Aula_unid_2_3

FACULDADE DO CENTRO LESTE

1Prof. Julio Rezende [email protected]/09/2015

ENGENHARIA MECÂNICA

2015/2



UNIDADE 2.3

TÉCNICAS

DE

INSPEÇÃO



Sumário

ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS (END)

NÃO - CONVENCIONAIS.



Manutenção Industrial

As técnicas não convencionais de Ensaios Não Destrutivos são

geralmente aplicação em condições específicas quando já se conhece o

potencial de falha do componente, e quando a aplicação das técnicas

convencionais de END não são eficazes, viáveis ou não trazem resultados

satisfatórios.

São muito utilizadas na avaliação da integridade de equipamentos ou

componentes (caldeiras, vasos de pressão, reservatórios de fluidos sob

pressão...).

Algumas destas técnicas são aplicadas com os equipamentos ou sistemas

em operação, necessitando de paradas somente para instalação de

instrumentos.

TÉCNICAS DE ENSAIOS NÃO – DESTRUTIVOS (END)

NÃO - CONVENCIONAIS




Os ensaios não convencionais de END mais aplicadas na manutenção industrial

são:

Emissão Acústica;

Extensometria de campo - strain-gauge

US Automatizado - Phased Array;

US Automatizado - TOFD;

US Interno Rotativo - IRIS;

US de Ondas Guiadas;

Tomografia Magnética;

Pig instrumentado;

Inspeção Eletromagnética de Cabos de Aço;

Inspeção Eletromagnética de Correia de Cabo de Aço.

Na seqüência será descrito o princípio de funcionamento, vantagens,

desvantagens e aplicações das principais técnicas convencionais de END listadas

acima.

TÉCNICAS DE ENSAIOS NÃO – DESTRUTIVOS (END)

NÃO - CONVENCIONAIS




A técnica está fundamentada na detecção de ondas transientes geradas pelo

processo de degradação do material. Esses sinais, ou ondas de tensão, são

gerados quando o material é submetido a tensões mecânicas. Caso este material

tenha uma trinca, descontinuidade ou defeito, ocorrerão alterações nas ondas

acústicas, o que será detectado pelo sistema.

TÉCNICAS DE ENSAIOS NÃO – DESTRUTIVOS (END) NÃO – CONVENCIONAIS

EMISSÃO ACÚSTICA

A aplicação desta técnica consiste em

distribuir vários sensores piezelétricos em

pontos específicos da superfície da

estrutura a ser ensaiada, a dividindo em

áreas. Então se monitora o tempo de

chegada da energia acústica em cada

sensor.

Freqüência: normalmente entre 50KHz e 10MHz, o que elimina vibrações mecânicas ordinárias.

Vista esquemática Sistema Emissão Acústica




Aplicamos a emissão acústica quando queremos analisar ou estudar o comportamento dinâmico de

defeitos em peças ou em estruturas metálicas complexas, assim como registrar sua localização. O

ensaio por emissão acústica permite a localização da falha, através de alterações dos sinais

captados por sensores instalados na estrutura ou no equipamento a ser monitorado.

É o caso da monitoração de cilindros contendo gás sob pressão para abastecimento, do teste

hidrostático e pneumático em vasos de pressão, teste de fadiga, controle de processos de soldagem,

e ainda da caracterização de materiais.


EMISSÃO ACÚSTICA – APLICAÇÃO DA TÉCNICA

Empilhadeira/ Recuperadora de Minérios Esfera de Oxigênio




Componentes ou equipamentos metálicos pressurizados ou na pressão atmosférica como

vasos de pressão, esferas, reatores, colunas, trocadores de calor, cilindros de alta pressão,

tanques de armazenamento e silos, em todos seus componentes, fundos, costados e tetos

etc;

Componentes ou equipamentos não-metálicos pressurizados ou na pressão atmosférica,

fabricados em material plástico reforçado com fibra de vidro ou fibra de carbono, como

tanques e tubulações;

Componentes estruturais metálicos e não-metálicos de aplicação automotiva, aeronáutica

e aeroespacial;

Estrutura de transporte e levantamento de cargas, como guindastes, pontes rolantes,

transportadores de minérios, etc;

Detecção de vazamento em válvulas, equipamento, tubulações, pressurizados ou

atmosféricos;

Detecção e localização de descargas parciais em transformadores;

Estruturas de concreto.






