generadas por la

deformación. Con el laminado se consigue que los cristales de los granos tengan

sus direcciones cristalográficas en forma paralela, esto permite optimizar al

máximo las propiedades magnéticas de ios materiales ferromagnéticos para

aplicación en transformadores.

Page 80: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página- 74-

Con el recocido se modifican las propiedades estructuralmente sensibles

como la permeabilidad, fuerza coercitiva y magnetización remanente, en esta

sección se tratará únicamente de la permeabilidad, las otras variables encuentran

su análisis más adelante.

La permeabilidad varía con la intensidad de campo; en la segunda zona

dependerá de la facilidad con que puedan moverse las paredes de los dominios,

se obtiene una situación favorable si se consigue que los granos sean de mayor

tamaño y que el proceso de recocido atómico en los bordes de los granos

permita que el reajuste de las impurezas generé el mínimo de tensiones internas

con o sin el aparecimiento de la magnetostricción.

En ciertas soluciones sólidas a determinadas concentraciones, la energía

inyectada a través del tratamiento térmico puede provocar un ordenamiento, que

cause la disminución de las propiedades magnéticas como por ejemplo el

compuesto CoPt, con una composición de 50% de Co en el Pt , las causas de

variación no han sido aún aclaradas, sin embargo se piensa que se deben al

cambio del carácter del enlace, al intercambio de electrones o ambos

simultáneamente. ( Ref .3, p.140 ).

Desde esta zona en adelante el movimiento de las paredes de los dominios

ya es irreversible, lo que significa que cuando el campo disminuya, la imanación

de la muestra no disminuirá por la misma curva .

Tercera zona Curva ( b-c ).- Aumentemos la intensidad ( H ) desde el

punto b hasta encontrar la saturación en el punto ( c) como se observa en la

fig. 2.5.

Esta zona (zona superior) tiene un codo y una curva que se acerca a una

recta con inclinación ¡uo, el comportamiento de esta zona puede ser representado

por la siguiente ecuación.

Page 81: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 75 -

B= — Ec. 2.9, (Ref 15, p.353)m + ntí

Siendo m y n constantes.

La magnetización de la muestra en esta zona es prácticamente el resultado

de la rotación de los vectores Ids (magnetización de los dominios), su dirección

se va aproximando a la dirección del campo H conforme su magnitud aumenta,

el crecimiento de los dominios va extinguiéndose en los alrededores del punto b

como lo muestra la Fig. 2.5. La presencia del codo nos indica que existe una

transición y que representa la culminación gradual de la rotación de Ids hacia la

dirección H , así en el punto c, todos los vectores Ids son paralelos a H; los

dominios ya no crecen más, y todos los imanes elementales están alineados con

el vector H\s en el punto c en donde se ha llegado a la saturación magnética

y que se considera como la coincidencia de la dirección de la magnetización con

la dirección del campo magnético aplicado.

Para el análisis de la linealidad de la curva a partir de la saturación

analicemos la ecuación 2.9. ( véase el apéndice A )

Ec. 2.9, (Ref. 13, p.97)

De la ecuación, únicamente la magnetización / depende del material, de

esta manera cuando se ha llegado a la saturación, / se convierte en Is , y B

continúa creciendo únicamente por el efecto de H , así se obtiene la ecuación

2.10.

Ec. 2.10,

La permeabilidad máxima le corresponde al punto de tangencia entre una

recta trazada desde el origen ( o ) y la curva de magnetización, este punto da

inicio al codo de la tercera zona, como se muestra en el punto b de la figura 2.5.

Page 82: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 76 -

Al valor de la magnetización de saturación Js = ¡10 • Is , le corresponde un

valor de campo magnético Hs, a partir del cual se cumple la ecuación 2.10 , esta

ecuación se ilustra en la Fig. 2.7. Cuando la medición de Is se realiza en

campos muy intensos puede obtenerse insignificantes aumentos de Is con el

aumento de H t este aumento de la magnetización se lo denomina paraproceso,

(Ref.13, p.101), en analogía al comportamiento magnético lineal del

paramagnético.

bs

Hs

S'

H H

Fig. 2.7, Curva de Inducción magnética vs H. y curva de magnetización vs. H

(Ref . 13, p.99)

La magnetización de saturación Js es una propiedad estructuralmente

insensible, al igual que Xs y 9c y depende de la aleación, sin embargo puede

suceder que el número de magnetrones de Bohr* aumente con la ordenación

luego del recocido, como por ejemplo en eí compuesto NisMn, en la que a una

concentración del 25% ( at. ) de Mn le corresponde un aumento de Js inclusive

mayor a la magnetización de saturación del Níquel puro. En cambio puede

presentarse una disminución con la ordenación como sucede en el compuesto

CoPt. ( Ref.13, p.140 ), ( * véase en Apéndice B )

Page 83: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 77 -

Los materiales de excelentes propiedades como Hipermendur, permendur

y muchos otros ya han sido estudiados y publicados, esto no sucede con otros

materiales industriales cuya técnica solo conocen sus fabricantes, por sus

razones de competencia industrial.

Es posible obtener aleaciones mejoradas en Js, // y consecuentemente

He, buscando la configuración adecuada de la estructura de fases y ordenación,

haciendo uso de los análisis químicos y diagrama de equilibrio de la aleación a

estudiar.

Hasta aquí se ha descrito la curva ( o-c ), incluyendo en su análisis la

incidencia del tamaño de los dominios, el tamaño de los granos y sus defectos, La

curva ( o-c ) se denomina CURVA PRIMARÍA DE MAGNETIZACIÓN.

A Continuación se describe el (ciclo de Histéresis), cualquier otro punto del ciclo ,

encuentra la justificación de su comportamiento magnético dependiendo de la

zona en la que se encuentre y en el efecto de la remanencia que a continuación

se explica.

2.2.1 HISTÉRESIS MAGNÉTICA

Hasta aquí se ha descrito la respuesta del material ferromagnético frente a

un campo magnético continuamente creciente, llegando hasta el punto c de la

Fig. 2.5, y obteniéndose la curva ( o-c ) denominada CURVA PRIMARIA DE

MAGNETIZACIÓN, si ha partir de este punto que corresponde a la saturación

magnética, o de cualquier otro punto comprendido en la curva ( a-c ), se

disminuye el valor de H, se tiene que la respuesta del material no regresa por la

misma curva, esta propiedad irreversible se llama Histéresis y sus principales

causas son la anisotropía y el anclaje de las paredes de los dominios.

Page 84: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-78-

2.2.1.1 Magnetización de un monocristal

La imantación de un monocristal depende de la orientación cristalográfica,

en un cristal se tienen direcciones de fácil y difícil magnetización, en el caso de

una celdilla unitaria de hierro a, estructura BCC. La magnetización en la

dirección de las aristas [ 1 O O ], es de mayor facilidad que la magnetización en la

dirección de las diagonales de las caras de la estructura BCC, [1 1 0] y esta a

su vez presenta mayor facilidad que en las direcciones de las diagonales del cubo

[1 1 1].

A continuación se representan las figuras 2.8a, 2.8b y 2.8c, en las cuales se

ilustra las direcciones, los imanes elementales orientados en la dirección [1 0 0 ] ,

y las curvas de magnetización para cada una de las direcciones.

[110]

[100]

Fig. 2.8a . Representación de las direcciones [ 1 O O ], [ 1 1 O ], y [ 1 1 1 ].

Page 85: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 79 -

[100]

Fig. 2.8b. Representación de los imanes elementales orientados

en la dirección [1 00 ] .

ÍIOOI

, H

Fig. 2.8c Representación de las curvas de magnetización en función del

campo H en las direcciones [ 1 O O ]] [ 1 1 O ], y [ 1 1 1 ], ( Ref. 21, p.367 ).

En la Fig. 2.8b se representa los momentos magnéticos de los átomos

individuales en la dirección de las'aristas de la celdilla.

Al aplicar un campo magnético en cualquier dirección, ios espines toman al

principio la dirección de imantación fácil con una magnetización ( J = Js ). Los

codos de las curva que se muestran en la Fig. 2.8c, corresponden a las

Page 86: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 80 -

£ proyecciones de esa imantación sobre la dirección del campo aplicado con una

magnetización (J = Js-cosaI ). Siendo ( al ) el ángulo formado entre la

dirección del campo y la dirección de la arista del cubo que constituye la dirección

de fácil imantación para el caso de la celdilla BCC :

J = Js-cosal Ec. 2.11

>, Para la celdilla unitaria BCC, el ángulo al formado entre las direcciones

[ 1 O O ], [ 1 1 O ] es de 45° y el ángulo al formado entre las direcciones [1 0 0 ] ,

[ 1 1 1] es de 54,736°, a los que corresponden los siguientes valores de

magnetización:

7100 =

./110-

ni i -

Js

Js

A/2

Js

Ec.

Ec.

p^

2.12

2,3

9 -l/L

Para un campo ( H ) mayor se observa en la Fig. 2.8c, que las curvas

convergen para las tres direcciones en una recta paralela al eje ( H ), de valor

J = Js, al alcanzar este valor, todos los momentos de los dominios han rotado

totalmente, hacia la dirección del campo H aplicado. ( Ref. 21, p.367 ).

Consideremos cuatro dominios con magnetizaciones Ja, Jb, Je, Jd en

una muestra en reposo, con sus orientaciones de acuerdo a la Fig. 2.9, frente a

un campo magnético externo ( H ).

Page 87: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página- 81 -

H

Fig. 2.9 Disposición esquemática de dominios en una muestra en reposo.

Cuando el valor de H^=Q ¡as direcciones de las magnetizaciones Ja, Jb,

JctJd son paralelas a las orientaciones de fácil magnetización ( direcciones

paralelas a las aristas del cubo Fea). Las direcciones indicadas no se

encuentran en una celdilla, sino en un conjunto de celdillas, y en las paredes de

estos dominios se dan las transiciones del cambio de dirección. La dirección de

Ja por ejemplo indica que todas las celdillas unitarias al interior de! dominio A,

tienen sus imanes elementales ( momentos atómicos ) con dicha orientación.

Al aumentar H de tal manera que se llegue a las saturación, Ja t Jb t

JctJd serán paralelos a H y cuando se disminuya el valor del campo, los

vectores de cada uno de los dominios girarán contrariamente a su anterior

posición, pero no retornarán a su posición inicial, pues no representa ventaja

alguna, los vectores Je pudieron quedarse alineados a la dirección Jd í que

también representa una dirección de fácil magnetización.

En una muestra real se encontrarán varios granos con direcciones

cristalográficas al azar . Al someter a la muestra a un campo de saturación Hs ¡

todas las direcciones de los momentos de los dominios individuales se

acumularán paralelamente al vector H t Al reducir el campo habrá una

redistribución en las direcciones, los imanes en direcciones fáciles retendrán sus

Page 88: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-82-

direcciones, mientras que los imanes orientados en direcciones duras o difíciles,

se relajarán hacia direcciones fáciles cercanas cuyo resultado total será la

remanencia.

Continuando con la explicación de la Fig. 2.5. Al disminuir el valor del

campo aplicado ( H} desde el punto ( C ) al valor cero, se describe la trayectoria

c-d, al punto ( d) le corresponde una magnetización remanente (Jr) y una

inducción remanente (Br), en este punto a pesar de que ( H = Q ), la muestra

se queda imantada. Para eliminar esta imantación se aplica un campo ( H ) en

sentido contrario y continuamente creciente. De esta manera se describirá la

curva ( d-e ), alcanzándose en el punto ( e ) la desimantación total de la muestra

con el campo ( He) que toma el nombre de ( FUERZA COERCITIVA ), en este

punto los momentos de los dominios se compensan mutuamente, con la

diferencia que la forma de los dominios ha cambiado véase fig. 2.10.

Fig. 2.10 Resumen de la disposición de dominios en el lazo de histéresis.

( Ref.23, p.628 )

AI continuar aumentando el campo magnético ( H), negativamente hasta

el punto f, se llega a saturar el material en el otro sentido, el cual corresponde a

un valor de (-ífc). La disminución de la magnitud del campo negativo desde el

Page 89: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 83 -

punto ( f ) hasta el punto ( g ), dejará como resultado una magnetización

remanente (-Br), para cuya anulación será necesario aplicar un campo positivo

(He), obteniéndose el punto ( h ). Un aumento sucesivo nos llevará a la

magnetización de saturación ( +Is ) y su correspondiente Inducción magnética

de saturación ( Bs ), en el punto ( c ). En este punto se cierra el lazo ( od-e-f-g-

h-c ) de la fig. 2.5. Al continuar disminuyendo el campo magnético para

posteriormente aumentarlo hasta alcanzar las mismas magnitudes ( ±Hs ) se

observa que el lazo cuyos máximos se encuentran en los punto ( c ) y ( f ) se

repite formando un ciclo y se denomina ( CICLO NORMAL DE HISTÉRESIS

MAGNÉTICA ) y es el ciclo máximo cuyos extremos son los valores de

saturación.

Se puede trazar ciclos menores, variando la intensidad del campo ( H)

para valores de ( ±H) con magnitudes de menor valor que \Hs\ es posible

además encontrar una familia de curvas de ciclos de Histéresis para una misma

muestra. Al unir los puntos máximos ( c ) y ( f ) de una familia de ciclos de

histéresis se puede formar una curva que se denomina ( CURVA NORMAL DE

MAGNETIZACIÓN O CURVA DE CONMUTACIÓN ), cuya importancia

tecnológica es mayor que la curva primaria. ( Ref. 3, p.18 ),

El tamaño y forma del ciclo de histéresis dependen de la composición y

naturaleza cristalina de la muestra y de los valores máximos del campo

magnetizante.

La energía absorbida por el proceso de imantación de un ferromagnético se

consume en parte en los procesos de mover irreversiblemente las paredes de los

dominios, en mover las orientaciones de los momentos magnéticos de los

dominios, y otra parte se almacena como energía potencial en el campo

magnético resultante de la magnetización la que es devuelta cuando el campo

magnético de la muestra desaparece.

En una muestra toroidal de sección transversal A, longitud media I, y

arrollamiento de N espiras, la energía magnética disipada en un intervalo dt es:

Page 90: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 84 -

Siendo

Se tiene;

dW = p(t).dt = (e • 0(0' dt

„ *r d^ d

dt dty

i

Portante: W- v- J H.dBZ5i

= ^L/. Jjy.í¿B

51

Ec. 2.15

Ec2.16

Ec. 2.17

Ec. 2.11

Al evaluar la energía en todo el ciclo de la fig. 2.11, se tiene lo siguiente:

Partiendo del punto ( C1 ), la energía utilizada para incrementar la magnetización

desde el valor de ( B = O ) hasta el valor ( B^Bs ) es igual a: W1 = V . (área

OC1SM), Para la disminución de B desde el valor ( B~Bs ) hasta el valor

(B = Br), la energía devuelta es igual a: W2 = V. ( área SMR ) y para eliminar el

magnetismo residual, la energía requerida es W3 = V . ( área RCO ), de idéntica

forma se realiza el análisis para el área inferior y se obtiene la energía disipada en

todo el ciclo.

Bs-M" .

31

Fig. 2.11, Esquema del ciclo de histéresis para la determinación de la

energía en un ciclo.

Page 91: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 85 -

La energía disipada durante el proceso magnético de imantación y

desimaníación por unidad de volumen y por ciclo será :

W— = Área (imitada por la curva del ciclo de Hisíéresis.v

Esta energía se convierte en calor y puede ser calculada usando fórmulas

empíricas, la más conocida es la fórmula de Steinmetz.

Wh= V n-Bs}>6- ¡o"7 Vatios Ec. 2.19

oEn donde V es el volumen de la muestra en cm , n es la constante de

Histéresis que depende del material y Bs es la inducción magnética de

saturación. (Ref. 3, p.18).

2.3 MATERIALES MAGNÉTICOS EN CAMPOS VARIABLES

En esta sección se analizará el comportamiento de los materiales

ferromagnéíicos al ser sometidos a campos magnéticos variables. La importancia

de este estudio se fundamenta en el análisis de las variaciones de las

propiedades magnéticas que se presentan cuando el campo magnetizante es

variable.

Las propiedades dependerán de la rapidez con la que el material responda

a los cambios en dirección y frecuencia del campo creado por la presencia de la

corriente magnetizante.

En la Fig. 2.10 se puede observar la modificación del tamaño y forma de

los dominios en un ciclo completo, para que esto suceda han tenido que moverse

primeramente los momentos elementales de las paredes de los dominios, este

sucede en cada ciclo,

Page 92: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 86 -

El campo magnético formado al interior de la muestra provoca el

aparecimiento de corrientes de torbellino que se originan para contrarrestar el

efecto del campo magnetizante, estas corrientes generan una pérdida de energía

que disminuye la energía disponible para hacer girar a los momentos de los

dominios.

El aparecimiento de estas corrientes podría ser perjudicial o beneficiosa

dependiendo de las aplicaciones del material. Así por ejemplo el aparecimiento

de las corrientes inducidas es obligatorio para aplicaciones en motores de

inducción, medidores y frenos etc.

Mientras mayor sea el área encerrada por el lazo de Histéresis, es decir

para mayores valores de inducción remanente ( Br) y fuerza coercitivas ( He ),

mayor será la energía potencial almacenada en el campo producido en la muestra

y mejores aplicaciones se tendrá para ciertos mecanismos como en los altavoces,

y determinadas clases de medidores. Lo que no sucede con los transformadores

de medida cuyos principios exigen que el lazo de Hístéresis sea lo más angosto

posible , que la curva sea reversible, y que los valores de permeabilidad,

inducción de saturación y resistividad eléctrica sean lo más alto posible.

La energía magnética del ferromagnético y la estructura de dominios de

las secciones precedentes deben encontrar un equilibrio frente a la rapidez de la

corriente magnetizante, y los valores máximos de inducción del ciclo de trabajo.

En el caso de los ferromagnéticos metálicos los electrones de conducción

pueden moverse libremente a través de una estructura macroscópica (existencia

de corrientes de torbellinos) e implícitamente el supuesto de que cada momento

magnético atómico está localizado en un nodo de la red cristalina debe ser

tomado con ciertas reservas.

"A la vista de esto parece ser que para intentar alguna explicación del

ferromagnetismo habría que tener en cuenta la estructura de bandas de energía

Page 93: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -87-

de los sólidos" ( Ref.21, p.p.377 ). En evidencia experimental el momento

magnético deí espín Juega un papel dominante en el ferromagnetísmo.

El ferromagnetismo probablemente se debe al movimiento de los

electrones de los orbitales traslapados a saltos, ya que los electrones no

apareados más externos deberán mantener su espín paralelo al campo magnético

externo en cada instante. Si se acepta que los electrones externos se mueven

libremente sin restricción para conformar el mar de electrones, se puede pensar,

que el comportamiento magnético ordenado se deba al efecto de los electrones

mas internos, [o que no puede ser cierto puesto que dichos electrones

corresponderían a capas electrónicas completas en las que se tiene un momento

angular resultante nulo. (Ref.21, p.276).

Tomando en cuenta estas consideraciones podemos aceptar la teoría de la

estructura de dominios con ciertas restricciones, pues esto ayuda mucho en la

explicación de los resultados, así como también en su utilización en diseños

técnicos.

En resumen el comportamiento magnético de una muestra ferromagnética

sometida a un campo magnético periódicamente variable puede ser entendida

como la oscilación de la dirección de las agujas magnéticas con determinada

frecuencia y amplitud, en un medio con presencia de fuerzas de anisotropía y

anclaje, fuerzas que para determinado campo magnetizante ( H ), dificultan el

retorno de las orientaciones de [os imanes elementales por las mismas tangentes

que anteriormente fueron conseguidas provocando la remanencia magnética.

Las fuerzas de anisotropía se deben a la existencia de varias direcciones

de fácil magnetización y la tendencia natural de la orientación de las agujas hacia

direcciones fáciles y más próximas a la dirección del campo magnetizante.

Las fuerzas de anclaje se deben a la existencia de irregularidades

estructurales como defectos o a la presencia de pequeñas inclusiones magnéticas

Page 94: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 88 -

y no magnéticas las que dan lugar a regiones con desequilibrios de energía. Los

dominios en estas zonas pueden quedar ancladas de una manera efectiva, para

cuyo desenganche se requerirá de una fuerza finita.

El ciclo de Histéresis que resulta del proceso de imantación y

desimanación, para campos periódicamente variables, incluirá el efecto de la

generación de corrientes parásitas, y por tanto será mas ancho que el de campos

constantes; este ciclo toma el nombre de ( CICLO DINÁMICO ) cuya superficie es

proporcional a la energía que se convierte en calor.

Al igual que en campos constantes se puede trazar una familia de ciclos

dinámicos, modificando la intensidad del campo magnetizante. Al unir los puntos

máximos de esta familia de ciclos dinámicos se obtiene una curva que se

denomina: ( CURVA DINÁMICA DE MAGNETIZACIÓN ), análoga a la ( CURVA

NORMAL DE MAGNETIZACIÓN ).

La curva dinámica de magnetización es parecida a la curva normal de

magnetización cuando la frecuencia de la corriente magnetizante es baja y las

láminas son de poco espesor.

2.3.1 PERDIDAS EN CAMPOS VARIABLES

Las pérdidas se definen como la diferencia entre la potencia de entrada y la

potencia de salida. Para el caso de los transformadores de medida, la alteración

de diversas variables en la naturaleza del material del núcleo como son: el

tamaño del grano, la difusión de impurezas, la recristalización etc, provocan

efectos perturbadores en las orientaciones de los momentos atómicos efectivos

por unidad de volumen, haciendo sensible la respuesta magnética frente a cada

una de estas alteraciones. Al aplicar un tratamiento térmico sobre una muestra

magnética se cambian dichas alteraciones luego de las cuales, la muestra

presentará su nuevo estado de equilibrio el que presentará sus nuevas pérdidas

asociadas.

Page 95: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 89 -

Para lograr óptimos requerimientos de precisión y exactitud en un

transformador de medida se requiere buscar las mejores características de su

núcleo ( estructura interna, dimensiones y forma ) las que se consiguen aplicando

un adecuado tratamiento térmico antes y después del proceso de manufactura.

En un transformador se presentan pérdidas en el cobre, pérdidas en el

núcleo y pérdidas debidas a la radiación sonora, esta última se debe al cambio de

la dimensión física del núcleo (magnetostricción). El porcentaje de pérdidas de

este último fenómeno es insignificante pero se toma en consideración en

transformadores grandes (Ref.24, p.380).

Las pérdidas en el núcleo se deben a las pérdidas por Histéresis y a las

pérdidas por corrientes parásitas o también llamadas corrientes de Foucault o de

remolino.

Los campos periódicamente variables provocan en el estado magnético del

material un ciclo cerrado parecido al de histéresis para campos constantes o de

variaciones lentas, que se denomina ciclo dinámico, cuya área depende de la

frecuencia de la corriente magnetizante aplicada, El ancho del ciclo dinámico es

proporcional a la energía que se convierte en calor, que a su vez tiene sus

orígenes en las corrientes de Foucault y la Histéresis.

Tanto la corriente de Foucault como la Histéresis dependen de la forma de

onda y de los armónicos que contiene la corriente magnetizante aplicada a la

muestra.

En forma general se procura disminuir al máximo la circulación de las

corrientes de Foucault, cortando el camino eléctrico a través de chapas o láminas

del material magnético apilado para formar el núcleo. Las Chapas son de

pequeño espesor recubiertas cada una de ellas de barniz aislante, las chapas se

disponen de tal manera que sean paralelas a la dirección del flujo para permitir el

paso del flujo magnético. Puesto que las corrientes de remolino se forman en el

Page 96: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página- 90 -

plano perpendicular a la dirección del campo, estas son limitadas por el espesor

de las chapas y por [a capa de material aislante,

La forma geométrica del material influye en el ancho del ciclo de Histéresis,

para láminas de poco espesor y para bajas frecuencias se obtiene una curva casi

idéntica a la curva normal.

Las pérdidas que se producen en un material ferromagnético dentro de un

campo periódicamente variable son función de la naturaleza, de la forma

geométrica, de las dimensiones de la muestra, y de la frecuencia de la corriente

magnetizante.

Las pérdidas de potencia de una muestra ferromagnética ( A/T ),

dependen del tipo de material y de su volumen, los valores de pérdidas totales

que produce un material específico son proporcionadas por ios fabricantes junto

con los valores de la inducción máxima ( Bmax ), permeabilidad magnética ( // ).

Cabe indicar que ( /¿ ) no es constante dentro del material ferromagnético y varía

con ( H )¡ en las tres zonas descritas en la CURVA PRIMARIA DE

MAGNETIZACIÓN, se definen diferentes tipos de permeabilidades. En forma

general la permeabilidad magnética se define con la siguiente ecuación:

— Ec. 2.20ti

En donde ( ju ) es la permeabilidad relativa del materia] ferromagnético, y

(/¿0) es la permeabilidad del vacío.

La pendiente de la CURVA PRIMARIA DE MAGNETIZACIÓN , en

cualquier punto se denomina como permeabilidad diferencial ( p,¿ ) y se define

como:

Page 97: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-91 -

1 dB. Ec.2.21dH

En las tres zonas, la relación de ( B a H ) en un punto sobre la curva se

denomina permeabilidad de amplitud ( jaa ) y se define con la siguiente ecuación:

1 B/¿a = .-— Ec. 2.22, (Ref.19, p.9)

* H

2.3.1.1 Pérdidas por Histéresis

La Histéresis magnética es el proceso de imantación y desimantación de

un material ferromagnético, la variación cíclica del flujo magnético que provoca la

histéresis produce una cantidad de calor que es proporcional al área del CICLO

DINÁMICO. Datos experimentales muestran que la pérdida por histéresis varía

con la inducción máxima (Bmax), la forma de onda de la corriente magnetizante su

frecuencia, amplitud y forma, y la naturaleza del material ferromagnético.

En forma aproximada las pérdidas por histéresis tienen las siguientes

expresiones:

De acuerdo con Steinmetz Q, = rjs.B1'6 , Ec. 2.23, (Ref.13, p.101)

En donde ( Q, ) lleva el nombre de magnitud de pérdidas de histéresis,

( B ) es la inducción de saturación correspondiente a ( Hs ) y ( r¡s ) es el

coeficiente de Steinmetz que depende de las propiedades del material, en esta

ecuación el valor de ( TJS ), incluye el valor de la frecuencia.

En tecnología se emplea la siguiente expresión modificada para el cálculo

de las pérdidas por histéresis ( p ).

Page 98: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -92-

f > "£max 10 w/Rg Ec. 2.24,(Ref.10, p.23 ).n

En esta ecuación ( 77 ) es el coeficiente de histéresis y ( / ) es el peso

específico del material.

La aplicación de nuevas tecnologías en la fabricación de materiales para

los núcleos de máquinas eléctricas, generan las siguientes expresiones para el

cálculo aproximado de las pérdidas por histéresis (ph ).

Ph = # A . / J £ - ( w / k g ) Ec.2.25,(Ref.19,

(p, ) representa el valor de las pérdidas por histéresis expresada en (w/kg )

( Kh) es la constante de proporcionalidad que depende del material y del sistema

de unidades utilizado, (/) es la frecuencia de la corriente alterna en ciclos por

segundo, y ( Bmm ) es la densidad máxima de flujo con exponentes de Steinmetz

que pueden tener valores dentro del intervalo ( 1.5 a 2.5 ) para los materiales

ferromagnéticos más usuales.

Para disminuir el valor de p¡ de la ecuación 2.25, se debe disminuir los

valores de Kh, /, y B^ , o disminuir el área del ciclo dinámico de Histéresis.

Los valores de ( Kk¡ x ) dependen de la naturaleza del material, por tanto

un tratamiento térmico adecuado puede lograr disminuir sus valores, esta

disminución indica que cuando las muestras ferromagnéticas se encuentran en

campos magnéticos externos, el giro y el crecimiento de los dominios encuentran

mayor facilidad para su orientación. Adicíonaimeníe se puede conseguir una

disminución de sus valores haciendo que la dirección del campo magnético

externo coincida en lo posible con las direcciones de fácil magnetización de la

Page 99: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 93 -

muestra para ello, actualmente, los fabricantes de núcleos para máquinas

eléctricas realizan laminaciones y alineamientos de los retículos de los granos en

las direcciones de fácil magnetización, véase la sección 2.2.1.1

MAGNETIZACIÓN DE UN MONO CRISTAL.

Los procesos de deformación plástica introducidos en los procesos de

laminación provocan fallas y defectos cristalinos en los retículos de las muestras

generando tensiones internas, que en el caso del hierro silicio dificultan el

movimiento de los dominios magnéticos, el efecto negativo de este proceso es

revertido mediante la aplicación de un tratamiento térmico a la muestra.

En los procesos térmicos para mejorar a un material magnético se tiene el

recocido, este proceso provoca la recristalización de la muestra, originando el

crecimiento de los granos, a partir de temperaturas mayores a 0,5 TfUS¡ón (0,5

veces la temperatura de fusión), el crecimiento de los granos grandes es a costa

de los granos mas pequeños. En forma macroscópica, la influencia de los granos

que posean sus retículos con sus direcciones de fácil magnetización en forma

paralela a la dirección del laminado de la muestra, será mucho mayor, a la

influencia de los granos cuyos retículos se encuentren con orientaciones al azar,

en forma ideal puede suponerse que para conseguir las mejores características

magnéticas de una muestra, todos los granos se encuentran con sus retículos

orientados en las direcciones de fácil magnetización y sin defectos cristalinos,

2.3.1.2 Pérdidas por Corrientes de Foucault

Las corrientes de Foucault se presentan en cuerpos o materiales

conductores debido a campos eléctricos no electrostáticos generados por campos

magnéticos exteriores. Pueden considerarse los siguientes casos: Las corrientes

generadas por el movimiento de conductores en campos magnéticos, las

corrientes generadas por campos magnéticos variables con el tiempo o ambas a

la vez.. (Ref.25, p.9).

