Radiografia Digital
66
ALINE CAMILO FONSECA VANTAGENS DA UTILIZAÇÃO DE RADIOGRAFIA INDUSTRIAL DIGITAL FRENTE À CONVENCIONAL EM SE TRATANDO DE PROTEÇÃO RADIOLÓGICA Monografia apresentada ao curso de Engenharia de Segurança do Trabalho da UFBA – Universidade Federal da Bahia, como requisito parcial à obtenção do título Engenheiro de Segurança do Trabalho. Orientador: Prof. MSc . Pedro de Alcântara Ornelas Mendonça Salvador 2009
-
Upload
fabio-correia -
Category
Documents
-
view
109 -
download
6
Transcript of Radiografia Digital
ALINE CAMILO FONSECA
VANTAGENS DA UTILIZAÇÃO DE RADIOGRAFIA INDUSTRIAL DIGITAL
FRENTE À CONVENCIONAL EM SE TRATANDO DE PROTEÇÃO
RADIOLÓGICA
Monografia apresentada ao curso de
Engenharia de Segurança do Trabalho da
UFBA – Universidade Federal da Bahia, como
requisito parcial à obtenção do título
Engenheiro de Segurança do Trabalho.
Orientador: Prof. MSc . Pedro de Alcântara Ornelas Mendonça
Salvador
2009
ALINE CAMILO FONSECA
VANTAGENS DA UTILIZAÇÃO DE RADIOGRAFIA INDUSTRIAL DIGITAL
FRENTE À CONVENCIONAL EM SE TRATANDO DE PROTEÇÃO
RADIOLÓGICA
Esta monografia foi julgada adequada à
obtenção do título de Engenheiro de Segurança
do Trabalho e aprovada em sua forma final
pelo Curso de Engenharia de Segurança do
Trabalho da UFBA – Universidade Federal da
Bahia.
Salvador, 27 de Maio de 2009.
Orientador: Prof. MSc . Pedro de Alcântara Ornelas Mendonça
Prof. Luiz da França Sampaio Filho
Prof. Antonio Fernando do Carmo Correa
Dedico este trabalho aos meus pais, às minhas
irmãs, ao meu esposo e em especial a minha
amada filha Ully Camilo.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente e duplamente a Deus por ter me concedido a vida e por ter me
mandado de presente uma filha tão linda e com tanta saúde. Ully a mamãe te ama!
Aos meus pais, Sandra e Gilberto pela paciência e educação inquestionável. Às minhas irmãs,
Vanessa e Chris e ao meu marido Eduardo.
Agradeço também aos amigos que foram feitos ao longo do curso, alguns estarão presentes na
minha vida para sempre.
Ao Professor Pedro pela ilustre orientação deste trabalho e a todos os professores do curso.
Ao Sr. Ricardo Ramalho, supervisor de proteção radiológica, e a toda equipe da ARCtest, pela
colaboração para a validação desta análise.
Por fim, a todos que sempre me ajudaram ao longo da vida.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Experiência de Rutherford.....................................................................................................19
Figura 2 – Espectro Eletromagnético......................................................................................................21
Figura 3 – Irradiador utilizado em radiografia industrial e cabo de comando remoto...........................26
Figura 4 – Vista simplificada de um irradiador......................................................................................26
Figura 5 – Vista da fonte radioativa e “porta-fonte”..............................................................................27
Figura 6 – Estrutura de um filme radiográfico.......................................................................................30
Figura 7 – Comparação da linearidade dos filmes IP e convencionais expostos à radiação beta..........39
Figura 8 – Diferença entre formas de obtenção da imagem digital........................................................40
Figura 9 – seqüência de processamento do filme IP para recuperar imagem digital..............................46
Figura 10 – Imagens geradas no ensaio de radiografia digital para a verificação de descontinuidade nos
corpos de prova.......................................................................................................................................50
Figura 11 – Imagem de radiografia digital com recursos de edição de imagem....................................57
Figura 12 – Mesma imagem digital com diferentes recursos de edição.................................................57
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Simulação da realização de diversos tipos de radiografia industrial para 04 horas de área
liberada....................................................................................................................................................52
LISTA DE QUADROS
Quadro 1- Radiografia convencional e Radiografia digital – Fase de preparação inicial......................58
Quadro 2- Radiografia convencional e Radiografia digital – Obtenção da Imagem..............................59
Quadro 3- Radiografia convencional e Radiografia digital – Equipamentos e Laboratório..................60
Quadro 4- Radiografia convencional e Radiografia digital – Processamento........................................60
Quadro 5- Radiografia convencional e Radiografia digital – Laudo......................................................61
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 – Comparação entre resultados obtidos com a radiografia industrial convencional e
digital......................................................................................................................................................56
ABREVIATURAS E SIGLAS
Bq Becquerel
CCD Charge Coupled Devices
Ci Currie
CNEN Comissão Nacional de Energia Nuclear
CO Monóxido de Carbono
END Ensaio Não Destrutivo
IP Imaging Plate
NIST Nacional Institute of Technologie
PD-VD Parede Dupla – Vista Dupla
PD-VS Parede Dupla – Vista Simples
RESUMO
O presente trabalho consiste em através de estatísticas, estudos e experiências práticas
apresentar a técnica de radiografia industrial digital como a forma mais viável e segura de
obtenção de imagens com maior qualidade e recurso de edição gráfica, minimização dos
tempos de exposição do trabalhador à radiação ionizante e a agressão ao meio ambiente visto
que, são eliminadas etapas de processamento de filmes radiográficos empregados na
radiografia convencional.
Para atingir o objetivo pretendido, foi realizado um estudo de caso para gerar uma análise
comparativa entre as técnicas convencional e digital.
Palavras-Chave: Radiografia Industrial, Radiação Ionizante, Proteção Radiológica.
ABSTRACT
The present work consists of through statisticians, studies and experiences practical to
present the technique of digital industrial radiographic as the form most viable of attainment
of images with bigger quality and resource of graphical edition, diminutive the times of
worker exposition and the aggression to the environment since, stages of processing in the
used radiographic films in the conventional radiographic who are eliminated. To reach the
intended objective, a case study was carried through to generate a comparative analysis
between the techniques conventional and digital.
Word-Key: Industrial Radiographic, Ionizing Radiation, Radiological Protection.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................................. 14
2. OBJETIVOS .................................................................................................................................. 17
2.1 OBJETIVO GERAL ....................................................................................................................... 17
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................................... 17
3. REVISÃO DA LITERATURA .................................................................................................... 18
3.1 RADIOGRAFIA INDUSTRIAL: FUNDAMENTOS TEÓRICOS .............................................................. 18
3.1.1 Descoberta da Radioatividade ............................................................................................... 18
3.1.2. Radiações ............................................................................................................................... 20
3.1.3. Radiações ionizantes ............................................................................................................. 20
3.1.4 Propriedades das radiações ionizantes ................................................................................. 21
3.1.5 Origem das radiações ionizantes ........................................................................................... 22
3.1.5.1 Raios-X ................................................................................................................................ 22
3.1.5.2 Radiação gama ..................................................................................................................... 23
3.1.5.3 Radiação beta ....................................................................................................................... 23
3.1.5.4 Radiação alfa ........................................................................................................................ 24
3.1.5.5 Neutôns ................................................................................................................................ 24
3.2 RADIOGRAFIA INDUSTRIAL: FUNDAMENTOS TÉCNICOS ............................................................... 25
3.2.1 Equipamentos utilizados para a realização do ensaio ......................................................... 25
3.2.2 Fontes radioativas comerciais utilizadas em radiografias industriais ............................... 28
3.2.3 Radiografia convencional: Obtenção da imagem - Registro Fotográfico ......................... 29
3.2.3.1 Filmes Radiográficos ............................................................................................................ 29
3.2.3.2 Granulação ........................................................................................................................... 30
3.2.3.3 Densidade óptica .................................................................................................................. 31
3.2.3.4 Velocidade ............................................................................................................................ 31
3.2.3.5 Qualidade da imagem radiográfica ....................................................................................... 32
3.2.3.6 Processamento do filme radiográfico ................................................................................... 32
3.2.4 Radiografia digital: Obtenção da imagem digital ............................................................... 38
3.2.4.1 Tipos de detectores de radiação............................................................................................ 38
3.2.4.2 Característica do filme digital IP (Imaging Plate) ............................................................... 38
3.2.4.3 Formas de obtenção da imagem digital ................................................................................ 40
3.2.4.4 Formas comerciais de obtenção da imagem digital .............................................................. 41
3.2.4.5 Princípio de funcionamento do processo digital direta de obtenção de imagem .................. 42
3.2.5 Vantagens da utilização do processo digital direto para a obtenção de imagens ............. 45
3.2.6 Desvantagens da utilização do processo digital direto para a obtenção de imagens ........ 46
4. ESTUDO DE CASO ......................................................................................................................... 47
4.1 ARCTEST- EXPERIÊNCIA PIONEIRA EM RADIOGRAFIA DIGITAL ..................................................... 47
4.1.1 Introdução ............................................................................................................................... 47
4.1.2 Histórico .................................................................................................................................. 48
4.2 AVALIAÇÃO DO PROJETO DE INSTRUÇÃO ....................................................................................... 49
4.2.1 Construção dos corpos de prova com descontinuidades introduzidas .............................. 49
4.3 PRINCÍPIOS DE SEGURANÇA E RADIOPROTEÇÃO ............................................................................. 51
4.4 RESULTADOS ALCANÇADOS EM ENSAIO PRÁTICO ........................................................................... 54
4.5 COMPARAÇÕES ENTRE OS RESULTADOS OBTIDOS NESTE ENSAIO COM OS DE OUTRAS PARADAS .... 55
4.6 PROCESSO DE DECISÃO ................................................................................................................... 56
4.7 COMPARAÇÕES ILUSTRATIVAS ENTRE AS TÉCNICAS DE RADIOGRAFIA CONVENCIONAL E DIGITAL 58
5. CONCLUSÕES ............................................................................................................................. 62
6. BIBLIOGRAFIA .......................................................................................................................... 64
14
1. INTRODUÇÃO
Há mais de quatro décadas, inicialmente no campo da medicina, a busca por
métodos de obtenção de imagem através do uso de radiações ionizantes com ou sem o uso de
filmes fotográficos iniciou-se.
