PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ

TEMA: RIESGOS DEL CAMPO ELECTROMAGNETICO EN LA INDUSTRIA

Por: Cristhian Gustavo Jacinto Calderón (20154240)

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INTRODUCCIÓN 1 :

Los efectos de los campos electromagnéticos han suscitado interés y curiosidad desde la antigüedad.

Las primeras observaciones conocidas sobre los fenómenos eléctricos se remontan a Tales de Mileto

(624-546 a.C), que también formuló una curiosa teoría (llamada hilozoismo) para intentar explicar la

atracción de los imanes entre ellos y con pequeños pedazos de hierro, afirmando que los imanes

tenían vida y además producían sobre los pedazos de hierro una animación que les impulsaba a

moverse.

William Gilbert, tras varios años de experimentos con esferas imantadas, llegó a afirmar, en el año

1600, la existencia del campo magnético terrestre, cuyo origen situaba en el interior de la Tierra.

También diferenció, por primera vez, lo que hoy denominamos materiales conductores de los que no

lo eran.

A finales del siglo XVIII, Coulomb formuló la ley que rige cuantitativamente la electrostática. Unos años

después, Gauss demostró que el campo magnético terrestre era un campo estático, de origen interno

(hoy sabemos que, es así en un 94% aproximadamente) y que deriva de un potencial.

Finalmente, en 1860, Maxwell propuso las ecuaciones que llevan su nombre y que constituyen la

síntesis de las teorías eléctrica y magnética, que hasta entonces se habían desarrollado por separado.

A partir de entonces, podemos decir que a todos los niveles, el crecimiento del electromagnetismo ha

sido extraordinario, tanto así que ahora son parte integrante del medioambiente y sus efectos sobre

las personas generan un legítimo interés en el público, pero los campos electromagnéticos no solo

afectan a las personas, sino también a maquinas industriales, como las rotatorias en especial.

1 Fuente: La exposición laboral a campos eléctricos y magnéticos estáticos

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Figura 3.- Charles-Augustin de Coulomb

UNIDADES DE MEDICION DEL CAMPO MAGNÉTICO RESIDUAL 2 :

La medición del campo magnético residual en las máquinas eléctricas rotatorias, se realiza con un

equipo llamado gaussmetro, el cual nos da valores denominados Gauss y puede ser de tipo digital o

analógico. Los equipos digitales proporcionan resultados asociados a una polaridad positiva (+) o

negativa (-), dependiendo de la dirección, la cual sale del campo magnético residual. Los analógicos

normalmente tienen una escala con cero central y la aguja se mueve dependiendo del sentido (positivo

o negativo).

El gaussmetro que se utiliza en el Instituto para la mediciones del campo magnético residual es uno

marca Hirst, tipo GM05 digital, que tiene una punta de prueba muy sensible, la cual funciona bajo

el efecto Hall. Las puntas de prueba pueden ser planas o cilíndricas. Las puntas planas miden el campo

magnético en forma perpendicular y las cilíndricas en forma paralela a las líneas de flujo magnético.

Normalmente, el extremo de la punta de prueba es la zona más sensible.

Figura 5: Gaussmetro Hirst GM05 Digital

2 Fuente: http://www.radiansa.com/contaminacion-electromagnetica/campos-

electromagneticos/campo_magnetico_exposiciones.htm

Fuente: http://www.hirst-magnetics.com

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FUENTES DE EXPOSICION LABORAL EN LA INDUSTRIA 3 :

Los puestos de trabajo, donde puede existir una exposición laboral más elevada a campos eléctricos y

magnéticos estáticos, corresponden principalmente a los siguientes grupos:

- Instalaciones de Resonancia Magnética Nuclear

- Industrias con procesos electrolíticos

- Aceleradores de partículas

- Otros, como trenes de alta velocidad, fabricación de imanes, etc.

Como medidas para controlar la exposición laboral se proponen:

- Mantener una distancia suficiente entre las áreas de trabajo comunes y el imán.

- Limitar la duración de la exposición a un campo intenso.

- Instalar blindaje ferromagnético entre las áreas de trabajo comunes y el imán, aunque esto

no protegerá al personal que deba trabajar junto al imán.

CAMPO MAGNETICO RESIDUAL EN MAQUINAS ROTATORIAS 4 :

En las maquinas eléctricas rotatorias, el fenómeno de magnetización causa graves problemas, como la

generación de corrientes inducidas que propician el desgaste mecánico en chumaceras, collarines,

muñones e inclusive en la flecha, por efectos conocidos como pitting, frosting y spark tracks, así como

lecturas erróneas en sensores de vibración y temperatura, que en algunos casos pueden provocar la salida de operación de la máquina.