Inspeção rápida e global de

grandes estruturas;

Resposta da descontinuidades

a um carregamento

conhecido;

Pode se definir a máxima

tensão real de operação;

Avaliação da integridade em

operação;

Aplicável a madeira, fibra,

plástico, concreto, aço, etc.



VANTAGENS LIMITAÇÕES

Não dimensiona

descontinuidades;

Interpretação de resultados

pode ser complexa;

Sensível a variáveis externas.



Manutenção IndustrialTÉCNICAS DE ENSAIOS NÃO – DESTRUTIVOS (END) NÃO – CONVENCIONAIS

EMISSÃO ACÚSTICA – EXEMPLO DE APLICAÇÃO




EXTENSOMETRIA DE CAMPO – PRINCÍPIOS E CARACTERÍSTICAS

A extensometria é uma técnica utilizada para a análise

experimental de tensões e deformações em estruturas mecânicas

e de alvenaria em serviço. Estas estruturas apresentam

deformações sob carregamento ou sob efeito da temperatura.

Os Extensômetros (Strain Gauge) mais utilizados na indústria

são os do tipo “Resistência Elétrica”, devido o baixo custo e a

facilidade na instalação. O método se baseia na alteração da

resistência elétrica do fio (resistor) em função da deformação

(tração ou compressão) do componente ensaiado.

O extensômetro é colado sobre a estrutura em teste

com auxílio de adesivos como epóxi ou

cianoacrilatos. Pequenas variações de dimensões da

estrutura são então transmitidas mecanicamente ao

strain-gauge, que transforma essas variações em

variações equivalentes de sua resistência elétrica

(por esta razão, os strain-gauges são definidos

como transdutores).

Vista esquemática do ensaio de Extensometria





O strain-gauge ou extensômetro elétrico é um resistor

composto de uma finíssima camada de material

condutor, depositado então sobre um composto isolante.

As principais características são: alta precisão de

medida, baixo custo, excelente linearidade, excelente

resposta dinâmica, fácil instalação, pode ser imerso em

água ou em atmosfera de gases corrosivos, possibilita

realizar medidas à distância.

Vista esquemática do ensaio de ExtensometriaExtensometro instalado em uma estrutura





Medir variações de carga, pressão, torque, deslocamento, tensão,

compressão, aceleração;

Podem ser aplicados à qualquer tipo de material sujeito o deformações em

trabalho;

A sensibilidade à temperatura é um ponto fundamental no uso de strain-

gauges, e frequentemente o circuito de medição contém um compensador

de temperatura;

O design dos strain-gauges incorpora várias funcionalidades como alto fator

de medição, alta resistividade, insensibilidade à temperatura, alta

estabilidade elétrica, alta resistência mecânica, facilidade de manipulação,

baixa histerese, baixa troca termal com outros materiais e durabilidade.




ULTRA-SOM AUTOMÁTICO COM REGISTRO CONTÍNUO- PHASED ARRAY

Tecnologia de inspeção de ultra-som computadorizado e automatizado que utiliza o método de

escaneamento linear com transdutores de múltiplos cristais, cobrindo 100% da área ensaiada.

O Phased Array gera um feixe ultrassônico com

a capacidade de configurar parâmetros como

ângulo, distância focal e tamanho do ponto focal

através de excitação controlada por

computador. O sistema permite que o operador

varie o ângulo do feixe sem movimentar o

transdutor, maximizado a possibilidade de

detecção, independente da orientação da

descontinuidade, e também otimiza a relação

sinal / ruído.