A demanda por resultados rápidos, principalmente em pacientes críticos,
propiciou a evolução de estudos para a obtenção de imagens sem a utilização de filmes
fotográficos, ou seja, sem a necessidade de espera por tempo de revelação e secagem.
Inicialmente, tal demanda fez evoluir e surgir sistemas de radioscopia com câmera de vídeo
analógica e em tempo real que mais tarde evoluiu para o CCD (charge coupled devices),
tubos de raios-X, microfocus e finalmente a digitalização da imagem analógica. Em paralelo,
a indústria começa a perceber o potencial desta aplicação em inspeção de equipamentos e
controle de qualidade de juntas soldadas. Nasce então, a adaptação dos sistemas
desenvolvidos para o radiodiagnostico às aplicações industriais como ferramenta de trabalho
em ensaios não destrutivos
Apesar dos métodos de ensaios não destrutivos que não utilizam radiações
ionizantes (ultra-som, partículas magnéticas, líquidos penetrante) para obtenção de resultados
estarem em constante aperfeiçoamento, um dos métodos mais importantes de Ensaios Não
Destrutivos (END) utilizado na indústria moderna para inspeção da integridade estrutural de
dispositivos e sistemas de processo é a radiografia industrial ou gamagrafia.
Segundo Shinohara, Acioli e Khouri, 2002; com a evolução da tecnologia digital,
novas gerações de equipamentos bidimensionais têm sido desenvolvidas. Hoje, já se emprega
o uso de filmes flexíveis digitais denominados de IP- Imaging Plate, que possuem altíssima
sensibilidade, maior faixa dinâmica, linearidade superior, excelente resolução espacial e
obtenção de imagens digitais diretamente na leitora, o que permite posterior processamento
computacional das imagens.
Este trabalho traz resultados de estudos de inspeção de equipamentos com
objetivo de avaliar o grau de corrosão em tubos de aço de diferentes diâmetros e em diferentes
empresas. Realiza ainda, verificação da qualidade de juntas soldadas em tubos de aço com
diâmetros e espessuras diferenciados através da radiografia digital.
Uma serie de testes foram realizados utilizando fontes radioativas gama -
emissoras (Irídio-192, Selênio-75) e equipamentos emissores de raios-X servindo-se de placas
de cristais de fósforo como meio absorvedor para a obtenção da leitura.
15
Durante o estudo de caso, pode-se verificar que imagens radiográficas digitais de
excelente qualidade, nitidez e resolução foram obtidas com fontes radioativas de baixa
atividade (até 2Ci), apenas 10% da atividade necessária para a obtenção de radiografias na
gamagrafia convencional.
Em se tratando de proteção radiológica, a obtenção de bons resultados com a
utilização de fontes radioativas de baixa atividade traduz-se em pequenas áreas de
balizamento e em um menor tempo de exposição do trabalhador minimizando assim, as doses
absorvidas e conseqüentemente o efeito à saúde.
ASPECTOS TÉCNICOS
Os ensaios não destrutivos tornaram-se essenciais ao desenvolvimento da
indústria moderna como meio de garantir melhor controle de defeitos.
Dentre as técnicas utilizadas, a radiografia industrial, também conhecida como
gamagrafia, adota a propriedade de penetração dos raios gama para examinar o interior de
materiais e conjuntos lacrados quando uma inspeção visual não for possível.
A Gamagrafia é um ensaio amplamente empregado em refinarias de petróleo,
petroquímicas, indústrias de papel e celulose, siderúrgicas e na indústria aeronáutica.
Em locais onde normalmente não seria possível a realização de radiografias com o
uso de raios-X, devido às dimensões do aparelho emissor e necessidade de alimentação
elétrica, a prática de gamagrafia é empregada. Esta técnica utiliza fontes de radiação gama
com o objetivo de “velar” filmes fotográficos ou filmes flexíveis digitais com o objetivo de
inspecionar equipamentos de processo, soldas de tubulações e estruturas, peças fundidas,
redução da espessura de paredes em função da corrosão e erosão, dentre outros.
As fontes radioativas utilizadas para um ensaio de gamagrafia são acondicionadas
em irradiadores blindados, leves, portáteis e de pequenas dimensões. Os irradiadores possuem
acionamento manual simples e mecânico por meio de sistema de carretilha e cabos de aço que
movem a fonte através de uma mangueira ao terminal de exposição ligado a um dispositivo
sensível à ação das radiações ionizantes com o objetivo de coletar e registrar as imagens
radiográficas das peças e tubulações a serem ensaiadas. A resposta fim para este tipo de
ensaio é a identificação da presença de descontinuidades em soldas, análise do estado de
corrosão, se há formação de bolhas e de contrações internas, poros, trincas, cavitação e etc. As
16
imagens são geradas em um filme radiográfico com propriedades semelhantes aos utilizados
em radiografia médica.
Atualmente, existem cerca de 60 isótopos radioativos já utilizados com relativo
sucesso em radiografias industriais (gamagrafias). No entanto, cerca de 90% das gamagrafias
utilizam basicamente três radioisótopos: Irídio-192, Selênio-75 e Cobalto 60. Nas radiografias
convencionais, as atividades de tais radioisótopos podem chegar a 3,7 TBq (100 Ci).
De acordo com publicações da Comissão Nacional de Energia Nuclear - CNEN
existem atualmente cerca de 900 empresas no Brasil que utilizam fontes radioativas em seus
processos industriais e 170 destas realizam radiografias industriais.
Segundo Shinohara, Acioli e Khouri, 2002; a evolução tecnológica possibilitou a
produção de novos radionuclídeos e o surgimento de equipamentos mais sofisticados para
obtenção e diagnóstico de imagens radiográficas. A partir de década de 90, novos receptores
digitais foram desenvolvidos e comercializados, surge então o IP-Imaging Plate e receptor de
tela plana TFT com transistores de silício amorfo que ao serem sensibilizados pela radiação
ionizante nos permite observar imagens radiográficas on-line, em tempo real, em qualquer
parte do planeta, por meio de computadores comuns. Tais equipamentos que antes eram
usados apenas pela medicina moderna, passaram a ser utilizado, recentemente, em ensaios
radiográficos industriais devido a uma série de vantagens em relação à radiografia
convencional. Em se tratando de fornecimento de imagem, o fato da radiografia digital não
utilizar filmes comuns e sim métodos com excepcional sensibilidade, resolução espacial,
maior faixa dinâmica, as imagens são digitais e podem ser processadas em um computador
através de softwares de tratamento de imagens.
Por se tratar de uma técnica recente, ainda é pouco conhecida e utilizada no Brasil
em função da falta de descrição de procedimentos experimentais bem como do
estabelecimento de requisitos para o controle da qualidade.
17
2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
O objetivo geral deste trabalho consiste em através de estatísticas, estudos e
experiências praticas apresentar a técnica de radiografia industrial digital como a forma mais
viável de obtenção de imagens com maior qualidade e recurso de edição gráfica, minimização
dos tempos de exposição do trabalhador e a agressão ao meio ambiente visto que, são
eliminadas etapas de processamento de filmes radiográficos empregados na radiografia
convencional.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Estudar em detalhes a radiografia industrial convencional e a radiografia industrial
digital a fim de conhecer os equipamentos utilizados, o principio de funcionamento, as
aplicações práticas na indústria e quais as vantagens e desvantagens de uma técnica frente à
outra.
