Corriente y voltaje alternos
Para encontrar grietas con corrientes de Eddy, el campo de la bobina tiene que cambiar todo el tiempo. Eso lo hace la corriente alterna.
En este capítulo vas a:
- Ver cómo un generador crea una onda senoidal.
- Medir la onda: frecuencia, periodo y fase.
- Leer la señal como la muestra el equipo.
Toca las palabras subrayadas para ver qué significan. Ganas XP al practicar y una insignia por módulo.
¿Por qué corriente alterna?
La corriente directa crea un campo quieto. La corriente alterna crea un campo que cambia sin parar. Solo un campo que cambia crea corrientes en el metal.
Ves una sonda sobre una placa de aluminio, cortada de lado. ⊙ y ⊗ son corrientes de Eddy que salen y entran de la pantalla. Va en cámara lenta.
- Apagada. No hay campo. En la placa no pasa nada.
- CD. Al prender, el campo crece y crea un pulso de corriente en la placa. Cuando el campo se queda quieto, el pulso se acaba. La sonda ya no "ve" nada.
- CA. El campo crece, baja y se voltea en cada ciclo. Por eso la placa siempre tiene corrientes de Eddy. Eso es lo que mide el equipo.
Cómo leer este osciloscopio
- Amarilla: la corriente de la bobina.
- Morada: la corriente de Eddy en la placa.
- El tiempo corre de izquierda a derecha.
- Mira qué tan inclinada va la amarilla. Más inclinada = cambia más rápido = morada más grande.
En la inspección
- CA: siempre hay corrientes de Eddy. La sonda puede ver grietas mientras se mueve.
- Los pulsos al prender y apagar también sirven. Son la base de las corrientes de Eddy pulsadas (PEC), capítulo 11.
- CD fija: no hay corrientes de Eddy. Una grieta pasaría sin verse.
El generador: un cable que gira
Un cable que gira junto a un imán produce voltaje. El voltaje sube, baja y cambia de signo. Una vuelta completa es un ciclo.
Imán N arriba, S abajo. El cable se ve de canto: los dos círculos son sus lados. Sigue el oscuro. Las flechas verdes muestran hacia dónde se mueve. Puedes arrastrar el cable.
Cómo funciona
- 3 partes: un imán, un cable que gira y unos anillos que sacan el voltaje.
- Al girar, los lados del cable cortan las líneas del imán. Eso crea voltaje.
- Cada media vuelta, los lados cambian de dirección. El voltaje cambia de signo: es alterno.
- Más vueltas por segundo = más frecuencia. 60 vueltas por segundo = 60 Hz.
Reto: predice el voltaje
El máximo es 10 V. Pregúntate: ¿la flecha verde va de lado (corta líneas) o arriba-abajo (no corta)? Acierta 3 para la insignia.
¿Por qué cero y por qué máximo?
A · 0°, acostado. Se mueve arriba-abajo. No corta líneas. 0 V.
B · 90°, de pie. Se mueve de lado. Corta todas las líneas. +10 V.
C · 180°, acostado. Otra vez no corta. 0 V. Va medio ciclo.
D · 270°, de pie al revés. Corta en sentido contrario. −10 V.
De la idea a la fórmula
- Solo hay voltaje si el cable corta líneas.
- Cuenta solo la parte del movimiento que va de lado.
- Esa parte es sin θ: 0 a 0°, la mitad a 30°, todo a 90°.
- Por eso: e = E · sin θ. Eso dibuja una onda senoidal.
En la inspección
- El equipo crea una onda senoidal limpia. Así mide bien el tamaño y la fase de la señal.
- Un cable de sonda dañado o máquinas cerca (motores, soldadoras) meten ruido. Revisa el cable y aléjate de esas máquinas.
60 ciclos por segundo. La luz de tu casa en México es de 60 Hz. Los equipos de corrientes de Eddy son mucho más rápidos: de miles a millones de ciclos por segundo.