Page 100: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 94 -

La presencia de las corrientes de Foucault generan a su vez campos

magnéticos, que modifican las condiciones iniciales en el campo H externo

aplicado.

En el caso de ios núcleos de las transformadores, las corrientes parásitas

se oponen al cambio del campo que las induce, y producen calentamiento por

efecto Joule debido a que el materia] ferromagnéíico se comporta como un

conductor eléctrico.

Al igual que las pérdidas de histéresis, las pérdidas de energía provocadas

por las corrientes parásitas ( pe ), se calculan por medio de la siguiente expresión

empírica de Steinmetz.

w/kg ) Ec> 2.26, (Ref.10,p.23).r

En donde (8} es el coeficiente de corrientes de Foucault que depende de

la conductividad del material, (/) es la frecuencia de la corriente alterna en ciclos

por segundo, ( £max ) es la densidad máxima de flujo y ( y ) es el peso específico

del material.

La ecuación indicada puede ser expresada también de la siguiente forma:

Ec.2.27,(Ref.19,

(Ref.24, p.381)

En esta segunda expresión ( Ke } es la constante de proporcionalidad, que

depende de la conductividad del material, del espesor de las láminas y del

sistema de unidades utilizado, T¡ es el espesor de las láminas y ( Ke -K Tf ).

Page 101: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 95 -

La disminución de las pérdidas por corrientes Foucault o corrientes

parásitas se obtendrá al disminuir las variables ( Ke ), y ( T¡ ), considerando que

las valores de las variables frecuencia y densidad máxima son requeridas por el

proceso, El aumento del silicio en una solución sólida en base a Fea, aumenta su

resistencia eléctrica en la muestra, haciendo que disminuya la variable ( Ke ), en

el caso particular de las aleaciones del Hierro silicio. La disminución del espesor

de las láminas ( T¡ ) y el aislamiento entre ellas provocará una disminución de las

pérdidas de Foucault.

Es importante resaltar que no todo tratamiento térmico produce una

disminución de las perdidas totales, y aún mas, dentro de un tratamiento solo un

procedimiento es el que reduce estas pérdidas.

El endurecimiento por deformación en frió provoca que la resistencia

eléctrica aumente o disminuya dependiendo del tipo y naturaleza de la estructura

cristalina de la muestra.

Si una muestra de hierro silicio previamente sometida a una deformación

plástica es tratada con el recocido a una temperatura mayor a 0,5 TfUS¡óny enfriada

en horno en un tiempo determinado, se conseguirá disminuir las imperfecciones

de la aleación sólida logrando con esto la disminución de la resistividad eléctrica,

y por otro lado las volúmenes de los dominios magnéticos se dispondrán en un

estado de energía de fácil magnetización. En conclusión luego de este proceso,

las pérdidas por corrientes de Foucault aumentan debido a una disminución de la

resistencia, y disminuyen las pérdidas por Histéresis debido a la disposición de

fácil magnetización de los dominios magnéticos.

Si la muestra de hierro silicio es sometida al Templado, la resistividad se

incrementa, provocando una disminución de las pérdidas por corrientes parásitas,

y las propiedades magnéticas se reducen, debido a que el templado dispone a las

áreas de los dominios en un estado de difícil magnetización, la experiencia

práctica demuestra que las pérdidas totales son mayores a las pérdidas

Page 102: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 96 -

originales, poniendo en evidencia que el incremento de las pérdidas por

Histéresis son mayores, a la reducción de pérdidas por corrientes parásitas.

De los resultados de este proyecto se puede concluir como se verá más

adelante, que el enfriamiento lento en horno de una muestra de hierro silicio

recocida, genera una estructura más estable.

Las conclusiones indicadas en los párrafos anteriores no son aplicables en

forma general en todas las soluciones sólidas. La deformación plástica y

tratamiento térmico de una aleación ferromagnética pueden generar

disminuciones o aumentos en las pérdidas totales, pues dependen de la

naturaleza y estructura cristalina de los componentes de dicha aleación.

A continuación se describe algunos ejemplos en los cuales se ilustra las

variaciones en la resistividad específica de los materiales al ser sometida a

diversos tratamientos. El alcance de este trabajo no estudia las causas de estos

cambios, sin embargo se exponen estos ejemplos para mostrar que no es posible

generalizar las conclusiones para todas las aleaciones.

En la fig. 2.12, puede observarse la variación de la resistencia específica

de la aleación 80% Ni y 20 % Cr como resultado del endurecimiento por

deformación en frío.

En la gráfica se muestran 3 curvas, todas ellas corresponden a la misma

aleación pero sus condiciones iniciales han sido provocadas por tratamientos

diferentes, así la curva 1 representa la muestra sometida a la compresión, previo

un proceso de templado en agua desde 800°C, las curvas 2 y 3, han sido

sometidas previamente a un tratamiento de revenido a 400°C durante 150 horas.

Otro ejemplo constituye, una aleación monofásica NiaFe con distinto

contenido de rnolibdeno ( desde O hasta 6% ), la resistividad varía en menor o

mayor valor, con el aumento del grado de compresión en la deformación en frió

conforme varía el contenido de molibdeno, véase la fig. 2.13

Page 103: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 97 -

(í? mm /m)

uj-

0 20 40 60 80

Grado de compresión.%

Fig.2.12 , presenta [a variación de la resistencia específica con el grado de

compresión, % ( Ref.13, p.242 )

20 40 SO 80Grado de compresión %

Fig.2.13 , Presenta la influencia del endurecimiento por deformación en frío

sobre la variación de la resistencia específica para aleaciones Ni-Fe-Mo.

(Ref.13, p.243)

Page 104: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 98 -

2.3.1.3 Separación de pérdidas de Histeresis y de Corrientes de Foucault

Las mediciones de potencia se determinan de la prueba de circuito abierto del

transformador, a la potencia medida se restará las pérdidas del cobre de la bobina

involucrada para obtener las pérdidas totales en el núcleo.

Los métodos de mediciones eléctricas proporcionan únicamente el valor de

las pérdidas totales en el núcleo ( pj, ), este valor incluye las pérdidas de

histéresis ( p , ) y de las corrientes de Foucault ( pe ). Para la separación de

pérdidas, se realiza dos mediciones de las pérdidas totales ( pj,-,, y p™ )> a

frecuencias diferentes ( /, y f2 ), y se mantiene la inducción magnética ( JBmax )

constante.

Para mantener inducción magnética ( £max ) constante, se debe tomar en

cuenta que la inducción magnética ( B ) es directamente proporcional a la tensión

de alimentación ( V ) e inversamente proporcional a la frecuencia ( f ), que se

desprende de la ecuación del voltaje inducido ( V- 4A4.f.N.A.Bmax. ), de esta

forma, la inducción magnética ( B ) varía directamente con la relación ( V i f ).

Por lo tanto para mantener la inducción magnética ( B ) constante se debe variar

simultáneamente ( V y / ), de esta manera las pérdidas totales ( pT )

dependerán únicamente de la frecuencia ( / ).

De las consideraciones realizadas las expresiones que se utilizan para el

cálculo de estas pérdidas son las siguientes:

Pr=PSP< ECS'2-28

Pr= K,,.f.B^ + Ke.f\S^ = /c,./+ k,.f- Ees. 2.29

PT= Kh.f£*m + Ke.f\BL* = *,•/+ k2.f2 Ees. 2.30

Page 105: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 99 -

Con esta expresiones se determinan las constantes auxiliares (£p y k2 )

del sistema de ecuaciones para los dos valores de ( p™ , y p« )•

Conocidos los valores de la constantes auxiliares y utilizando la ecuación

del voltaje inducido.

VVr frN.ABmaxr

yjr -y,-f

Ees. 2.31

Se determinan los valores de ( x, Kh y Ke ) con las ecuaciones 2.25 y 2.27,

realizando al menos dos mediciones adicionales de pérdidas totales para dos

valores de inducción ( £max y BmKf ). (Ref.26, p.3)

En la práctica las pérdidas dependen de la forma de onda de la corriente de

magnetización aplicada, así para una onda sinusoidal, la forma de onda de la

inducción magnética del material ferromagnético será aproximadamente

sinusoidal componiéndose de varias armónicas las que a su vez dan lugar al

aumento de las corrientes de foucault y al ensanchamiento del ciclo de histéresis.

(Ref.10, p.22).

A continuación se ilustran las figuras 2.14 y 2.15 que resumen las

dependencias de las propiedades magnéticas con campos variables, tomadas de

la (Ref.10, p.22).

kGs kGs

-1 Of=20Hz f=50 Hz

Fig. 2.14, ilustra la incidencia de la frecuencia en el ciclo de histéresis.

(Ref.10, p.22).

Page 106: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -100 -

0,01 o.oe D.o-i o,06 o.oso,! o.e

Fig. 2.15, Ilustra las pérdidas totales medidas para un mismo material en

función de ia frecuencia e inducción magnética, (proporcionada por la industria

italiana - TERNI). (Ref.10, p.25 ).

Page 107: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página- 101 -

2.4. MODELO, SELECCIÓN Y PROTOTIPO

En esta sección se trata los principales métodos de medición de las

propiedades magnéticas para muestras industriales en base a los cuadros Epstein

y finalmente se determina la construcción de un modelo particular para detección

del cambio de las propiedades magnéticas de muestras ferromagnéticas

manejables en laboratorio.

Para la detección y medición de variables magnéticas en muestras

ferromagnéticas que se utilizan en máquinas eléctricas se emplean circuitos

eléctricos y magnéticos en los cuales se insertan instrumentos indicadores,

patrones y dispositivos auxiliares, que proporcionan medidas eléctricas las cuales

son convertidas a través de fórmulas a variables magnéticas.

Los instrumentos que se pueden utilizan para estos fines son los

galvanómetros, miliamperímetros, amperímetros, voltímetros y vatímetros, todos

estos instrumentos a excepción de los galvanómetros deben ser de clase menor a

0.2 a 0.5. En los galvanómetros se puede disminuir su sensibilidad colocando

resistencias en serie y paralelo junto al mismo. En la actualidad el uso de

instrumentos de medida digitales han reemplazado a los antiguos instrumentos de

medida pues tienen mayor precisión y exactitud, Las casas fabricantes más

conocidos son: FLUKE, AEMC, GREENLEE, AVI, BIDDLE, ROCHESTER etc.

Si se dispone de instrumentos electrodinámicos y magnetoeléctricos se

recomienda que para uso en corriente alterna se utilice ios instrumentos

electrodinámicos que miden valores eficaces y en ciertos casos instrumentos

magnetoeléctricos con rectificador, además se debe tener presente que los

instrumentos magnetoeléctricos miden los valores medios y se recomiendan

emplear en circuitos con corriente continua. Adicionalmente todos los

instrumentos deben estar provistos de blindajes para protección contra campos

magnéticos externos.

Page 108: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-102-

Entre los galvanómetros se tienen cuatro tipos, los más utilizados en las

mediciones de campos magnéticos son el galvanómetro balístico y el

galvanómetro de arrastre.

Los cuatro tipos de galvanómetros existentes son:

• Galvanómetro de desviación ordinaria.

• Galvanómetro de vibración.

• Galvanómetro balístico.

• Galvanómetro lento de arrastre.

2,4.1 GALVANÓMETRO BALÍSTICO.

El galvanómetro balístico es empleado para determinar la curva de

magnetización y para establecer que tan intensa es la imantación producida por

un impulso del campo magnetizante en una muestra en cuestión. Para que esto

suceda, este instrumento, convierte la energía de la carga eléctrica inducida, en el

movimiento de la bobina del galvanómetro provocando una desviación en la parte

móvil del instrumento, desviación que es proporcional a la cantidad de carga

eléctrica que ha atravesado la bobina móvil del galvanómetro. Para que esto

suceda el período de oscilación tiene que ser grande, no menor a 10 a 20

segundos, y la inercia del elemento móvil pueda controlarse aumentando pesos

adicionales fijados al carrete.

El método del galvanómetro balístico se basa en el fenómeno de

inducción, supongamos un toroide con dos bobinas la primaria Np y la secundaria

Ns dispuestos a lo largo de toda la circunferencia del toroide. La bobina primaria

está conectada a la fuente de corriente continua, mientras que la bobina

secundaria está conectada a los terminales del galvanómetro balístico, como se

muestra en la fig. 2.16.

En el devanado primario se inyecta un impulso de corriente ( / ) para

imantar la muestra, esta imantación transitoria genera una fuerza electromotriz en

ia bobina secundaria la que produce una corriente ( i ) transitoria en un tiempo

Page 109: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página- 104-

La circulación de corriente en el devanado primario crea una intensidad de

campo magnético H (fuerza magnetizante), la cual imanta la muestra,

produciendo una inducción magnética B, este proceso se da en un tiempo T

(seg), y genera un flujo magnético ( ^ ) transitorio dado por la siguiente

expresión:

(/)^B-S Ec. 2.34, (Ref.13,p.130)

Se puede obtener una expresión que relaciona la inducción magnética B

con la desviación ( a } del galvanómetro, la cual, como se observa en la ecuación

2.35, depende directamente de la cantidad de carga eléctrica ( O } generada en

la bobina secundaria.

Ec. 2.35, (Ref.13, p.130)

cb-r-aB= - Ec. 2.36, (Ref.13, p.130)

En donde:

r = resistencia del circuito secundario ( balístico )

Ns = número de espiras en la bobina secundaria.

s = sección de la muestra

Puesto que ( r¡cb,Ns,s ), son magnitudes que permanecen constantes, La

desviación ( a ) del galvanómetro es proporcional a la inducción magnética B

que se crea en la muestra. De esta manera puede determinarse la inducción

magnética B, en forma directa con el galvanómetro balístico con la ecuación 2.36.

De la misma forma es factible determinar la intensidad del campo

magnético H [A/m] con la siguiente expresión:

Page 110: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -105-

I-NDH= —-^ Ec. 2.37

En donde:

( / ) = Intensidad de corriente total en el tiempo T de] devanado primario.

( Np ) = número total de espiras del circuito.

( / ) = longitud del camino magnético ( circunferencia del toroide ).

Con las expresiones indicadas se puede determinar la curva de

magnetización calculando los valores de B a partir de la desviación ( a ) y H a

partir de la ecuación .2.37, suministrando a la bobina primaria un impulso de

corriente cada vez mayor.

En resumen en un galvanómetro balístico, el impulso de corriente inducido

en la bobina secundaria, y que alimenta a la bobina del instrumento tiene una

duración ( T ) mucho menor al período de oscilación del instrumento To,

(T «To)t adicionalmente el impulso cesa antes que el elemento móvil del

instrumento comience a moverse. El impulso de corriente provocará un momento

de corta duración que pondrá en movimiento al elemento móvil, Toda la

electricidad ( O ) se convierte en energía mecánica, provocando la primera

desviación máxima ( a, ), que permitirá determinar la constante balística ( cb )

particular, para una determinada relación de amortiguamiento o momento de

inercia del instrumento en particular.

2.4.2 APARATOS EPSTEIN

Estos aparatos son utilizados para la determinación de pérdidas de energía

e inducción magnética ( B } de muestras ferromagnéticas para aplicación en

máquinas eléctricas, por lo general de 35 hz a 400 hz. Utilizan el principio del

transformador cuyos núcleos son conformados por chapas metálicas. De acuerdo

Page 111: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página- 107-

patrón y la otra es la muestra desconocida, este método es llamado diferencial,

para este caso se utiliza el galvanómetro balístico como instrumento principal.

2.4.2.1 Características constructivas de los Aparatos Epstein

Aparato Epstein de 50cm

"Este aparato consiste de 4 bobinas idénticas, devanadas sobre tubos

aislantes de sección cuadrada y dimensiones comprendidas entre 32 x 32 y 34 x

34 (mm), el material aislante del carrete debe ser de 2 a 3 mm, cada bobina tiene

dos arrollamientos uniformes de 150 espiras cada uno, dispuestos en un carrete

de 417 a 420 ( mm) de longitud. Los arrollamientos magnetizantes ( exteriores ),

igual que los de tensión (potencial) interiores, están conectados en serie. Las

cuatro bobinas estarán en los cuatro costados del circuito magnético como lo

indica la figura 2.17. La resistencia total de las cuatro bobinas primarias

conectadas en serie debe ser del orden de 0.3 a 0.5 ohmios y la del arrollamiento

secundario ( 4 bobinas de tensión -potencial- conectadas en serie ) 1 a 1.5

ohmios. Los valores de las resistencias corresponden a la temperatura de 50°C.

La muestra de la chapa magnética examinada en este aparato, se

compone de tiras de 500 ±lmm de longitud y de 30 ±Q.5mm de ancho, cuya

masa total es de 10 kg aproximadamente" (Ref.10,p.45-46).

Fig. 2.17, Ilustra el circuito eléctrico y magnético del aparato EPSTEIN.

(Ref.10, p.46)

Page 112: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página- 108-

Aparato EPSTEIN de 25 cm.

"La construcción del aparato EPSTEIN de 25 cm, es la misma que el

aparato EPSTEIN de 50 cm. Las diferencias son, que los carretes son de sección

rectangular 31.6 ±Q3mm x 19.0 ±Q.3mmí el espesor del carrete no debe ser

mayor a 1.6 mm. Los carretes tienen dos arrollamientos de 175 espiras cada uno,

la longitud del carrete es de 191 ±\mm, el arrollamiento interior que es el

secundario debe ser confeccionado en una capa y su resistencia a los 50°C no

debe ser mayor a 2.5 Q. El arrollamiento exterior que es el magnetizante debe

tener una resistencia no mayor a 0.75 H, y como es de mayor calibre ocupa 3

capas. En este caso la muestra de la chapa se compone de 4 paquetes de tiras

de 280 ±lmm de longitud y de 30 ±0.2mm de ancho y su masa total es de 2 kg

aproximadamente, en este caso se arma y se sujeta el cuadro de Epstein

entrelazando las chapas en las esquinas con los dispositivos correspondientes."

(Ref.10, p.47).

Para el estudio de las propiedades magnéticas de muestras desconocidas

'& se preparan paquetes con las mismas dimensiones que tienen los paquetes de

ios aparatos Epstein patrones.

2.4.2.2 Fundamento teórico para la determinación de Pérdidas con un

Aparato Epstein.

En esta sección se describe el fundamento teórico para la determinación de

pérdidas totales en el núcleo del aparato EPSTEIN. Con la disposición de>;** instrumentos de medida como se indica en la figura 2.18.

El aparato Epstein es un arreglo de 4 paquetes de láminas de material

ferromagnético, con la forma de un transformador, por tanto son aplicables todos

los conceptos que se utilizan en transformadores.

Page 113: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -109-

Fig. 2.18, Esquema del circuito magnético del aparato EPSTEIN y la instalación

de los instrumentos de medición.

El aparato EPSTEIN es un transformador en el cual se cumplen las

siguientes igualdades N-NP=N/, E = Ep-Esí y su circuito equivalente se

muestra en la figura 2.19.

K Rp Xlp Kp RS Xls SL k

Vp

1 WV? wuu1 r? 9TVY ^fwrt^ ' — * -

ipi i

EP

' leí

"H|

Iml ,

^> ^íRe Xm

L |S j

Es Vs

;

Zl

Circuito equivalente de un transformadorpara Np=Ns

Fig. 2.19. Circuito equivalente para el aparato EPSTEIN.

Del circuito de la figura 2.19, se obtiene que la potencia medida por el

vatímetro (Pvat) es:

Page 114: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página- 110-

Ec. 2.38

siendo:

Ip = Valor eficaz de la corriente en la bobina primaria.

Vs - Valor eficaz del voltaje medido en la salida de la bobina secundaria.

(p = Ángulo de desfasaje entre (Ip y Vs ).

Del circuito equivalente se deducen las siguientes expresiones utilizando

variables instantáneas.

En el circuito primario,

¿p(0 = 4(0 + ¿¿(O Ec. 2.39

En el circuito secundario.

es(t} = Vs(t} + Ís(t)*Rs , despreciando X^ Ec 2.40.

4(0 ~ ' considerando que Zl = Rinst Ec 2.41JL\.inst

En la impedancia de magnetización, las pérdidas instantáneas en el núcleo

son:

e/?(0«fc(0 y e¿?(0 = <fc(0 Ec.2.42.

Déla Ec.2.42 y Ec 2.39

JPrW = (0«^(0 = ej(0-(^(0-Zj(0) Ec.2.43.

De la Ec. 2.40 y Ec 2.43.

PT (O = (vs (O + is (O • ) • (ip (O - ¿j (0) Ec. 2.44.

Desarrollando la Ec 2.44 y considerando que:

/?<?Rinst))) Rs =>-?=—*$ Ec. 2.45

Page 115: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 111 -

Debido a la gran resistencia que presentan ios aparatos de medición de

voltaje.

Pe-

Ec.2.46

Ec 2-47

En valores eficaces

PT=Pvat~ - Ec. 2.48Rinst

Siendo :

Pj-, = Potencia total de pérdidas en el núcleo del aparato EPSTEIN.

Pvat = Potencia medida por el vatímetro.

Vs = Voltaje eficaz medido por el voltímetro en la bobina secundaria.

Rinst = Resistencia equivalente de los instrumentos.

Rs = Resistencia del devanado secundario.

Debido a que es de interés general conocer la pérdidas específicas (AP).

Las potencias de pérdidas son divididas para la masa de la muestra.

— [W/kg] Ec. 2.49m

Para separar estas pérdidas totales en las pérdidas por Histéresis y las

pérdidas por corrientes de Foucault, se debe seguir las instrucciones de la

sección 2.3.1.3 SEPARACIÓN DE PERDIDAS DE HISTÉRESIS Y DE CORRIENTES

DE FOUCAULT.

Para determinar las pérdidas de otra muestra, será necesario construir un

nuevo circuito magnético y de medición con la nueva muestra.

Page 116: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -112-

2.4.2.3 Procedimiento para la determinación de pérdidas con un aparato

epstein .

En esta sección se describirá el procedimiento para determinar las pérdidas

totales por unidad de peso en función de la frecuencia y inducción magnética, y la

separación de las pérdidas de histéresis y de foucault. Y se utilizará el circuito de

circuito de medición de la figura 2.20.

Fig. 2.20, Circuito de medición de potencia, voltajes y corriente.

(Ref.10, p.50).

Los instrumentos que se requieren para la medición son un frecuencímetro

( f ), con un error máximo ±5%, dos voltímetros ( V1 ) y ( V2 ) que midan valores

eficaces y medios, de clase 0.2 o 0.5 , y un vatímetro ( w ) para bajo factor de

potencia de clase 0.2. instalados como se muestra en e! circuito de medición.

Para la fuente de alimentación se recomienda utilizar un alternador de

capacidad mínima de 1.5 kW, y que se pueda variar la frecuencia al menos al

50% de la frecuencia nominal. En caso de que no se disponga de la variación de

la frecuencia únicamente se determinarán las pérdidas totales.

Para comprobar si la forma de onda de las variables sinusoidales son

correctas, se utiliza el factor de forma de la onda sinusoidal ( k\, en el caso más

satisfactorio ( k\= i,n± 1% X este valor se comprueba con la relación entre el

voltaje eficaz ( Vefz. ) y el valor medio ( VmecL }.

Page 117: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-113-

kl= z- Ec. 2.50Vmed.

El procedimiento a seguir para [a determinación de las pérdidas ( p™ ) en

función de la inducción magnética ( B ), a una determinada frecuencia ( / )

consiste en calcular los valores de voltajes inducidos ( E =ES ) para los valores

correspondientes de ( B } para los cuales se evaluarán las pérdidas totales

manteniendo fija la frecuencia, en la industria normalmente se evalúan las

pérdidas para las frecuencias de 50 y 60 hz.

Para un valor determinado de ( B y / ) se obtendrán las pérdidas de la

lectura del vatímetro ( Pvat ), y los valores de voltaje eficaz medidos por el

voltímetro en la bobina secundaria ( Vs ). Con estos valores se obtienen las

pérdidas totales ( P T ) a partir de la ecuación 2.51. Utilizando las mismas

consideraciones se toman nuevas medidas para nuevos valores de (B)

manteniendo fija la frecuencia y se determinan otros valores de pérdidas totales.

V2PT = Pvat- -^~ [W] Ec. 2.51

R

PT

— ty/kg] Ec. 2.52m

Considerando que N = Np=Ns. Los valores del voltaje inducido

= Ep- Es ), pueden obtenerse a partir de las Ecuaciones 2.53 y 2.54

£ = 4 4 4 - - . . . 1 0 - 8 7 Ec. 2.53

E = - . .

4-i-r

Page 118: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página- 114-

Siendo:

Pvat - Potencia medida por el vatímetro.

V, = Voltaje eficaz medido en ia bobina secundaria.

R = Resistencia de carga dei circuito secundario.

E - Fuerza electromotriz o voltaje inducido en el circuito secundario.

B ~ inducción magnética máxima prefijada en gauss (Gs).

772 = Masa en gramos de la muestra.

/ = Longitud de cada paquete, (el cuadro de Epstein contiene 4 paquetes.)

longitud ( en cm ).

y = Densidad del material (g/cm3)

2.4.2.4 Procedimiento para la determinación de pérdidas con dos aparatos

epstein ( método diferencial )

Este método es rápido y se basa en la comparación de las pérdidas

conocidas de una muestra patrón, con las pérdidas de la muestra, en lo posible al

confeccionar la muestra desconocida y formar el segundo aparato Epstein se

debe procurar que las dos muestras tengan las mismas dimensiones.

Para la implementación de este método se arma el circuito de medición que

se indica en la figura 2.21.

Rp

Fig. 2.21 Ilustra el circuito de comparación de las pérdidas totales del núcleo del

aparato Epstein de muestra con las pérdidas del aparato patrón.

(Ref.10, p.54)

Page 119: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - 115-

Puesto que la alimentación eléctrica es común para los dos aparatos

Epstein, este método compensa las posibles inexactitudes que se puedan dar

debido a una variación de frecuencia, y al factor de forma de la curva sinusoidal.

Para La medición se utiliza dos resistencias adicionales (Rpatrón = Rp) y

(Rmuestra-Rm), las cuales se deben variar hasta conseguir que la desviación de

los dos vatímetros sean iguales.

Despreciando los valores de las resistencias de los arrollamientos

secundarios de los aparatos de Epstein se obtiene la relación:

Ec.2.55,(Ref.10, p.56)Pj muestra Rm

Si la muestras tienen diferentes masas el valor de las pérdidas totales en la

muestra (Ppm } se determinan con la siguiente expresión:

D D Rm mpPTm= PrP'-^- ' —^ Ec. 2.56, (Ref.10, p.56)

( L Rp mm

2.4.2.5 Fundamento teórico para la determinación de la inducción magnética

con dos Aparatos Epstein ( método balístico )

El principio de operación de este método se basa en la comparación de la

inducción magnética en dos aparatos; la del aparato Epstein patrón y la del

aparato Epstein examinado. La comparación se realiza a través del galvanómetro

balístico ( Gv ).

Para la impiementación de este método se arma el circuito de medición que

se indica en la figura 2.22.

Page 120: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -116-

Para este tipo de medición los aparatos Epstein tienen un aditamento de 1400

espiras adicionales que se conectan en serie a sus bobinas primarias, dando un

total de 2000 espiras para la magnetización.

Rm

Aparato Epsteincon muestrasa Examinar

Fig. 2.22 Circuito de medición para determinar la inducción ( B ) de la muestra

instalada en el aparato Epstein mediante el método Diferencial con el

galvanómetro balístico.

Del análisis del circuito se tiene que en las bobinas secundarias de espiras

( Ns ) las expresiones del voltaje en el tiempo son las siguientes:

En al bobina patrón.

Ec. 2.57p dt

En la bobina de la muestra

iS 711 >• '

dtLsm (t) . 2.58

Integrando las Ec. 2.57 y 2.58, a ambos extremos y utilizando las

ecuaciones 2.33 y 2.34, se tiene :

Page 121: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -117-

En al bobina patrón.

Ns - A) = Ns*S* A B = R*Q ^R*Cb*O, Ec. 2.59

En la bobina de la muestra

Ns • A) = Ns • • A ( 5 ) - m • 2 = £m • C¿ • a Ec. 2.60

Para una conmutación completa, al igualar las desviaciones tanto de la

muestra patrón como de la muestra en estudio, se obtiene ¡as siguientes

ecuaciones:

ABp=2Bp> ABm=2Bm Ec. 2.61

De las ecuaciones Ec.2.59 , 2.60 y 2.61 se obtiene:

2'Ns-S'Bp 2-Ns-S'Bm _ Rm S

Rp-Cb Rm-Cb Rp SEc. 2.62

Si las muestras son confeccionas con la misma masa y medida entonces

se obtiene el valor de la Inducción en la muestra ( Bm } a partir de la siguiente

ecuación:

5771= £?• Ec. 2.63Rp

Para obtener un valor del campo magnetizante ( H ), en el arrollamiento

primario regulamos la intensidad de corriente magnetizante ( Im ), mediante la

resistencia variable R (reóstato) , dicho valor será igual a:

K-H-llm= — Ec. 2.60

Np

siendo:

K = constante experimental del aparato Epstein que depende de H.