Levantar dados estatísticos e consistentes através de resultados práticos que nos
permitam concluir sobre a viabilidade técnica, econômica e de segurança sob o porto de vista
de proteção radiológica, quanto ao uso da técnica digital aliada à gamagrafia em relação à
radiografia convencional.
Os ensaios práticos foram fundamentados em avaliar o grau de corrosão e
desgaste em tubulações de diferentes diâmetros e detecção de possíveis descontinuidades em
tubulações através da análise da qualidade e integridade de juntas soldadas.
18
3. REVISÃO DA LITERATURA
3.1 RADIOGRAFIA INDUSTRIAL: FUNDAMENTOS TEÓRICOS
3.1.1 Descoberta da Radioatividade
Segundo Jesus, 1984; em 1895 o mundo científico era agitado por uma grande
novidade: o físico Wilhem Konrad Röentgen anunciava a descoberta de “raios misteriosos”
capazes de atravessar diversos materiais opacos à luz. Como Röentgen não conseguiu
desvendar a natureza desses raios “invisíveis” resolveu chamá-los de raios-x.
Em 1912, através da difração em cristais provou-se que os raios-X são ondas
eletromagnéticas de comprimento de onda muito curto que surgem quando elétrons são
desacelerados por frenagem quando colidem com anteparos duros.
Ao observar que os raios-X eram capazes de impressionar chapas fotográficas e
atravessar facilmente materiais constituídos de elementos com baixo peso atômico como
Carbono, Hidrogênio e Nitrogênio – principais constituintes da pele e dos músculos, e retidos
por elementos de alto peso atômico como Cálcio – principal constituinte do tecido ósseo,
tinha-se descoberto a radiografia médica.
A descoberta dos raios-X causou grande sensacionalismo no meio cientifico.
Estudando mais a fundo o assunto o físico francês Henri Becquerel começou a desconfiar que
houvesse uma correlação entre os raios-X e a fluorescência das substancias. Foi então que em
1895, Becquerel delegou à sua aluna Marie Curie testar série de minerais com essas
características.
Um ano mais tarde, verificou-se que sais de urânio, mesmo quando envolvidos em
papel preto, emitiam radiações também capazes de velar chapas fotográficas. Observou-se
ainda que, a quantidade de radiação emitida era proporcional ao teor de urânio presente e era
independente das condições de pressão, temperatura ou estado químico da amostra além de
permanecer inalterada mesmo sob a ação de campos elétricos ou magnéticos. Posteriormente,
o casal Pierre e Marie Curie aprofundou estas pesquisas, chegando, em 1898, à descoberta de
19
dois novos elementos radioativos, o polônio e o rádio, a partir de então, o termo
radioatividade passou a ser empregado para descrever a energia que tais elementos emitiam.
Em 1899, Ernest Rutherford por meio de uma experiência simples contribuiu para
elucidar a natureza da radioatividade. Uma amostra do material radioativo foi colocada dentro
de um recipiente de chumbo contendo um orifício. A radiação produzia um ponto brilhante
em uma placa de sulfeto de zinco, colocada diante do orifício. Sob a ação de um campo
magnético, o feixe de radiação repartia-se em três, que foram denominados radiação alfa (α),
beta (β) e gama (γ). Em 1909, Rutherford e Soddy demonstraram que a radiação alfa era
constituída por núcleos de hélio, com dois prótons e dois nêutrons, apresentando, portanto,
duas cargas positivas. A radiação beta foi, posteriormente, identificada como sendo
constituída por elétrons presentes no núcleo do átomo. Tanto as partículas α como as
partículas β eram emitidas com altas velocidades, demonstrando que uma grande quantidade
de energia estava armazenada no átomo. Foi observado também que a radiação gama (γ) não
era desviada de sua trajetória sob a ação do campo magnético e apresentava as mesmas
características dos raios-X, ou seja, onda eletromagnética de alta energia. Mais tarde,
descobriu-se também que existiam partículas beta positivas, ver item 2.1.5.3 a diante.
Tais trabalhos de pesquisa científica permitiram concluir que a radioatividade é a
transformação espontânea de um núcleo atômico, em outro nuclídeo.
Segundo Tauhata, Salati, Di Prinzio, 2003; a natureza das radiações emitidas
por um núcleo instável é característica das propriedades nucleares do nuclídeo que está se
desintegrando, denominado nuclídeo pai. O nuclídeo pai, ao se desintegrar, dá origem ao
nuclídeo filho. Em alguns casos, o nuclídeo filho também é radiativo (radionuclídeo),
formando, assim, uma cadeia radioativa ou série radioativa.
Fonte de Rádio
Bli d
Partículas BetaPartículas Alfa
Placas Eletrizadas
Raios Gama
Fonte de Rádio
Figura 1- Experiência de Rutherford Fonte: Jesus, 1984.
20
3.1.2. Radiações
Segundo Tauhata, Salati, Di Prinzio, 2003; as radiações são partículas ou energia,
sob a forma de onda eletromagnética, proveniente de núcleo de átomos instáveis que o
interagir com a matéria podem produzir efeitos físicos tais como: excitação, ionização e
ativação.
Dentre as radiações eletromagnéticas mais conhecidas cita-se: a luz, as
microondas, as ondas de rádio, o laser, os raios-X e a radiação gama. Dentre as radiações
particuladas que possuem massa e carga bem definidas cita-se: feixes de elétrons, feixes de
prótons, radiação alfa, radiação beta e nêutrons (sem carga elétrica).
As radiações podem ser emitidas por radioisótopos naturais, artificiais ou ainda
por equipamentos construídos pelo homem.
3.1.3 Radiações ionizantes
Segundo Netto, Azevedo e Sobes, 2002; as radiações são denominadas ionizantes
quando possuem energia suficiente para provocar a produção de um par iônico. Para que isso
aconteça, as radiações de alta energia devem provocar a quebra de ligações químicas ou a
expulsão de elétrons dos átomos após colisões.
Radiações eletromagnéticas com energia inferior a 12,4 eV (baixa energia) não
são capazes de ionizar átomos ou moléculas e são chamadas de radiações não ionizantes.
21
3.1.4 Propriedades das radiações ionizantes
Segundo Jesus, 1984; as radiações são invisíveis, inodoras, inaudíveis, insípidas e
indolores.
Segundo Xavier, Moro, Heilbron, 2003; além do poder de ionização, as radiações
ionizantes possuem um determinado poder de penetração que é característico para cada tipo
de radiação.
As radiações eletromagnéticas do tipo X e gama são as mais penetrantes e a
depender da sua energia podem atravessar vários centímetros do tecido humano até metros de
blindagem de concreto. Devido a essa característica são estas as radiações utilizadas para a
obtenção de radiografias.
Figura 2- Espectro Eletromagnético Fonte: Jesus, 1984
22
As partículas ou radiações beta possuem um poder de penetração menor que as
radiações X e gama. A depender de sua energia, podem penetrar por alguns milímetros ou até
centímetros de tecido humano.
Nas partículas alfa ou radiações alfa o poder de penetração é tão pequeno que
mesmo as radiações de alta energia (5 Mev), não conseguiriam atravessar a espessura de uma
folha de papel.
3.1.5 Origem das radiações ionizantes
3.1.5.1 Raios-X
Segundo Jesus, 1984; quando uma partícula carregada se desloca no vácuo com
movimento retilíneo e uniforme sem sofrer ação de nenhuma força externa, sua energia é
conservada. Se essa partícula é desacelerada ou forçada a uma mudança de direção, parte de
sua energia é emitida sob a forma de raios-X. Quanto maior a energia perdida por essa
partícula, maior será a energia da radiação emitida. O processo de produção dos raios-X se
baseia nesse principio.
O fato de o elétron ser uma partícula de pequena massa e dotada de carga elétrica
negativa torna fácil a sua aceleração através da geração de uma diferença de potencial
elétrico. Quando o movimento desse elétron é interrompido pelo choque com um obstáculo
em sua trajetória, o elétron perderá a energia cinética que possui, gerando os raios-X. A
radiação obtida através do frenamento de elétrons é conhecida como radiação de frenamento
ou Bremsstrahlung.
A parte do equipamento onde são gerados os raios-X é conhecida como tubo de
raios-X. Este tubo consiste em uma ampola de vidro resistente a temperatura dentro do qual se
produz vácuo.
É importante ressaltar que os equipamentos emissores de raios-X não são
radioativos. Tais máquinas só emitem radiação ionizante quando energizadas.
Segundo Tauhata, Salati, Di Prinzio, 2003; os raios X de alta energia podem ser
obtidos por frenamento de feixes de elétrons de alta energia produzidos em aceleradores de
23
partícula ao colidirem com alvos metálicos. Radiações de alta energia, acima de 10 MeV,
podem provocar efeitos de ativação em materiais irradiados devido a ocorrência de reações
nucleares. Neste caso, a instalação deve ser bem blindada e os cuidados com radioproteção
mais intensificados.