O resultado da soma de diversas ondas no

phased array é um A-scan que enfatiza a

resposta do ponto focal desejado e atenua

vários outros ecos de outros pontos do material. Vista esquemática SISTEMA Phased Array





APLICAÇÃO

Tecnologia desenvolvida inicialmente para atender mais especificamente a área de dutos

(gasodutos, óleo dutos, etc...);

Pode ser utilizada também em condutos forçados, esferas, vasos de pressão e tubulações

soldadas com espessuras acima de 5 mm e diâmetros acima de 2”, nas mais diversas

situações;

Abrangem inspeção de solda, geometrias complexas e detecção, localização e

dimensionamento de descontinuidades.

Aumenta a confiabilidade da inspeção

quando comparado ao ultra-som

convencional;

Inspeção de múltiplos ângulos e focos

com apenas um transdutor;

3 a 4 vezes mais rápido que o ultra-

som comum.


Necessidade de limpeza prévia da

superfície;

Equipamento de custo elevado;

Difícil aplicação em materiais com

alta atenuação sônica. Ex.

Inoxidáveis austeníticos.





APLICAÇÃO

Inspeção em tubulação utilizando sistema Phased Array




ULTRA-SOM AUTOMÁTICO COM REGISTRO CONTÍNUO- T.O.F.D.

PRINCÍPIO T.O.F.D. – Time Of Flight Diffration

A técnica TOFD trabalha com a difração do sinal ultra-sônico que é gerada quando

este atinge a descontinuidade existente na solda, ao longo de toda sua extensão,

utilizando o Princípio de Huyghens.

Esta técnica de inspeção de

ultra-som computadorizado e

automatizado utiliza o método

de escaneamento linear com

múltiplos transdutores cobrindo

100% do volume da região

ensaiada.

Vista esquemática da técnica TOFD




APLICAÇÃO

Sistema ideal para inspeções que requerem maior quantidade de informação, como:

profundidade, forma e orientação das descontinuidades, corrosão e erosão, laminação,

anomalias internas e medição de espessura em objetos e / ou estruturas metálicas

proporcionando dados precisos para a mecânica da fratura;

Agilidade na inspeção (50 mm/s);

Máxima precisão da medição

(profundidade, altura e comprimento);

±1mm para até 50 mm de aço

carbono;

Altas temperaturas (até 400°C).

Substitui radiografia em inspeções de

esfera de O2;


Limpeza prévia;

Alto custo;

Inspeção de espessuras acima de

“6 mm”;

Difícil classificação da

descontinuidade.






APLICAÇÃO






IRIS – ULTRASONIC INTERNAL ROTARY INSPECTION SYSTEM

PRINCÍPIO

Medição de espessura de tubos usando ondas ultra-sônicas através da técnica de

pulso-eco. Consiste em um transdutor rotativo que emite ondas na direção radial

da parede do tubo.

A calibração e realizada em um tubo padrão com descontinuidades conhecidas,

nas mesmas dimensões e material do tubo a ser inspecionado.

Sensor rotativo utilizado no sistema IRIS




APLICAÇÃO

Indicado para determinação de espessura remanescente em tubos de trocadores de calor e

caldeira, quando não se tem acesso à superfície externa. O ensaio caracteriza a presença de

pitting, alvéolos, erosão e abrasão, tanto na superfície interna como externa;

pode se aplicado em materiais ferrosos, não ferrosos e plásticos com diâmetro interno de 9 a

100 mm, comprimento de até 30 m e espessura de 0,5 a 12,5 mm;

Inspeção de tubos em material

ferroso, ao contrário das correntes

parasitas;

Visualização do perfil de toda a

tubulação;

Percentual de perda de espessura de

cada ponto;

Imagem em tamanho e tempo real na

tela.


Poros (<1,6mm) e trincas podem

não ser detectados;

Método lento (3” por seg.);

Necessidade de água para

acoplamento;

Requer excelente limpeza;

Não verifica a espessura em

curvas.