N = Número de vueltas del primario del aparato Epstein.

Page 122: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-118-

= Longitud media del núcleo del aparato Epstein.

En la tabla siguiente se muestran [os valores de K y los valores calculados de Im,

para N -2000 espiras, y /=200 cm que corresponden al aparato Epstein de 50

cm.

H(A/cm)

Im (A)

K

25

2,75

1,1

50

5,0

1,0

100

9,3

0,93

200

1,8

0,9

500

26,0

0,885

Para trazar la curva normal de magnetización de la muestra a examinar, se

requieren los valores de la curva de magnetización normal de la muestra Patrón.

Una vez que se define los puntos sobre los cuales se realizará las mediciones, se

fijan los valores de ( Rm y Rp ), en valores que numéricamente corresponda a la

inducción magnética ( Bp ). Por ejemplo para Bp = 10000 Gs, Rm = Rp = 10000

Q.. Las resistencias que se dispongan podrán variarse en décadas hasta 30kQ,

Para definir el valor de ( B¡ } al cual debemos alcanzar, se inyectará al circuito un

campo magnetizante ( H-t } correspondiente al valor de ( B¡ ) a través de la

corriente de magnetización ( Im ) calculado por la Ec. 2.60. Una vez armado y

dispuesto el circuito con los valores de ( Rm, Rp e Im ) , se realizan

conmutaciones con el seccionador ( 1 ), hasta que conjuntamente, variando ( Im

y Rm ) obtengamos una desviación de ( a-o ) en el galvanómetro, encontrado el

valor ( Rm ) se obtiene el valor de ( Bm } con las Ees. 2.62 o 2.63 según el caso.

Los instrumentos que se requieren son:

Un amperímetro para lecturas en corriente continua de clase 0.2.

Un galvanómetro balístico.

Dos resistencias en décadas hasta SOkíl, clase 0.2

Una fuente de alimentación con resistencia reguladora de hasta 80 vdc, y

100Ah.

Page 123: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -119-

2.4.3 DESCRIPCIÓN DEL PROTOTIPO PARA LA DETECCIÓN DEL CAMBIO

DE PROPIEDADES MAGNÉTICAS.

La medición de la pérdida total de potencia probablemente sería el

parámetro de mayor peso en la determinación de qué muestra es mejor que otra,

luego de cualquier tratamiento en particular. Este criterio nos conduciría a utilizar

los métodos descritos en la sección anterior.

Para obtener valores confiables en la medición de las propiedades

magnéticas y más aún determinar con sensibilidad las pequeñas diferencias en

los cambios de las propiedades luego de un tratamiento, se requeriría de grandes

volúmenes de material ferromagnético, primero para cumplir con las normas y

segundo para que sea posible la ejecución de varias pruebas y ensayos con

determinada muestra. Probablemente es lo que sucede en medios industriales.

Para limitar los costos operativos, de energía y material, es factible encontrar

procedimientos alternativos basados en los principios de medición de los métodos

universales de determinación de propiedades magnéticas, sabiendo que la

disminución de costos puede ir en desmedro de la exactitud de las mediciones

pero no por ello dejar de cumplir con la opción de detectar el cambio en las

propiedades magnéticas.

Los métodos tradicionales utilizan para sus mediciones, muestras de

material ferromagnético cuyo peso se encuentra en el orden de 2 a 10 kg en

material laminado, para los cuadros de Epstein y de 3kg para los métodos

toroidales,

Para el caso de nuestro estudio se requiere la confección de un dispositivo

que detecte los cambios en las propiedades más no las propiedades absolutas de

las muestras tratadas.

En este estudio se utiliza muestras de una sola chapa de dimensiones

40*0.3*120 mm y con un peso aproximado de 20 a 25 gramos por muestra, que

representan 80 a 100 veces menos cantidad de material.

Page 124: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-120-

El tamaño de las muestras permite mayor facilidad para la confección,

manipulación, transporte, y permite mayor agilidad para la toma de mediciones de

las propiedades.

Para la determinación de un dispositivo que cumpla con la detección del

cambio de las propiedades magnéticas que de aquí en adelante se llamará

( DECAPROMAG ) para una muestra tratada, se requiere responder a las

siguientes interrogantes:

Primero. ¿ Cual es el fundamento técnico a seguir para la determinación

de la mejora de las propiedades magnéticas de una muestra tratada?.

Para el caso específico de los transformadores de medida, la precisión y

exactitud de estos instrumentos se encuentra directamente relacionada con las

pérdidas de potencia que experimentan en sus núcleos, y con la curva dinámica

de magnetización a frecuencias industriales. Las pérdidas de potencia se reflejan

en área que forma el lazo de histéresis, y la unión de los máximos tanto positivo

como negativo del lazo de histéresis nos da la curva dinámica de magnetización,

si la curva dinámica sufre un cambio en su inclinación le corresponderá también

un cambio en el área del ciclo dinámico asociado por tanto habrán cambiado

también las pérdidas.

El parámetro que se utiliza en este trabajo es la curva dinámica de

magnetización.

Puesto que en un circuito magnético en forma general se cumplen las

siguientes expresiones

y H> — = 1 = h(IT) Ec 2.61

=h(HT) Ec2.62.

Page 125: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-121 -

Y si además se mantienen: las dimensiones físicas de las muestras, las

características físicas de los circuitos magnético y de medición, antes y después

del tratamiento, entonces para determinar variaciones en las curva dinámica de

magnetización es necesario y suficiente evaluar los valores de voltajes y

corrientes. Véase la confección del Prototipo ( DECAPROMAG ) en la siguiente

sección.

Segundo. ¿Cual es la forma y dimensiones de las muestras?.

La forma y dimensiones de las muestras deben cumplir con las siguientes

consideraciones:

Que sean fáciles de transportar,

Que sean fáciles de confeccionar,

Que sean fáciles de manipular en el horno en el proceso del tratamiento

térmico.

Que presten facilidad para manipular en el laboratorio eléctrico para

determinar los cambios en las propiedades magnéticas.

Que exista versatilidad en el acople con eí Prototipo para detección del

cambio de las propiedades magnéticas

Que presente holgura en la manipulación al interior de los hornos eléctricos

de laboratorio disponibles en la facultad de Mecánica de la EPN.

Que sean fácil de almacenar e identificar.

Que se reduzca al mínimo eí consumo de energía.

Para cumplir con las consideraciones expuestas el tamaño de las muestras

corresponderán al menor posible y que calce con el prototipo (DECAPROMAG). Y

en forma general las muestras se constituyen de una sola chapa plana de

dimensiones 40x0.6*120 mm y con un peso aproximado de 20 a 25 gramos por

muestra,

Tercero. ¿Cómo es el circuito magnético que permitirá determinar las

mejoras en las propiedades luego de un tratamiento?.

Page 126: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-122-

El circuito magnético está basado en el principio de un transformador y se

conforma de dos partes, La primera parte es un núcleo en forma de C, con una

sección circular mucho mayor a la sección de la muestra y que toma el nombre de

circuito magnetizante y constituye el núcleo del prototipo ( DECAPROMAG ), cuya

finalidad primordial es presentar una reluctancia despreciable comparada con la

reluctancia que presenta la muestra, situación que es evidente para el flujo de

trabajo, cuyo máximo valor llegará a saturar una chapa ( la muestra ).

La segunda parte es la muestra cuyas dimensiones aproximadas son:

40*0.3*120 mm y se acopla al núcleo de la primera parte cerrando el circuito

magnético en forma de C del prototipo ( DECAPROMAG ).

Para cumplir en forma objetiva la fase experimental del proyecto, el

prototipo de medición ( DECAPROMAG ) deberá cumplir adicionalmente a las

consideraciones expuestas en el párrafo anterior con los siguientes requisitos:

• Mínimo tiempo de montaje y desmontaje de las muestras en el

( DECAPROMAG ).

• Medición fácil, utilizando los instrumentos de medición de parámetros

eléctricos disponibles.

• Disponibilidad de parámetros de medición que simplifican el análisis de

las propiedades magnéticas de la muestra.

• Aparato de fácil construcción efectivo y de bajo costo.

• Aparato que reduce al mínimo la dispersión de flujo.

2.4.3.1 Características físicas del prototipo de medición ( Decapromag ).

Para Determinar las características del Prototipo, es conveniente resumir el

fundamento teórico del principio de este proyecto: La aplicación de energía

térmica a una muestra con su acertado procedimiento ( Tratamiento térmico ),

provoca cambios en los granos, bordes, y defectos cristalinos, cuyo efecto en

forma macroscópica altera la facilidad de movimiento de los dominios magnéticos

Page 127: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -123-

representantes de los momentos magnéticos e interacciones de los electrones de

las celdas cristalinas de la muestra de material ferromagnético.

Estas alteraciones provocarían un cambio en la pendiente de la curva

normal y dinámica de magnetización y por tanto en los ciclos de histéresis

correspondientes.

Como consecuencia de lo mencionado, para encontrar una misma

densidad de flujo magnético ( £• ) en la muestra tratada antes y después del

tratamiento se aplica luego del tratamiento una intensidad de campo magnetizante

( #-+i ) hasta lograr el valor de la densidad de flujo magnético ( Pz- ), este nuevo

valor de ( #.+1 ) determinará el cambio en la pendiente de la curva dinámica de

magnetización.

Si la intensidad ( #"-+1 ) que se obtiene después del tratamiento, es menor

a la intensidad original ( H- ), entonces el tratamiento ha sido adecuado, si

sucede lo contrario el tratamiento no es el conveniente.

Estas mediciones guían al experimentador para encontrar la temperatura

de calentamiento de la muestra, el tiempo de calentamiento, tipo y medios de

enfriamiento.

Los parámetros que permiten estimar los cambios de las propiedades

magnéticas son el voltaje inducido ( E~g(B) ) y la corriente de vacío (/ = h(H)).

La intensidad de campo magnetizante ( H } se inyectará a través de la

corriente ( / ), y la densidad de flujo magnético ( B ), será medida a través del

voltaje inducido ( E ), como consecuencia del flujo generado que atraviesa la

sección de la lámina de prueba y cierra el circuito magnético a través de un

camino que ofrece una reluctancia magnética mucho menor, que la reluctancia de

la lámina de prueba (muestra).

Page 128: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página - "124-

A continuación se muestra un esquema del instrumento de detección de

cambios de propiedades magnéticas, denominado DECAPROMAG, figura 2.23,

en cuya construcción se puede observar que el núcleo es de sección toroidal, y en

las áreas de ensamblaje con la muestra, se observa una reducción para eliminar

todo tipo de esquinas y así disminuir al máximo las dispersiones de flujo.

Muestra magnética mi•Sección de la muestra Sm.

Láminas del instrumento

Bobina ml Bobina m2

LmL longitud de la muestra

Bobina nA A A A A f l A A A A A A A A A

Núcleo del instrumento

Fíg. 2.23 Ilustra la forma física del instrumento ( DECAPROMAG ).

El instrumento detector está constituido por un circuito magnético y un

circuito eléctrico, el circuito magnético está conformado por la reluctancia del

núcleo de sección (Sn)y la reluctancia de la muestra en serie de sección (Sm)t y

el circuito eléctrico constituido por la bobina primaria, conformada por los

arrollamientos en la muestra ( Bobina m1 y Bobina m2 ) y la bobina secundaria

conformada por los arrollamientos en el núcleo ( Bobina n ).

Puesto que las muestras son pequeñas ( 12 cm x 4 cm ), las condiciones

de confección ( manejo y corte ) y de la medición de las muestras deben ser muy

rigurosas.

Page 129: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-125-

2.4.3.2 Cálculos del prototipo de medición ( Decapromag ).

Para determinar las dimensiones de los elementos del prototipo examinemos la

figura 2.24.

MUESTRA (m)

NÚCLEO DELINSTRUMENTOfn

¿m = Longitud media de la muestra

Sm = Sección de la muestra.

J0m = Flujo magnético en la muestra.

Bm = Densidad de flujo magnético en laMuestra

Bobina_-(N _.) Bobina -(N „)ttil mi' m2 To9.'

Bobina n (ÑU )

J y u V 0 0 ü17 V V

1i\}\i U

|, !

JH6n

j

Sn = Sección del núcleo del Instrumento¿n = Longitud medía del núcleo del

instrumento

Jan = Flujo magnético en el núcleo

Bn = Densidad de flujo magnéticoen el núcleo

Fig. 2.24 Ilustra las variables del circuito magnético y eléctrico para la detección

de las propiedades magnéticas de la muestra ( m ).

Con la finalidad de conseguir que las variaciones de las variables de la

muestra sean predominantes en el circuito magnético total mostrado en la fig.

2.24, se requiere que en el circuito magnético serie, la reluctancia magnética de la

muestra ( 5Rm ), sea mucho mayor que la reluctancia del núcleo del instrumento

( ^72 ). Y básicamente cumpla con la función de cerrar el circuito magnético.

La primera condición es que se cumpla la siguiente expresión:

^m)»^n Ec.2.63

considerando que :

Page 130: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -126-

Introduciendo las ecuaciones Ees. 2.64 en la Ec. 2.63 y considerando que

Se obtiene:

1 /m x" l ¡¡J-=>An»?Am»Lm

lL }}} - lL => A }}}A • L . m . Ec. 2.65Á W // Á ^^n/^^m ¡^- * A

Es decir se tiene que mantener la inecuación 2.66, para garantizar que se

cumpla la inecuación 2.63.

3 Ec.2.66

La permeabilidad no se mantiene constante con la variación de la

intensidad de campo, ésta alcanza su pico máximo cuando la curva normal de

magnetización inicia la zona de la saturación.

Para que la relación se cumpla a su vez se debe cumplir lo siguiente:

Que An}))Am, que el núcleo ( n ) trabaje en la parte superior de la segunda

zona, y que la muestra ( m ) trabaje en la primera o en la segunda zona de la

curva normal de magnetización. Debe observarse que las reluctancias en el

circuito magnético trabajan a diferentes permeabilidades.

El objetivo fundamental de la forma y proporciones de este prototipo se

debe a que se requiere que la fuerza electromotriz total producida por la fuente

básicamente sea absorbida por la muestra, de esta manera cualquier variación

sobre la muestra pueda ser detectada con mayor sensibilidad en todo el circuito.

En la Fig. 2.25 se expone gráficamente los requerimientos físicos del

instrumento para la detección del cambio de propiedades magnéticas.

Page 131: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-127-

3HHÍ3Í ffteq

figa)

Fig. 2.25 [lustra el circuito magnético equivalente extraído de la fig. 2.24

En el circuito equivalente de la figura 2.25a, se observa que la fuerza

magnetomoíriz ( 3-NJ ) genera el flujo magnetizante ( $m ), que circula por las

reluctancias ( SRn y SRm ), y provoca caídas de fuerza magnetomotriz tanto en

(SR/Z ) como en (SRm). Si forzamos físicamente a que se cumpla la relación de

reluctancias de la expresión ( mm»9í« ), entonces para mantener la densidad de

flujo ( B } constante antes y después del tratamiento, se debe encontrar el valor

de la corriente magnetizante (/), la cual habrá variado únicamente a expensas de

los cambios que experimente la reluctancia de la muestra ( Wm } ya que la

reluctancia del núcleo del instrumento ( SR/I ) permanece inalterable, Tal como se

deduce de la Ec. 2.70.

Las ecuaciones que se cumplen en los diagramas de la fig. 2.25 son;

= NJ - <

si yim » yin y 5R/?7 « T¡ • ÍR/? entonces

Srn-Bm 1.

Ec. 2.67

Ec. 2.68.

Ec. 2.69.

Ec. 2.70.

Page 132: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -128-

De las consideraciones anteriores se asumen los valores de las longitudes

medias de la muestra y del núcleo del instrumento de detección con los siguientes

valores:

Z™ =l2cm y L, =36cm"in Ec. 2.71.

Los anchos típicos de las muestras toroidales y lineales utilizados en

métodos de medición normalizados, tienen sus valores comprendidos dentro del

siguiente intervalo.

anchomm¡n =l.3cm Afl7ichommax =3.Qcm Ec. 2.72.

Los espesores típicos de chapas electromagnéticas para transformadores

son:

A . , Ec. 2.73.

Ec 2.74.

Si asumimos que /? = 10 , y utilizando la relación de reluctancias tenemos:

Ec2.75

=0.3-10-3c/?í2 =9cm2

En resumen, las dimensiones de los núcleos de la muestra y del

instrumento ( DECAPROMAG ) son [os indicados en el siguiente cuadro:

Resumen de dimensiones de núcleos

ítem

12

3

45

6

Descripción

Espesor de la muestraAncho de la muestraLongitud media DECAPROMAGLongitud media MuestraSección transversalDECAPROMAGSección transversal muestra

Tag.

esp-mAncho-m

LnLmSn

Sm

Unid

cmcmcmcmcm2

cm2

Mín

0,0351,3—--

1,36

0,0455

Max

0,13--9

0,3

Valor dediseño

0,13

3612

10

0.3

Page 133: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -129-

Para el cálculo de las bobinas se utilizan los valores de las curvas de

magnetización de la ( Ref. 24A, p.86 ) que corresponden al material de los

núcleos cuya procedencia es de la industria Brasileña.

Cálculo de la bobina de la muestra.- La bobina de la muestra (Nm) se

encuentra formada por dos paquetes de arrollamientos, Nm^ y Nm^ cada uno de

los cuales se subdivide en dos bobinas menores para facilitar su construcción,

para su cálculo se considera que se llegará por encima del punto de saturación a

la frecuencia industria] de 60 hz.

Para lograr saturar a la muestra ( Sm ) se toma el valor de

( ^max=16.000gauss ( valor extraído de las propiedades del material, véase

APÉNDICE C ), y se asume el valor máximo de E= 10 V ac.

De la ecuación del voltaje inducido se tiene:

Sm = 4.44 • / • Nm 'Sm-S max/7Z • 1 0"8

• i\r ==i

™m

4,44./.Sffl..5maxm

10 -10S-4,44 -60 -0.3 -16000-

~l$2espiras

Para trabajar con un 75% de saturación de la muestra a 10 vac, se tiene

finalmente el valor de Nm = lQQQespiras , y para un voltaje de trabajo de 20 vac se

tiene el valor Nm=2QQQespiras.

Puesto que Nm se compone de dos bobinas ¡guales se tiene que

Nmi=lQQQespiras y Nm2=lQQQespiras y cada arrollamiento de cada bobina de

500 espiras cada uno.

Cálculo de la bobina del instrumento ( DECAPROMAG ).- La función de

la bobina c cuya cantidad de vueltas es (Nn = Nc)í es generar o medir el flujo

Page 134: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-130-

suficiente para saturar al material de la muestra ( m ), por io tanto para su

evaluación se considera el mismo valor de flujo considerado para la determinación

de las espiras de las bobinas de la muestra, en estas circunstancias se tienen las

siguientes expresiones:

TV —TV = — =c " 4,44• f -$max;í• 4,44- f •$maxm• 4,44• /• Sm • Bmax,;

N =N = l°d°!GE=lQv n 4,44 • 60 • 0.3 • 16000

=782 espiras, para alcanzar la saturación

de la muestra a un voltaje de 1 0 V ac en la bobina C.

Para alcanzar la saturación de la muestra a. 40 V ac en la bobina C,

Se tiene:

Para la construcción de esta segunda bobina se han realizado ocho

arrollamientos con 500 espiras cada uno.

En la tabla que se muestra a continuación se describe ei resumen de las

bobinas calculadas para el núcleo ( bobinas del núcleo ) y de la muestra ( bobinas

de la muestra ) del instrumento de detección de cambio de propiedades

magnéticas. ( DECAPROMAG ).

Resumen de las bobinas del circuitomagnético (DECAPROMAG)

ítem

123

4

Descripción

Bobina total en la muestraBobina m1 en la muestraBobina m2 en la muestra

Bobina n en el instrumentoDECAPROMAG

Tag.

NmNm1Nm2

Nn

Unid

EspirasEspirasEspiras

Espiras

Calibre

33 awg33awg33awg

33awg

Peso delcable

59g29.4g

. 29.4g

226g

Cantidadespiras

200010001000

4000

Page 135: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-131 -

A continuación se ilustran detalles constructivos reales del Prototipo para la

detección de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG ).

Núcleo del Instrumento DECAPROMAG

P98.bmp

Fig. 2.26, Vista anterior del núcleo del instrumento

DECAPROMAG.

Ranuras para la ubicaciónde la muestra (m)

ISTA POSTERIOR DEL NÚCLEO DELINSTRUMENTO DECAPROMAG

Fig. 2.27, Vista posterior del núcleo del instrumento

DECAPROMAG

Page 136: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-132-

CAPITULO3.

DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE TRATAMIENTOS Y

ANÁLISIS DE MUESTRAS MAGNÉTICAS TRATADAS.

3.1 PROCESOS DE RECOCIDO.

El Objetivo de esta fase experimental es buscar el tratamiento térmico del

recocido más adecuado para lograr la disminución de las pérdidas totales de

magnetización de los núcleos para transformadores.

Para este fin se confecciona las muestras del material del núcleo del

transformador con las dimensiones especificadas en la sección 3.1.1 y se las

somete en el laboratorio al tratamiento térmico del recocido en el horno, para

buscar los parámetros del tiempo, temperatura y medio de enfriamiento que

permitan disminuir al máximo las pérdidas de magnetización.

La actividad experimental se desarrolla en dos fases: la fase mecánica y la

fase eléctrica.

La fase mecánica.- Comprende la confección, tratamiento térmico y

manipulación de las muestras.

La confección de la muestra se realiza con las dimensiones descritas en la

sección 3.1.1. El sistema de corte utilizado de la muestra no debe generar

deformaciones en los perfiles de la chapa recortada par.a no introducir tensiones

elásticas que perjudican en las propiedades magnéticas de las áreas deformadas,

para este propósito se recomienda utilizar una cizalla sin deformaciones en sus

cuchillas, no debe utilizarse tijeras de mano.

Page 137: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-133-

Conociendo que los factores que influyen en las propiedades magnéticas

son: (as impurezas, el tamaño del grano, la orientación de los cristales, los

elementos de aleación, el espesor de las chapas, y el estado mecánico. Se realiza

el tratamiento térmico a las chapas o núcleo magnético una vez conformado para

optimizar las características del material magnético.

Con el tratamiento, mediante sus operaciones de calentamiento y

enfriamiento, se trata de cambiar la estructura micrográfica ( grano ), bordes de

grano, y aliviar las tensiones superficiales, y con ello liberar la movilidad de los

dominios magnéticos.

Para realizar el tratamiento térmico del recocido de una muestra

desconocida, previo al tratamiento, se identifican y se buscan los parámetros de la

etapa del calentamiento, como son: la temperatura de recocido ( TH, TR, TCA,

TE, duración de calentamiento ) y en la etapa del enfriamiento ( la velocidad de

enfriamiento ), basados en la secuencia esquemática descrita en los tipos de

recocido de la Fig. 3.1.

Recocido de Homogenizacíon

- T d e calentamiento

— Velocidad de enfriamiento

Recocido de Regeneración

Recocido Contra Acritud

lo t-j

Recocido de Estabilización

Fig. 3.1, [lustra los esquemas del tratamiento térmico del Recocido.

Page 138: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-134-

El procedimiento seguido se resume en los siguientes pasos:

Paso uno.- Búsqueda de la temperatura de trabajo para el recocido. Para

ello se traza la curva de tendencias de la corriente de magnetización en vacío

versus la temperatura de recocido, para ello en el eje de las ordenadas se gráfica

la razón entre la variación de la corriente de magnetización y su condición inicial

expresada en % debida al recocido a la temperatura ( T ), y en el eje de las

abscisas se traza la Temperatura del recocido (T en °C ) que produjo la variación

de la corriente de magnetización en la prueba ( i ) , este tipo de prueba se realiza a

partir de una temperatura de 200°C hasta la temperatura de re-cristalización del

material puro, con enfriamientos al horno y en aire manteniendo en cada

tratamiento un tiempo de calentamiento de 20 min. La temperatura de trabajo es

el intervalo de temperatura en el cual se concentran los picos positivos o

negativos de la curva trazada.

Paso dos.- Búsqueda de la temperatura óptima. Se aplica un tratamiento

térmico con enfriamiento en horno a un lote de muestras homogéneas ( Lote M ) ,

al menos para tres temperaturas comprendidas dentro de! intervalo de

temperaturas de recocido, evaluadas en el paso uno. Este nuevo tratamiento se

realiza con una duración ( t2-t1 ) igual a 20 min. El lote M está conformado

únicamente de muestras cuyas corrientes de magnetización medidas con el

instrumento ( DECAPROMAG ) son de valores similares o iguales. Posteriormente

a los tratamientos, se traza nuevamente la curva de tendencias y se establece la

temperatura aproximada óptima.

Normalmente para materiales ferromagnéticos, el intervalo de temperaturas

para el recocido para mejorar las propiedades magnéticas se encuentran

alrededor de los 700 y 800°C.

Las velocidades de calentamiento son de 100°C por minuto y la velocidad

de enfriamiento mínima de 15°C por minuto, y el tiempo de calentamiento

depende del volumen de la muestra y del recinto del horno.

Page 139: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-135-

La fase eléctrica.- Comprende las mediciones eléctricas e interpretación

de los resultados para la dirección del tratamiento.

Para realizar las mediciones de la variación de la corriente de

magnetización se arma el circuito de medición de la figura 3.2.

fuentevariable

Variac

CIRCUITO DEMEDICIÓN

InstrumentoDECAPROMAG

Fig, 3.2 Diagrama del circuito de medición para la detección del cambio de

propiedades magnéticas

El procedimiento para la medición de los parámetros eléctricos es el siguiente:

Paso uno.- Se arma el circuito como se indica en la Fig. 3.2, con la

muestra ( m ) antes de realizar el tratamiento térmico, con la precaución de sujetar

mecánicamente las uniones entre la muestra y el instrumento DECAPROMAG.

Page 140: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-136-

'Paso dos.- Se cierra el elemento ( Sp ) y se determina el valor del Voltaje

( Vsat ), para lo cual se trazan ( 2 ) curvas de magnetización normal con las

variables análogas de voltaje y corriente. La curva 1, se traza con las variables

análogas (Vp) versus ( lo ), y curva 2, con las variables ( Vs) versus (lo). El valor

de (Vs) es el voltaje inducido en el secundario como resultado del flujo magnético

creado por la bobina primaria, El valor de ( Vsat ) en la bobina primaria se

determina cuando, en la bobina secundaria, (Vs) llega al valor máximo de flujo, es

decir se llega a la saturación de la muestra ( m ), este efecto se observa en la

curva 2. El valor ( Vsat ) corresponde al valor en el cual Vs alcanza el codo de

saturación en la curva 2. Véanse los codos de saturación en las figuras 4.3,1 y

4.3.2 pg. 191.

Paso tres.- Se mide el valor de la corriente de magnetización antes del

tratamiento ( lo A ), para lo cual, se cierra el elemento ( Sp ), y se eleva

suavemente el valor de voltaje entregado por la fuente ( autotransformador

variable ), hasta llegar al voltaje de prueba ( Vpr), igual a % del'valor esperado de

voltaje de saturación del material ( Vsat ), este voltaje encontrado se mantendrá

constante durante todo el proceso de tratamiento térmico de la muestra ( m ).

Alcanzado el voltaje (Vp = Vpr. ) en el voltímetro (V1), se toma el valor de

la corriente de magnetización ( lo A ) con el amperímetro (A1). Una vez tomada la

medida de (lo), debe obligatoriamente reducirse lentamente el valor de la fuente

( autotransformador variable ) a cero voltios para eliminar efectos remanentes en

la muestra ( m ).

Paso cuatro.- Una vez realizado el tratamiento térmico conforme a la fase

mecánica se arma el circuito de la Fig. 3.2 con la muestra tratada y se procede a

realizar la medición del valor de la corriente de magnetización (lo D), para el valor

de ( Vp-Vpr), con forme al paso tres.

Paso cinco.- Se evalúa el porcentaje de cambio de la corriente de

magnetización respecto de la condición inicial ( %Variación } con una de las

siguientes expresiones:

Page 141: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-137-

%7ariación = • 100(%) Ec. 3.1IOÁ

TnA^Variación = • 100(%) Ec. 3.2

IOÁ

En donde:

( IOÁ ) es la corriente de magnetización antes del tratamiento.

( IoD ) es la corriente de magnetización después del tratamiento.

Puesto que, para garantizar la mejoría del material después del

tratamiento, se requiere que la ( IoD } sea menor que la ( IoA ), para un valor

fijo de densidad de flujo, es conveniente utilizar la Ec. 3.1, para asociar un

( %Variación ) positivo, a una mejoría del material.

Paso seis.- Se determina las curvas de tratamiento con los pasos tres,

cuatro y cinco para los experimentos desarrollados en la fase mecánica, y se

determina el menor valor de la corriente de magnetización en vacío.