3.1.5.2 Radiação gama (γ)
Segundo Tauhata, Salati, Di Prinzio, 2003; a radiação gama é uma onda
eletromagnética emitida pelo núcleo de átomos instáveis, ou seja, com excesso de energia a
fim de e gerar uma estrutura mais estável.
Por se tratar de uma onda eletromagnética possui grande poder de penetração e a
depender da sua energia é capaz de atravessar grandes espessuras. Devido, principalmente, a
este alto poder de penetração, possui uma vasta aplicabilidade industrial. Medidores de nível,
densidade, espessura, são exemplos de equipamentos que possuem uma fonte radioativa gama
emissora incorporada para realizar leitura, além é claro das aplicações em radiografias
industriais, radiografias médicas e radioterapias.
A unidade do Sistema Internacional (SI) utilizada para expressar a atividade de
uma fonte radioativa é o Becquerel (Bq). Ele é definido como o número de desintegrações
nucleares que ocorrem em 1 segundo. Existe uma unidade especial, denominada Curie (Ci),
que ainda é muito utilizada na linguagem industrial apesar de não fazer parte do SI. Sabe-se
que 1Ci = 3,7. 1010 Bq.
3.1.5.3 Radiação beta (β)
Segundo Cetre/Abende, 1995; a radiação beta consiste em elétrons, seja ele
negativo (β-) ou positivo (β+), emitido pelo núcleo de átomos instáveis na busca de sua
estabilidade. Este tipo de radiação é emitido quando um nêutron se transforma em um próton
ou um próton se transforma em nêutron. Esta transformação é acompanhada por uma partícula
neutra de massa desprezível, denominada de neutrino. O fato de a radiação beta compartilhar
24
com a energia de transição do neutrino, sua energia é variável. O poder de penetração deste
tipo de radiação, apesar de muito pequeno, depende da sua energia. Devido a esta propriedade
permite-se a utilização de fontes radioativas beta emissoras em praticas industriais
principalmente para a determinação de espessuras de materiais moles como papel e filmes
plásticos.
3.1.5.4 Radiação alfa (α)
Segundo Andreucci, 2006; a radiação alfa é constituída por dois prótons e dois
nêutrons, portanto possui uma carga elétrica positiva (2+) e com bastante energia cinética.
Esta radiação é emitida por núcleos instáveis de elevada massa atômica. Assim, a intensidade
e as energias das radiações alfa emitidas por um determinado nuclídeo permite identificá-lo
numa amostra. Muitos radionuclídeos naturais como, urânio, tório, bismuto, radônio, emitem
várias radiações alfa, em suas transições nucleares.
As radiações alfa têm um poder de penetração muito reduzido e uma alta taxa de
ionização. Portanto, exposições externas são inofensivas, pois não conseguem penetrar nas
primeiras camadas da pele. Porém, quando os radionuclídeos são ingeridos ou inalados,
exposição interna, por mecanismos de contaminação natural ou acidental, as radiações alfa
podem provocar danos significativos na mucosa que protege os sistemas respiratório e
gastrointestinal e atingir ainda as células dos tecidos adjacentes.
3.1.5.5 Nêutrons (n)
Segundo Jabarra, 2006; os nêutrons podem ser produzidos em dispositivos como
reatores nucleares, aceleradores de partículas providos de alvos especiais e por fontes de
nêutrons. Em tais dispositivos ocorrem reações nucleares por meio de feixes de radiação, por
radioisótopos ou por fissão nuclear.
Os nêutrons também podem ser emitidos através da ativação de certos elementos.
Para que a ativação ocorra um radioisótopo alfa emissor deve ativar um elemento estável (não
25
radioativo) para que este conjunto passe a emitir nêutrons. Um exemplo importante é a
utilização de fontes de Amerício-Bérilio-241, emissora de nêutrons, para traçar o perfil de
poços de petróleo.
3.2 RADIOGRAFIA INDUSTRIAL: FUNDAMENTOS TÉCNICOS
3.2.1 Equipamentos utilizados para a realização do ensaio
Segundo Shinohara, Acioli e Khouri, 2002; as fontes radioativas usadas em
gamagrafia (radiografia industrial com raios gama) requerem cuidados especiais de segurança,
pois, emitem radiação constantemente. Deste modo, é necessário que o equipamento que as
contenham, forneça uma blindagem contra as radiações emitidas pela fonte quando esta não
está sendo usada. Da mesma forma, é necessário dotar a essa blindagem dispositivos
mecânicos que permitam a exposição da fonte para que a radiografia seja possível. Este
equipamento capaz de permitir o transporte, de proteger a fonte fisicamente e ainda permitir
que ela seja exposta quando necessário denomina-se Irradiador.
Segundo Abud, 1988; os irradiadores compõem-se, basicamente, de três
componentes fundamentais: uma blindagem, uma fonte radioativa e um dispositivo mecânico
composto de cabo de aço com acionamento manual por manivela, instalados na parte anterior
do irradiador, para expor a fonte através de uma mangueira a um terminal de exposição
instalado na parte frontal da blindagem.
As blindagens são caixas construídas em aço inox sempre preenchidas com metais
de alta densidade (chumbo ou urânio exaurido). O recipiente externo de aço tem a finalidade
de proteger a blindagem contra choques mecânicos. O preenchimento interno com metais de
alta densidade é que permite a proteção do operador, o expondo a níveis mínimos de radiação
quando a fonte não está exposta. Os irradiadores projetados para conter fontes de Irídio-192 e
Selênio-75 são portáteis e possuem um alça para facilitar o transporte. Os irradiadores que
possuem fontes de Cobalto-60, devido a energia da radiação emitida, requererem blindagens
mais pesadas, não sendo possível o transporte manual. O uso de tais irradiadores geralmente é
restrito ao recinto blindado (bunker) da própria instalação.
26
Os irradiadores são fabricados com blindagens especificas para cada tipo de
elemento radioativo, esta característica conhecida como capacidade da blindagem, não
permite que um irradiador possa receber uma fonte radioativa diferente daquela para o qual
foi projetado. Portanto não é permitido usar um irradiador, projetado para uma determinada
atividade máxima, com fontes radioativas acima daquele limite ou dotá-lo de um radioisótopo
diferente daquele para o qual foi dimensionado.
Não há diferenças significativas entre irradiadores produzidos por diferentes
fabricantes. Os dispositivos utilizados para expor a fonte são quase sempre mecânicos,
robustos e de simples construção. O comprimento do cabo de comando varia geralmente entre
9 e 13 metros o que permite ao operador uma distância segura da fonte e a não exposição ao
feixe direto de radiação.
Figura 4 - Vista simplificada de um irradiador. Fonte: Andreucci, 2006.
Figura 3- Irradiador GammaMat utilizado em radiografia industrial e Cabo de Comando Remoto Fonte: Catálogo da MDS Nordion, 2008
27
Segundo Andreucci, 2006; os irradiadores gama são construídos através de
métodos rígidos e controlados por normas internacionais. São submetidos a testes pré-
estabelecidos devendo suportar choques mecânicos, incêndio e inundação sem que a sua
estrutura e blindagem sofram danos capazes de produzir fuga de radiação a níveis acima dos
máximos permitidos.
Segundo Jesus, 1984; a fonte radioativa consta de uma determinada massa do
isótopo radioativo. Esse material é encapsulado e lacrado dentro de um pequeno envoltório
metálico caracterizando a fonte como selada com o objetivo de impedir que o material
radioativo entre em contato com qualquer superfície excluindo os riscos com contaminação
radioativa.
Segundo Abud, 1988; a cápsula que contém a fonte selada está solidamente fixada
a um dispositivo de contenção, transporte e fixação conhecido como “porta-fonte”, este por
sua vez esta fixado a ponta de um cabo de aço flexível, na outra extremidade do cabo de aço
há um engate fêmea, que permite o acoplamento ao engate macho do cabo de comando,
proporcionando o avanço e recuo da fonte, dentro do tubo guia, ao terminal de exposição.
Devido a uma grande variedade de fabricantes e fornecedores existem diversos tipos de
engates de porta-fonte .
De acordo com Adreucci, 2006; as fontes radioativas para uso industrial são
acondicionadas em cápsulas de aço inoxidável com tampo roscado munido de dispositivo de
trava, de maneira tal que não haja dispersão ou fuga do material radioativo para o exterior.
Figura 5- Vista da fonte radioativa selada e "porta-fonte" Fonte: Andreucci, 2006
28
3.2.2 Fontes radioativas comerciais utilizadas em radiografias industriais
De acordo com Jesus, 1984; os radioisótopos destinados à radiografia industrial
devem responder a uma série de requisitos afins com o trabalho a que se destinam. Estes
requisitos prendem-se às condições de operação da indústria, proteção radiológica, razões
técnicas e econômicas, transporte e facilidade de obtenção.
Apesar de existirem dezenas de isótopos radioativos, apenas poucas fontes seladas
são atualmente utilizadas pela indústria moderna em radiografia industrial. Descrevemos a
seguir as principais utilizadas, assim como as suas características físico-químicas.