IRIS – ULTRASONIC INTERNAL ROTARY INSPECTION SYSTEM




APLICAÇÃO

Ondas Guiadas de Ultrassom (GW-UT), ou Ondas Superficiais Guiadas de Ultrassom (GUL)

avaliam a condição de tubulações metálicas, para determinar a perda de espessura. Utiliza um

colar com vários transdutores que emitem ondas ultra-sônicas de baixa freqüência (50 a

200KHz), que viajam ao longo da superfície da tubulação (princípio de Rayleigh), e retornam

quando detectam alguma perda significativa de espessura.


ULTRA-SOM DE ONDAS GUIADAS (GUIDED WAVES)

Especialmente indicado para avaliações globais em

tubulações com a finalidade de determinar a natureza,

forma e localização de perdas de espessura em

tubulações aéreas, isoladas, pipeway e piperack, etc.

Um anel de transdutores é fixado ao redor do tubo e a

inspeção ocorre até 90m em cada direção. Podem ser

avaliados longos comprimentos de dutos, especialmente

quando o acesso for limitado. É empregado de modo geral

em longos comprimentos de tubos e tubos isolados.

Equipamento utilizado no ensaio de ondas guiadas




APLICAÇÃO



US convencional fornece inspeção localizada, por

baixo ou na proximidade da localização do sensor.

Inspeção de onda guiada permite que a parede do tubo inteiro será

inspecionada ao longo de dezenas de metros de cada lado da

localização de colar da sonda.

Os Comprimentos de inspeção podem atingir até 91 metros (300 pés) em

cada lado do colar da sonda.




Especialmente indicado para avaliações globais em tubulações metálicas com a

finalidade de determinar a natureza, forma e localização de perdas de espessura,

corrosão e erosão em tubulações que apresentem dificuldade de acesso

(enterradas, regiões de suportes, passagem em canaletas ou pontilhões, etc);

Disponível para inspeção de

tubulações de 4” a 48”;

Capaz de distinguir perda de

espessura das características da

tubulação como soldas, curvas,

suportes, etc.;

Inspeciona até 180 m de extensão de

um único ponto;

A tubulação pode estar coberta.


Muito sensível ao tipo de

revestimento e de fluido;

Grande atenuação sônica na

interface tubo concreto;

Dependendo das condições, a

extensão do comprimento

inspecionado pode cair para pouco

mais de 1 metro.






EXEMPLOS DE APLICAÇÃO



Tubulações enterradas Tubulações com isolamento

Tubulações aéreas (pipe-racks) Tubulações verticais




Este método foi desenvolvido pelos russos em 2001 foca a concentração de linhas

de tensões em dutos ferromagnéticos. Sensores (ferro sonda) localizam mudanças

no campo magnético que estão relacionados a concentradores de tensão (trincas,

perdas de espessura, etc…).


TOMOGRAFIA MAGNÉTICA - PRINCÍPIOS

Equipamento utilizado na Tomografia Magnética

Equipamento utilizado na Tomografia Magnética




Para dutos ferromagnéticos de 2” a 56” e espessura de parede de 2,8 a 22mm;

Aplicado em tubulações enterradas ou aéreas.

Não necessário desenterrar toda a

tubulação;

Inspeção com tubulação em

operação;

Não é necessário magnetizar o duto;

O operador caminha sobre a

tubulação (inspeção rápida);

Memória para 30 km de inspeção;


Interpretação na Rússia;

Necessidade de abertura de pelo

menos um ponto para calibração;

Detecta defeitos acima de 5mm;

Profundidade de inspeção de 15

vezes o diâmetro do duto

Aplicável somente materiais

ferromagnéticos


TOMOGRAFIA MAGNÉTICA - APLICAÇÕES




TOMOGRAFIA MAGNÉTICA – EXEMPLOS DE APLICAÇÕES




Funciona com um robô que varre a extensão da tubulação levado pelo

próprio fluxo, não necessitando da parada da linha. Pode ser ultra-sônico,

magnético ou por correntes parasitas.