La fusión de los procedimientos de la fase eléctrica y mecánica se aplican

en los tratamientos descritos en la sección 3.1.2

3.1.1 PREPARACIÓN DE MUESTRAS Y CONDICIONES PARA EL

TRATAMIENTO

Dimensiones de la muestra.- Las muestras pueden ser confeccionas con

las dimensiones especificadas en [a sección 2.4.3.2 del capítulo 2. sin embargo el

fundamento del prototipo diseñado permite detectar variaciones en las

propiedades para la sección transversal de la muestra desde 0.30 a 1 mm de

espesor, ancho de 1.3 a 4.5 cm, y en forma obligatoria la longitud de la muestra

debe cumplir con la longitud de diseño ( l m } para evitar dispersiones de flujo. En

este caso se debe recordar que el prototipo de detección no es un instrumento de

Page 142: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-138-

medición y las constantes de ajuste para valorar en forma aproximada las

propiedades depende de las dimensiones de la sección transversal de la muestra

y deben ser calculados con los datos de fábrica de la muestra a tratar conforme la

evaluación realizada en la tabla TAB-CALC del APÉNDICE C.

Confección y manipulación de ia muestra antes y después del

tratamiento.- Antes de recortar la muestra se debe tomar en cuenta que el

sentido del flujo magnético que circulará por la muestra es paralelo a ía-longitud

de diseño (lm), de esta manera el corte debe mantener la dirección del flujo

original del material para el cual fue diseñado, en especial para las láminas que

son de grano orientado.

Para realizar los cortes de las chapas de prueba ( muestra ), se debe

revisar que los bordes de la cizalla no se encuentren deformados para evitar al

máximo rebabas causadas al ser troquelas, para limitar al máximo la introducción

de tensiones internas en los extremos de la muestra, las cuales provocan

distorsiones en los valores iniciales de las propiedades magnéticas de la muestra

medida, nótese que en muestras pequeñas los defectos o deformaciones

provocadas son registradas con mayor sensibilidad que en muestra grandes.

Ai manipular las muestras se debe evitar que estas caigan al piso, o peor

aún que sufran deformaciones ya que estas perturbaciones son suficientes para

alterar las propiedades magnéticas en muestras pequeñas.

Se recomienda utilizar una pinza para la introducción y'extracción de la

muestra del horno, tomando en cuenta que al extraer la muestra del horno a

elevadas temperatura en el caso de que se trate de realizar un enfriamiento al

exterior del horno, el cuerpo de la lámina se encuentra blando y al ponerse en

contacto con la pinza se debe tener cuidado de no provocar deformaciones en el

cuerpo de la muestra.

Page 143: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

: " Página-139-

Típos de muestras de prueba.-

Material tipo " C ".- se utiliza para la confección del núcleo del prototipo de

detección de cambio de propiedades magnéticas y corresponde a chapas

recortadas de un tipo de acero al silicio de procedencia Brasileña y fabricado por

la compañía Siderúrgica de Aceros especiales Itabira " ACESITA", las curvas

características de magnetización y pérdidas se adjuntan en el APÉNDICE C.

Denominación comercial E-005.

El espesor nominal es de 0.35mm

La Densidad 7.65 g/cm3.

El envejecimiento magnético máximo 5%.

Adicionalmente la Empresa Transelectra Quito -Ecuador dispuso de cuatro

materiales adicionales todas con características desconocidas dos de ellas tienen

apariencia similar al material "C" pero con sección transversa] diferente a las que

se designa corno muestra tipo " Nv ", y muestra tipo " P " cuya particularidad es

que tienen indicios de tener algún uso previo.

Los dos materiales adicionales tienen apariencia de ser materiales antiguos

cuyas particularidades son: el Material designado como tipo " A " presenta una

consistencia rígida no maleable y frágil , y el material tipo " Ng " es maleable tipo

latón presenta oxidación y no se dispone en mayor volumen.

Las dimensiones y cantidades de las muestras analizadas se describen en

la tabla 3.1.

Para designar a las muestras de los materiales se les ha numerado en

forma consecutiva desde el número 1 hasta el número que corresponde a ¡a

cantidad disponible de muestras mostrado en la Tabla 3.1 para cada tipo de

muestra.

* *

Page 144: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-140-

Tabla 3.1

TABLA 3.1Resumen de cantidades y dimensiones de las muestras

ítem

1

2

3

4

5

Descripción de lamuestra

Tipo " C "Tipo " Nv "Tipo " P "Tipo " A "Tipo " Ng "

% error permitido

Valores permitidos, deSn

Cant.

90

56

61

36

37

Unid.

cmcmcmCID

cm

Im

11,7611,7611,7611,7611,76

2%

Sn min = 0.05 Cm2

Ancho( a )

4,504,504,154,504,50

2%

Espesor( e )

0,0300,0300,0300,0310,036

Sn

0,1350,1350,1250,14

0,162

Sn max =0.3 cm2

Condiciones para el tratamiento.- Antes de proceder con el tratamiento

se debe cumplir lo siguiente: primero, Identificar las muestras y tener el registro de

la condición original, segundo, elaborar una tabla de ensayos en la que se

describirá la temperatura, tiempo del tratamiento, y el medio del enfriamiento.

Es recomendable que se disponga de un horno que permita variar en forma

automática su temperatura con el tiempo en forma gradual tanto para el

calentamiento como para el enfriamiento.

3.1.2 ANÁLISIS DE VARIABLES.

En esta sección se describe la lista de tratamientos que se realizan

describiendo las variables del tratamiento térmico y las condiciones eléctricas del

circuito de medición que intervienen para cada una de las muestras

confeccionadas a partir de los materiales disponibles.

Page 145: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-141-

A continuación se ilustra el circuito de medición aplicando el instrumento

DECAPROMAG.

Fig. 3.3. Ilustración del circuito de detección del cambio de las propiedades

magnéticas de la muestra ( m ), armado de acuerdo al circuito de la fig. 3.2.

El objetivo principal es encontrar el tratamiento térmico del Recocido más

adecuado que debe ser aplicado al material ferromagnético tipo " C " para mejorar

sus propiedades magnéticas.

Puesto que la tarea de este estudio es mejorar las propiedades del material

tipo "C" del cual se disponen las curvas características de fábrica, la dirección que

toman los procedimientos y sus variables han sido orientados en esta búsqueda,

más no en la búsqueda del mejoramiento de cada uno de los materiales en

prueba, sin embargo se han realizado en forma paralela el mismo tratamiento a

todas las muestras, con la finalidad de optimizar el uso del horno de laboratorio

para tratamientos de la Facultad de Ingeniería Mecánica.

Page 146: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-142-

Las mediciones para todos los tipos de materiales disponible han sido

realizados con los mismos procedimientos que para la muestra tipo " C ".

Antes de realizar el tratamiento térmico a la muestra, se debe realizar las

mediciones de corriente para un valor preferido de voltaje en las condiciones

originales de la muestra utilizando el circuito de medición de la fig. 3.2.

Conociendo que los valores de intensidad de campo magnético son reflejados en

los valores de corriente magnetizante y ios valores de la densidad de flujo

magnético son medidos a través del voltaje inducido.

Posteriormente al tratamiento se toman las mediciones eléctricas de

corriente para un valor definido de voltaje y se observan los cambios. En este

sentido si se mantiene fijo eí valor del voltaje inducido, el parámetro de medición

del cambio de las propiedades magnéticas se encuentra dado por la variable de la

corriente y las variables del calentamiento y enfriamiento que provocaron la nueva

corriente después del tratamiento.

Los resultados de las pruebas se presentan en tablas de datos que se

encuentran en el APÉNDICE A.

A continuación se describe la lista de pruebas y tratamientos que se

realizaron para la búsqueda de mejores propiedades magnéticas en las muestras

de los materiales especificados.

3.1.2.1 Pruebas para verificar diversidad de las características magnética dentro de

un mismo material.

Código de prueba: P-D1VERS.

Objetivo.- Cuantificar los parámetros de diversidad en un lote

característico de las muestras de un mismo material,

(lo-lo rain- lomáx- %Io min- %Iomáx - A/o - % A/o ).

Page 147: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-143-

Método.- Para cuantificar la diversidad de las características magnéticas

de un lote de muestras, se arma el circuito de medición de la fig. 3.2 y se

determina el valor de la corriente de magnetización ( lo ), manteniendo constante

el valor del voltaje ( Vp= Vpr) , para todas las muestras del lote elegido.

En la tabla P-DIVERS-01, que se muestra a continuación se indica la lista

de muestras para la determinación de la diversidad, en este caso han sido

elegidas las muestras cuya designación es del 1 hasta el 15, para los materiales

C.Nv. P,A, Ng.

Tabla P-DIVERS-01.

Tabla P-DIVERS-01.Tipo de Prueba: P-DIVERS

TITULO :Diversidad de las propiedades magnéticas en lasmuestras de un mismo material

CONTENIDO :Lista de muestras que presentan diversidad.

Código

Muestras

MuestrasMuestras

Muestras

Muestras

Material Horno

C 1,2, 3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 , 10, 11,12, 13,

Nv 1,2, 3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 , 9, 10, 11,12, 13,

P 1,2, 3,4,5,6, 7,8, 9, 10, 11,12, 13,

A 1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 , 10, 11,12, 13,

Ng 1,2, 3 ,4 ,5 ,6 , 7,8,9, 10, 11,12, 13,

14, 15.

14, 15.

14, 15.

14, 15.

14, 15.

3.1.2.2 Pruebas para verificar el efecto de la deformación plástica

Código de prueba: P-VEDP.

Objetivo.- Cuantificar ios porcentajes de cambio en las propiedades

respecto de la condición inicial cuando una muestra es sometida a deformaciones

plásticas simulando manipulaciones severas.

Método.- En este tipo de prueba se provoca una deformación plástica en la

. muestra ocasionando un doblez enja mitad_de la muestra de tal manera que los

Page 148: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

PágÍna-144-

extremos de la muestra quedan formando un ángulo de 90°, acto seguido sei

restablece la muestra desdoblando la chapa.

En la tabla P-VEDP-01 se indica la lista de muestras sometidas a la prueba

P-VEDP

Tabla P-VEDP-01.

Tabla P-VEDP-01TIPO DE PRUEBA: P-VEDP

TITULO:

CONTENIDO:

ítem

1

Comportamiento de las propiedades magnéticos con

la deformación plástica

Lista de muestras

DesdoblezTipo de material

Nv

que han sido sometidas a una deformación plástica de dobíez y

N° Muestra

4, 19,29,32,33,36,39

3.1.2.3 Comportamiento de las muestras C, Nv, P5 A, Ng, frente al calentamiento a

750°C con una duración variable y enfriamiento en Yeso y Aire.

Código de tratamiento: TT-YA750-X.

Objetivo.- Establecer las tendencias del tratamiento al variar el tiempo de

calentamiento frente ai enfriamiento en yeso y aire.

Cuantificar los porcentajes de cambio en las propiedades respecto de la

condición inicial por efecto del calentamiento a 750°C con una duración variable y

enfriamiento rápido en yeso y moderado en el aire.

Método.- En este tipo de tratamiento se calienta las muestras a una

temperatura de 750°C, y se experimenta enfriamientos en yeso y a la temperatura

ambiente variando los períodos de calentamiento.

Page 149: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-145-

En ia tabla TT-YA750-X-01 se indica la lista de muestras sometidas al

tratamiento térmico TT-YA750-X.

TablaTT-YA750-X-0-l.

Tabla TT-YA750-X-01.Tipo de Tratamiento: TT-YA750-X

1.- TITULO : Comportamiento de las muestras C, Nv3 P, A, Ng, frente alcalentamiento a 750°C con una duración variable y enfriamientoen Yeso y Aire.

2.- CONTENIDO ; Lista de muestras según matera! especificado para ser sometidas atratamiento TT-YA750-X

Código

Muestras

Muestras

MuestrasMuestras

Muestras

Material

C

Nv

PA

Ng

Horno

_

——

...

Yeso

24, 32,44,99,46, 88,108

8,5,23, 3,9,26,27,49

59,51,38, 17,48, 49

22, 24, 6, 30, 16, 36, 34,42

22, 1,30, 16, 10,33, 12

Aire

10,25,30,45,48, 69

4, 22,31, 35, 40,48

3,24,29,30, 33,353, 11, 12, 19, 10, 23

4,8, 18,21,27,39

3.1.2.4 Comportamiento de las muestras C5 Nv3 P, A, Ng frente al ca len tamien to a

temperatura variable, con una duración de 20 min y enfriamiento en Horno.

Yeso y Aire.

Código de tratamiento: TT-HYAX-20.

Objetivo.- Establecer las tendencias del tratamiento térmico al variar la

temperatura de calentamiento en enfriamientos al horno, yeso y aire.

Cuantificar los porcentajes de cambio en las propiedades magnéticas

respecto de la condición inicial para muestra calentadas a diversas temperaturas

con duración constante y enfriamiento en horno, yeso y aire.

Page 150: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-146-

Método.- En este tipo de tratamiento se calienta las muestras a diversas

temperaturas, se mantiene constante el tiempo de calentamiento para cada

temperatura por 20 min, y se realiza todos estos ensayos para enfriamientos en

Horno, Yeso y aire ( medio ambiente ).

En la tabla TT-HYAX-20-01 se indica la lista de muestras sometidas al

tratamiento térmico TT-HYAX-20.

Tabla TT-HYAX-20-01.

Tabla TT-HYAX-20-01.Tipo de Tratamiento: TT-HYAX-20

1.- TITULO : Comportamiento de las muestras C, Nv, P, A, Ng frente aicalentamiento a temperatura variable X °C con una duraciónde 20 min y enfriamiento en Horno Yeso y Aire.

2,- CONTENIDO : Lista de muestras según material especificado para ser sometidas atratamiento TT-HYAX-20

Código

Muestras

Muestras

Muestras

Muestras

Muestras

Material

C

Nv

P

A

Ng

Horno

25,31,32,42,79, 17,45,68, 11,6,7,25

5,61, 12, 10, 17,8,41,5,53,3,24,31.

19,46,39,62, 21,2,37,3, 1,21,29,38

10,33,29,4,34, 19,2,22,7,8, 11, 16,27,33,42, 1..19, 14,36,28,20, 18,8, 24

Yeso

27,7,88,40,48, 15,69, 12,84,4, 9,23

59,63, 13, 11,29,54,50,37, 62,48, 17,28

27, 12,26,63,59, 12,35,30, 16,23,36,44

7 ,3 ,4 , 12,24,6,3,28,10, 18, 32, 9,41, 25,29,7, 34, 10,39,27, 19,35,4, 26

Aire

60,30,44, 13,46, 14,36, 10,71,3,8,27

11,58,47, 1, 22,9,60,14,51,7,21,47

29, 57,24, 19,38, 16,43, 48, 7, 24, 27, 40

20,27, 15, 17,5, 13,193, 15, 14, 1, 25,33,34,35, 12, 33, 5,40, 16,21,22, 32, 17

Page 151: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-147-

3.1.2.5 Tratamiento Térmico de las muestras C, Nv; P, A, Ng, durante 40min a

750°C y enfriamiento en horno.

Código de tratamiento: TT-H750-40.

Objetivo.- Cuantificar los porcentajes de cambio en las propiedades

respecto de la condición inicial por efecto del recocido prolongado a-750°C y

enfriamiento muy lento.

Método.- En este tipo de tratamiento se provoca la difusión de los átomos

para homogenizar la estructura, llevando la temperatura a 750°C, por 40 min. Y se

alivian las tensiones internas con un enfriamiento lento en el horno hasta que la

temperatura llega a la temperatura ambiente.

En la tabla TT-H750-40-01 se indica la lista de muestras sometidas al

tratamiento térmico TT-H750-40.

Tabla TT-H750-40-01.

Tabla TT-H750-40-01.Tipo de Tratamiento: TT-H75Q-40

1 .- TITULO : Tratamiento Térmico cíe las muestras C, Nv, P, A, Ng,Durante 40min a 750°C y enfriamiento en horno.

2.- CONTENIDO : Lista de muestras según material especificado para ser sometidas atratamiento TT-H750-4Q

Código

Muestras

Muestras

Muestras

MuestrasMuestras

Material

C.

Nv.

P.

A

Ng

Horno

31,12,5,10,32,3,11,29,19,33,35, 21,39,24,20, 30,4

15, 12, 18,22,8, 17,2,26,23,33,4, 37, 21, 29, 28

1,31,21,38,3,33,36, 16, 24,9 ,23,27,39

4,7, 18,26, 30,21,37,27

39, 4, 21, 25, 26, 24, 37, 23

Yeso

„_

Aire

—™-

Page 152: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-148-

3.1.2.6 Tratamiento Térmico de las muestras C, Nv, P, A, Ng, durante GOmin a

800°C y enfriamiento en horno, Yeso y Aire.

Código de tratamiento: TT-HYA800-60.

Objetivo.- Observar los cambios de lo ( corriente de vacio ) en la muestra

tratada.

Cuantificar los porcentajes de cambio en las propiedades respecto de la

condición inicial por efecto del recocido prolongado a 800°C y enfriamiento muy

lento en Horno, rápido en yeso y moderado en el aire.

Método.- En este tipo de tratamiento se provoca la difusión de los átomos

para homogenizar la estructura al máximo llevando la temperatura a 800°C, por

60 min. Y se experimenta varios tipos de enfriamiento, al horno, en yeso y al aire

o temperatura ambiente.

En la tabla TT-HYA800-60-01 se indica la lista de muestras sometidas al

tratamiento térmico TT-HYA800-60,

Tabla TT-HYA800-60-01.

Tabla TT-HYA800-60-01.Tipo de Tratamiento: TT-HYA-800-60

1.- TITULO : Tratamiento Térmico cíe las muestras C, Nv, P, A, Ng, a 60niinen 800°C y enfriamiento especificado.

2.- CONTENIDO : Lista de muestras según material especificado para ser sometidas aTratamiento TT-HYA800-60

Código

Muestras

Muestras

Muestras

Muestras

Muestras

Material

C

Nv.

P.

A.

Ng.

Horno

10,11,9,6,27,36,20,30,60,65,499,18,10,11,12,40,19,56

49,59,53,54,56,57,29,2,45, 28,36,262,10,12,11,22,14,16,9,1914,10,1,12,23,29,17,41

Yeso

7,8,18,22,26,42,43,78,98,10134,61,49,21,63,33

37^2,48,17,30,52,12,47,44,40,461,3,15,23,25,24,35,40,3221,22,30,26,5,6,19,24

Aire

69,44,82,86,85,79,93,92,114,94,102,76

38,37,64,6,22,17

51,33,38,35,34,55,41,60,42,506,13,34,36,41,42,29

38,18,34,32,7,9,20,42

Page 153: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-149-

Sfc3.1.2.7 Tratamiento Térmico de las muestras C, Nv, P, A, Ng, durante 60m¡n a

700°C y enfriamiento en horno, Yeso y Aire.

Código de tratamiento: TT-HYA700-60.

Objetivo.- Observar los cambios de lo ( corriente de vacío ) en la muestra

tratada.

Cuantificar los porcentajes de cambio en las propiedades respecto de la

condición inicial por efecto del recocido prolongado a 700°C y enfriamiento muy

lento en Horno, rápido en yeso y moderado en el aire.

Método.- En este tipo de tratamiento se provoca la difusión de los átomos

para homogenizar la estructura, llevando la temperatura a 700°C, por 60 min. Y sei

experimenta varios tipos de enfriamiento, al horno, en yeso y al aire o temperatura

ambiente.

En la tabla TT-HYA700-6G-01 pg. 150 se indica la lista de muestras

sometidas al tratamiento térmico TT-HYA70Q-60.:fc

3.1.2.8 Tratamiento Térmico de las muestras C, Nv, P, A, Ng, durante 100mín

a 750°C y enfriamiento en horno.

Código de tratamiento: TT-H750-100.

Objetivo.- Observar los cambios de lo ( corriente de vacío ) en la muestra

tratada.

* Cuantificar ios porcentajes de cambio en las propiedades respecto de la

condición inicial por efecto del recocido prolongado a 750°C y enfriamiento muy

lento en Horno.

Método.- En este tipo de tratamiento se provoca la difusión de los átomos

para homogenizar la estructura al máximo llevando la temperatura a 750°C, por

100 min. Y se alivian las tensiones internas con un enfriamiento lento en el horno

hasta que la temperatura llega a la temperatura ambiente

Page 154: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-150-

En la tabla TT-H750-100-01 pg. 150 se indica la lista de muestras

sometidas ai tratamiento térmico TT-H750-100.

Tabla TT-HYA700-60-01.

Tabla TT-HYA700-60-01.Tipo de Tratamiento: TT-HYA7QO-60

1 .- TITULO : Tratamiento Térmico de las muestríis C, Nv, P, A, Ng, n 60minen 700°C y enfriamiento especificado.

2.- CONTENIDO : Lista de muestras según material especificado para ser sometidas atratamiento TT-HYA700-60

Código

Muestras

Muestras

Muestras

MuestrasMuestras

Material

C

Nv

P

A

Ng

Horno

3, 11, 9, 10, 25, 27,41, 48, 6

1, 3, 18, 24, 34, 38, 61, 55, 56

49,59, 53,54,5657, 37,

2, 10, 11, 12, 14,2210, 14, 1, 12,23,29

Yeso

7, 32, 69,

27, 9, 11, 32

Ap2, 48,

1,3,

21, 22,

Aire

31,44,47,79,82,85,8637, 58,45

51, 33,38,

13,638, 18

Tabla TT-H750-100-01.

Tabla TT-H750-1 00-01.Tipo de Tratamiento: TT-H750-100

1.- TITULO : Tratamiento Térmico de las muestras C, Nv, P, A, Ng, a. lOÜminen 750°C y enfriamiento en horno.

2.- CONTENIDO : Lista de muestras según material especificado para ser sometidas atratamiento TT-H750-1 00

Código

Muestras

Muestras

MuestrasMuestrasMuestras

Material

C

Nv

PANg

Horno

3,8,9 , 11, 12,23, 89,90

59,46,47,42,44, 1, 10,7,43,

1,7,21, 31,32, Ap21,4,25,32, 15, 1819, 23,29,36

Yeso

******

_

——••--

Aire

******

.

——

Page 155: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-151-

Los resultados de la manipulación de variables, que intervienen en el

tratamiento térmico de la lista de experimentos descritas en esta sección, se

encuentran expresadas en forma gráfica en la sección 4.1 ( Examen de las

muestras ), y los valores medidos de las corrientes de magnetización se muestran

en las tablas del apéndice A.

Page 156: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -152-

CAPITULO 4.

PROPUESTAS DE RECOCIDO ÓPTIMO .

4.1 EXAMEN DE LAS MUESTRAS.

Para realizar el análisis de las muestras se tabulan los datos, y se realizan

curvas para.observar tendencias de las propiedades magnéticas de los materiales

tratados, versus las variables de cada experimento.

En este estudio, en forma general, se tabulan en el APÉNDICE A, todos los

datos de las mediciones eléctricas y los cálculos de los % de variación de la

corriente de magnetización que experimentan las muestra tratadas, conforme al

listado de pruebas y tratamientos descritos en la sección de Análisis de variables

3.1,2.

En los formatos de las tablas de datos, se especifica lo siguiente:

• Título de la prueba o tratamiento realizado,

• Objetivos que persigue el experimento.

• Datos generales: Tipo de materiales del experimento y el criterio de

aplicación.

• Mediciones y cálculos de % de variación.

En esta sección se muestran las curvas obtenidas para ilustrar las

tendencias de las propiedades magnéticas versus el control de las variables de,

temperatura de calentamiento, tiempo de calentamiento y medio de enfriamiento.

Adicionalmente, se presenta un resumen de los factores de diversidad que

presentan las muestras, calculados con los valores que presentan las muestras

antes y después del tratamiento.

Page 157: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -153-

Los cálculos son realizados en función de la corriente de magnetización del

circuito de medición del capítulo 3, ya que a través de esta variable se puede

determinar los cambios en las propiedades del material, basados en el siguiente

criterio: Si la corriente de magnetización después del tratamiento

(lo /O= ^(^¿/W) es diferente de la corriente de magnetización antes del

tratamiento, (10 (0 = (^(0), para un valor fijo de densidad magnética ( B ),

entonces existe un cambio en las propiedades magnéticas de la muestra tratada.

Específicamente cuando la ( Z0 , — 10 ), entonces la permeabilidad magnética es

mayor o igual que la original y por tanto las pérdidas de histéresis disminuyen.

Es necesario indicar que en ninguno de los casos se ha realizado ensayos

de tratamientos térmicos en ambientes distintos a la atmósfera.

4.1.1 RESULTADOS DE PRUEBAS P A R A V E R I F I C A R LA D f V E R S T D A D DE

LAS CARACTERÍSTICAS MAGNÉTICA DENTRO DE UN MISMO

MATERIAL.

Los datos medidos en esta prueba son.tabulados en la Tabla P-DIVERS-

02, pg. 202, siguen los lineamientos del ítem 3.1.2.1. y se encuentran en la

sección 6.1.1 del APÉNDICE A.

El resumen de los parámetros de diversidad se encuentra en la tabla P-

RES-DIVERS-02.

Tabla P-RES-DIVERS-02.

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG ).

1,- TITULO : Diversidad de las características magnéticas do las muestrasde un mismo material.

2,- OBJETIVOS : Cuaníificar los parámetros de diversidad en un [ote característico de lasmuestras de un mismo material.la - lo m i n - fomáx - % lo m i n - % Innn'tx - A lo - % A lo

Page 158: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -154-

3.- DATOS GENERALES :Tabla ; P-RES-DIVERS-02Tipo de Materiales : C, Nv, P, A, Ng,Criterio aplicado ; B = f (H), V = f1 ( B ), I = Í2( H ),

Mediciones de ( lo ), manteniendo fijoVe = 5,96 Vac, 60 Hz..

Parámetro muestras C

lo( mA)

muestras Nv

lo( mA}

muestras P

lo{ mA)

muestras A

lo{ mA}

muestras Ng

lo( mA)Resumen de parámetros de diversidad.

To

^°min

•*°max

% min .

%max.

A/o

A/o%

3,13

2 o•o

3,8

89,40%

121,30%

1

31,90%

3,43

3

3,93

87,50%

114,60%

0,93

27,10%

5,31

3,56

6,43

67,10%

121,20%

2,87

54,10%

4,94

4,19

5,78

84,70%

116,90%

1,59

32,20%

9,29

7,69

11,77

82,80%

126,70%

4,08

43,90%

4.1.2 RESULTADOS DE PRUEBAS P A R A V E R I F I C A R EL EFECTO DE LA

DEFORMACIÓN PLÁSTICA - —

Los datos medidos en esta prueba son tabulados en Ta^a P-VEDP-02, pg.

y siguen los iineamientos del ítem 3.1.2.2.

Tabla P-VEDP-02.

Mediciones eléctricas con el prototipo;

Detector de cambio de propiedades magnéticas, ( DECAPROMAG ).

1,- TEMA : Comportamiento de las muestras magnéticas con[a deformación plástica

2,- OBJETIVOS : Cuantifícar los porcentajes de cambio en las propiedades respecto de lacondición inicial cuando una muestra es someíida a deformaciones plásticassimulando manipulaciones severas.

3.- DATOS GENERALES :

Tabla :

Tipo de Material;Criterio aplicado :

P-VEDP-02.Nv

B = f(H), V = n(B) . l = f2(H

Page 159: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -155-

Mediciones de ( lo }, manteniendo fijo Vp = 5,96 Vac, 60 Hz..ítem

12

3

4

5

6

7

Muestra

419

29'

32

33

36

39

lo A

mA

3,333,453,43

3,343,41

3,443,34

T

( ° C )

ambienteambienteambienteambienteambienteambienteambiente

Prueba

Deformación plásticaDeformación plásticaDeformación plástica

Deformación plásticaDeformación plásticaDeformación plásticaDeformación plástica

lo D

mA

3.633,974.054,06

3,94

4,283,71

%

variación

15.02%15,07%18,08%21,56%15,54%24,42%11,08%

N° Muestra Identificación de la muestra.lo Corriente de vacío medida en el detector ( DECAPROMAG }.l° A ( |o ) antes de [a deformaciónlo D ( lo ) después de la deformaciónT ( ° C ) Temperatura en grados celsius de ambiente de prueba% Variación Variación porcentual de la.( lo ) luego.. del tratamiento

Como se observa en la columna % variación, para una deformación

plástica de la una muestra ferromagnética con condiciones iniciales similares, se

tiene un aumento promedio en la corriente de magnetización de 17.25% y

constituye a un caso particular de deformación.

4.1.3 RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO DE LAS MUESTRAS C, NV, P.

A, NG, FRENTE AL CALENTAMIENTO A 750°C CON UNA D U R A C I Ó N

VARIABLE Y ENFRIAMIENTO EN YESO V Al RE.

Los datos se encuentran en las tablas: TT-C-YA750-X-01, pg.204, TT-Nv-

YA750-X-01, pg.205, TT-P-YA750-X-01, pg205, TT-A-YA750-X-01. pg.206, TT~

Ng-YA750-X-01, pg.207, Son tomados de acuerdo a. las condiciones de la sección

3.1.2.3. Y se muestran en el ítem 6.1.3 del APÉNDICE A.

.Las tendencias de los tratamientos especificados se muestran en la

siguiente sección.

Page 160: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -156-

4.1.3.] Curvas de tendencias de los tratamientos realizados.