El ciclo en grados y radianes
Un ciclo es una vuelta, así que se mide como un ángulo: 360°. También se mide en radianes: un ciclo = 2π rad ≈ 6.28 rad.
Arrastra el punto. Cuando el arco rojo mide lo mismo que el radio, el ángulo es 1 radián (unos 57°).
¿Qué es un radián?
Es otra forma de medir ángulos, como los grados. Imagina un círculo y un hilo:
- Corta un hilo del largo del radio (r: del centro a la orilla).
- Pon ese hilo pegado a la orilla del círculo.
- El ángulo que abre es 1 radián: unos 57.3°.
- En toda la vuelta, el hilo cabe 6.28 veces (eso es 2π).
Por eso 360° = 2π rad y 180° = π rad ≈ 3.14 rad. Las marcas 1, 2, 3… del círculo son los hilos puestos uno tras otro.
¿Para qué sirve? Las calculadoras científicas y las fórmulas de física usan radianes. En corrientes de Eddy, la corriente se atrasa 1 radián por cada δ de profundidad (módulo 5).
Ojo: si tu calculadora da un seno raro, revisa si está en DEG (grados) o RAD (radianes).
- e
- Valor instantáneo: el voltaje en este momento.
- E
- Valor máximo: el pico de la onda. Llega a 90° (+) y a 270° (−).
- θ
- Ángulo: en grados o radianes. Radianes = grados × π ÷ 180.
| Parte del ciclo | Grados | Radianes |
|---|---|---|
| Inicio | 0° | 0 |
| Un cuarto | 90° | π/2 ≈ 1.57 |
| Media vuelta | 180° | π ≈ 3.14 |
| Tres cuartos | 270° | 3π/2 ≈ 4.71 |
| Vuelta completa | 360° | 2π ≈ 6.28 |
Reto: calcula el valor instantáneo
Acierta 3 para la insignia. Se vale un error pequeño (±2 %).
Frecuencia y periodo
Frecuencia: cuántos ciclos hay en un segundo. Se mide en hertz (Hz). Periodo: cuánto dura un ciclo. Uno es el inverso del otro.
- f
- Frecuencia, en Hz. 1 kHz = 1 000 Hz. 1 MHz = 1 000 000 Hz.
- T
- Periodo, en segundos. Mídelo de un cruce por cero subiendo al siguiente.
Las perillas funcionan: toca su lado izquierdo para bajar y el derecho para subir.
Reto: convierte
Acierta 3 para la insignia. Fíjate en la unidad que se pide (ms, µs, kHz…).
Longitud de onda
La longitud de onda (λ) es lo que avanza la onda en un ciclo. Se calcula con λ = v / f. Más frecuencia = onda más corta.
A. En el aire
La ventana siempre mide lo mismo (315 m en el aire). Sube la frecuencia y caben más ondas. Bájala y una sola onda ya no cabe.
- λ
- Longitud de onda, en metros. De una cresta a la siguiente.
- v
- Velocidad. En el aire: 3 × 10⁸ m/s (la luz). Ultrasonido en acero: 5 920 m/s.
- f
- Frecuencia, en Hz.
En la inspección
- No necesita acoplante. Puede inspeccionar a través de pintura delgada.
- No mide profundidad por tiempo, como el ultrasonido. La profundidad se saca de la fase.
Reto: calcula la longitud de onda
Acierta 3 para la insignia. Fíjate en la unidad (mm, m o km).
B. Dentro del metal
- δ
- Profundidad de penetración: donde la corriente baja al 37 %. Lo verás en el capítulo 7.
- λ
- Longitud de onda en el metal. La corriente se atrasa un poco más con cada δ de profundidad.
Ángulo de fase
Dos ondas con la misma frecuencia pueden ir desfasadas: una llega a su pico antes que la otra. Esa diferencia, en grados, es el ángulo de fase.
¿Cómo se lee y para qué sirve?
La fase dice en qué parte de su ciclo va la onda:
- 0° al empezar.
- 90° en la cresta.
- 180° al pasar por cero bajando.
- 270° en el valle.
El ángulo de fase es cuánto va una onda adelante de la otra.