Cobalto - 60 (Co 60; Z=27)
Segundo Shinohara, Acioli e Khouri, 2002; o Cobalto-60 é obtido através do
bombardeamento por nêutrons do isótopo estável Co-59. Tem bastante aplicabilidade no
controle de peças de grandes espessuras. Suas principais características são:
Meia - Vida = 5,24 anos
Energia da Radiação = 1,17 e 1,33 MeV
Faixa de utilização mais efetiva = 60 a 200 mm de aço - Esses limites dependem das
especificações técnicas da peça a ser examinada e das condições da inspeção.
Constante específica da radiação gama ( Г ) = 0,351 mSv/h GBq a 1m.
Irídio - 192 (Ir 192; Z=77)
Segundo Jesus, 1984; O Irídio-192 é obtido a partir do seu isótopo estável Irídio-
191 através do bombardeio de nêutrons ao seu núcleo. Suas principais características são:
Meia vida = 74,4 dias
Energia da Radiação = 0,137 a 0,65 MeV
Faixa de utilização mais efetiva = 10 a 40 mm de aço
Constante específica da radiação gama ( Г ) = 0,13 mSv/h GBq a 1m.
Selênio - 75 (Se 75; Z=34)
29
Segundo Shinohara, Acioli e Khouri, 2002 e Jesus, 1984; É um radioisótopo de
uso recente na indústria. Proporciona uma qualidade de imagem semelhante às obtidas quando
empregados os raios-X. Suas principais características são:
Meia-vida = 119,78 dias
Energia das Radiações = de 0,006 a 0,405 MeV
Faixa de utilização mais efetiva = 4 a 30 mm de aço
Constante específica da radiação gama ( Г ) = 0,28 R/h.Ci a 1m
3.2.3 Radiografia convencional: Obtenção da imagem - Registro Fotográfico
3.2.3.1 Filmes Radiográficos
De acordo com Shinohara, Acioli e Khouri, 2002; os filmes radiográficos, em
geral, são compostos por uma emulsão e uma base.
A fase de emulsão consiste em uma fina camada de gelatina, aproximadamente
0,025 mm de espessura, que contem uma infinidade de minúsculos cristais de brometo de
prata dispersos em seu interior.
A emulsão é depositada sobre um suporte, geralmente um derivado de celulose,
denominado base (transparente e de cor levemente azulada).
Segundo Andreucci, 2006; a diferença principal deste tipo de filme para os
fotográficos consiste no fato de que este tipo de filme possui emulsão depositada em ambos os
lados da base.
Os cristais de brometo de prata presentes na emulsão, quando expostos à radiação
eletromagnética ou meramente à luz visível, tornam-se susceptíveis a reagir quimicamente
com um produto denominado revelador. Ao iniciar a reação, o revelador atua sobre os cristais
de brometo de prata provocando uma reação de redução o que resulta na produção de prata
metálica negra. Em razão disso, os locais onde o filme for atingido por maior quantidade de
radiação apresentará maior número de grãos negros (prata metálica) produto da reação do
30
revelador com os cristais de brometo de prata. Dessa forma, os filmes apresentarão áreas mais
escuras e mais claras que irão compor a imagem do objeto radiografado.
Os filmes radiográficos para uso industriais são fabricados em dimensões padrões:
3 1/2” x 17” ou 4 1/2” x 17” ou 14” x 17”. Outras dimensões e formatos especiais podem ser
encontrados em outros países da Europa e EUA.
3.2.3.2 Granulação
Segundo a Kodak Company, 2006; a imagem nos filmes radiográficos é formada
pelas minúsculas partículas de sais de prata que são gerados após a exposição do filme
(emulsão) à radiação. Apesar destas partículas não serem vistas a olho nu, quando se unem em
massas relativamente grandes torna-se possível visualizá-las com um pequeno aumente. Esse
agrupamento das partículas de sais de prata da emulsão cria uma impressão chamada de
“Granulação” .
Todos os filmes apresentam o fenômeno de granulação. Filmes compostos por
grãos maiores são denominados filmes rápidos e os compostos por grãos menores são
denominados filmes lentos.
1 Gelatina
2 Emulsão
3 Substrato
4 Base celulósica
Figura 6 – Estrutura de um filme radiográfico. Fonte: Kodak Company, 2006
31
De Acordo com Andreucci, 2006; a granulação, além de ser característica de cada
filme, também sofre influência da qualidade da radiação que atinge o filme. Portanto,
podemos afirmar que a granulação de um filme aumenta quando a qualidade da radiação
aumenta. Por esta razão, para os filmes com grãos menores e mais finos é recomendado o
emprego de radiações de alta energia (Raios-X da ordem de milhões de Volts), neste caso,
apenas deve ser utilizada a radiação gama quando se permitir longas exposições.
A granulação é também afetada pelo fator tempo de revelação do filme. Se
aumentarmos o tempo de revelação, haverá um aumento simultâneo na granulação do filme.
Esse efeito é comumente empregado quando se pretende aumentar a densidade, ou a
velocidade, de um filme por intermédio de um aumento no tempo de revelação. É claro que o
uso de tempos de revelação pequeno resultará numa baixa granulação o que poderá acarretar
na obtenção de um filme sub-revelado.
É importante deixar claro que, a granulação aumenta de acordo com o aumento do
tempo de revelação.
3.2.3.3 Densidade Óptica
Segundo a Kodak Company, 2006; a imagem formada no filme radiográfico
quando exposto à radiação ionizante será constituída por zonas claras e escuras. É este grau de
enegrecimento que filme que denominamos densidade óptica. A densidade é avalizada através
de equipamentos eletrônicos (densitômetros) calibrados com uma fita de densidade conhecida
e com certificado rastreável ao NIST – Nacional Institute of Technologie.
Portanto, as zonas escuras apresentam maior densidade que as zonas claras,
inclusive por possuírem uma maior concentração de sais de prata formados.
3.2.3.4 Velocidade
Segundo Andreucci, 2006; entende-se por exposição como sendo a medida da
quantidade de radiação que atinge um filme. A exposição representa o produto da intensidade
32
da radiação incidente pelo tempo a que um filme fica exposto, fica claro então que, quando
maior a exposição de um filme maior será a densidade atingida.
Se submetermos dois filmes de granulometrias diferentes a uma mesma
exposição, notaremos que as densidades obtidas em cada filme serão diferentes. Ou seja, para
atingir uma determinada densidade, com a variável exposição fixa, um filme poderá
apresentar maior rapidez que outro. Conclusão, para uma mesma exposição, um filme rápido
(com granulometria maior) atingirá uma densidade maior em menos tempo que o filme lento
(com granulometria menor).
Segundo a Kodak Company, 2006; a velocidade é uma característica própria de
cada filme. Tal variável depende, principalmente, do tamanho (granulometria) dos cristais de
brometo de prata presentes na emulsão. Quanto maior o tamanho dos cristais mais rápido é o
filme.
É importante mencionar que, uma imagem formada por grãos de grandes
dimensões é mais grosseira, ou seja, menos nítida que a imagem formada por grãos menores.
Portanto, quanto mais rápido o filme, menos nítida será a imagem formada por ele.
Por fim, os filmes de grande velocidade, que não apresentam uma imagem muito
nítida, mas que permite uma exposição menor podem ser utilizados em radiografias de peças
com grandes espessuras que normalmente exigiria um tempo de exposição incompatível com
a produtividade se utilizados filmes mais lentos.
3.2.3.5 Qualidade da Imagem Radiográfica
A qualidade da imagem radiográfica está associada a uma série de fatores
intimamente ligados às características do filme radiográfico e da fonte de radiação utilizada;
além disso, a qualidade da imagem é o principal fator para a aceitação ou rejeição da
radiografia. Para que seja obtida uma imagem radiográfica de qualidade é necessário o estudo
dos parâmetros: contraste, gradiente e definição.
Segundo a Kodak Company, 2006; a ocorrência de variações de densidade nos
filmes é fundamental para a formação da imagem. Em outras palavras, uma imagem é
formada por zonas claras e escuras. A diferença de densidades entre duas zonas adjacentes no
filme é denominada de Contraste. Imagens com alto contraste permitem em geral melhor
qualidade e segurança na interpretação da radiografia.
33
Ainda segundo a Kodak Company, 2006; ao observar com detalhe uma imagem
formada num filme radiográfico percebe-se que a mudança de densidade de uma zona para a
outra não se dá de forma brusca. Por exemplo, a imagem de um objeto apresenta um pequeno
elo de ligação entre a densidade da imagem e a densidade de fundo. Esta faixa de ligação,
com densidade intermediária, é que determina a definição do filme. Quanto mais estreita for a
zona de transição melhor será a definição da imagem.