Las tendencias de la Fig. TT-C-YA750-X-F, corresponden a las condiciones

de la Tabla TT-C-YA750-X-01, pg.204,

% DE VARIACIÓN DE ( lo ) vs. TiempoTABLA TT-C-YA750-X-01

(U"u1 c'O

!*ü

! 0)¡•o

0,00%-10,00% --20,00% --30,00% .-40,00% --50,00% --60,00%

20 40 60 80

Tiempo de calentamiento (min)

"Aire • Yesoi

Fig. TT-C-YA750-X-F,

Las tendencias de la Fig. TT-NV-YA750-X-F, corresponden a las

condiciones de la Tabla TT-Nv-YA750-X-01, pg.205t

C

'2'o• o

Q)T3

% DE VARIACIÓN DE ( lo ) vs. TiempoTABLATT-Nv-YA750-X-01

20,00% -

10,00% -

0,00% J-10,00% -

-20,00% -

-30,00% -20 .. 40 60

Tiempo de calentamiento (min)

-Yeso

Fig. TT-NV-YA750-X-F,

100 120

Page 161: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Pagina-157-

Las tendencias de la Fig. TT-P-YA750-X-F, corresponden a las condiciones

de la Tabla TT-P-YA750-X-01, pg.205,

o~o

oro

% DE VARIACIÓN DE ( lo ) vs. TiempoTABLA TT-P-YA750-X-01

10,00%

5,00%

0,00% -

-5,00% -

-10,00% -

-15,00% -

-20,00% -20 40 60

Tiempo de calentamiento (mín)80 100 120

'• _+_ AireI

.Yeso

Fig. TT-P-YA750-X-F.

Las tendencias de la Fig, TT-A-YA750-X-F, corresponden a las condiciones

de la Tabla TT-A-YA750-X-01.pg.206,.

•oc

• o

o>•o

30,00%20,00% -10,00% .0,00%

-10,00%-20,00% --30,00%-40,00% -

O

% DE VARIACIÓN DE ( lo ) vs. TiempoTABLATT-A-YA750-X-01

20 40 60 80 100 120

Tiempo de calentamiento (min)

Fig. TT-A-YA750-X-F,

Page 162: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -158-

Las tendencias de la Fig. TT-Ng-YA750-X-F, corresponden a las

condiciones de la Tabla TT-Ng-YA750-X-01, pg.207.

% DE VARIACIÓN DE ( lo ) vs. TiempoTABLATT-Ng-YA750-X-01

o•acO

• o

15,00%

10,00% -

5,00% -

0,00%

-5,00%

-10,00% -20 40 60

Tiempo de calentamiento (min)100 120

.Aire .Yeso

Fig, TT-Ng-YA750-X-F

4.1.4 RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO DE LAS MUESTRAS C, NV, P,

A, NG FRENTE AL CALENTAMIENTO A T E M P E R A T U R A V A R I A B L E ,

CON UNA DURACIÓN DE 20 MIN Y ENFRÍAMÍENTO EN HORNO.

YESO Y AIRE.

Los datos se encuentran en las tablas; TT-C-HYAX-20-01, pg.208, TT-Nv-

HYAX-20-01, pg.209, TT-P-HYAX-20-01, pg.210, TT-A-HYAX-20-01, pg.212,

TT-Ng-HYAX-20-01, pg.213, Son tomados de acuerdo a las condiciones de la

sección 3.1,2,4. Y se muestran en el ítem 6.1,4. del APÉNDICE A.

Las tendencias de los tratamientos especificados se muestran en la

siguiente sección.

4.1.4.1 Curvas de tendencias de los t ra tamientos rea l izados .

Las tendencias de la Fig. TT-C-HYAX-20-F, corresponden a las

condiciones de la Tabla TT-C-HYAX-20-01. pg.208,

Page 163: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

tu•DC

;O'ü

oT3

Página-159-

VARIACION DE LA ( lo ) DE MAGNETIZACIÓNCON LAT DE RECOCIDO: TT-C-HYAX-20-01

20,00%

10,00%0,00%

-10,00%-20,00%

-30,00%

-40,00%

-50,00%100 200 300 400 500 600

Temperatura de recocido ( ° C )

700 800 900 1000

Horno • Yeso • Airen

Flg. TT-C-HYAX-20-F

Las tendencias de la Fig. TT-Nv~HYAX-20~F, corresponden a las

condiciones de la Tabla TT-Nv-HYAX-20-01. pg.209,

QJ

•oC

;O'Üra

-a

40,00%30,00%20,00%10,00%0,00%

-10,00%-20,00%-30,00%-40,00%

VARIACIÓN DE LA ( lo ) DE MAGNETIZACIÓNCON LAT DE RECOCIDO: TT-Nv-HYAX-20-01

100 200 300 400 500 GOO

Temperatura de recocido ( ° C )

—•—Horno —«—Yeso —ü— Aire i

'•700 800 900 1000

Fig, TT-Nv-HYAX-20-F

Page 164: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-160-

Las tendencias de la Fig, TT-P-HYAX-20-F, corresponden a las

condiciones de la Tabla TT-P-HYAX-20-01. pg.210,

VARIACIÓN DE LA ( lo ) DE MAGNETIZACIÓNCON LA T DE RECOCIDO: TT-P-HYAX-20-01

(UTJ

C•O'o

QT3

50,00%40,00%30,00%20,00%10,00%

0,00%-10,00%-20,00% -

O 100 200 300 400 500

Temperatura de recocido

+— Horno _»_Yeso -

600

C

700 800 900 1000

Aire

Fig. TT-P-HYAX-20-F

Las tendencias de la Fig. TT-A-HYAX-20-F, corresponden a las

condiciones de la Tabla TT-A-HYAX-20-01. pg.212,

<DTJC

•O'ora

<D•o

VARIACIÓN DE LA { l o ) DE (MAGNETIZACIÓNCON LAT DE RECOCIDO: TT-A-HYAX-20-01

40,00%30,00%20,00%10,00%

0,00%-10,00%-20,00%-30,00% --40,00% -

100 200 300 400 500 600

Temperatura de recocido { ° C )700 800 900 1000

Horno • Yeso • Aire

:~A-HYAX~20~F

Page 165: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -161-

Las tendencias de la Fig. TT-Ng~HYAX-2Q-F, corresponden a las

condiciones de la Tabla TT-Ng-HYAX-20-01. pg.213.

VARIACIÓN DE LA ( lo ) DE MAGNETIZACIÓNCON LAT DE RECOCIDO: TT-Ng-HYAX-20-01

10,00o/

O)•oc•o

ra>Oí

100 200 300 400 500

Temperatura de recocido600

0 C

700 800 900 1000

Horno . Yeso • Aire

Fig, TT-Ng-HYAX-20-F

4.1.5.- RESULTADOS DEL TRATAMIENTO T É R M I C O Olí LAS MUESTRAS C,

NV, P, A, NG, DURANTE 40 MIN A 750°C Y R N F R I A M I IiNTO EN

HORNO.

Los datos se encuentran tabulados en las tablas; TT-C-H750-40-01,

pg.214, TT-NV-H750-40-01, pg.215, TT-P-H750-40~Q1,.pg.216, TT-A-H750-40-

01, pg.217, TT~Ng-H750-40-01, pg.217, son tomados de acuerdo a las

condiciones de la sección 3.1.2.5, y se muestran en el ítem. 6.1,5. del APÉNDICE

A.

Las tendencias de las propiedades con la aplicación del tratamiento TT-

H750-40, Se muestran en las curvas a continuación:

4.1.5.1 Curvas de tendencias de los tratamientos real izados.

Las tendencias de ia Fig. TT-C-H750-40-F, corresponden a las condiciones

de la Tabla TT-C-H750-40-01. pg.214.

Page 166: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-162-

0)"OC;O"o.« Ora

0>T3

% DE VARIACIÓN DE (lo ) vs ESTADO INICIAL DE (lo )TABLA TT-C-H75CMO-01

50,00% -40,00% .30,00% .20,00% -10,00% .0,00% -

-10,00% -2,5 3 3,5 4 4,5

de Magnetización inicial (mA)

—»— Horno

5,5

Fig. TT-C-H750-40-F,

Las tendencias de la Fig. TT-NV~H750~40-F, corresponden a las

condiciones de la Tabla TT-NV-H750-40-01.- pg.215.

% DE VARIACIÓN DE (lo ) vs ESTADO INICIAL DE (loTABLATT-NV-H750-40-01

"o• o

O)T3

30,00%

20,00%

10,00%

0,00%

-10,00%2,5 2,7 2,9 3,1 3,3 3,5 3.7 3.9

I de magnetización inicial (mA)

ri»— Horno ;

4.3 4,5

Fig. TT-NV-H750-40-F,

Las tendencias de la Fig. TT-P-H750-40-F, corresponden a las condiciones

de la Tabla TT-P-H750-40-01. pg.216.

Page 167: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-163-

% DE VARIACIÓN DE (lo ) vs ESTADO INICIAL DE (lo )TABLATT-P-H750-40-G1

u•S o-5 *•* ~oo•o

50,00%40,00% -30,00% -20,00% •10,00%0,00% -

I de Magnetización inicial (mA)

i —*— Horno :

Fig. TT-P-H750-40-F,

Las tendencias de la Fig, TT-A-H750-40-F, corresponden a las condiciones

de la Tabla TT-A-H750-40-01. pg.217.

0)•oc'.2"o

0)•O

% DE VARIACIÓN DE (lo ) vs ESTADO INICIAL DE (lo

TABLA TT-A-H750-40-01

40,00% -

30,00% ..

20,00% -

10,00% .

0,00% -

-10,00% -3 4 4,5 5

I de Magnetización inicial (mA)

-^- Horno

5,5

Fig. TT-A-H750-40-F,

Las tendencias • de la Fig. TT-NG-H750-40-F, corresponden a las

condiciones de la Tabla TT-NG-H750-40-01. pg.217.

Page 168: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-164-

0)•oc

fc2'otro'L.ro><D

% DE VARIACIÓN DE (lo ) vs ESTADO INICIAL DE (loTABLATT-NG-H750-4Q-01

25,00%20,00%15,00%10,00%

5,00%0,00%

-5,00%-10,00%

6,5 7 7,5 8 8,5 9 9.5

I de Magnetización inicial (mA)

r Horno

Fig. TT-NG-H750-40-F,

4.1.6.- RESULTADOS DEL TRATAMIENTO T É R M I C O DE LAS MUESTRAS C,

NY, P, A, NG, DURANTE 60 MTN A 800°C Y E N F R I A M I E N T O EN

HORNO, YESO Y AIRE.

Los datos se encuentran tabulados en las tablas: TT-C-HYA800-60-01,

pg.218, TT-NV-HYA800-60-01, pg.219, TT-P-HYA800-60-01. pg.220, TT-A-

HYA800-60-01, pg.221, TT-Ng-HYA800-60-01, pg,222, Son tomadas de acuerdo

a las condiciones de la sección 3.1.2.6. y se muesíran en el ííem 6.1.6 del

APÉNDICE A.

Las tendencias de los, tratamientos especificados se muesíran en la

siguiente sección.

Page 169: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -165-

4.1.6.1 Curvas de tendencias de los tratamientos realizados.

Las tendencias de la Fig. TT-C-HYA800-60-F, corresponden a las

condiciones de la Tabla TT-C-HYA800-60-01. pg.218.

% DE VARIACIÓN DE ( lo ) vs ESTADO INICIAL DE (lo

TABLATT-C-HYA800-60-01

OíTJ

50,00%

40,00%30,00%

20,00%

10,00%0,00%

-10,00%-20,00%

2,5 3,5 4 4,5

I de Magnetización (mA)5,5

. Horno .Yeso . Aire 1

Fig. TT-C-HYA800-60-F.

Las tendencias de la Fig. TT-NV-HYA800-60-F, corresponden a las

condiciones de la Tabla TT-NV-HYA800-60-01. pg.219.

% DE VARIACIÓN DE ( lo } vs ESTADO INICIAL DE (lo )

TABLATT-Nv-HYA800-60-01

OJTI

03T3

40,00%30,00%20,00%10,00%

0,00%-10,00%-20,00%-30,00%-40,00% -

2,5 2,7 2,9 3,1 3,3 3,5

I de Magnetización (mA)3,7 3,9 4,1

.Horno • Yeso • Aire]

Fig. TT-Nv-HYASOO-GO-F.

Page 170: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -166-

Las tendencias de la Fig. TT-P-HYA800-60-F, corresponden a las

condiciones de la Tabla TT-P-HYA800-60-01. pg.220,

%D

60,00% -Q>•o= 40,00% .oro n 90 Ofl%

ro"^ 0 00% -T5

^ -20 00% .

E VARIACIÓN DE ( lo ) vs ESTADO INICIAL DE (lo )TABLA TT-P-HYA800-60-01

. ^eC -A— -~ — ' — i- ^ T^f^

Pl ¡v-^ — I — («t Ü jy^^

^¿^^¿^^<tt£L_^

3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6

I de Magnetización (mA)

• Horno _&_Yeso —A— Aire I

Fig. TT-P-HYA800-60-F.

Las tendencias de la Fig. TT-A-HYA800-60-F, corresponden a las

condiciones de la Tabla TT-A-HYA800-60-01. pg.221.

O)TD

;O'o

30,00%

20,00% -

10,00% -

0,00% -

-10,00% -

-20,00% .-30,00% -

% DE VARIACIÓN DE ( lo ) vs ESTADO INICIAL DE (loTABLA TT-A-HYA800-60-01

3,5 4,5 5I de Magnetización (mA)

-Horno a Yeso -Aire

Fig. TT-A-HYA800-60-F.

Page 171: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -167-

Las tendencias de la Fig. TT-Ng-HYA800-60-F, corresponden a las

condiciones de la Tabla TT-Ng-HYA800-60-01. pg.222.

cu-T3

% DE VARIACIÓN DE (lo ) vs ESTADO INICIAL DE (lo )TABLATT-Ng-HYA800-60-01

30,00%

20,00%

10,00%0,00%

-10,00%-20,00%

-30,00%7 8 9 10

I de Magnetización (mA)

-*— Horno —o—Yeso _ü_AÍre~|_..„ I

Fig. TT-Ng-HYA800-60-F.

11

4.1.7 RESULTADOS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO DE LAS MUESTRAS C,

NV; P, A, NG, DURANTE 60 MIN A 700°C Y ENFRIAMIENTO EN

HORNO, YESO Y AIRE.

Los datos se encuentran en las tablas: TT-C-HYA700-60-01, pg.224, TT-

Nv-HYA700-60-01, pg.225, TT-P-HYA700-60-01 , pg.226, TT-A-HYA700-60-01,

pg.227, TT-Ng-HYA700-60-01, pg.227, Son tomados de acuerdo a las

condiciones de la sección 3.1.2.7. y se muestran en el ítem 6.1.7 del APÉNDICE

A.

Las tendencias de los tratamientos especificados se muestran en la

siguiente sección.

Page 172: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -168-

4.1.7.1 Curvas de tendencias de los tratamientos realizados.

Las tendencias de la Fig. TT-C-HYA700-60-F, corresponden a las

condiciones de la Tabla TT-C-HYA700-60-01. pg.224.

c•o'ü•£ o£ Oí•** -o

% DE VARIACIÓN DE (lo ) vs ESTADO INICIAL DE (lo

TABLATT-C-HYA700-60-01

40,00% -30,00% -,20,00% -10,00% -

0,00%-10,00% J

2,5 3 3,5 4

I de Magnetización {mA)

>— Horno —H—Yeso —¿j—Aire

Fig. TT-C-HYA700-60-F,

Las tendencias de la Fig. TT-Nv-HYA700-60-F, corresponden a las

condiciones de la Tabla TT-Nv-HYA7ÜO-60-01. pg.225.

0)TJC

;O'o

"D

% DE VARIACIÓN DE ( lo ) vs ESTADO INICIAL DE (lo )TABLA TT-Nv-HYA700-60-01

40,00%30,00% .20,00% .10,00% .0,00% J

-10,00%-20,00% .

2,5 2,7 2,9 3,1 3,3 3,5 3,7 3,9

I de Magnetización (mA)

[—*— Horno —e— Yeso —¿— Aire

4,1 4,3 4,5

:ig. TT-NV-HYA700-60-F,

Page 173: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -169-

Las tendencias de la Fig. TT-P-HYA700-60-F, corresponden a las

condiciones de la Tabla TT-P-HYA700-60-01. pg.226.

% DE VARIACIÓN DE ( lo ) vs ESTADO INICIAL DE (loTABLA TT-P-HYA700-60-01

c'O'o• S o

50,00% -40,00% -30,00% .20,00% .10,00% .0,00% .

-10,00% -3,5 4,5 5,5 6,5

I de Magnetización (mA)

• Horno -Yeso -Aire

Fig. TT-P-HYA700-60-F,

Las tendencias de la Fig. TT-A-HYA700-60-F, corresponden a las

condiciones de la Tabla TT-A-HYA700-60-01, pg.227.

T3

C;O'o

• S oro

03"O

% DE VARIACIÓN DE ( lo ) vs ESTADO INICIAL DE (lo )TABLA TT-A-HYA700-60-01

30,00% -

20,00% .

10,00% -

0,00% --10,00% -

-20,00% .

de Magnetización (mA)

-Horno -a— Yeso -A-Aire

Fig. TT-A-HYA700-60-F,

Page 174: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -170-

Las tendencias de la Fig. TT-Ng-HYA700-60-F, corresponden a las

condiciones de [a Tabla TT~Ng-HYA700~60~01. pg.227.

13C*g'o•s oC3>O)•o

% DE VARIACIÓN DE (lo ) vs ESTADO INICIAL DE (lo )TABLA TT-Ng-HYA700-60-01

15,00% -

10,00% -

5,00% .

0,00% -

-5,00% .

-10,00% J7,5 9,5 10 10,5

S de Magnetización (mA)

• Horno Yeso -Aire

Fig. TT~Ng-HYA700-6Q-F,

4.1.8.- RESULTADOS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO DE LAS MUESTRAS C,

NV, P, A, NG, DURANTE 100 MIN A 750°C Y ENFRIAMIENTO EN

HORNO.

Los datos se encuentran en las tablas: TT-C-H750-100-01, pg.228, TT-Nv-

H750-100-01, pg.229, TT-P-H750-100-01, pg.230, TT-A-H750-100-01, pg.230,

TT-Ng-H750-100-01, pg.231, Son tomados de acuerdo a las condiciones de la

sección 3.1.2.8. y se muestran en el ítem 6.1.8 del APÉNDICE A.

Las tendencias de los tratamientos especificados se muestran en la

siguiente sección.

Page 175: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -171-

4.1.8.1-Curvas de tendencias de los tratamientos realizados.

Las tendencias de la Fig. TT-C-H750-100-F, corresponden a (as

condiciones de ia Tabla TT-C-H750-100-01. pg.228.

% DE VARIACIÓN DE { lo ) vs ESTADO INICIAL DE (loTABLATT-C-H750-100-01

50,00% .

40,00% -

30,00% -

20,00% -'

10,00% -

0,00% -3,5 4 4,5

I de Magnetización (mA)5,5

Fig. TT-C-H750-100-F,

Las tendencias de ia Fig. TT-Nv-H750-100-F, corresponden a las

condiciones de ia Tabla TT~Nv-H750-100-01. pg.229.

DE VARIACIÓN DE ( lo ) vs ESTADO INICIAL DE (lo )TAB LA TT-Nv-H750-100-01

Q)•o

o(O

50,00% -40,00% .30,00% J20,00% J10,00% .0,00% J

-10,00% .2,5 3,5 4

I de Magnetización (mA)4,5

• Horno

5,5

Fig. TT-NV-H750-100-F,

Page 176: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -172-

Las tendencias de la Fig. TT-P-H750-100-F, corresponden a las

condiciones de la Tabla TT-P-H750-100-01. pg.230.

% DE VARIACIÓN DE {lo ) vs ESTADO INICIAL DE (loTABLA TT-P-H750-100-01

! RJ

>O)

"O

50,00% -40,00% -30,00% -

o 20,00% -10,00%

0,00% --10,00% -

2,5 3,5 4 4,5

de Magnetización (mA)5,5

• Horno

Fig. TT-P-H750-100-F,

Las tendencias de la Fig. 'TT-A-H750-100-F, corresponden a las

condiciones de la Tabla TT-A-H750-100-01. pg.230.

% DE VARIACIÓN DE ( lo } vs ESTADO INICIAL DE (loTAB LA TT-A-H750-100-01

T340,00% -.

v| 30,00% :'u '~ o 20,00% .roo 10,00% --o35 0,00% -

4,5 5 5,5 6

I de Magnetización (mA)

. Horno

6,5 7,5

Fig. TT-A-H750-100-F,

Page 177: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -173-

Las tendencias de la Fig. TT~Ng~H750-100-F, corresponden a las

condiciones de la Tabla TT-Ng-H750~100-01. pg.231.

;O'o

r °> -§O)

•D

% DE VARIACIÓN DE ( lo ) vs ESTADO INICIAL DE (lo )TABLA TT-Ng-H750-100-01

10,00% ..

5,00% - -

0,00% - -

-5,00% .-

-10,00% - -

-15,00% -6,5 7 7,5 8

I de Magnetización (mA)9,5 10

• Horno

Fig. TT-Ng~H750-100-F,

Page 178: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -174-

4.1.9 EVALUACIÓN DE LOS FACTORES DE DIVERSIDAD DE LAS

MUESTRAS ANTES Y DESPUÉS DEL TRATAMIENTO TT-H750-40.

Tabla RES1-DIVER-TTH750-40, véase apéndice A, sección 6.1.5

Tabla RES1-DIVER-TTH750-40Resumen de parámetros de diversidadTratamiento: TT-H750-40

Factores antes del tratamiento.

FactorDivers.

Unid MuestraC

MuestraNv

MuestraP

MuestraA

MuestraNg

lo

-'°min

-*°max

% min .

°/ómax.

A/o

A/o%

mA

mA

mA

%

%

mA

%

3,34

2,74

5,52

81,9%

165,1%

2,78

83,1%

3,16

2,67

4,13

84,6%

130,9%

1,46

46,3%

3,87

3,06

6,09

79,1%

157,5%

3,03

78,4%

4,73

3,59

5,78

75,8%

122,1%

2,19

46,3%

8,71

6,59

11,00

75,7%

126,3%

4,41

50,7%

Factores después del tratamiento.

lo

•*°min

-*°max

%min.

% rnax .

A/o

A/o%

mA

mA

mA

%

%

mA

%

2,82

2,70

3,03

95,8%

107,5%

0,33

1 1 ,7%

2,85

2,66

3,02

93,3%

105,9%

0,36'

12,6%

3,27

2,96

3,64

90,5%

111,3%

0,68

20,8%

3,76

3,56

4,00

94,6%

106,3%

0,44

1 1 ,7%

8,44

6,37

11,34

75,5%

134,4%

4,97

58,9%

Page 179: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -175-

4.1.10 EVALUACIÓN DE LOS FACTORES DE DIVERSIDAD DE LAS

MUESTRAS ANTES Y DESPUÉS DEL TRATAMIENTO TT-HYASOÜ-60.

Tabla RES1-DIVER-TT-HYA800-60, véase apéndice A, sección 6.1.6

Tabla RES1-DIVER-TT-HYA800-60Resumen de parámetros de diversidadTratamiento: TT-HYA800-60

Factores antes del tratamiento.

FactorDivers.

Unid - MuestraC

MuestraNv

MuestraP

MuestraA

MuestraNg

To

-*°rnin

•*°max

%rnin.

%max..

A/o

A/o%

mA

mA

mA

%

%

mA

%

3,63

2,80

5,56

77,2%

153,2%

2,76

76,1%

3,15

2,73

3,88

86,8%

123,3%

1,15

36,6%

4,17

3,11

6,05

74,6%

145,0%

2,94

70,5%

4,31

3,69

5,60

85,7%

130,0%

1,91

44,3%

8,76

6,45

11,18

• 73,6%

127,6%

4,73

54,0%

Factores después del tratamiento.

lo

*°mm

•*0max

%min.

%max.

A/o

A/o%

mA

mA

mA

%

%

mA

%

2,90

2,69

3,08

92,7%

106,1%

0,39

13,4%

2,82

2,69

3,26

95,3%

115,5%

0,57

20,2%

3,20

2,97

3,44

92,8%

107,5%

0,47

14,7%

4,07

3,85

4,35

94,6%

106,9%

0,50

12,3%

8,85

6,64

11,00

75,0%

124,3%

4,36

49,3%

Page 180: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-176-

4.1.11 EVALUACIÓN DE LOS FACTORES DE DIVERSIDAD DE LAS

MUESTRAS ANTES Y DESPUÉS DEL TRATAMIENTO TT-HYA7ÜO-60.

Tabla RES1-DIVER-TT-HYA700-60, véase apéndice A, sección 6.1.7

Tabla RES1-DIVER-TT-HYA700-60Resumen de parámetros de diversidadTratamiento: TT-HYA700-60

Factores antes del tratamiento.

FactorDivers.

Unid MuestraC

MuestraNv

Muestra

PMuestra

AMuestra

Ng

To

•"'min

-*°max

%min.

%max.

A/o

A/o%

mA

mA

mA

%

%

mA

%

3,64

2,86

4,54

78,5%

124,7%

1,68

46,1%

3,45

2,86

4,43

83,0%

128,5%

1,57

45,5%

4,50

3,05

5,87

67,8%

130,6%

2,82

62,7%

4,37

3,65

5,35

83,5%

122,3%

1,70

38,9%

8,55

7,20

10,39

84,2%

121,5%

3,19

37,3%

Factores después del tratamiento.

lo

•"^min

•*omax

%min .

% max .

A/o

A/o%

mA

mA

mA

%

%

mA

%

3,06

2,83

3,54

92,6%

115,9%

0,71

23,2%

3,02

2,80

3,88

92,6%

128,3%

1,08

35,7%

3,46

3,11

3,76

89,8%

108,5%

0,65

18,8%

4,02

3,69

4,44

91,7%

110,4%

0,75

18,6%

8,59

6,45

11,18

75,1%

130,2%

4,73

55,1%

Page 181: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -177-

4.1.12 EVALUACIÓN DE LOS FACTORES DE DIVERSIDAD DE LAS

MUESTRAS ANTES Y DESPUÉS DEL TRATAMIENTO TT-H750-100.

Tabla: RES1-DIVER-TT-H750-100, véase apéndice A, sección 6.1.8

Tabla RES1-DIVER-TT-H750-10QResumen de parámetros de diversidadTratamiento: TT-H750-100

Factores antes del tratamiento.

FactorDivers.

Unid MuestraC

MuestraNv

MuestraP

MuestraA

MuestraNg

lo

-*°min

•*°max

%min.

% max .

A/o

A/o%

mA

mA

mA

%

%

mA

%

4,31

3,03

5,70

70,3%

132,3%

2,67

62,0%

3,72

2,80

5,12

75,3%

137,8%

2,32

62,4%

4,25

2,92

5,90

68,8%

139,0%

2,98

70,2%

5,48

4,22

7,25

77,1%

132,4%

3,03

55,3%

8,54

6,95

9,57

81,4%

112,0%

2,62

30,7%

Factores después del tratamiento.

lo

•*°mín

*°max

%min.

% max .

A/o

A/o%

rnA

mA

mA

%

%

mA

%

3,01

2,80

3,15

93,2%

104,8%

0,35

11,6%

2,88

2,75

2,99

95,6%

103,9%

0,24

8,3%

3,19

3,06

3,37

95,8%

105,5%

0,31

9,7%

4,13

3,58

5,12

86,6%

123,9%

1,54

37,3%

8,79

6,72

10,39

76,5%

118,2%

3,67

41,8%

Page 182: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-178-

En forma general se observa que los factores de diversidad de las

muestras tratadas ( C, Nv, P y A ), presentan mejoría en las propiedades

magnéticas para todos los tratamientos especificados dentro del intervalo de

prueba ( 700°C - 800°C ). Los factores que corresponden al enfriamiento en

horno son menores que los correspondientes a los enfriamientos en yeso y aire,

en tal razón únicamente se evalúan los factores para los medios de enfriamiento

en horno.

En la sección siguiente se determina con estos parámetros el tratamiento

más adecuado.

4.2 DETERMINACIÓN DEL PROCESO DE RECOCIDO ÓPTIMO.

4.2.1 SELECCIÓN DE MUESTRAS ÓPTIMAS

Para realizar la selección de las muestras óptimas luego de un proceso de

tratamiento es imprescindible considerar en todo momento la incidencia de los

siguientes factores.

Diversidad de las muestras.- Las propiedades magnéticas de las

muestras de un mismo material difieren entre sí. Véanse los valores de la

corriente magnetizante para el lote de 15 muestras escogidas al azar para los

cinco tipos de materiales en la tabla P-DIVERS-02. ítem 6.1.1 del APÉNDICE A.

En todos los casos analizados; para cada material, existe una muestra que

presenta un valor mínimo de corriente magnetizante (Iom-m } y un valor máximo de

(/0max)i V Ia mayor parte de muestras presentan sus valores alrededor de un

valor promedio de la corriente magnetizante (lo). En el material tipo " C", para un

valor de 100% de (lo), se tiene un valor mínimo equivalente al 89.4% de (lo) y un

valor máximo de 121.3% de (lo), y la diferencia entre los valores máximos y

Page 183: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-179-

mínimos pueden encontrarse dentro del intervalo de variación porcentual (A/b%)

igual a 31.9%, véase los valores de los parámetros para los otros materiales en la

tabla P-RES-DIVERS-02. de la sección 4.1.1.

Debido a que los factores de diversidad no permiten trazar curvas

totalmente continuas, se trazan curvas que determinan las tendencia de las

propiedades frente a cada tipo de tratamiento.

Debe notarse que los factores de diversidad, dependen de la naturaleza del

material alcanzada por determinado fabricante. Este hecho obliga a que el

tratamiento sea realizado con la mayor cantidad de muestras posibles.