- eB
- Voltaje de la onda B en este momento.
- θ
- Ángulo de giro. Es igual para las dos ondas.
- φ
- Ángulo de fase (fi). Positivo: B adelanta. Negativo: B atrasa.
El ángulo es una parte del ciclo. Multiplícalo por el periodo T y tienes el tiempo.
- Checa que las dos ondas tengan la misma frecuencia.
- Toma una cresta de A. Busca la cresta de B más cercana.
- Mide la distancia en grados (1 ciclo = 360°).
- B a la izquierda = B adelanta. B a la derecha = B atrasa.
| Ángulo | Qué significa | Al sumarlas |
|---|---|---|
| 0° | En fase: picos juntos | El doble |
| ±90° | Una en su pico, la otra en cero | 1.41 veces |
| 180° | Fase opuesta: pico contra valle | Se cancelan |
- La corriente de Eddy va 90° atrás de la bobina.
- Más hondo, más atrasada.
- Por eso una grieta honda sale con otro ángulo que una de la superficie. Y el despegue sale con otro distinto.
Reto: lee la fase
¿Cómo va la onda B (roja) respecto a la A (azul)?
Cada división son 45°. Si la cresta de B llega antes, B adelanta. Acierta 3 para la insignia.
Vectores de fase
Dibujar ondas es lento. Es más fácil usar un vector: una flecha. Su largo es la amplitud. Su ángulo es la fase.
Cada flecha gira. Su sombra, a la derecha, dibuja la onda. Pausa para congelarla.
¿Por qué importa la suma?
Dos ondas desfasadas no se suman como números. 3 + 4 a 90° no da 7: da 5 (como un triángulo).
En corrientes de Eddy pasa todo el tiempo:
- La bobina tiene dos partes a 90°: la resistencia del alambre y la parte magnética. Su suma es la impedancia (capítulo 6).
- La señal del equipo es la suma de todo: despegue, material y grieta. Cada uno es una flecha.
- El inspector gira la fase para dejar el despegue acostado. Así la grieta apunta a otro lado.
En la pantalla del equipo
- El plano de impedancia muestra la señal como un vector.
- Largo = amplitud. Ángulo = fase.
- El despegue se deja acostado. Las grietas salen con otro ángulo.
- Grieta más honda = más ángulo.
Ángulos de ejemplo. En un equipo real dependen de la frecuencia, el material y el ajuste.
Examen final del capítulo 2
12 preguntas. Con 80 % o más ganas la insignia de Corriente alterna.
Tus insignias
Ideas clave del capítulo
Repaso rápido antes del capítulo 3 (Magnetismo).
1. ¿Por qué CA?
- CD: no cambia. Campo quieto.
- CA: cambia todo el tiempo y se voltea cada medio ciclo.
- Inducción: solo un campo que cambia crea corrientes. Por eso se usa CA.
2. Generador
- Un cable que gira junto a un imán crea voltaje.
- 0° y 180°: no corta líneas → 0 V.
- 90° y 270°: corta todas → máximo (+ y −).
- Ciclo: una vuelta completa.
3. Grados y radianes
- 1 ciclo = 360° = 2π rad.
- 1 radián ≈ 57.3°.
- e = E · sin θ: el voltaje en cada punto.
4. Frecuencia y periodo
- Frecuencia (f): ciclos por segundo, en Hz.
- Periodo (T): lo que dura un ciclo.
- T = 1/f.
- Equipos: de 60 Hz a 6 MHz.
5. Longitud de onda
- λ = v / f.
- En el aire: enorme (300 m a 1 MHz).
- En el metal: milímetros. Más hondo = más atrasado.
6. Ángulo de fase
- Fase: cuánto va una onda adelante o atrás de otra.
- 0°: se suman. 180°: se cancelan.
- Solo con la misma frecuencia.
7. Vectores de fase
- Vector: largo = amplitud, ángulo = fase.
- Contra las manecillas = positivo.
- Plano de impedancia: separa el despegue de las grietas.