Métodos magnéticos para medir tensiones internas en acero
- Autores: María Sonsoles García Alonso
- Directores de la Tesis: Jordi Vinolas Prat (dir. tes.), Miguel Ángel García García-Tuñón (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Antonio de Nebrija ( España ) en 2023
- Idioma: español
- Número de páginas: 198
- Tribunal Calificador de la Tesis: María Pilar Marin Palacios (presid.), Rafael Barea del Cerro (secret.), Marta M. Multigner Domínguez (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Tecnologías Industriales e Informáticas por la Universidad Antonio de Nebrija
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TESEO biblioteca.nebrija.es biblioteca.nebrija.es
- Resumen
El acero es un excelente material estructural debido a sus buenas propiedades mecánicas y se utiliza comúnmente en ingeniería civil y mecánica, en edificios, puentes, infraestructuras ferroviarias y vehículos, entre otros.
Para mantener la integridad de las estructuras con base de acero se requiere no superar el límite elástico del material. Por lo tanto, en casos críticos y especialmente cuando las cargas externas pueden tener cambios significativos, poder medir de la tensión interna de las estructuras resulta fundamental para garantizar su integridad y seguridad. Las tensiones internas pueden variar cuando la estructura está en servicio debido a cambios en la distribución de cargas, dilataciones térmicas, oxidación y otros agentes externos. En consecuencia, se requieren métodos no invasivos para la medición "in situ" de la tensión interna para evitar fallos y así aumentar la vida útil de la estructura.
Por tanto, disponer de un método no invasivo de monitorización continua del estado tensional de las estructuras de acero supondría una ventaja. Permitiría analizar la evolución de las tensiones y determinar cuándo es necesaria una actuación sobre la estructura.
Este trabajo se enfoca en el desarrollo de sensores utilizando métodos magnéticos, concretamente métodos magnetostáticos y magnetoelásticos. Ya que los aceros usados en los ensayos desarrollados a lo largo de esta tesis son materiales ferromagnéticos y estos tienen dos propiedades que los hacen potencialmente útiles para la monitorización de tensiones: Las propiedades magnéticas de los materiales ferromagnéticos son muy sensibles a la tensión mecánica. Debido a un fenómeno llamado magnetostricción, al aplicar tensión a un material ferromagnético, cambian la mayoría de sus propiedades magnéticas, incluida la curva de magnetización o ciclo de histéresis. Por ello, midiendo las propiedades magnéticas de un material ferromagnético se puede determinar su estado tensional. Hay estudios previos que demuestran que los aceros utilizados para la fabricación de carriles muestran variaciones apreciables en sus propiedades magnéticas al estar sometidos a tensiones mecánicas. En particular se ha demostrado que tensiones del orden de 100 MPa dan lugar a variaciones de algunos de sus parámetros magnéticos de hasta un 10%.
Las propiedades magnéticas de un material pueden medirse externamente. No es necesario integrar el sensor dentro de las estructuras para medir dichas propiedades. Esto facilita mucho la medida de dichas propiedades y abre la posibilidad al desarrollo de sistemas externos que midan la tensión en puntos críticos de las estructuras.
El primer método usado se basa en medir cambios de tensión interna utilizando campos magnéticos estáticos basados en la medir el campo magnetostático. El dispositivo fabricado es un sensor magnético simple, económico y no invasivo que es capaz de medir los cambios de tensión interna en piezas de acero.
El segundo método que se ha utilizado es un método magnetoélastico, y el sensor fabricado, al igual que el anterior, es un sensor muy sencillo y económico. Está formado por dos bobinas, una bobina que actúa como primaria y otra que lo hace como secundaria.
Una aplicación en donde podría ser muy útil el uso de este tipo de sensores sería en las infraestructuras ferroviarias, concretamente en la detección del pandeo de los carriles, ya que un fallo producido por este tiene consecuencias muy graves.
Los sensores estudiados en esta tesis son sistemas de media sencillos, robustos y de bajo coste, tres requisitos necesarios para que los sensores sean viables, ya que se deben instalar un número elevado de ellos para monitorizar largos tramos y deben trabajar en condiciones de exterior sometidos cambios de temperatura, condiciones meteorológicas adversas, etc.