Otro factor que provoca alteraciones en las propiedades magnéticas son

los efectos de la deformación plástica y la introducción de tensiones internas,

causadas por dobleces y cortes en los procesos de manufactura. Este factor es

menos crítico que el de la diversidad puesto que se puede controlar con mayor

facilidad, y sus valores son mucho menores que los factores de diversidad . En la

tabla P-VEDP-02, ítem 6.1.2, APÉNDICE A, Se presenta valores de corriente de

magnetización correspondientes a muestras que han sufrido dobleces extremos y

posteriores aplanamientos, que no son comparables con los de la confección de

la muestra.

Este último factor conduce a tomar las debidas precauciones para la

manipulación en la confección y en el manejo de las muestras en los tratamientos,

véase la sección 3.1.1.

4.2.2 DETERMINACIÓN DEL RECOCIDO ÓPTIMO.

El Recocido óptimo corresponde al tratamiento que se le debe aplicar a la

muestra para que las pérdidas de histéresis sean reducidas al máximo, o reducir

al máximo el lazo de histéresis.

Page 184: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-180-

La reducción del lazo, se determina, cuando después del tratamiento

térmico, la corriente de magnetización ( lo ) disminuye para un valor fijo de

inducción magnética ( B ), por ello todas las mediciones antes y después de los

tratamientos establecidos en el procedimiento descrito en la sección 3.1 de la fase

eléctrica serán realizados manteniendo fijo el valor del voltaje aplicado, para

mantener constante el valor de la inducción magnética.

Para determinar ios parámetros de temperatura, tiempo de calentamiento y

medio de enfriamiento del recocido óptimo se analizan los curvas de tendencias

de la sección anterior.

En las curvas de tendencias del tratamiento: TT-YA750-X. Véanse las fig.

de la sección 4.1.3.1. En ellas se observa leves tendencias de mejoría de las

propiedades magnéticas con el aumento del tiempo de calentamiento, los picos se

deben a la diversidad del material y al tipo de enfriamiento. En resumen a mayor

tiempo de calentamiento se tendrá mejores propiedades magnéticas.

El tiempo de calentamiento depende del volumen de las muestras, en el

caso de este estudio las muestras tienen un volumen mínimo, lo que contribuye a

que la transmisión de calor en toda la muestra se realice rápidamente. Para la

búsqueda del rango de temperatura del recocido se toma el tiempo de 20 min en

donde se empieza a observar cambios por efecto del tratamiento.

En el tratamiento: TT-HYAX-20, de los materiales ( C, Nv, P, y A ), se

observa que los cambios en las propiedades magnéticas empiezan a presentarse

en mayor magnitud a partir de los 600°C hasta los 900°C, a excepción del

material ( Ng ), en el cual hay cambios importantes a partir de ios 400°C y no se

puede determinar el rango de temperaturas de prueba, puesto que el

deterioramiento que presenta introduce otras variables sobre el análisis, el

material ( Ng ) como se verá más adelante no tiene tendencias. Con estos datos

se determina tratamientos del recocido con las temperaturas de calentamiento

promedio de 700, 750 y 800°C.

Page 185: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-181-

Antes de proceder con los tratamientos a las temperaturas especificadas se

observa qué sucede con los factores de diversidad de las muestras cuando se les

aplica el mismo recocido, para ello se realiza el tratamiento: TT-H750-40. Los

resultados de este tratamiento confirman que las muestras que tienen condiciones

iniciales deficientes, presentan después del tratamiento una mejoría mucho mayor

que las muestras cuya condición inicial presentaba propiedades convenientes.

Esto significa que el tratamiento homogeniza las propiedades de todo el material.

Puede verse las curvas de la sección 4.1.5.1.

Los factores de diversidad correspondientes a las muestras del tratamiento

mencionado, se muestran en la Tabla RES2-DIVER-TT-H750-40.

Tabla RES2-DIVER-TT-H75Ü-40

Tabla RES2-DIVER-TT-H750-40Resumen de parámetros de diversidadTratamiento: TT-H750-40

Factor

Divers.

Unid Muestra

C

Muestra

Nv

Muestra

P

Muestra

A

Muestra

Ng

Factores antes del tratamiento. •

loantes

A/o%antes

mA

%

3,34

83,1%

3,16

46,3%

3,87

78,4%

4,73

46,3%

8,71

50,7%

Factores después del tratamiento.

Jodesp.

A/o%desp.

mA

%

2,82

1 1 ,7%

2,85

12,6%

3,27

20,8%

3,76

11,7%

8,44

58,9% '

En este caso se tiene una mejoría en las propiedades magnéticas, ya que

se logra mayor homogeneidad en las muestras y se reducen los valores promedio

de la corriente de magnetización para un mismo valor de inducción magnética

para los materiales C, Nv, P, y A, a excepción del material Ng.

Page 186: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-182-

Tratamiento a 800°C.- Se realiza con la aplicación del tratamiento: TT-

HYA800-60, a los materiales ( C, Nv, P, A y Ng ).

ios resultados de las tendencias de las figuras de la sección 4.1.6.1 revelan

que para las muestras ( C, Nv, P, A ), la tendencia de mejoría de las propiedades

es mayor para el tipo de enfriamiento al Horno que en los otros sistemas de

enfriamiento.

Para los sistemas de enfriamiento en yeso y aire también se observan

mejorías pero no en la magnitud del enfriamiento en horno. Los picos de sierra de

las curvas del enfriamiento en aire y yeso son mayores que los que se presentan

en la curva de enfriamiento a! horno.

Debido a que la característica común del material Ng, es su antigüedad y

la existencia de secciones irregulares invadidas por capas de óxido, las pruebas

no proyectan tendencias apreciables. Puesto que existen muestras que mejoran y

otras que empeoran sus condiciones iniciales luego de aplicado el tratamiento,

probablemente se deban a la presencia de impurezas.

El resumen de los factores de diversidad correspondientes al tratamiento

TT-HYA800-60 y enfriamiento en horno, se muestran en la tabla RES2-DIVER-

TT-HYA800-60, pg. 183.'

Tratamiento a 700°C.- Se realiza con la aplicación del tratamiento: TT-

HYA700-60, a los materiales ( C, Nv, P, A y Ng ).

Los resultados de las tendencias de las figuras de la sección 4.1.7.1, para

las muestras ( C, Nv, P, A ), continúan revelando que la tendencia de mejoría de

las propiedades es mayor para el tipo de enfriamiento al Horno que en los otros

sistemas de enfriamiento, pero en este caso [os factores de diversidad alcanzados

son aún mayores que los valores del tratamiento a 800°C, y los valores

conseguidos de la corriente de magnetización son mayores, por tanto es más

conveniente utilizar la temperatura de 800°C para los tratamientos que la

Page 187: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-183-

temperatura de los 700°C. Esto se aplica para los materiales ( C, Nv, P, y Am ).

En cuanto al material Ng. El tratamiento ha empeorado la diversidad del material

original.

Igual que en el caso de la temperatura de recocido de 800°C, Para los

sistemas de enfriamiento en yeso y aire también se observan mejorías pero no

en la magnitud del enfriamiento en horno

El resumen de los factores de diversidad correspondientes al tratamiento

TT-HYA700-60, con enfriamiento en horno se muestran en la tabla RES2-D1VER-

TT-HYA700-60. pg. 184.

Tabla RES2-DIVER-TT-HYA80Q-60

Tabla RES2-DIVER-TT-HYA800-60Resumen de parámetros de diversidadTratamiento; TT-HYA800-60

Factor

Dívers.

Unid MuestraC

MuestraNv

MuestraP

MuestraA

MuestraNg

Factores antes del tratamiento.

Toantes

A/o%antes

mA

%

3,63

76,1%

3,15

36,6%

4,17

70,5%

4,31

44,3%

8,76

54.0%Factores después del tratamiento.

lodeso.

A/o%desp.

mA

%

2,90

13,4%

2.82

20,2%

3,20

14,7%

4.07

12.3%

8,85

49,3%

Page 188: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Tabla RES2-DIVER-TT-HYA700~60

Página-184-

Tabla RES2-DIVER-TT-HYA700-60Resumen de parámetros de diversidadTratamiento: TT-HYA700-60

FactorDivers.

Unid MuestraC

MuestraNv

MuestraP

MuestraA

MuestraNg

Factores antes del tratamiento.

Jóantes

A/o%antes

mA

%

3,64

46,1%

3,45

45,5%

4,50

62,7%

4,37

38,9%

8,55

37,3%Factores después del tratamiento.

Jodesp.

desp.

mA

%

3,06

23,2%

3,02

35,7%

3,46

18,8%

4,02

18,6%

8,59

55,1%

Tratamiento a 750°C.- Se realiza con la aplicación del tratamiento; TT-

H750-100, a los materiales ( C, Nv, P, A y Ng ).

Las figuras de la sección 4.1.8.1 revelan que para las muestras de los

materiales ( C, Nv, y P ), se presenta una notable tendencia de mejoría de las

propiedades, casi es posible trazar una curva sin picos exagerados, esto muestra

que los factores de diversidad son mas bajos. Para la muestra A, se observa que

permanece la tendencia de mejoría pero persisten los picos de mayor tamaño, lo

que muestra que los factores de diversidad son altos. Y que aún no se observa

homogeneidad en las muestras del material A. Para el material Ng, se observa

una leve mejoría en las muestras que presentan valores bajos de corriente de

magnetización o ( muestras que están en mejor estado ) y las muestras que están

en mal estado, el tratamiento ha provocado un empeoramiento de sus

propiedades.

Page 189: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-185-

El resumen de los factores de diversidad correspondientes al tratamiento

TT-H750-100 se muestran en la siguiente tabla.

Tabla RES2-DIVER-TT-H750-100

Tabla RES2-DIVER-TT-H750-100Resumen de parámetros de diversidadTratamiento: TT-H750-100

FactorDivers.

Unid MuestraC

MuestraNv

MuestraP

MuestraA

MuestraNg

Factores antes del tratamiento.

Joantes

antes

mA

%

4,31

62,0%

3,72

62,4%

4,25

70,2%

5,48

55,3%

8,54

30,7%Factores después del tratamiento.

lodesp.

desp.

mA

%3,01

11,6%

2,88

8,3%

3,19

9,7%

4,13

37,3%

8,79

41,8%

Del análisis de los valores de este último tratamiento se concluye que es

más conveniente utilizar la temperatura de recocido de 750°C que utilizar la

temperatura de 800° C.

Si comparamos ios resultados de los tratamientos TT-H750-40 y TT-H750-

100, para fas muestras ( C, Nv, P ), se concluye que para homogeneizar las

muestras magnéticas de un mismo material es más conveniente recocer las

muestras a 100 minutos que a 40 minutos, véanse las tablas RES2-DIVER-TT-

H750-100 y RES2-DIVER-TT-H750-40, ios factores de diversidad son más bajos,

sin embargo, los valores promedio de la corriente de magnetización son muy

parecidos. Al considerar los costos de energía que se utilizan en ambos

tratamientos es más costoso aquel tratamiento que mantiene un tiempo de

recocido mayor. En estas circunstancias es conveniente el tratamiento TT-H750-

40.

Page 190: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-186-

Por tanto el Recocido óptimo para las muestras C, Nv, P y A, es la

aplicación de una temperatura de recocido de 750°C con enfriamiento en Horno y

una duración de recocido, que depende del volumen de la muestra tratada, en el

caso de este estudio la duración es alrededor de los 40 minutos.

4.3 DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS

MAGNÉTICAS DE LA MUESTA FINAL

Las mediciones de las propiedades magnéticas de los materiales

industriales para aplicación en máquinas eléctricas, se realizan utilizando circuitos

eléctricos y magnéticos, con equipos patrones, y muestras confeccionadas en

forma normalizada como se especifica en la sección 2.4 con título Modelos y

selección.

Para medir las propiedades magnéticas de los materiales se requiere

conformar un circuito magnético cuyo núcleo se encuentre confeccionado por las

chapas del material estudiado con formas y dimensiones estándares en forma del

aparato de EPSTEIN o formando un núcleo estándar en forma de toroide. De esta

manera los valores que se determinan utilizando estos- procedimientos,

corresponden a un valor equivalente de todas las chapas que constituyen el

núcleo total sometido a prueba.

En este estudio, se ha construido un instrumento para detectar los cambios

de las propiedades magnéticas, basado en los principios de medición de los

métodos normalizados, y aplicado al estudio de muestras constituidas en una sola

lámina de dimensiones reducidas, con la finalidad de detectar cambios en forma

más sensible, lo que va en desmedro de la facultad de determinar, con una sola

medición el comportamiento equivalente del núcleo conformado por todas sus

chapas, pues no es factible anular los factores de diversidad que presentan las

chapas parciales.

Page 191: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-187-

La diversidad de [as propiedades magnéticas de los materiales

ferromagnéticos se presentan, debido a (a naturaleza intrínseca de la muestra

( composición, naturaleza de la estructura cristalina, estructura de granos,

orientación de los cristales ) en resumen las muestras de un mismo material no

presentan homogeneidad magnética. Adicionalmente otros factores externos

como los procesos de manufactura, las dimensiones de las láminas, las

condiciones del tratamiento térmico previo, y las variables externas como la

frecuencia y tipo de onda magnetizante, cambian las condiciones de medición de

las propiedades.

Debido a las razones expuestas, el alcance en este capítulo se limita a

determinar factores de corrección para obtener aproximaciones de las nuevas

curvas de propiedades magnéticas.

Las curvas de mayor aplicación, para la calificación de las propiedades

magnéticas de los materiales ferromagnéticos son: La curva dinámica de

magnetización y la curva de pérdidas totales del material.

El criterio utilizado para trazar la curva de magnetización dinámica

(B -/?(#)). se basa en las ecuaciones del capítulo 2, Ec 2.61 y 2.62, válidas

para un circuito magnético en forma general.

y H- — = I =h(H) Ec2.6i

Ec2.62.

En este estudio se determina las curvas de magnetización empleando las

variables del voltaje y la corriente.

A continuación se determina las curvas dinámicas de magnetización para el

material C, antes del tratamiento y después del tratamiento de recocido óptimo, en

función de fas variables de voltaje y corriente.

Page 192: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-203-

6.1.2 RESULTADOS DE PRUEBAS PARA VERIFICAR EL EFECTO DE LA

DEFORMACIÓN PLÁSTICA.

Tabla P-VEDP-02.

Mediciones eléctricas con el prototipo; ;Detector de cambio de propiedades magnéticas. { DECAPROMAG ).

1,-TEMA :

2,- OBJETIVOS :

Comportamiento de las muéla deformación plástica

Cuantificar los porcentajes ccondición inicial cuando un£simulando manipulaciones £

stras magnéticas con

Je cambio en las propiedades respecto de lamuestra es sometida a deformaciones plásticaseveras.

3.- DATOS GENERALES :Tabla : P-VEDP-02.Tipo de Material: NvCriterio aplicado : B = f (H), V = fl( B }, 1 ~ f2( H ),

Mediciones de ( lo }, manteniendo fijo Vp - 5,96 Vac, 60 Hz..

ítem

12

3

456

7

Muestra

419

2932

333639

lo AMa

3,333,453,433,343,413,443,34

T

( ° C )

AmbienteAmbienteAmbienteAmbienteAmbienteAmbienteAmbiente

Prueba

Deformación plástica

"

11

ii

11

n

lo D

mA

3,833,974,054,063,944,283,71

% variación Promedio

o//o

variación;'

15,02%'15,07%18,08%21,56%15,54%24,42%11,08%

17.25%

Page 193: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-204-

6.1.3 RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO DE LAS MUESTRAS C, NV, P,

A, NG, FRENTE AL CALENTAMIENTO A 750°C CON UNA DURACIÓN

VARIABLE Y ENFRIAMIENTO EN YESO Y AIRE.

Tabla ; TT-C-YA750-X-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG ).

V TITULO :

2,- OBJETIVOS :

Comportarmecalentamienten Yeso y AiEstablecerlasfrente al enfri;Cuantificar lo;condición ínicy enfriamientc

into de las muestras C, frente alo a 750°C con una duración variable y enfriamiento'e.tendencias del tratamiento al variar el tiempo de calentamiento

amiento en yeso y aire.; porcentajes de cambio en las propiedades respecto de laal por efecto del calentamiento a 750°C con una duración variablerápido en yeso y moderado en el aire.

3.- DATOS GENERALES : !;Tabla : TT-C-YA750-X-01Tipo de Material: C

Criterio aplicado : B = f (H), V = f1( B ), I = f2( H ),

Mediciones de ( lo ), manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz..

ítem

12

3

456

78

9

10

11

12

13

Muestra

10

25

30

45

48

69

24

32

44

99

46

88

108

lo A

( m A )

2,92,86

2,94

2,99

3,02

2,82

3,15

3,14

3,23

2,91

3,26

3,11

3,04

T

( ° C )

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

M. de

Enfr.

AireAireAireAireAireAire

YesoYesoYesoYesoYesoYesoYeso

t( mín )

1020406080

100

10

20

4040.60

80

100

lo D

( m A )

3,27

4,38

3,8

3,76

4,22

3,2

3,69

3,93

4,32

3,72

3,79

3,12

3,51

o//O

Variación,',

-12,76%-53,15%-29,25°/P-25,75%

-39,74%

-13,48%

-17,14%-25,16%

-33,75%

-27,84%-16,26%-0,32%':

-15,46%

Page 194: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página^OS-

TT-Nv-YA75Q-X-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG ).

1,- TITULO :

2,- OBJETIVOS :

Comportamí

calentamient

en Yeso y Ai

Establecer lasfrente al enfrieCuantificar lo;condición inicy enfríamientc

3nto de las muestras Nv, frente al

o a 750°C con una duración variable y enfriamiento

re.; tendencias del tratamiento al variar el tiempo de calentamientoamiento en yeso y aire. '5 porcentajes de cambio en las propiedades respecto de la ':al por efecto del calentamiento a 750"C con una duración varjable

> rápido en yeso y moderado en el aire.

3.- DATOS GENERALES :Tabla : TT-Nv-YA750-X-01Tipo de Material: Nv

Criterio aplicado : B = f (H), V = f1 { B ), I = f2( H },

Mediciones de ( lo }, manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz..

ítem

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Muestra

4

22

31

35

40

48

8

5

23

3

9

26

27

49

lo A( m A )

2,983

2,9

2,86

2,85

2,92

3,23

2,73

3,26

2,74

3,05

3,19

3,17

3,25

T

( ° C )

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

M. de

Enfr.

Aire

AireAireAireAireAire

YesoYesoYesoYesoYesoYeso

. YesoYeso

t( min )

10

20

40

60

80

100

10

10

20

40

40

60

80

100

lo D

( m A )

3,17

3,58

3,16

2,92

3,25

2,84

2,91

2,85

3,31

2,86

2,86

3,08

2,82

3,17

"/''«

Variación"*.

-6,3g%

-19.33%

-8,97%

-2,10%

-14.C[4%

2,7|%

9.91%

-4.4*0%

-1,53%

-4,3¡3%

6.23%

3.4g%

11,CÍ&%

2,4g%

/•;'

Tabla : TT-P-YA750-X-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG

1,- TITULO : Comportamiento de las muestras P, frente alcalentamiento 3 750°C con una duración variable y enfriamiento

en Yeso y Aire. ^

Page 195: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-206-

2,~ OBJETIVOS : Establecer lasfrente al enfri;Cuantíficar loscondición inicy enfriamientc

tendencias del tratamiento al variar el tiempo de calentamientoamiento en yeso y aire.; porcentajes de cambio en las propiedades respecto de laai por efecto del calentamiento a 750°C con una duración variablerápido en yeso y moderado en el aire. ' >

3.- DATOS GENERALES :Tabla ; TT-P-YA750-X-01Tipo de Material: PCriterio aplicado : B = f (H), V = f1( B ), I = f2( H ),

Mediciones de ( lo ), manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz..

ítem

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Muestra

3

24

29

30

33

35

59

51

38

17

48

49

lo A

( m A )

3,51

3,51

3,56

3,58

3,48

3,6

3,22

3,18

3,12

3,32

3,04

3,04

T

( ° C )

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

M. deEnfr.

AireAireAireAireAireAire

YesoYesoYesoYesoYesoYeso

t( min )

10

20

40

60

80

100

10

20

40

60

80

100

lo D

( m A )

3,384,16

3,91

3,49

3,59

3,45

3,35

3,38

3,55

3,31

3,4

3,05

%

Variacjón

3,70%

-18.5?%-9.83P/02,51 &-3,16%4,17%

;

-4,04%-6,29%

-13,78%

0,30d/P-11.84P/0-0,33%

i

Tabla : TT-A-YA750-X-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG ).

1,- TITULO :

2,-OBJETIVOS

Comportamiento de las muestras A, frente alcalentamiento a 750°C con una duración variable y enfriamientoen Yeso y Aire.Establecer las tendencias del tratamiento al variar el tiempo de calentamiento,frente al enfriamiento en yeso y aire.Cuantificar ios porcentajes de cambio en las propiedades respecto de lacondición inicial por efecto del calentamiento a 750°C con una duración variabley enfriamiento rápido en yeso y moderado en el aire. :

3.- DATOS GENERALES :Tabla :Tipo de Material:Criterio aplicado :

TT-A-YA750-X-01AB = f {H) ,V = f l {B ) , l = f2 (H) ,Mediciones de (lo ), manteniendo fijo Ve = 5.96 Vac, 60 Hz.

Page 196: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-207-

ítem

12

3

45

6

7

89

10

11

12

13

14

NQ

Muestra

311

12

19

10

23

22

24

6

30

16

36

34

42

lo A

( m A )

3,933,95

4,03

3,93

4,01

3,82

4,35

5,52

4,4

4,07

4,21

4,8

5,03

4,95

T

( ° C )

750750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

M. de

Enfr.

AireAireAireAireAire

• Aire

YesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYeso

t( min )

1020

40

60

80

100

10

20

40

40

60

80

100

100

lo D

( m A )

4,234,27

4,22

4,66

4,25

4,18

4,5

4,73

5,28

5,29

4,36

4,23

4,02

4,29

o//o

Variación

í-

-7,63,%-8,1 Q%

-4,7}%

-18,5,8%-5,9?,%

-9,4?%

-3,45%14,31%

-20,OP%-29,98%

-3,56%

11,88%20,0§%13,3^%

Tabla : TT-Ng-YA750-X-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG ).

1,- TITULO : Comportamiento de las muestras Ng, frente alcalentamiento a 750DC con una duración variable y enfriamientoen Yeso y Aire.

2,- OBJETIVOS : Establecer las tendencias del tratamiento al variar el tiempo de calentamientofrente al enfriamiento en yeso y aire. !':Cuantiflcar loscondición inicy enfriamiento

porcentajes de cambio en las propiedades respecto de la ;

al por efecto del calentamiento a 750°C con una duración variablerápido en yeso y moderado en el aire.

3.- DATOS GENERALES : ':'Tabla : TT-Ng-YA750-X-01Tipo de Material; NgCriterio aplicado ; B = f(H), V = f1( B ), I = f2( H ).

Mediciones de { lo ), manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz..

ítem

12

3

456

N°Muestra

48

18

21

2739

lo A

( m A )

6,75

6,78

6,89

6,9

6,86

6,68

T

( ° C )

750750

750

750

750750

M. de

Enfr.

AireAireAireAireAireAire

t( rnin )

1020 .406080

100

lo D

( m A )

6,886,85

7,32

7,18

6,666,59

°//pVariación

-1,9?%-1,03%-6,2£%-4,q.6%2.92%1,35%

¿«r

Page 197: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-208-

78

9

10

11

12

13

22

1

30

16

10

33

12

7,95

7,94

7,916,59

7,98

8,07

8,12

750

750

750

750

750

750

750

Yeso

Yeso'

YesoYeso

Yeso

YesoYeso

102040

. 40

60

80

100

7,89

8,1

7,87

6,96

7,21

7,95

8,38

0,75%

-2,02%

0,51%

-5.61%9,65%

1,49%

-3,20%

* 6.1.4 RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO DE LAS MUESTRAS C, NV, l>,

A, NG FRENTE AL CALENTAMIENTO A TEMPERATURA VARIABLE,

CON UNA DURACIÓN DE 20 MIN Y ENFRIAMIENTO EN HORNO,

YESO Y AIRE.

Tabla : TT-C-HYAX-20-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG ).

1r TITULO :

2,- OBJETIVOS :

Comportamiento de las rcalentamiento a temperade 20 min y enfriamientoEstablecer las tendenciascalentamiento en enfriamiCuantificar los porcentajescondición inicial para muéduración constante y enfri

nuestras C, frente a!tura variable X °C con una duraciónen Horno Yeso y Aire.

del tratamiento al variarla temperatura de=ntos al horno, yeso y aire.de cambio en las propiedades respecto de la

stra calentadas a diversas temperaturas conamiento en horno, yeso y aire.

3.- DATOS GENERALES :Tabla : TT-C-HYAX-20-01Tipo de Material: CCriterio aplicado : B = f (H), V = f1( B ), I = f2( H ),

Mediciones de ( lo ), manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz..

ítem

123

45

6

7

8

9

NO

Muestra

25

3132

4279

17

45

68

11

lo A

( m A )

3,152,973,14

3,63,08

3,05

2,99

3,6

3,3

T

( ° C )

300

400450

500

550

600

650

700

750

M. de

Enfr.

Horno

"HornoHornoHornoHorno

Horno

HornoHorno

Horno

t

( min )

202020

2020

20

2020

20

lo D

( m A )

3,11

3,033,153,543,263,11

3

3,3

2,82

%

Variación

1,27%-2,02%-0,32%1,67%

-5,84%

-1,97%-0,33%8,33%

14,55%

Page 198: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-209-

10

1112

13

14

15

16

17

18

1920

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

6

7

25

27

7

88

40

48

15

69

12

1749

23

60

30

44

13

65

14

36

10

71

3

8

27

3,5

3,053,11

3,052,893,113,2

3,023,052,883,273,112,9

3,6

3,49

4

2,9

3,233,054,463,053,153,232,773,044,93,05

800

850

900

300

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

300

400

450

500

550

600

650 '700 '750

800

850

900

HornoHornoHorno

YesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYeso

.AireAireAireAireAireAireAireAireAireAireAireAire

2020

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

3,2

2,894,1

3,13,033,123,333,222,932,822,922,8

3,1

4,13,7

42,953,322,964,373,1

2,8

2,992,793,1

4,5

4,3

8,57%5,25%

-31,83%

-1,64%-4,84%-0,32%-4,06%-6,62%3,93%-2,08%10,70%9,97%.-6,90%-13,89%-6,02%

0,00%-1,72%-2,79%2,95%2,02%-1,64%11,11%7,43%;

-0,72%.

-1,97%8,16%

-40,98%

Tabla : TT-Nv-HYAX-20-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. DECAPROMAG

V TITULO :

2,-OBJETIVOS :

Comportamiento de las muestras Nv, frente alcalentamiento a temperatura variable X °C con una duraciónde 20 min y enfriamiento en Horno Yeso y Aire.Establecer las tendencias del tratamiento al variar la temperatura decalentamiento en enfriamientos al horno, yeso y aire.Cuantificar los porcentajes de cambio en las propiedades respecto de lacondición inicial para muestra calentadas a diversas temperaturas conduración constante y enfriamiento en horno, yeso y aire.

3.- DATOS GENERALES :Tabla :Tipo de Material:Criterio aplicado

TT-Nv-HYAX-20-01

NvB = f(H), V = f 1 (B ) , I = f2( H

Page 199: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-210-

Mediciones de ( lo ), manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz..ítem

1

2

34

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

202122

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

Muestra

5

61

12

10

17

8

41

5

53

324

31

59

63

13

11

29

54

50

37

62

4817

28

11

5847

1

22

9

60

14

51

7

21

47

lo A

( m A )

2,71

3,54

2,733,5353,453,243,083,093,323,9

4,6

4,23

3,233,213,453,593,9143,273,083,0653,2653,815

4,5

4,13

3,7

3,133,463,5

2,963,213,16

3

3,043,7254,473,24

T

( ° C )

300

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

300

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

300400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

M. deEnfr.

HornoHornoHornoHornoHorno'HornoHornoHornoHornoHornoHornoHorno

YesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYeso

AireAireAireAireAireAireAireAireAireAireAireAire

t( min )

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

2020

lo D

( m A )

2,73

3,65

2,74

3,57

3,54

3,2452,822,72

2,77

2,7153,062,9

3,253,263,42

3,6053,92

3,0552,78

2,8452,9852,923,923,86

3,7

3,273,353,5

3

3,0152,962,652,86

3,2953,474,16

o//o

Varíaciqn

-0,74%

-3,11%

-0,37%

-0,99%

-2,61%

-0,15%

8,44%

11,97%

16,57%

30,38%33,48%31,44%

-0,62%-1,56%0,87%

-0,42%

-0,15%

6,57%9,74%7,18%8,58%

23,46%

12,89%6,54%

0,00%-4,47%3,18%0,00%-1,35%6,07%6,33%11,67%

5.92%11,54%

22,37%-28,40%

Tabla : TT-P-HYAX-20-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG

1,- TITULO : Comportamiento de las muestras P, frente al

Page 200: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-211-

calentamiento a temperatura variable X °C con una duraciónde 20 min y enfriamiento en Horno Yeso y Aire,

2,- OBJETIVOS : Establecer las tendencias del tratamiento al variar la temperatura decalentamiento en enfriamientos al horno, yeso y aire.Cuantificar los porcenta es de cambio en las propiedades respecto de lacondición inicial para muestra calentadas a diversas temperaturas conduración constante y enfriamiento en horno, yeso y aire.