De acuerdo con la ley de Ampere, cuando una corriente circula a través de un conductor, se genera

un campo magnético alrededor del mismo, cuya dirección se establece con base a la regla de la mano derecha.

Figura 6.- Campo Magnético alrededor de un conductor

3 Fuente: La exposición laboral a campos eléctricos y magnéticos estáticos 4 Fuente: http://www.iie.org.mx/boletin022007/art.pdf

Fuente: http://www.iie.org.mx/boletin022007/art.pdf

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Por otro lado, cuando existen fuerzas internas capaces de alinear los dipolos magnéticos elementales

de un material, se tiene un imán permanente. Sabemos que un imán afecta a ciertos materiales y a otros no.

Al igual que en un conductor o un material, en los elementos de una máquina eléctrica rotatoria se pueden inducir campos magnéticos que producen un magnetismo residual o magnetización.

En el ámbito mundial no existe una norma que establezca los valores del campo magnético residual,

permitidos en máquinas eléctricas rotatorias. Los valores recomendados en la literatura del tema se

han establecido con base en la experiencia de trabajos desarrollados, y según éstos, se ha determinado

que una máquina no presenta mayores problemas con niveles de magnetismo residual inferiores a 3Gausses (G).

En caso de que los niveles de campo magnético residual sean superiores a los mencionados en una

máquina eléctrica rotatoria, es necesario llevar a cabo un proceso de desmagnetización, hasta llegar

a los niveles aceptables.

CAUSAS DE LA MAGNETIZACIÓN EN MÁQUINAS ELÉCTRICAS 5 :

El campo magnético residual en los elementos de una máquina eléctrica rotatoria, son producido por diferentes causas, entre las cuales podemos mencionar las siguientes:

a) La utilización de herramientas con fuertes campos magnéticos en el estator y/o rotor en áreas

de la máquina donde se presentan altos niveles de campo magnético durante la operación.

b) El soldar sobre los elementos de la máquina. Cuando es necesario hacerlo, el electrodo de

tierra debe colocarse lo más cerca posible al electrodo de fundición, tomando las medidas de

seguridad necesarias. La soldadura debe realizarse antes de instalar el rotor, flecha,

chumaceras, sellos, etc.

c) En caso de que durante el proceso de soldadura, el electrodo de tierra se coloque en un lugar

en el que la corriente de retorno pueda encontrar una trayectoria, a través de la estructura

compuesta de las partes rotativas y estacionarias de la máquina, se pueden provocar campos

magnéticos.

d) Los campos magnéticos originados por diferentes componentes, «incidentemente pueden

estar alineados de tal forma que induzcan mayores corrientes. En este caso es posible instalar

componentes de repuesto que presenten campos de la misma intensidad, pero orientados de

una manera diferente para eliminar las corrientes de flecha.

e) La circulación de una corriente directa puede alinear sus dipolos magnéticos durante una falla

a tierra en la flecha del rotor de un generador, de tal forma que la flecha se magnetice.

f) Al realizar operaciones y pruebas con inducción magnética (pruebas de inspección con

partículas magnéticas).

5 http://www.iie.org.mx/boletin022007/art.pdf

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PROBLEMAS CAUSADO POR ALTOS NIVELES DE CAMPO MAGNETICO RESIDUAL 6 :

a) Frosting. El efecto frosting ocurre durante descargas de voltaje y es común referirse a éstas

corno descargas eléctricas o electrostáticas y cuando ocurren, el material es removido. Este es

el tipo de daño más común por corrientes en la flecha y las partes más afectadas son las

chumaceras, los sellos, el collarín y los muñones. La apariencia escomo de una superficie

soplada con arena, caracterizada por una sobre posición, fundición y marcas de hoyos

brillantes. Cuando se observa con un microscopio, la superficie brillante presenta varios

craters pequeños e individuales. El fondo de los craters es redondo y brillante.

b) Pitting. Este daño es muy diferente del efecto frosting; generalmente es mucho más extenso

ya que su fuente generadora es extremadamente potente. Frecuentemente ocurre en los

dientes de los engranes, en el reverso de las chumaceras o sellos y a veces entre los elementos

desmontables por la mitad. Opuesto al efecto frosting donde la superficie completa puede ser

afectada, el efecto pitting ocurre aleatoriamente y a veces es posible contar el número de las

descargas, lo cual es imposible hacer con el efecto frosting. La apariencia de los hoyos es

similar a los craters individuales del efecto frosting. Generalmente, el efecto pitting eléctrico

es el resultado de una fuente electromagnética crecidamente concentrada para formar hoyos

más grandes. Sin embargo, se han conocido fuentes electrostáticas de alto voltaje como causa

del efecto pitting.