PIG INSTRUMENTADO (PIPELINE INSPECTION GAUGE) - APLICAÇÕES

Normalmente para inspeção de

perda de espessura se utiliza o

PIG por ultra-som ou magnético e

para inspeção geométrica o PIG

por correntes parasitas.

Existem PIG específicos para de

limpeza de dutos.

Diferentes modelos de PIG

Instrumentado




Ensaio para detecção de descontinuidades e/ ou limpeza em tubulações de grande

extensão, enterradas ou não.

Velocidade de 2 a 10 Km/h;

Inspeção de tubulações enterradas

extensas;

Localiza com precisão a posição da

descontinuidade a partir do ponto

zero;

Operação remota com registro

tridimensional;

Não necessita da parada de

operação.


A tubulação deve estar isenta de

incrustações;

Um PIG para cada diâmetro de

tubulação;

Custo de U$200 a U$500 por Km

percorrido;

Somente 5 fabricantes no mundo (1

no hemisfério sul).


PIG INSTRUMENTADO (PIPELINE INSPECTION GAUGE) - APLICAÇÃO




INSPEÇÃO ELETROMAGNÉTICA DE CABOS DE AÇO

Utiliza o efeito “Hall”, onde as pernas e fios do cabo são

magnetizados e através dos sensores “Hall” captam e

armazenam as variações de sinal.

Estes sinais são descarregados em processadores de

dados e traduzidos.

A razão da tensão média pela intensidade de corrente é

conhecida como resistência Hall, e é característico do

material do elemento. Foi descoberto em 1879 pelo

americano Edwin Herbert Hall.

Perda de seção

Defeitos localizados

Abrasão

Fadiga

Corrosão

Desgaste mecânico

Defeitos inspecionados através desta técnica:

Vista esquemática do sistema





O aparelho é composto de um cabeçote bi-partido que percorre todo comprimento do cabo

de aço e é capaz de detectar ovalização do diâmetro do cabo, ondulações, mudança de

comprimento do passo do cabo, arames rompidos e corrosão.

Cabo de aço com arames rompidos

Cabo de aço com corrosão





CARACTERÍSTICAS/ VANTAGENS

Aplicável a uma grande variação de diâmetros de cabos;

Fácil e rápido de instalar;

A velocidade da inspeção não influencia a qualidade da coleta de dados;

Detecta perda de espessura em fios no interior do cabo;

Detecta fio rompido no interior do cabo, bem como, agrupamento de fios rompidos;

Permite a localização do defeito;

Não necessita desmontar ou intervenção mecânica;

Não necessita montagem de andaime (utilização de alpinismo industrial).





CARACTERÍSTICAS/ VANTAGENS




INSPEÇÃO ELETROMAGNÉTICA DE CORREIAS TRANSPORTADORAS

CARACTERÍSTICAS - PRINCÍPIOS

É um sistema de “scanner” que permite avaliar

as condições dos cabos de aço das correias

transportadoras em toda sua extensão. O

principio físico do equipamento é de corrente

induzida (CI).

A bobina do transdutor de CI atua sobre os

cabos da malha da correia, medindo o campo

magnético e a corrente de fuga. Desta forma os

sensores identificam e registram as falhas

localizadas e perdas de seção metálica.

Um sensor magnético é instalado sobre a

correia parada a medição é realizada com a

correia em operação normal.




INSPEÇÃO ELETROMAGNÉTICA DE CORREIAS TRANSPORTADORAS

CARACTERÍSTICAS - PRINCÍPIOS

O coletor de dados é conectado ao scanner e possui

memória interna que armazenam os dados para seu

posterior “download” em um computador.

A inspeção é finalizada após 03 corridas completas

da correia e após descarregar os dados coletados no

computador é possível mapear todas as regiões com

falhas nos cabos de aço.

Esta avaliação permite detectar irregularidades nos

cabos, como redução de seção devido estricção,

corrosão, rompimentos de fios indicando a posição,

dimensão e característica do dano. Permite ainda a

inspeção das emendas da correia sem necessidade

de parada do sistema



MANUTENÇÃO INDUSTRIAL

Referências Bibliográficas

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