3.- DATOS GENERALES :Tabla : TT-P-HYAX-20-01Tipo de Material: PCriterio aplicado : B = f (H), V = f1 ( B ), I = f2( H ),

Mediciones de ( lo }, manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz..ítem

1234

5

6

7

8

9

10

11

12

131415161718192021222324

252627

2829

30

31

32

33

Muestra

19463962212

3731

212938

271226635912353016233644

2957

24

19

38

164348

7

lo A

( m A )

4,294,835,035,344,524,494,63

4,9755,2

4,495,525,61

4,214,824,985,364,554,74,6

4,884,9

4,385,455,6

4,034,764,865,2

4,464,264,644,785,3

T

{ ° C }

300

400450500550600650700750

800850900

300400450500550600650

700

750800850

900

300400

450

500

550

600650

700

750

M.de

Enfr.

HornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHorno

YesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYeso

Aire- Aire

AireAireAireAireAireAireAire

t

( min )

202020202020

20

2020

202020

202020202020202020202020

20

20

20

2020

20

202020

loD

( m A )

4,3

5,065,035,844,493,913,5

3,423,643,093,473,1

4,134,995,014,8

4,563,893,43

3,7854,044,525,265,07

4,094,7

4,834,614,413,443,413,1853,88

o//o

Variación

-0,23%-4,76%0,00%-9,36%0,66%12,92%24,41%31,26%30,00%31,18%37,14%44,74%

1,90%-3,53%-0,60%10,45%-0,22%17,23%25,43%22,44%

17,55%

-3.20%

3,49%

9,46%

-1,49%

1,26%

0,62%

11,35%

1 , 1 2%

19,25%

26,51%

33,37%

26,79%

Page 201: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-212-

34

35

36

24

27

40

4,185,395

5,56

800850

900

AireAire

Aire

2020

20

3,9454,495

5,58

5,62%16,68%

-0,36%

Tabla : TT-A-HYAX-20-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG ).

1,- TITULO : Comportamiento de las. muestras A, frente alcalentamiento a temperatura variable X °C con una duraciónde 20 min y enfriamiento en Horno Yeso y Aire.

2,- OBJETIVOS : Establecer las tendencias del tratamiento al variar la temperatura deCalentamiento en enfriamientos al horno, yeso y aire.Cuantificar los porcentajas de cambio en las propiedades respecto de lacondición inicial para muestra calentadas a diversas temperaturas conduración constante y enfriamiento en horno, yeso y aire.

3.- DATOS GENERALES :Tabla : TT-A-HYAX-20-01Tipo de Material: ACriterio aplicado : B = f(H), V = f1( B ), I = f2( H ),

Mediciones de ( lo ), manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz..

ítem

12

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

151617

18

19

20

2122

Muestra

10

33

29

4

34

192

22

7

811

16

7

3

4

1224

6

3

28

1018

lo A

( m A )

4,465,73

5,02

4,33

4,65

4,62

4,19

5,19

5,4

5,5355

5,81

4,64

4,25

4,754,384,6

4,644,2

5,16

5,115,47

T

( ° C )

300

400

450

500

550

600

650

700

750

800850

900

300

400

450

500

550

600

650

700

750800

M.de

Enfr.

HornoHorno

HornoHorno

Horno

HornoHorno

Horno

Horno

HornoHorno

Horno

Yeso

Yeso

YesoYesoYesoYesoYeso

Yeso

YesoYeso

t

{ min )

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

2020

2020

20

2020

20

lo D

( m A )

4,495,765,024,28

4,49

4,15

3,66

4,35

4,31

3,68

3,89

4,21

4,55

3,984,793,844,784,4

3,934,114,645,12

°//o

Variación

-0,67%

-0,52%0,00%

1,15%3,44%

10,17%

12,65%16,18%

20,19%33,51%

22,20%27,54%

1 ,94%6,35%-0,84%

12.33%-3,91%5,17%6,43%

20,35%

9,20%6,40%

Page 202: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-213-

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

32

9

2027

15

17

5

13

19

3

15

14

1

25

4,925,78

4,29

5,794,694,28 J4,594,594,155,125,115,42

4,895,73

850

900

300400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

YesoYeso

AireAireAireAireAireAireAireAireAireAireAireAire

20

20

2020

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

6,625,48

4,215,78

4,833,474,663,71

3,934,25

4,535,215,127,25

-34,55%5,19%

1,86%0.17%-2,99%18,93%-1,53%19,17%

5,30%16,99%

11,35%3,87%

-4,70%

-26,53%

Tabla : TT-Ng-HYAX-20-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. { DECAPROMAG

1,- TITULO : Comportamiento de las muestras Ng, frente alcalentamiento a temperatura variable X °C con una duraciónde 20 min y enfriamiento en Horno Yeso y Aire.

2,- OBJETIVOS : Establecer las tendencias del tratamiento af variar la temperatura decalentamiento en enfriamientos al horno, yeso y aire.Cuantificar los porcenta es de cambio en las propiedades respecto de lacondición inicial para muestra calentadas a diversas temperaturas conduración constante y enfriamiento en horno, yeso y aire.

3.- DATOS GENERALES :Tabla :Tipo de Material:Criterio aplicado :

ítem

10

N°Muestra

273342

191436282018

lo A;mA)

7,910,54

11,04

9,3

9,66

TT-Ng-HYAX-20-01

Ng

B = f(H), V = f1( B), l = f2(H ),

Mediciones de ( lo ), manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz.T

300

400

450500550600

650700

750800

M. deEnfr.

HornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHorno

min )

2020202020

20

20

20

20

20

lo D

(mA)

8,23

7,72

7,12

7,03

6,34

7.54

6,675

o//o

Variación

-0,13%

-21.92%

0,69%-30.07%

4,06%

-23,44%

-13.21%

-34,37%

-20,54%

Page 203: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-214-

1112

1314

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

824

41

25

29

7

34

10

39

27

19

35

4

26

33

34

35

12

33

5

40

16

21

22

32

17

7,9410,94

7,8311,218,5911,258,528,367,579,647,618,387,6910,84

7,6611,078,3110,968,23

9

7,659,398,638,327,5810,73

850900

300400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

300

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

HornoHorno

YesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYeso

AireAireAireAireAireAireAireAireAireAireAireAire

2020

2020

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

6,718,87

7,898,418,768,928,357,2

6.686,797,787,7

7,2

9,21

7,788,528,358,128,057,416,526,598,257,737,6210,03

-15,49%-18,92%

0,77%-24,98%

1,98%-20,71%-2,00%-13,88%-11,76%-29,56%2,23%-8,11%-6,37%-15,04%

1,57%-23,04%0,48%

-25,91%-2,19%

-17,67%-14,77%-29,82%-4,40%-7,09%0,53%-6,52%

6.1.5.- RESULTADOS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO DE LAS MUESTRAS C,

NV, P, A, NG, DURANTE 40 MIN A 750°C Y ENFRIAMIENTO EN

HORNO.

Tabla : TT-C-H750-40-01

Mediciones eléctricas con el prototipo;Detector de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG

1,- TITULO : Tratamiento Térmico de las muestras C, a 40minen 750°C y enfriamiento en horno.

2,- OBJETIVOS : Observar los cambios ce !o ( corriente de vacío ) con la muestra tratada.Cuaníificar los porcentajes de cambio en las propiedades respectode la condición inicial pDr efecto del recocido prolongado a 750°C yenfriamiento muy lento.

Page 204: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-215-

3.- DATOS GENERALES :Tabla : TT-C-H750-40-01Tipo de Material : CCriterio aplicado : B = f (H), V - f1( B ), I = f2( H ),

Mediciones de ( lo ), manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz..ítem

123456

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

Muestra

31

12

5

10

32

3

11

29

19

33

3521

39

24

20

30

4

lo A( m A )

2,742,8

2,852,872,882,912,963,193,233,283,383,4

3,653,693,7

3,8

5,52

T

( ° C )

750

750

750

750

750750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

M. De

Enfr.

HornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHorno

t

( min )

4040

40

40

40

40

40

40

40

40

40

40

40

40

40

40

40

lo D

( m A )

2,7

2,752,862,742,752,9

2,872,852,8

2,832,812,862,872,872,742,7

3,03

%

1,46%1,79%-0,35%4,53%4,51%0,34%3,04%10,66%13,31%13,72%16,86%15,88%21,37%22,22%25,95%28,95%45,11%

Tabla: TT-NV-H750-40-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG ).

1,- TITULO :

2,- OBJETIVOS :

Tratamiento Térmico de las muestras Nv, a 40minen 750°C y enfriamiento en horno.

Observar los cambios de lo ( corriente de vacío ) con la muestra tratada.Cuantificar los porcentajes de cambio en las propiedades respectode la condición inicial por efecto del recocido prolongado a 750°C yenfriamiento muy lento.

3.- DATOS GENERALES :Tabla : TT-NV-H750-40-01Tipo de Material: NvCriterio aplicado : B - f (H), V = f1 ( B ), I = f2( H ),

Mediciones de ( lo ), manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz..

ítem NMué

lo A T M. de Enfr. t lo D %stra ( mA) (°C ) { min ) ( mA }

Page 205: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-216-

12

34

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

15

12

1822

8

17

2

26

23

334

37

21

29

28

2,67

2,702,80

2,812,912,942,963,083,1

3,13,173,293,753,924,13

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

750

HornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHorno'HornoHornoHorno

40

40

40

40

40

40

40

40

40

40

40

40

40

40

40

2,66

2,732,762,75

2,752,862,883,012,832,942,90

2,852,872,973,02

0,37%-1,11%1 ,43%2,14%

5,50%2,72%

2,70%

2,27%

8,71%

5,16%

8,52%

13,37%

23,47%

24,23%

26,88%

Tabla: TT-P-H750-40-01

Mediciones eléctricas con e! prototipo:Detector de cambio de p'opiedades magnéticas. DECAPROMAG

Tratamiento Térmico cíe las muestras P,en 750°C y enfriamiento en horno.

1,- TITULO :

2,-OBJETIVOS :

a 40min

Observar los cambios de lo ( corriente de vacío ) con la muestra tratada.Cuantificar los porcentajes de cambio en las propiedades respectode la condición inicial po* efecto del recocido prolongado a 750°C yenfriamiento muy lento.

3.- DATOS GENERALES :Tabla :Tipo de Material:Criterio aplicado :

TT-P-H750-40-01PB = f(H), V = f1( B), I = f2( H ),Mediciones de ( lo }, manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz..

ítem N°Muestra

lo A T de Enfr. t( min

lo D o//o

1 3,06 750 Horno 40 2,96 3,27%31

21

3,11 750 Horno 40

3,19 750 Horno 40

3,073,09

1,29%3,13%

38 3,37 750 Horno 40 3,313,38 750 Horno 40 3,24 4,14%

33 3,39 750 Horno 40 3,17 6,49%36 3,4 750 Horno 40 3,4

16 3,7 750 Horno 40 3,07 17,03%

24 4,16 750 Horno 40 3,19 23,32%

10 4,23 750 Horno 40 3,58 15.37%24,56%11 23 4,52 750 Horno 40 3,41

Page 206: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-217-

12

13

27

394,66

6,09

750

750

Horno

Horno40

40

3,64

3,37

21,89%

44,66%

Tabla TT-A-H750-40-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG ).

1,- TITULO :

2,- OBJETIVOS ;

Tratamiento Térmico deen 750°C y enfriamiento er

Observar los cambios de leCuantificar los porceníaJ9sde la condición inicial por eenfriamiento muy lento.

las muestras A, a 4Üminhorno.

) ( corriente de vacío ) con la muestra tratada.de cambio en las propiedades respectofecto del recocido prolongado a 750°C y

3.- DATOS GENERALES :Tabla : TT-A-H750-40-01Tipo de Material: ACriterio aplicado : B = f (H), V = f1('B ), I = f2( H ),

Mediciones de ( lo ), manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz..ítem

1234

5

6

7

8

Muestra

4

7

18

26

30

2137

27

lo A

( m A )

3,59

3,65

4,17

4,23

5,29

5,48

5,68

5,78

T

( ° C )

750

750

750

750

750

750

750

750

M. de Enfr,

HornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHorno

t{ min )

40

40

40

40

40

4040

40

lo D

( m A )

3,73

3,66

4,00

3,80

3,56

3,85

3,75

3,76

%

-3,90%

-0,27%

4,08%

10,17%

32,70%

29,74%

33,98%

34,95%

Tabla TT-NG-H750-40-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. DECAPROMAG

1,- TITULO :

2,-OBJETIVOS

Tratamiento Térmico de las muestras Ng, a 40minen 750°C y enfriamiento en horno.

Observar los cambios de lo ( corriente de vacío ) con la muestra tratada.Cuantificar los porcentajes de cambio en las propiedades respectode la condición inicial por efecto del recocido prolongado a 750°C yenfriamiento muy lento.

Page 207: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-218-

3.- DATOS GENERALES :Tabla : TT-NG-H753-40-01Tipo de Material: Ng.Criterio aplicado : B = f (H), V = f1 ( B ), I = f2( H },

Mediciones de ( lo ), manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz..ítem

1

2

3

4

5

6

7

8

Muestra

39

4

21

25

2624

37

23

lo A

( m A )

6,596,88

8,12

8,418,849,3810,4311,00

T

750

750

750

750

750

750

750

750

M. de Enfr.

HornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHorno

t{ min )

404040

40

40

40

40

40

lo D

( m A )

6,37

6,568,538,018,849,788,0711,34

%

3,34%4,65%-5,05%4,76%0,00%-4,26%22,63%-3,09%

6.1.6.- RESULTADOS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO DE LAS MUESTRAS C,

NV, P, A, NG, DURANTE 60 MIN A 800°C Y ENFRIAMIENTO EN

HORNO, YESO Y AIRE.

Tabla : TT-C-HYA800-60-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG }.

1,- TITULO : Tratamiento Térmico d'í la muestra C,en 800°C y enfriamiento especificado.

2,- OBJETIVOS : Observar los cambios de- lo { corriente dCuantifícar los porcentajes de cambio ercondición inicial por efecto del recocido fenfriamiento muy lento en Horno, rápido

a 60min

e vacío } en ía muestra tratada,las propiedades respecto de la

prolongado a 800°C yen yeso y moderado en el aire.

3.- DATOS GENERALES :Tabla : TT-C-HYA800-60-01Tipo de Material: CCriterio aplicado : B = f (H), V = f1( B ), I = f2( H ),

Mediciones de ( lo ), manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz..

ítem N° lo A T M. de Enfr.Muestra { mA ) ( ° C )

1 36 2,8 800 Horno2 10 2,87 800 Horno3 11 2,96 800 Horno4 9 3,05 800 Horno5 6 3,27 800 Horno

t lo{ min ) ( m

60 2,60 2,60 2,60 2,60 2,

D %

A ) Variación

79 0,36%77 3,48%79 5,74%36 6,23%99 8,56%

Page 208: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-219-

67

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

27

20

30

60

65

49

7

8

18

22

42

26

43

78

98

101

69

7944

82

86

85

93

76

92

114

94

102

3,543,7

3,84

4,375,56

2,823,093,233,353,543,643,763,994,485,2

2,842,923,043,173,293,433,693,753,944,1

4,985,46

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

HornoHornoHornoHornoHornoHorno

YesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYeso

AireAireAireAireAireAireAireAireAireAireAireAire

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60 ,60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

3,232,842,692,982,9

3,08

3,063,172,882,922,882,912,922,943,154,27

2,963,13,1

3,083,083,213,243,8

3,193,293,143,75

8,76%23,24%29,21%25,50%33,64%44,60%

-8,51%-2,59%10,84%12,84%18,64%20,05%22,34%26,32%29,69%17,88%

-4,23%-6,16%-1.97%2,84%6,38%6,41%12,20%-1,33%19,04%19,76%36,95%31,32%

Tabla TT-Nv-HYA800-60-01

Mediciones eléctricas con el prototipo;Detector de cambio de propiedades magnéticas. DECAPROMAG

1,- TITULO :

2,-OBJETIVOS :

Tratamiento Térmico de la muestra Nv, a 60minen 800°C y enfriamientc especificado.

Observar los cambios de lo ( corriente de vacío ) en la muestra tratada.Cuantificar los porcentajes de cambio en las propiedades respeclo de lacondición inicial por efecto del recocido prolongado a 800°C yenfriamiento muy lento en Horno, rápido en yeso y moderado en e! aire.

3.- DATOS GENERALES :Tabla :Tipo de Material:Criterio aplicado :

TT-Nv-HYA800-60-01Nv.B = f (H) , V = f1( B) , I = f2( H ),Mediciones de ( lo ), manteniendo fijo Vp = 5,96 Vac, 60 Hz.

Page 209: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-220-

ítem

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Muestra

12

10

9

18

11

40

19

56

34

61

49

63

21

33

37

38

64

22

6

17

lo A

( m A )

2,73

2,82

2,85

2,89

3,16

3,25

3,59

3,88

2,91

2,91

3,17

3,263,473,93

2,852,91

3,24

3,58

3,66

4,09

T

( ° C )

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

M. de Enfr.

Horno

Horno

Horno

Horno

Horno

Horno

Horno

Horno

Yeso

Yeso

Yeso

Yeso

Yeso

Yeso

Aire

Aire

Aire

Aire

Aire

Aire

t( min }

60

60

60

60

60

6060

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

lo D

( m A )

2,7

2,752,752,8

2,882,692,753,26

3,24

2,9

3,03

2,92

3,75

3,1

3,29

3,8

2,82

2,81

2,98

2,94

o//o

Variación

1,10%

2,48%3,51%

3,11%

8,86%

17,23%

23,40%

15,98%

-11,34%

0,34%

4,42%

10,43%

-8,07%

21,12%

-15,44%

-30,58%

12,96%

21,51%

18,58%

28,12%

Tabla TT-P-HYA800-60-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG ).

1,- TITULO :

2, -OBJETIVOS :

Tratamiento Térmico de la muestra P, a 60mínen 800°C y enfriamiento especificado.

Observar los cambios de lo ( corriente de vacío ) en la muestra tratada.Cuantificar los porcentajes de cambio en las propiedades respecto de la

condición inicial por efecto del recocido prolongado a 800°C y

enfriamiento muy lento en Horno, rápido en yeso y moderado en el aire.

3.- DATOS GENERALES :Tabla : TT-P-HYA300-60-01Tipo de Material: PCriterio aplicado : B = f (H), V = f1( B ), I = f2( H ),

Mediciones de ( lo ), manteniendo fijo Vp = 5,96 Vac, 60 Hz..

ítem N

Mué

0 lo A T M. de Enfr. t lo

stra ( mA) ( ° C } ( min } ( m

D %A ) Variación

Page 210: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-221-

12

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

2627

28

29

30

31

32

33

49

59

57

53

56

54

29

2

45

28

36

26

48

2

17

30

37

52

12

47

44

40

46

51

33

35

38

34

55

41

6042

50

3,113,2

3,353,453,643,743,914,224,6

5,255,546,05

3,093,233,313,493,763,824,014,755,075,585,9

3,1

3,253,453,784,064,614,975,285,876,15

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

HornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHorno

YesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYesoYeso

AireAireAire

• AireAireAireAireAireAireAire

6060

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60.

60

60

60

60

60

60

60

60.

60

60-

60

60

60

3,143,082,973,2

3,323,313,443,063,293,153,4

3,04

3,053,243,193,053,653,433,043,573,443,6

3,26

3,073,393,623,373,593,573,813,253,473,3

-0,96%3,75%11,34%7,25%8.79%1 1 ,50%12,02%27,49%28,48%40,00%38,63%49,75%

1 ,29%-0,31%3,63%12,61%2,93%10,21%24,19%24,84%32,15%35,48%44,75%

0,97%-4,31%-4,93%10,85%11,58%22,56%23,34%38,45%40,89%46,34%

Tabla TT-A-HYA800-60-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. DECAPROMAG

1,- TITULO :

2,-OBJETIVOS

Tratamiento Térmico de la muestra A, a 60minen 800°C y enfriamiento especificado.

Observar los cambios de lo ( corriente de vacío ) en la muestra (ralada.Cuantificar los porcentajes de cambio en las propiedades respecto de lacondición inicial por efecto del recocido prolongado a 800°C yenfriamiento muy lento en Horno, rápido en yeso y moderado en el aire.

Page 211: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-222-

3.- DATOS GENERALES :Tabla : TT-A-HYA800-60-01Tipo de Material: ACriterio aplicado : 8 = f(H), V = f1( B }, I = f2( H ),

Mediciones de ( lo ), manteniendo fijo Vp = 5,96 Vac, 60 Hz..

Ítem

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

1718

19

20

21

22

23

24

25

Muestra

2

12

10

11

22

16

14

19

9

15

1

3

23252432

35

40

34

6

13

29

42

36

41

lo A

( m A )

3,69

3,8

3,96

4,07

4,18

4,36

4,44

4,66

5,6

3,58

3,89

4,07

4,18

4,59

4,73

5,12

5,45

5,6

4,02

4,1

4,14

4,44

4,95

5,45

5,55

T

( ° C )

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800800

800

M. de Enfr.

Horno

Horno

Horno

HornoHorno

HornoHorno

Horno

Horno

Yeso

Yeso

Yeso

Yeso

Yeso

Yeso

Yeso

YesoYeso

Aire

AireAire

Aire

AireAire

Aire

t

( min )

6060

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

6060

60

lo D

( m A )

3,99

4,13

3,95

3,85

3,98

4,11

4,05

4,35

4,21

4,14

3,95

4,05

4,5

4,44

4,17

4,79

. 4,34

4,45

4,49

4,73

4,93

4,61

4,93

5,12

4,58

%

Variación

-8,13%

-8,68%

0,25%

5,41%

4,78%

5,73%8.78%

6,65%

24,82%

-15,64%

-1,54%

0,49%

-7,66%

3,27%

11,84%

6,45%

20,37%20,54%

-11,69%-15,37%

-19,08%

-3,83%

0,40%6,06%

17,48%

Tabla TT-Ng-HYA800-60-01

Mediciones eléctricas con el prototipo;Detector de cambio de propiedades magnéticas. DECAPROMAG

1,- TITULO :

2,-OBJETIVOS :

Tratamiento Térmico de la muestra Ng, a 60minen 800°C y enfriamiento especificado.

Observar los cambios de lo ( corriente de vacío ) en la muestra tratada.Cuantificar los porcentajes de cambio en las propiedades respecto de lacondición inicial por efecto del recocido prolongado a 800°C y

Page 212: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-223-

enfriamiento muy lento en Horno, rápido en yeso y moderado en el aire.

3.- DATOS GENERALES :Tabla : TT-Ng-HYA800~60~01Tipo de Material: Ng.Criterio aplicado : B = f(H), V = f1( B ), I = f2( H ),

Mediciones de ( lo ), manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz..

ítem

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

Muestra

14

10

1

12

41

1723

29

21

22

30

19

5

6

24

26

38

18

32

9

20

34

7

42

lo A

( m A )

6,45

7,33

7,48

8,21

9

9,6

10,86

11,18

6,71

7,39

7,87

8,04

8,17

8,33

8,87

9,32

6,76

6,82

7,62

7,72

7,95

8,37

8,94

9,48

T

Í ° C )

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

.800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

800

M. de Enfr.

Horno

Horno

HornoHorno

HornoHorno

Horno

Horno

YesoYeso

Yeso

Yeso

Yeso

Yeso

Yeso

Yeso

Aire

AireAire

Aire

Aire

Aire

Aire

Aire

t( min )

60

60

60

60

60

60

60

6060

60

60

60

60

60 •

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

lo D

( m A )

6,64

7,41

7,55

8,55

8,12

10,81

1110,74

8,12

7,82

8,02

7,84

6,71

6,61

9,38

8,84

7,4

7,74

7,64

6,74

7,9

8,42

9

8,8

o//o

VariaciópT •,

-2,95%;-1,09%-0,94%

-4,14%

9,78%

-12.60%-1,29%3,94%

-21.01%-5,82%

-1,91%2,49%

17,87%

20,65%

-5,75%

5,15%

-9,47%

-13,49%-0,26%-12,69%

0,63%

-0,60%

-0,67%"-7,17%

Page 213: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-224-

6.1.7 RESULTADOS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO DE LAS MUESTRAS C\, P, A, NC, DURANTE 60 MIN A 700°C Y ENFRIAMIENTO EN

HORNO, YESO Y AIRE.

Tabla : TT-C-HYA70Ü-60-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG ).

1,- TITULO : Tratamientoen 700°C y e

2,- OBJETIVOS : Observar losCuantificar locondición míeenfriamiento r

Térmico de la muestra C, a SOmínnfríamiento especificado.

cambios de lo ( corriente de vacio ) en la mueslra tratada.3 porcentajes de cambio en las propiedades respecto de lalal por efecto del recocido prolongado a 700°C y

nuy lento en Horno, rápido en yeso y moderado en el aire.

3.- DATOS GENERALES :Tabla : TT-C-HYA700-60-01

Tipo de Material: C *VCriterio aplicado : B = f (H), V = f1 ( B ), I = Í2( H ),

Mediciones de ( lo ), manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz..

ítem

123456789

1011121314151617

1819

Muestra

3

11

9

10

6

41

48

25

27

7

69

32

31

79

47

85

8682

44

lo A( m A )

2,86

2,88

3,15

3,27

3,7

3,77

4,22

4,38

4,54

3,03

3,2

3,93

3,03

3,26

3,28

3,893,95

4,12

4,32

T

( ° C )700700

700

700

700

700

700

700

700

700

700

700

700

700

700

700

700700700

M. de Enfr.

Horno

Horno

Horno

HornoHorno

Horno

Horno

HornoHorno

YesoYeso

Yeso

Aire

AireAire

AireAireAireAire

t

( min )60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

606060

lo D

( m A )3

2,96

3,05

2,873,27

2,83

2,91

3,07

3,54

2,82

2,84

2,88

2,74

2,92

2,89

3,43

3,293,17

3,04

o//o

Variación-4,90%-2,78%

3,17%

12,23%11,62%

24.93%

31,04%

29,91%22,03%

6,93%

11,25%26,72%

9,57%'

10,43%

11,89%11,83%16,71%23,06%

29,63%

Page 214: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-225-

Tabla : TT-Nv-HYA700-60-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG ).

1,- TITULO : Tratamiento Térmico deen 700°C y enfriamiento

2,- OBJETIVOS : Observar los cambios de ICuantificar ios porcentajesconoicion inicial por efectoenfriamiento muy lento en

a muestra Nv, a 60minespecificado.

o ( corriente de vacio ) en la muestra tratada,de cambio en las propiedades respecto de ladel recocido prolongado a 700°C yHorno, rápido en yeso y moderado en el aire.

3.- DATOS GENERALES :Tabla : TT-Nv-HYA700-60-01Tipo de Materia!: NvCriterio aplicado ; B = f (H), V = f1 ( B ), I = f2( H ),

Mediciones de ( lo }, manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz..ítem

12

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

L N°

Muestra

1

3

18

24

34

38

61

55

56

27

9

11

32

37

58

45

io A( m A )

2,862,863,033,063,513,513,654,124,432,822,863,7

3,892,843,273,55

T

( ° C )

700

700

700

700

700

700

700

700

700

700

700

700

700

700

700

700

M. de Enfr.

HornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoYesoYesoYesoYesoAireAireAire

t( min )

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

lo D

( m A )

2,912,8

2,893,112,912,912,912,893,883,192,863,163,212,852,842,9

°//oVariación

-1,75%2,10%4,62%-1,63%17,09%17,09%

20,27%29,85%12,42%-13,12%0,00%14,59%17,48%-0,35%13,15%18,31%

Page 215: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-226-

Tabla : TT-P-HYA700-60-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG ).

1,- TÍTULO :

2,- OBJETIVOS :

Tratamiento Térmico deen 700°C y enfriamiento

Observar ios cambios de ,Cuantificar los porcentajescondición inicial por efectoenfriamiento muy lento en

a muestra P, a 60mínespecificado.

o ( corriente de vacío ) en la muestra tratada,de cambio en las propiedades respecto de ladel recocido prolongado a 700°C yHorno, rápido en yeso y moderado en el aire.

3.- DATOS GENERALES :

Tabla : TT-P-HYA700-60-01Tipo de Material: P

Criterio aplicado : B = f (H). V = f1 ( B ), I = f2( H ),Mediciones de ( lo ), manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz..

ítem

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Muestra

49

59

37

54

53

57

56

Ap2

48

51

33

38

lo A(niA)

3,053,35

3,98

4,35

5,17

5,7

5,87

3,37

3,4

3,38

3,59

6,29

T

( ° C )

700

700

700

700

700

700

700

700

700

700

700

700

M. de Enfr.

.HornoHornoHornoHornoHornoHornoHorno

YesoYeso

AireAireAire

t( min )

60606060

60

60

60

60

60 -

60

60 .

61

lo D

( m A )

3,11

3,2

3,76

3,74

3,45

3,35

3,64

3,23

3,09

3,13,253,78

o//o

Variación,

-1,97%

4,48%

5,53%

14,02%

33,27%

41,23%

37,99%

4,15%

9.12%

8,28%

9,47%

39,90%

Page 216: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-227-

Tabla : TT-A-HYA700-60-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG ).