Figura 7.- Motor afectado por el efecto pitting.

c) Spark tracks. La apariencia inicial de este efecto es corno un rayado en las superficies de metal

babbit, como resultado de partículas extrañas en la lubricación o aceite sellador.

Generalmente, el efecto de spark tracks está asociado con una fuente electromagnética de

gran potencia, que se necesita para desarrollar la descarga de voltaje continuo y este daño es

diagnosticado como abrasión mecánica.

6 Lester E. Sutherland., Electromagnetic shaft currents in ammonia plant Turbomachinery at CF Industries, INC.

Fuente: http://www.fiatforum.com

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Figura 8.- Cojinete afectado con Spark Track

NIVELES MÁXIMOS DE MAGNETISMO RESIDUAL RECOMENDADOS:

Los valores máximos y mínimos del campo magnético residual para maquinas eléctricas rotatorias no

se encuentran normalizados. La literatura especializada en el tema (Nippes, Paul, 1994; Mazlack, S.,

1984) ha establecido valores recomendados con base en la experiencia de los trabajos desarrollados y

publicados. Los criterios aceptados internacionalmente, establecen que una máquina no presenta

mayores problemas con niveles de magnetismo residual inferiores a 3 G.

Fuente: http://turbolab.tamu.edu

Fuente: http://www.iie.org.mx

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DESMAGNETIZACION:

Una vez detectados niveles de magnetismo residual por arriba de los valores máximos recomendados

en una máquina o partes de ella, resulta necesario proceder a la eliminación o reducción de éstos.

El objetivo del proceso de desmagnetización es remover el magnetismo residual presente en un

componente o elemento de la máquina, de forma sistemática, hasta lograr niveles dentro de los límites recomendados.

El proceso de desmagnetización consiste en aplicar una intensidad de campo magnético H (amperes-

vuelta), para lograr una densidad de flujo B y un flujo 𝜑 de magnitud similar al campo magnético medido en el componente a desmagnetizar, pero de sentido opuesto.

El proceso de desmagnetización resulta más efectivo, cuando se aplica por separado a cada componente de la máquina, por lo que se recomienda desensamblarla durante este proceso.

Figura 8.- Comportamiento del ciclo de histéresis durante el proceso de desmagnetización

RECOMENDACIONES:

Para evitar la magnetización en máquinas y equipo rotatorio se recomienda lo siguiente:

No soldar sobre los elementos de la máquina. Cuando sea necesario hacerlo, debe colocarse

el electrodo de tierra lo más cerca posible al electrodo de fundición, tomando las medidas de

seguridad correspondientes. La soldadura debe realizarse antes de instalar el rotor, las

chumaceras, los sellos, etc.

Extremar precauciones al realizar operaciones y pruebas con inducción magnética (pruebas de

inspección con partículas magnéticas).

Realizar periódicamente mediciones de magnetismo residual en la flecha del rotor.

Verificar el magnetismo residual de las partes a instalar, nuevas y maquinadas, de modo que se instalen partes con niveles mínimos a los recomendados.

Fuente: http://www.iie.org.mx

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BIBLIOGRAFIA:

1. Nippes, Pau I L, Principies of Magnetism and Stray Currents in Rotating Machinery , P/PM

Technology, VoL 7, Na 3. June 1994.

2. Costello, Michael 1, Shaft Voltages and Rotating Machinary, IEEE Transactions on lndustry

Applicatons, Vol. 29, Na 2. March-April 1993.

3. Sohre, John S., Electromagnetic shaft currents and demagnetization on rotor of turbines and

compresors, Proceedings of the seventh Turbomachinary Symposium.

4. Mazlack, S. W., Magnetically Induced Shaft Currents: Causses and Cures, Hrydrocarbon

Proosssing, August 1984.

5. García, Job; Carvajal, F. Antonio; Ramírez, Manuel, Magnetismo residual en máquinas

eléctricas rotatorias, Instituto de Investigaciones Eléctricas.

6. Lopez, Maximo., Los Riesgos eléctricos y su ingeniería de seguridad, Universidad Politécnica

de Madrid.

7. La exposición laboral a campos eléctricos y magnéticos estáticos , Instituto Nacional de

Seguridad e Higiene en el trabajo, Madrid.

PAGINAS WEB:

http://www.ree.es/es/sostenibilidad/medioambiente/campos-electricos-y-magneticos

http://www.radiansa.com/contaminacion-electromagnetica/campos-

electromagneticos/campo_magnetico_exposiciones.htm

http://www.fiso-web.org/imagenes/publicaciones/archivos/2860.pdf

http://portalsostenibilidad.upc.edu/archivos/fichas/informes/informericardordiaz2008.pdf