3.2.3.6 Processamento do Filme Radiográfico
Segundo Shinohara, Acioli e Khouri, 2002; a preparação do filme e dos banhos
para o processamento radiográfico deve seguir algumas considerações, necessárias ao bom
desempenho desta tarefa. A limpeza no manuseio do filme é essencial. A câmara escura, bem
como seus acessórios e equipamentos, devem ser mantidos rigorosamente limpos e somente
utilizados para o propósito para o qual se destinam. Todo líquido de alta volatilização deve ser
acondicionado em recipiente próprio e fechado para evitar a contaminação do ambiente de
trabalho. O termômetro, bem como outros acessórios adicionais, deverá ser lavado
imediatamente após o manuseio para evitar a contaminação das soluções. Os tanques devem
ser mantidos sempre limpos e preenchidos com soluções frescas.
Processamento Manual
Após a exposição à radiação, passamos para a fase de processamento do filme
para a obtenção da imagem.
Na fase de processamento manual o filme passará por uma série de banhos nos
tanques de revelação até se tenha uma imagem radiográfica que permita uma boa visualização
a olho nu. As 11 (onze) fases de processamento manual são:
1) Preparação dos Banhos
34
De acordo com Andreucci, 2006; a preparação dos banhos deve seguir,
especificamente, a recomendação do fabricante. É preferível utilizar tanques de aço
inoxidável. As paletas que servirão para agitar e homogeneizar os banhos devem ser de
borracha dura, aço inoxidável ou de qualquer outro material que não absorva e nem reaja com
as soluções do processamento. As paletas dever ser especificas para cada banho para evitar a
contaminação das soluções.
2)Verificação da Temperatura da Solução Reveladora
Segundo Shinohara, Acioli e Khouri, 2002; quando a temperatura aumenta o grau
de revelação também aumenta, ou seja, O grau de revelação é afetado pela temperatura da
solução.
Desta forma, quando a temperatura do revelador esta baixa, a reação será mais
vagarosa e o tempo que fora recomendado, para a temperatura normal de 20ºC, não será
suficiente resultando em uma “sub-revelação”. Da mesma forma, quando a temperatura do
revelador está alta ocorre a “sobre-revelação”. Dentro de certos limites, estas mudanças no
grau de revelação podem ser compensadas com o aumento ou a diminuição do tempo de
revelação. Estas compensações são possíveis, pois os fabricantes fornecem tabelas tempo x
temperatura, através das quais se executa a correção através de simples comparação.
3)Manuseio dos Filmes
O filme quando exposto está fixado a um porta-filme plástico.
De acordo com a Kodak Company, 2006; após a exposição, é necessária a
retirada do filme da câmara escura para iniciar o processo de revelação. Esta etapa merece
cuidado e filme não deverá ser sacado da câmara escura sem que a luz de segurança esteja
acionada. Como os filmes mancham permanentemente quando pressionados com os dedos
deve-se evita este tipo de contato, para isso devem ser fixados nas presilhas das colgaduras de
aço inoxidável.
4) Medição do Tempo
Como cada etapa do processamento manual necessita de um tempo especifico, um
dispositivo (cronômetro) para a medição do tempo deve ar acionado em cada etapa.
35
5) Revelação
Segundo a Kodak Company, 2006; quando o filme exposto é imerso no tanque, a
solução reveladora age exclusivamente sobre os cristais de brometo de prata metálica
formados após a ionização. O agente revelador possui uma característica seletiva, ou seja,
capacidade de discriminar os grãos de cristais que foram expostos a radiação. Devido a fatores
eletroquímicos, as moléculas do agente revelador se combinam com os íons formados durante
a exposição à radiação ionizante formado a prata metálica. Esta reação química provoca uma
progressiva oxidação do agente revelador.
De acordo com Andreucci, 2006; a visibilidade da imagem e conseqüentemente o
contraste, a densidade de fundo e a definição, dependem do tipo de revelador utilizado, do
tempo de revelação e da temperatura do revelador. Portanto, o controle de tais parâmetros é de
fundamental importância para se obter uma radiografia de boa qualidade.
6) Agitação
O filme deve ser mantido sob constante agitação no revelador a fim de se obter
uma distribuição homogênea da solução e para que não haja formação de bolhas nem a
sedimentação de cristais. A sedimentação de brometo pode provocar o aparecimento de
manchas e mascarar possíveis descontinuidades.
7) Escorrimento
Após a revelação sob agitação, o filme deve escorrer por alguns segundos antes de
seguir para o banho de parada.
8) Banho de Parada
Após a revelação e antes da fixação é necessário submeter o filme a um banho de
parada ou banho interruptor.
Quando o filme e removido do tanque de revelação e escorrido, uma parte do
revelador, ainda impregnado no filme, continua realizando reação de revelação em ambas as
36
faces do filme. O banho interruptor tem então, a função de interromper esta reação a partir da
remoção do revelador residual.
Segundo a Kodak Company, 2002; O banho de parada pode ser composto, na sua
mistura, de água com ácido acético ou ácido glacial. O banho interruptor perde o seu efeito
com o uso e deve ser sempre substituído.
9) Fixação
Segundo a Eastman Kodak Company, 2006; após a revelação e banho de parada, o
filme é então disposto em um terceiro tanque contendo a solução fixadora.
A função do fixador é remover os cristais de brometo de prata que não foram
expostos à radiação, ou seja, que não sofreram ionização.
Outra função deste agente é a de endurecer a emulsão gelatinosa, permitindo a
secagem dos filmes por ar aquecido. O intervalo do tempo entre o início da fixação até o
desaparecimento da coloração amarelo-esbranquiçada que se forma sobre o filme, é chamada
de tempo de ajuste ou tempo de definição (clearing time). Durante este tempo o fixador estará
dissolvendo o haleto de prata não revelado. Este tempo é em geral o dobro do tempo de
clareamento.
O tempo de fixação normalmente não deve exceder a 15 minutos. O fixador deve
ser mantido a uma temperatura igual ao do revelador, ou seja, cerca de 20 ºC. Os fixadores
são comercialmente fornecidos em pó ou líquido e a solução é formada através da adição de
água de acordo com as instruções dos fornecedores.
10) Lavagem dos Filmes
Ainda de acordo com a Eastman Kodak Company, 2006; após a fixação, os filmes
seguem para o processo de lavagem para remover o fixador da emulsão. O filme é imerso em
água corrente de modo que toda superfície fique em contato constante com a água. O tanque
de lavagem deve ser suficientemente grande para conter os filmes que passam pelo processo
de revelação e fixação. Deve ser prevista uma vazão de água de forma que o volume do
tanque seja renovado de quatro a oito vezes por hora.
A duração da lavagem deve ser de aproximadamente trinta minutos.
37
A temperatura da água no tanque de lavagem é um parâmetro que deve ser
observado. Sabe-se que os melhores resultados são obtidos quando a temperatura da água esta
por volta dos 20 ºC.
11) Secagem dos Filmes
Segundo Andreucci, 2206; após a lavagem dos filmes para a retirada do fixador,
ainda antes do processo de secagem, é aconselhável que um quinto banho (30 segundos de
água corrente) aconteça. A finalidade deste seria quebrar a tensão superficial da água e
facilitar a secagem.
De acordo com Shinohara, Acioli e Khouri, 2002; antes de o filme ser colocado
no secador, devem-se dependurar as colgaduras em um escorredor por cerca de três minutos.
Processamento Automático
Segundo a Eastman Kodak Company, 2004; para que seja economicamente
viável, este tipo de processamento deve ser utilizado apenas quando há grande volume de
trabalho.
Por se tratar de um sistema de processamento químico e mecânico, inteiramente
automático com uma única operação manual, o carregamento de filmes o ciclo de
processamento é completado em menos de quinze minutos.
Quando adequadamente operado e sob condições seguras de manutenção, este
equipamento produz radiografias de alta qualidade.
A rápida velocidade de processamento torna-se possível pelo uso de soluções
químicas especiais, contínua agitação dos filmes, manutenção da temperatura das soluções e
secagem por jatos de ar aquecido.
38
3.2.4 Radiografia digital: Obtenção da imagem digital
3.2.4.1 Tipos de detectores de radiação
De acordo com Tauhata, Salati e Di Prinzio, 2003; existem basicamente dois
tipos de detectores de radiação: medidores de pulso e detectores integrais.
O contador de cintilação e o contador proporcional tipo geiger- muller são
medidores de pulsos que medem os fótons um a um gerando leituras instantâneas; são
altamente sensíveis e possuem um “tempo-morto” na ordem de 1µs. O “tempo-morto”
corresponde ao tempo em que o detector necessita para se estabilizar e começar a indicar a
radiação, esta característica está intimamente relacionada à construção dos detectores
Já os filmes radiográficos e as câmaras de ionização, são caracterizados como
outro tipo de detector conhecido como detector integral. Neste tipo de detecção não há uma
leitura instantânea, os fótons são coletados durante toda a exposição e geram uma medida
acumulada. A leitura é baseada em outros efeitos físicos tais como grau de escurecimento,
corrente elétrica.