V TITULO :

2,- OBJETIVOS :

Tratamiento Térmico deen 700°C y enfriamiento

Observar los cambios deCuantificar los porcentajescondición inicial por efectcenfriamiento muy lento en

la muestra A, a 60minespecificado.

o ( corriente de vacío ) en la muestra tratada.; de cambio en las propiedades respecto de ladel recocido prolongado a 700°C yHorno, rápido en yeso y moderado en el aire.

3.- DATOS GENERALES :Tabla : TT-A-HYA700-60-01Tipo de Material: ACriterio aplicado : B = f (H), V = f1 (*B ), I = f2{ H ),

Mediciones de ( lo ), manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz..

ítem

12

3

4

5

6

7

8

9

10

Muestra

2

12

10

11

22

14

1

3

13

6

lo A

( m A )

3,65

4,22

4,254,274,5

5,35

3,754,23

3,775,28

T

( ° C )

700

700

700

700

700

700

700

700

700

700

M. de Enfr.

HornoHornoHornoHornoHornoHorno

YesoYeso

AireAire

t

( min }

6060

60

60

60

60

60

60

60

60

lo D

( m A )

3,69

3,8

3,964,074,184,44

3,894,07

4,144,1

o//o

Variación

-1,10%.9,95%6,82%4,68% .7,11%.17,01%

-3,73%3,78%

-9,81%22,35%

Tabla : TT-Ng-HYA700-60-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. DECAPROMAG ).

1,~ TITULO :

2,-OBJETIVOS :

Tratamiento Térmico de la muestra Ng, a GOminen 700°C y enfriamiento especificado.

Observar los cambios de lo ( corriente de vacío ) en la muestra tratada.Cuantificar los porcentajes de cambio en las propiedades respecto de lacondición inicial por efecto del recocido prolongado a 700°C yenfriamiento muy lento en Horno, rápido en yeso y moderado en eí aire.

Page 217: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-228-

3.- DATOS GENERALES :Tabla : TT-Ng-HYA700-6ü-01

Tipo de Material: NgCriterio aplicado : B = f (H), V = f1( B ), I = f2( H ),

Mediciones de ( lo ), manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz..

ítem

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Muestra

1410

112

23

29

21

22

38

18

lo A

( m A )

7,2

7,21

8,18,38

10,01

10,39

7,18

7,89

7,17,32

T

( ° C )

700

700

700

700

700

700

700

700

700

700

M. de Enfr.

HornoHornoHornoHornoHornoHorno

YesoYeso

AireAire

t

( min )

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

io D

( m A )

6,45

7,33

7,48

8,21

10,86

11,18

6,71

7,39

6,76

6,82

°//o

Variación

10,42%

-1,66% '

7,65% '

2,03%

-8,49%

-7,60% :

6,55%

6,34% .

4,79%

6,83%

6.1.S.- RESULTADOS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO DE LAS MUESTRAS C,

NV, P, A, NG, DURANTE 100 MIN A 750°C Y ENFRIAMIENTO EN

HORNO.

Tabla : TT-C-H750-100-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG ).

V TITULO :

2,-OBJETIVOS

Tratamiento Térmico de la muestra C, a 100minen 750°C y enfriamiento especificado.

Observar los cambios de lo ( corriente de vacío ) en la muestra tratada.Cuantificar los porcentajes de cambio en las propiedades respecto de lacondición inicial por efecto del recocido prolongado a 750°C yenfriamiento muy lento en Horno.

3.- DATOS GENERALES :Tabla :Tipo de Material:Criterio aplicado :

TT-C-H75G-100-01CB = f(H), V = f 1 ( B ) , I = f2 (H) ,Mediciones de { lo ), manteniendo fijo Ve = 5,96 Vac, 60 Hz.

Page 218: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-229-

ítem

12

3

45

6

78

Muestra

1112

23

9

38

90

89

lo A

( m A )

3,033,11

3,49

4,25

4,7

4,845,34

5,7

T

( ° C )

750

750

750

750750

750750

750

M. deEnfr.

HornoHornoHornoHornoHornoHornoHornoHorno

t

( min )

100100100100100100

100

100

lo D

í mA )

2,88

2 Q,o

3,11

3.152.86

3,09

3,133,02

%

Variación

4,95%9,97%10,89%

25,88%39,15%

36,16%41,39%

47,02%

Tabla : TT-Nv-H750-100-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG ).

1,- TÍTULO ;

2,- OBJETIVOS :

Tratamiento Térmico deen 750°C y enfriamiento

Observar los cambios deCuantificar los porcentajescondición inicial por eíeclcenfriamiento muy lento en

la muestra Nv, a 100minen horno

o ( corriente de vacío ) en la muestra tratada.; de cambio en las propiedades respecto de ladel recocido prolongado a 750'C yHorno.

3.- DATOS GENERALES :Tabla : TT-Nv-H750-100-01Tipo de Material: NvCriterio aplicado : B = f (H), V = f1( B-4 I = f2( H ).

Mediciones de ( lo ), manteniendo fijo Ve = 5.96 Vac, 60 HE..

ítem

123456789

N°Muestra

437591

4610474442

lo A

mA

2,8

3,48

3,5

3,5

3,58

3,593,9

3,985,12

T

( ° C )

750750

750

750

750750

750

750

750

M. deEnfr.

HornoHornoHornoHornoHornoHorno

HornoHornoHorno

t

( min )

100100100100100100

100

100100

lo D

mA

2.82

2,75

2.86

2,86

2.982,82

2.89

2.93

2.99

%

Variación

-0,71%20,98%18,29%18,29%

16,76%21,45%

25,90%26,38%

41.60%

Page 219: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Págína-230-

Tabla : TT-P-H750-100-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. DECAPROMAG ).

1,- TITULO : Tratamiento Térmico de la mués Ira P, a 100mmen 750°C y enfriamiento en horno

2,- OBJETIVOS : Observar los cambios de lo { corriente de vacio } en la muestra tratada.Cuaníificar los porcentajes de cambio en ias propiedades respecto de lacondición inicial por efecto del recocido prolongado a 750°C yenfriamiento muy lento en Horno.

3.- DATOS GENERALES :Tabla :Tipo de Material:Criterio aplicado :

TT-P-H750-100-01PB = f{H), V = f 1 (B ) . I = f2 (H ),Mediciones de { lo }, manteniendo fijo Ve - 5,96 Vac, 60 Hz..

ítemMuestra

lo A

mA

T

C )

M, deEnfr,

tmin

lo DrnA Variación

2,92 750 Horno 100 3,06 -4,79%21 3,1 750 Horno 100 3,19 -2,90%

3,96 750 Horno 100 3,24 18.18%31 3,96 75032 5,63 750

HornoHorno

100 3.11 21,46%100 3,19 43.34%

Ap2 5,9 750 Horno 100 3.37 42.88%

Tabla : TT-A-H750-100-01

Mediciones eléctricas con e! prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. DECAPROMAG ).

1,- TITULO :

2,-OBJETIVOS :

Tratamiento Térmico de la muestra A, a 100minen 750°C y enfriamiento en horno

Observar los cambios de lo ( corriente de vacio ) en la muestra tratada.Cuantificar los porcentajes de cambio en las propiedades respecto de lacondición inicial por efecto del recocido prolongado a 750°C yenfriamiento muy lento en Horno.

DATOS GENERALES :Tabla :Tipo de Material:Griterío aplicado

TT-A-H750-100-01AB = f(H). V = M ( B ) . I = Í2{ H ),Mediciones de { lo ), manteniendo fijo Ve - 5.96 Vac, 60 Hz.

Page 220: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-231-

ítem

12

34

5

6

Muestra

4

15

181

• 3225

lo AmA

4,224,4

5,125,256,627,25

T

( ° C )

750750

750

750

750

750

M, deEnfr.

HornoHornoHornoHornoHornoHorno

L :

t( min )

100100100

100100

100

lo D

mA

3,593,58

4,17

3.75

5.12

4.59

% jVariación

14,93%18,64%18,55%28,57%22,66%36,69%

Tabla : TT-Ng-H750-100-01

Mediciones eléctricas con el prototipo:Detector de cambio de propiedades magnéticas. { DECAPROMAG ).

1,- TITULO : Tratamiento Térmico de la muestra Ng, a IQOminen 750CC y enfriamiento en horno

2,- OBJETIVOS : Observar los cambios de lo ( corriente de vacio ) en la muestra tratada.Cuantificar los porcentajes de cambio en las propiedades respecto de lacondición inicial por efecto del recocidoenfriamiento muy lento en Horno.

3.- DATOS GENERALES :Tabla : TT-Ng-H750-100-01Tipo de Material: Ng

prolongado a 750"C y

Criterio aplicado : B = f (H), V = f1( B ), i = f2( H ),Mediciones de f lo }, manteniendo fijo Ve = 5.96 Vac

ítem N° lo A T M. deMuestra ( mA ) ( ° C ) Enfr.

1 36 6,95 750 Horno2 19 8,73 750 Horno3 23 8,92 750 Horno4 29 9,57 750 Horno

t( min }

100100100

100r

lo D( m A )

6.728,0410,0110,39

, 60 Hz..

%

Variación

3,31%7.90%

-12,22%-8,57%

Page 221: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página-232-

6.1.9 VALORES ¡MEDIDOS PA-RA ELTRA7X) O E LA CTRVA DINÁMICA DE

MAGNETIZACIÓN PARA EL MATERIAL TI PO " CM\a C-MAG-DIN-01

Mediciones eléctricas con elprototipo;Detector de cambio de propiedades magnéticas. ( DECAPROMAG }.

CARACTERÍSTICAS DE LAS MUESTRAS, ( V EN1,- TITULO : FUNCIÓN 1 ).2,- OBJETIVO: Comportamiento del material tipo ( C } antes y después

del tratamiento3.- DATOS GENERALES :

Tabla ; C-MAG-DIN-01Tipo de Material: CCriterio aplicado : B = f (H), V = Í1( B ), I = f2( H ),

Muestra N° 117, antes del tratamientoítem

1 .2345678910111213141516

171819202122232425

Vp(v)

1,0001,5002,002,503,004,005,006,007,008,009,0010,0011,0012,0013,0014,0015,0016,0017,0018,0019,0020,0

'21,022,023,0

lp{mA)

0,781,0781,3561,6241,8872,473,033,644,375,266,357,729,3511,2913,4815,7918,24

2123,626,329

31,634,537,340

Vs (V)

0,7641,1821,5972.032,443,284,1

4,895,626,276,817,267,587,827,988,118,218,308,388,458,518,578,638,678,72

Muestra N°2 después deltratamiento

ítem

1234567891011121314151617

18192021

2223

2425

Vp(v)

0.6721.8362.4

3.093.53 94.35,045.966.757.768.9210.0511.2312.4113.5815.0¿16.6918,2420,122.424.827.130,134.0

Ip (mA)

0.481.081.361.651,8201.992,152.472,863.2

3.694,5

5,747.619,9612.6416.32

2125,4031.0038.0045.2052.5062.5074.90

Vs(V)

0.821,2451,6742.122.553,434.315.186,026.817.498,028.408,668,869,029,149,259,349,439.509.569,639,689.74

Page 222: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -233-

APENDICE B.

CONCEPTOS FUNDAMENTALES

Momento Magnético M, se puede considerar como el producto de una

carga magnética m ubicada en un polo por la distancia entre estos.

M = m. • I

El momento magnético de un electrón que se desplaza por una órbita

circular de radio R es igual a : Mo y se considera que es un imán creado por

la rotación del electrón alrededor de la órbita con una velocidad v.

,,Mo -

El momento magnético de! electrón debido a la rotación alrededor de

su eje, o de espín es igual a Mb .

Mb = = 0,927 x\23 J4 • n • m

Magnetón de Bohr ; Se conoce como el momento magnético de un

electrón con un solo espín. y es igual a Mb ~ e ' 7 = 0.927,vlO"23 J T~] ,4 • n • m e

en donde h/2 es el momento angular del electrón y me es la masa del

electrón.

Magnetización.- Es el momento magnético referido a la unidad de

volumen es igual a /.

MI - — = Ma • Nm

V

Page 223: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -234-

Siendo Ma el momento magnético de cada átomo y Nm su número en

unidad de volumen.

Susceptibilidad magnética X .- Es la relación entre la magnetización y

ei campo magnético aplicado H.

X= -H

Inducción magnética B.- Es el número de líneas de fuerza magnética

que atraviesan perpendicularmente a una unidad de superficie y es igual a:

Siendo / y J la magnetización expresada en unidades diferentes.

Permeabilidad magnética JLL,- Es la relac'ón entre la inducción

magnética y la intensidad de campo.

H

Permeabilidad magnética relativa [M'.- Es la relación entre la

permeabilidad JU y la permeabilidad del vació ¡Uo .

De las ecuaciones anteriores se puede concluir.

Page 224: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Página -235-

APENDICE C

CURVAS DE LAS PROPIEDADES M A G N É T I C A S DEL

MATERIAL TIPO " C "

Curva normal de magnetización

Curva de Pérdidas magnéticas ( vatios ) por kg. en función de la

Densidad de flujo magnético,

Curva de excitación o pérdidas totales ( V-A ) por kg. En función de la

Densidad de flujo magnético.

TABLAS DE CÁLCULO.

La Tabla TAB-CALC, Contiene cálculos de constantes de ajuste para

determinación referencia! de curva de magnetización.

Page 225: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

o =^ ,§ o- D O

20 16 ^

12

I~T—

'-"-P

- C

UR

VA D

E M

AG

NE

TIZA

DO

^—

Trí:

?™^

Tipo

de

AQO

= E

005

— , _

—:,

,—

--i.-.

. i

., .

t..-

.^T

j"L

; • .

¿.¡

¿..

-.i

,—j,

..-!.. .*i.-, ,,,,.._,....,.,...

.-.

I IU

W \J

C ^

V1-*

[_

V>

WO

Min

iife

S

Esp

essu

ra

= 0

.30m

rn::;l:;nyj£

i:P

^J===±

ííJM

J'

F

requ

énci

a =

60H

z^

'•"!''

--'';

imn¡

T;Tr

Í:::j:

::::::

::::::

:! :j

::7.u

:.t.

: t-

U :: ;

::;::í

!:::i

::r:j:

:::t::

::w:::

ii::;!

::::j:

:::}:

:::| .^rr

i.r.

: ^

r: : 1

:::

:::ii:::::::^:::j;:nL

^z=

=i^

^iT

r:Jí

íi+

^!|::::h:::l::::^

..-.

.-,i.

j...

.. ...

..,__«,..

-.,-

j.ij-.

-.*.

.. <

;;li:;

::.:::

.n::í

:":i -

r-::rr

mzi

mnrl

¡u -.

: ii:

r:

-i^i

zrjr

t.'t

'; ¡

::i:

::j:

.:.:

:;?.

"i^:

:

0,1

CA

MP

O (H

p) -

Oer

sted

Page 226: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

26 J

-

s o

22 18 -

^

-UJ

13 11

LH

liJ'i'

lí'ir

"—"'

!^!'*

-•••

•"-~

_•*_

f 1

(* H

Hri' 'lil

""

"*'*""

••'* t

tr"*

"*"~

"'*'

12

rTT;

¡i;¡íÍ

Í-¿T—

;— .±

Tip

cceA

QO

= E

005

jrjffF

F^^^

E

spes

sura

=

0.3

0nnm

r-

:-ÍE

EJff-Ü

r-j'.

7^^

F

requ

énci

a =

50

Hz

e6

0H

z ^^

:rp=

==

—•*—

.—*t—

•»•-^

H-i

-^í

J .i-...4

Í-TU

^

10

Ílifiii;f

iifÍ-4-U

^0,

01

PE

RD

AS

MA

GN

ÉTI

CA

S -

W/K

g

Page 227: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

' •&'

C3 .§ O D O

_^^

'-~

--~

- r

, --

t-

4-~

{i

. i

i. •

'

20

-.

- -

..

• -

_ _

r;'in

r;"-

L;trn

J.

i:t'j

^—.

xpj

-tiii

jrtn

iVU

^|^-

-1ÍÍ4

^~^y

|'i^^

lr^^Í

li'*M

'*M'-t

-—^;

l-—•

-í-T-

*"

*~" t

NO

t/A

Uc

d.iU

-1 IA

(y.-i

U

i;rr—

".ün

rrzi

1 ••

——

T—

• ,'J

C.

-rf~-

'—

'—L—

-!

1—•-

-• —

• i

—•

"H-~

—£~

lfc--

J-n

.í —

4--;

— —

• Jlf.l--

j—'—

-—.

Tir\ri

Ha

Arri

— C

Plfl^

tZ

Ulz

;nri..' rtr

rrrrtT

iur

ncxa

.r.n^

±:u

iIr_l

i-. •

¡ • •

•: Ti

r\r»H

o Af

-r.

— c

nn^

Tl

7r:~

7nrT

TÍn

"ri;;

!Tl"'

r|'r:l

!t!i""

'/i ;"

t~^~

7-'-T

^"T

i'poo

eA'y

O —

tUU

orn

--T

^iiiyiji

JS

i,.]

E

spes

sura

-

0.30

mrr

jjfc

i^^

¿z

rr:T

í:7

iP^

fí"-

!l

• '

• !

Frp

^üpn

na

= S

nM-'p

RnM

? £=

- •

j. ..

^.i

É—

.JTJ

^,,^

-—,.j

——

i —i.

»—

-., j,.j-j....ii..-j.

_"

•_• _

j——

_^—

t^

' ' c

^u

"->ic

i —

^Jw

i )i_

c U

Un¿

. —

CTI—

• tirt

~* i

—í—

• *"—

A'" —

''*rn

-i!

-*-

'~*

*~

^~

"'

" *—

' ~

• •

• •

'íÉi

iiiyiiiS

iiíiig

s"i-

»-*—

-42-

i,«

,.»

-..i

íuT

ilT

íüIE

r" [7

3-'.i

.' i^

-^^"

iPtt

Tl(

..'-^

j'^

!fH

:;ir3Jl5

Vr]p

t:::-::;E

lt^

m

i;]j

j; j^

¡[ijjE

-TJT

TT

^T

^rr^j^

ft^^^rM

^W

^-^H

-^

i44J.

írLqi

:r;:::;:r.

;..

:.

::..j;:-

z|

0,1

1010

0

PO

TE

NC

IA D

E E

XC

ITA

O (P

z) -

VA

/kg

Page 228: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

•$•

1,d

e3

TA

BLA

T

AB

-CA

LCC

UA

DR

O D

E M

ED

ICIO

NE

S C

ON

EL I

NS

TR

UM

EN

TO

DE

CA

PR

OM

AG

De

scri

pci

ón

.S

e in

yect

a co

rrie

nte

mag

netiz

ante

en

uno

de lo

s ar

rolla

mie

ntos

( N

n )

de la

bob

ina

del

núc

leo

y se

tom

a la

med

ida

de la

cor

rient

e m

agne

tizan

te y

la m

edid

a d

el v

olta

je in

duci

do e

n lo

sar

rolla

mie

ntos

de

la b

obin

a de

l núc

leo

y de

la m

uest

ra.

Los

arro

llam

ient

os d

el n

úcle

o so

n N

n1,

Nn2

, N

n3,

Nn4

, Nn5

, N

n6,

Nn7

, N

n8Lo

s ar

rolla

mie

ntos

en

la m

uest

ra s

on N

m1,

Nm

2, N

m3,

Nm

4.C

ada

arr

olla

mie

nto

( N

n o

Nm

) ti

ene

un n

úmer

o ap

roxi

mad

o de

500

esp

iras.

Ob

jetiv

oC

ompr

obar

la

rela

ción

de

vuel

tas

y re

aliz

ar a

just

es.

Det

erm

inar

los

fact

ores

de

mul

tiplic

ació

n pa

ra c

orre

cció

n de

med

icio

nes.

Det

erm

inar

los

pun

tos

de tr

abaj

o (

B, H

), p

ara

cada

uno

de

los

valo

res

de v

olta

je a

plic

ado.

ITEI

V1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Vn1

(V)

1,8

2J

3,60

64,

05 4,5

5,08

95,

995

6,74

98,

086

8,52

In1

(A

)7 10 14 16 19 24

34 46 71 82

Vn

2

(V

)1,

672,

515

3,35

63,

767

4,18

54,

736

5,55

6,22

7,33

57,

767

Vm

4

(V

)1,

693

2,54

33,

392

3,81

24,

233

4,8

5,60

46,

281

7,38

7,80

9

Vm

6(V

)1,

662,

53,

347

3,75

54,

172

4,73

85,

533

6,20

67,

314

7,72

8

Vm

7(V

)1,

681

2,50

63,

348

3,76

74,

177

4,73

35,

535

6,20

27,

306

7,72

4

Page 229: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

2, d

e 3

TA

BLA

T

AB

-CA

LCC

UA

DR

O D

E M

ED

ICIO

NE

S C

ON

EL I

NS

TR

UM

EN

TO

DE

CA

PR

OM

AG

Ecu

aci

ones

aplic

able

s e

n la

muest

ra (

m )

, Ídem

para

el

núcl

eo

£m

= 4

.44 • /

• N

m -

Sm

-B

max

m •

10

~8

/:,„

-1

0 s

£"

m

4.4

4 -

f • N

»,

• S

,,, •

in

(¡>m

= £

m

• .S

ma

x m

^

Ar

-" m

ax

— V -

• -t

efic

az

" -,

Variable

s

f Nm

Nna

Nnb Sm Sn leq Irn In

A-v

/cm

valo

res

60 500

540

500

0,27

1210 48 12 36

0,79

577

unid

ades

hzesp

iras

esp

iras

espi

ras

cm2

cm2

cm cm cmO

ers

ted

Cuadro

de

lcu

los

para

el a

rrolla

mie

nto

Nm

6V

m6

V 1,66

2,5

3,34

73,

755

4,17

24,

738

5,53

36,

206

7,31

47,

728

In1

mA 7 10 14 16 19 24 34 46 71 82

Bm

ax

gauss

4.59

5,3

6.92

0,6

9.26

5,3

10.3

94,8

11.5

49,2

13.1

16,0

15.3

16,8

17.1

79,8

20.2

47,0

21.3

93,1

Flu

jogauss

. cni2

1.24

6,2

1.87

6,9

2.51

2,8

2.81

9,1

3.13

2,1

3.55

7,1

4.15

3,9

4.65

9,2

5.49

1,0

5.80

1,8

Hm

ax

eq

A-v

/cm

0,11

0,16

0,22

0,25

0,30

0,38

0,54

0,73

1,13

1,30

Valo

res

de ta

bla

sA

-v/c

m0,

120,

170,

210,

220,

240,

290,

512,

2095

,49

Oers

t0,

152

0,21

50,

270

0,27

50.

300

0,36

40,

638

2,76

012

0,00

0—

facto

r de

corr

ecc

ión

1,09

1,08

0,96

0,86

0,79

0,76

0,94

3,00

84,5

4—

Page 230: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

3, d

e 3

TA

BL

A T

AB

-CA

LC

CU

AD

RO

DE

ME

DIC

ION

ES

CO

N E

L IN

ST

RU

ME

NT

O D

EC

AP

RO

MA

G

Cu

ad

ro d

e c

álc

ulo

s para

el a

rro

llam

ien

to N

n1

Vn1

V 1,8

2,7

3,60

64,

05 4,5

5,08

95,

995

6,74

98,

086

8,52

In1

mA 7 10 14 16 19 24 34 46 71 82

Bm

axn

125,

118

7,7

250,

728

1,5

312,

835

3,8

416,

746

9,1

562,

159

2,3

Flu

jo

1.25

1,3

1.87

6,9

2.50

6,7

2.81

5,3

3.12

8,1

3.53

7,6

4.16

7,4

4.69

1,5

5.62

0,9

5.92

2,6

Hm

ax

eq

A-v

/cm

0,11

0,16

0,22

0,25

0,30

0,38

0,54

0,73

1,13

1,30

Ext

rap

ola

cio

ne

s d

e ta

bla

sA

-v/c

m0,

01

0,01

Oers

t0,

0120

0,01

50

Hm

axe

q/H

n

11,7

87,0

Cu

ad

ro d

e c

álc

ulo

s para

el a

rro

llam

ien

to N

n2

Vn

2V 1,67

2,51

53,

356

3,76

74,

185

4,73

65,

556,

227,

335

7,76

7

In1

mA 7 10 14 16 19 24 34 46 71 82

Bm

axn

125,

418

8,8

252,

028

2,8

314,

235

5,6

416,

746

7,0

550,

758

3,1

Flu

jo

1.25

3,8

1.88

8,1

2.51

9,5

2.82

8,1

3.14

1,9

3.55

5,6

4.16

6,7

4.66

9,7

5.50

6,8

5.83

1,1

Hm

ax

eq

A-v

/cm

0,11

0,16

0,22

0,25

0,30

0,38

0,54

0,73

1,13

1,30

Ext

rap

ola

cio

ne

s d

e ta

bla

sA

-v/c

m0,

01

0,01

Oers

t0,

012

0,01

5

Hm

axe

q/H

n

11,7

87,0

Page 231: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Ref 1 COOPER WILLIAM DAVID, "Instrumentación Electrónica y

Mediciones", primera impresión, Editorial PHI Prentice Hall,

Colombia, 1982

Ref 2 COTTELL, B, SC, PH, O, "Metalurgia Básica". Editorial Reverte S.A.

Barcelona 1 962.

Ref 3 KARCS, ANDRÉS M, " Electrometría de materiales magnéticos,

Editorial Marcombo BOIXAREU, Barcelona España, 1972.

Ref 4 M. KAGANOV, V, TSUKERNIK, " -La naturaleza del magnetismo.

Editorial Mir, impreso en la URSS, 1 985.

Ref 5 ALEXANDER GRAY Y G. A. WALLACE, "Electrotecnia

Ref 6 CHARLES E. DULL, MICHAEL N. IDELSON, "Electrotecnia Industrial

Aplicada".

Ref 7 CLARENCE V. CHRISTILE, "Electrotecnia Genera! ", Tomo I

Ref 8 H. HIRBRCHER J. KLOVE W. LHÜGER S, "Electrotécnica Curso

elemental".

Ref 9 LASHERAS ESTEBAN, JOSÉ M, "Materiales Industriales". Ediciones

CEDEI, Barcelona, 1981.

Ref 10 JUAN F. CADENA LEMOS, " Diseño y construcción de un

transformador de uso industrial para medida en baja tensión", Tesis de

grado, 1991.

Ref 11 AVNER, SYDNEY H, "Introducción a la metalurgia física.", Me. Graw

Huí, México, impreso en Bogotá 1979.

Page 232: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Ref12 ORTUETA, RAMÓN DE LUCAS, "Materiales magnéticos, teoría

metalurgia y aplicaciones. Consejo superior de investigaciones

científicas Madrid, 1955.

Ref 13 B.G.LIVSHITS, V.S. KraposHin, YA LLINETSKI, " Propiedades fisicas

de metales y aleaciones". Traducido al español. Editorial Mir. MOSCÚ.

1982.

Ref 14 METALS HANDBOOH, "Metallography. structures and phase

diagrams", American Society for Metals, Octava Edición.

Ref 15 MARTÍN ARTAJO, "Electrotecnia Transformadores". ICAE, Madrid,

1963.

Ref 16 FLINN-RICHARD, TROJAN PAUL, "Materiales de Ingeniería y sus

aplicaciones", 3ra edición, Me Graw-Hill, México, 1993.

Ref 17 ZBIGNIEW D. JASTRZEBSKI, "Naturaleza y propiedades de los

materiales para ingeniería", Segunda edición, editorial Interamericana,

México, 1979.

Ref 18 EDMINISTER JQSEPH A. "Teoría y problemas de electromagnetismo",

McGraw-Hil!, Bogotá, 1981.

Ref 19 SYED A NASAR, "Teoría y problemas de Máquinas Eléctricas y

electromecánicas", Me Graw-Hill, México, 1981.

Ref 20 DIN VDE , "índice de normas electrotécnicas y alemanas.". Edición

1977.

Ref 21 Paúl HLAWICZCA, "Introducción a la electrónica cuántica.".

Ref 22 MCKELVEY JOHN. "Física para ciencias e Ingeniería". México. 1981.

Page 233: D ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL •oIng. Paúl Ayora Gonzáles por s invalorabl,u e e guín ea campl profesionalo , personal y espiritual. Ing. Patricio Estupiñán d catedrátice

Ref 23 SHACKELFORD JAMES, "introduction to meteríais science for

enqeneers "

Ref24 THALER WILCOX , "Máquinas eléctricas estado dinámico y

permanente".

BIBLIOGRAFÍA EN PÁGINAS WEB.

Ref 25 "http://faraday.us.es/~iosaq/apuntes/tema5.htm"

Ref 26"http://www.mty.itesm.mx/dcic/deptos/ie/profesores/irodriqu/conv1/pn/PEHISEDD.HTM"

Ref 27 "http://www.civ¡la.com/hispania/ferroinforma/acerQ/ace-norm.htm#une"

Ref wwwl "http://members.nbci.com/ XMCM/gesped3/cristaprincipal.htm "

Ref www2 " http://members.nbci.com/unet1/malaquera/paqe36.htm!"

Ref www3"http://www.esi2.us.es/IMM2/estructuras%20cristalinas/redes%20de%20bravais.html"

Ref www4 "http://www.monoqrafias.corn/trabaio57/proma/proma.shtml"

Ref www5"http://www.adi.uam.es/docencia/elementos/spv21/sinmarcos/elementos/fe.htmi