Na década de 80, visando ainda apenas aplicação em radiografias médicas, a
FujiFilm do Japão desenvolveu um detector bidimensional inovador, denominado IP –
Imaging Plate que possui mesclas das características dos detectores de pulso e integral.
3.2.4.2 Características da imagem digital IP (Imaging Plate)
Segundo Tauhata, Salati e Di Prinzio, 2003; em 1985 as características do filme
digital IP foram testadas para a detecção de raios-X através das técnicas de difração e
espalhamento. Após a investigação detalhada, observou-se que o filme digital IP possuía
altíssima sensitividade (quando comparado ao filme convencional), maior faixa dinâmica,
linearidade superior e excelente resolução espacial. Alem disso, os dados digitais obtidos na
39
leitora são transferidos diretamente para o computador o que permite um melhor tratamento
da imagem.
Em 2002, o departamento de engenharia mecânica da Universidade Federal de
Pernambuco (UFPE) realizou uma avaliação a fim de comparar as imagens geradas pelas
técnicas de radiografia industrial convencional e digital.
Ambos os filmes, IP e convencional, foram submetidos a diferentes doses de
radiação ionizante, neste ensaio foram expostos a radiação beta de 1,7 MeV por 18 horas.
A figura 9 mostra a excepcional linearidade do filme IP em relação ao
convencional. O eixo da abscissa corresponde à dose de radiação emitida pela amostra padrão
beta emissora. O eixo da ordenada à esquerda representa a quantidade de radiação
luminescente acumulada pelo IP. O eixo da ordenada à direita mostra à densidade de
escurecimento de um filme convencional.
Estas características foram mantidas similares para outras amostras e diferentes
tipos de radiação.
Além da linearidade excepcional o filme digital IP ainda apresenta outra
característica importante, diferente dos filmes convencionais pode ser reutilizado. Na
radiografia industrial digital a imagem formada no filme IP é gravada em um computador o
Figura 7 – Comparação da linearidade dos filmes IP e convencional expostos aradiação beta de 1,7 MeV por 18 horas. Fonte: Shinohara, Acioli, Khouri, 2002.
40
que permite que a informação contida na placa IP possa ser apagada e esta mesma placa
reutilizada.
3.2.4.3 Formas de obtenção da imagem digital
Segundo Abreu, Araújo, Ferreira e Haiter Neto, 2005; existem duas formas de
obtenção da imagem digital: direta e indireta.
A forma de obtenção direta se dá através de sensores eletrônicos ou ópticos
sensíveis à radiação; já a forma indireta de obtenção da imagem digital, se dá através da
digitalização de radiografias convencionais através de câmeras de vídeos ou scanners,
permitindo que a imagem seja editada através da aplicação de um dos softwares existentes no
mercado. A figura 8 mostra a diferença entre a imagem obtida de forma direta da obtida de
forma indireta.
Segundo Haiter Neto, 2000; novos equipamentos para controle de qualidade e
inspeção de juntas soldadas são desenvolvidos para facilitar a identificação e localização de
Figura 8- Diferença entre formas de obtenção de imagem digital. Fonte: ARCtes, 2009.
Forma de obtenção da imagem digital: radiografia convencional digitalizada
indireta Forma de obtenção da imagem digital: radiografia digital
direta
Figura 8 – Diferença entre formas de obtenção da imagem digital Fonte: Cortesia ARCtest, 2008.
41
descontinuidades. Tais equipamentos devem utilizar cada vez mais a precisão matemática dos
computadores e limitar as avaliações humanas como o objetivo de eliminar erros associados.
Com a tecnologia da radiografia digital, imagens podem ser captadas, inseridas
em computadores no modo digital e apreciadas no vídeo.
3.2.4.4 Formas comerciais de obtenção de imagens digitais
Para a aplicabilidade industrial existem, atualmente, duas formas de obtenção
direta da imagem digital: o sistema CCD (Charge Coupled Device) e os sistemas de
Armazenamento de Fósforo.
Segundo Abreu, Araújo, Ferreira e Haiter Neto, 2005; em 1987 surge na área
médica-odontológica o primeiro aparelho digital de imagens radiográficas. Tal aparelho, que
se baseava no sistema CCD para a obtenção da imagem, passou a ser utilizado pela indústria a
partir de 1990.
O sistema CCD utilizava um chip de silício, com um volume reduzido, para a
captação da imagem. O chip era acoplado ao restante do equipamento por um fio condutor
que permitia que a imagem fosse exibida em vídeo imediatamente após a exposição e
sensibilização do sensor à radiação.
Ainda segundo Abreu, Araújo, Ferreira e Haiter Neto, 2005; foi em 1990,
enquanto a indústria se deliciava com a novidade do CCD, que a área médica-odontológica
começa a utilizar o primeiro aparelho com sistema de armazenamento de fósforo. Este sistema
utiliza uma placa óptica de armazenamento de fósforo ativado (PSP- Photostimulable phosfor
plate ou, simplesmente, IP - Imaging Plate), que é varrida por um scanner óptico a laser e
envia as informações para um computador. A vantagem deste tipo de sistema é a não
utilização de fios condutores além da possibilidade de produzir placas de fósforo de acordo
com a necessidade do usuário, com dimensões e formatos semelhantes às dos filmes
comerciais convencionais. No final de 1990, este sistema de obtenção da imagem passa a seu
utilizado na indústria em substituição a técnica CCD.
42
3.2.4.5 Princípio de funcionamento do processo digital direto de obtenção de imagens
A qualidade da imagem radiográfica digital está associada à capacidade dos
sensores em captar a energia radiativa e ao desenvolvimento tecnológico dos equipamentos de
informática.
Sistema CCD de obtenção de imagens digitais
Como dito anteriormente, os aparelhos deste tipo utilizam silício em seu sensor.
Segundo Abreu, Araújo, Ferreira e Haiter Neto, 2005; o silício é um elemento de
baixo peso atômico e de baixo coeficiente de absorção para fótons de energia. Neste sistema o
sensor possui uma pequena área ativa de 173 mm x 260 mm com conteúdo de 3850 x 5760
pixel (pontos), o que caracteriza uma resolução equivalente a 10 linhas por mm2.
Segundo Oliveira, 2000 e Watanabe, 1999; quando o sensor de silício é exposto à
radiação ionizante (comprimento de onda menor que 1µm), as ligações covalentes são
quebradas e ocorre a formação de pares de íons. Para que a leitura da exposição seja possível,
é necessário coletar a carga eletrônica produzida pela ionização. Para a coleta de tais cargas,
um material condutor é aplicado sobre uma fina camada isolante na superfície do silício. Esta
camada condutora é constituída por um arranjo bidimensional de pontos. Ao se aplicar um
potencial elétrico positivo os elétrons livres, que foram gerados pela radiação incidente, serão
acumulados nestes pontos até a saturação.
As mudanças de potencial ocorridas sobre a superfície, linha a linha, são
transmitidas ao CCD. A partir de então, esses dados são transmitidos para um amplificador,
que produzirá um sinal eletrônico analógico que em seguida é digitalizado.
O sistema CCD apresenta algumas limitações. Além de utilizar um cabo ligado ao
computador, o que dificulta o manuseio ainda existe poucas opções de tamanho de sensores, o
que impossibilita a radiografia em grandes dimensões.
43
Sistema IP- Imaging Plate de obtenção de imagens digitais
Devido às limitações do sistema CCD para aplicações industriais, o sistema IP foi
escolhido como foco deste trabalho e todos os ensaios foram realizados por este sistema.
O sistema IP possui uma placa intensificadora de fósforo que substitui o filme
radiográfico.
Segundo Watanabe, 1999; o funcionamento do sistema de fósforo
fotoestimulável, IP- Imaging Plate consiste numa placa de imagem formada por quatro
camadas.
A primeira camada fica no lado a ser exposto, é formada por uma base de
poliéster coberta por compostos de haletos cristalinos à base de flúor e haletos de bário
impregnado de európio ativado (BaFBr:Eu2+). Nesta primeira camada, energia da radiação é
convertida em luz visível e forma uma imagem latente na segunda camada.
Na segunda Camada a imagem é armazenada pelo fósforo fotossensível.
A terceira camada é composta por uma lâmina de metal que será atraída pelo
ímã do sistema de leitura óptica.
A quarta camada consiste em um plástico protetor.
Segundo Abreu, Araujo, Ferreira, Neto, 2005; quando um feixe de laser He-Ne
(Hélio-Neônio) é direcionado sobre a placa, esta energia é emitida como luz azul fluorescente.
O resultado dos sinais ópticos fluorescentes é então convertido em sinais elétricos e então
interpretado por um computador. A energia que ainda permanecer na placa pode ser
eliminada, basta expor à luz do sol ou à luz própria do aparelho. A eliminação desta energia
remanescente possibilita que a placa seja reutilizada. A figura 9 mostra a seqüência de
processamento do filme digital IP.
44
Segundo Khademi, 1996 e Watanabe, 1999; o processo de formação da
imagem nestes sistemas pode ser explicado assim: quando o sensor é exposto a radiação
ionizante capta a imagem em uma disposição bidimensional de filas e colunas denominados
pixels. O pixel é a menor unidade de informação da imagem, representa o equivalente digital
do cristal de prata nas radiografias convencionais.
De acordo com Abreu, Araujo, Ferreira, Neto, 2005; a caracterização da matriz
e a resolução espacial são dependentes do tamanho e número de pixels. A informação da
imagem é decomposta em bits (binary digits). A quantidade de informação presente em cada
pixel depende do número de bits para cada byte (binary term - unidade de memória do
computador). Quando um sistema opera com 8 bits por byte, cada pixel poderá ser
representado por uma entre duzentas e cinqüenta e seis possíveis combinações. A presença de
corrente é representada pelo número um e a ausência pelo numero zero. Assim, as letras, os
sons e as imagens são codificados durante a digitalização da tomada radiográfica por fim, o
registro radiográfico é enviado para o computador através da conversão desses bits em sinais
pela unidade digitalizadora. O computador, então, armazena a imagem no monitor como
Figura 9 - Seqüência de processamento do filme IP para recuperar imagem digital, nagamagrafia, após gravadas as imagens em um computador, apagam-se as informaçõesda placa IP, permitindo a sua reutilização. Fonte: Fonte: Shinohara, Acioli, Khouri, 2002.
45
figuras numéricas. Quando os fótons incidem sobre a unidade de informação da imagem, os
elétrons são aprisionados, e cada pixel apresentará um valor digital correspondente a uma
tonalidade de cinza, obedecendo a uma amplitude que vai desde o zero, que é o preto absoluto
(radiolucidez máxima), até o 255 que correspondente ao branco absoluto (radiopacidade
máxima). Estes números podem ser operados, isto é, somados, subtraídos, multiplicados,
divididos, comparados, impressos e enviados por telefone ou internet.
Segundo Sarmento, 2000; a quantidade possível de níveis de cinza que um
pixel de uma imagem digitalizada pode exibir é denominada alcance dinâmico. O alcance
dinâmico das imagens digitalizadas não excede ao dos filmes convencionais. O homem só
consegue perceber 16 a 24 tons de cinza, podendo raramente chegar a 30 ou 40. Assim, uma
das aplicações do sistema digital, que exibe uma escala de 256 tons de cinza, é a mensuração
do nível de cinza de áreas da imagem e, portanto determinar o valor numérico que
corresponde à média dos tons de cinza dos pixels em uma determinada área.
3.2.5 Vantagens da utilização do processo digital direto para a obtenção de imagens
Os sistemas de captação direta de imagem digitalizada apresentam vantagens
em relação ao auxílio de diagnóstico: colaboram com a preservação do meio ambiente ao
dispensar o filme radiográfico e suas fases de processamento; reduzem a exposição dos
operadores à radiação ionizante, visto que, de acordo com dados da CNEN o sistema digital
direto requer entre 5% e 50% da dose necessária nas tomadas radiográficas convencionais e
há uma maior latitude oferecida pelo sistema de armazenamento de fósforo, com menor risco
de sub ou superexposição; proporcionam maior satisfação ao cliente solicitante dos serviços,
uma vez que além da redução do tempo gasto com a operação do equipamento, por excluir as
fases de processamento, reduz, também, o número de repetições que ocorrem devido à falhas ;
eliminam o custo dos filmes e das soluções reveladoras além de que novas cópias de imagem
podem ser geradas sem a necessidade de novas tomadas radiográficas.
Outras vantagens também devem ser consideradas: eliminam a necessidade de
espaço para processamento manual ou automático, eliminam a necessidade de arquivo físico,
armários, envelopes, etiquetas, capas de identificação, caixas e negatoscópio; aperfeiçoam o
diagnóstico; melhoram a comunicação entre profissionais e clientes através da exibição da
imagem na tela do monitor; agilizam a procura das imagens, pois podem ser arquivadas em
46
pastas de forma organizada e de fácil acesso; melhoram as imagens através de edições,
alterando contraste e brilho, além de sua ampliação em locais específicos ou de toda a
imagem; possibilita a introdução de caixas de texto para identificação de detalhes; permitem a
cotagem de qualquer parte da imagem; além é claro de possibilitar o envio das imagens para
qualquer parte do mundo, através de correio eletrônico, melhorando e agilizando a
comunicação entre profissionais.
3.2.6 Desvantagens da utilização do processo digital direto para a obtenção de imagens
Segundo Shinohara, Acioli, Khouri, 2002; apesar das inúmeras vantagens do
processo digital direto para obtenção de imagem digital, algumas desvantagens devem ser
consideradas. Com esta técnica não é possível medir de uma só vez, comprimentos ou
diâmetros que excedam à capacidade de leitura do scanner do equipamento; em alguns casos
específicos os sistemas digitais não possuem qualidade de imagem totalmente satisfatória
como nas radiografias por meio de filmes convencionais; o custo de aquisição e manutenção
do equipamento digital é muito alto, ficando ainda restrito às grandes empresas realizadoras
de ensaios não destrutivos ou grandes empresas construtoras-montadoras; os sensores do
sistema IP possuem volume acentuado além de apresentarem maior rigidez quando
comparados ao filme radiográfico.
47
4. ESTUDO DE CASO
4.1 ARCTEST- EXPERIÊNCIA PIONEIRA EM RADIOGRAFIA DIGITAL
4.1.1 Introdução
Desde 1980 a radiografia digital tem sido utilizada na medicina. A utilização desta
tecnologia para fins industriais é mais recente. Na década de 90 do século passado, algumas
instruções quanto ao uso da radiografia digita industrial foram apresentadas na 7th European
Conference on Non-destructive Testing.
No Brasil, a tecnologia digital para radiografias ficou restrita à medicina até o ano
de 2000, quando uma refinaria de petróleo, se interessou em pôr em prática os testes em
andamento na ARCtest.
A ARCtest é pioneira no desenvolvimento de pesquisas de adaptação do método
de radiografia digital, originariamente concebido para a prática médica, para a indústria. Tais
testes de adaptação buscavam inicialmente o atendimento às exigências das plantas de
processo quanto à detecção de mecanismos de deterioração (avaliação de integridade de
tubulações).
A aproximação entre as duas empresas permitiu a viabilização técnica e comercial
do método que foi inicialmente utilizado, em caráter experimental, na avaliação da
integridade de tubulações nas instalações da Refinaria.
As vantagens do uso da tecnologia digital em inspeção de tubulações logo se
mostraram evidentes. Tais resultados e o sucesso da experiência entusiasmaram os técnicos
das duas empresas e os motivaram a testar a tecnologia, também, na avaliação da qualidade de
juntas soldadas, bastava uma oportunidade.
Antes de realizar testes práticos em campo, resolveu-se construir corpos de prova
com descontinuidades propositalmente introduzidas e aplicar o método digital de radiografia
48
industrial. Os resultados alcançados foram excelentes e logo veio a oportunidade de aplicar o
método digital em escala industrial.
Como a parada de manutenção da caldeira de CO (Monóxido de Carbono) estava
próxima e com os excelentes resultados obtidos em corpos de prova, a equipe da ARCtest,
juntamente com o apoio dos técnicos da refinaria, decidiu testar a técnica de radiografia
digital no controle das juntas soldadas que viriam a partir da troca do super-aquecedor da
caldeira de CO alcançando, também, bons resultados.
4.1.2 Histórico
A troca do super-aquecedor da caldeira de CO iria demandar inúmeras soldas de
pequenos diâmetros, inferiores a 3 ½”. Para este caso, os procedimentos e normas que
regulamentam a utilização da técnica radiográfica recomendam o uso da técnica Parede Dupla
- Vista Dupla (PD-VD), com uma distância mínima de 700mm entre a fonte e o filme.
Orientações normativas internas somente permitem a utilização de fontes
radioativas de Irídio-192 com atividade máxima de 20 Currie (Ci) nas instalações industriais
da Refinaria. Com isso, os tempos de exposição para a técnica PD-VD, em tubulações com
até 5,5mm espessura e de 2” e 3 ½” de diâmetro, são de aproximadamente 22 minutos por
filme.
Este tempo de exposição, 22 minutos por filme, demandam em 1 hora de trabalho
por junta soldada, visto que existe a necessidade de dispor tempo para montagem e arranjo
radiográfico. Vale ressaltar que, o período de tempo dado na Permissão de Trabalho para a
execução de atividades com radiografia é muito reduzido.
Portanto, como todas essas limitações, intrínsecas ou impostas, tornava a
atividade de radiografia industrial um caminho crítico para a realização da parada.
A única forma de diminuir o tempo de fonte exposta e aumentar a produtividade
seria a aplicação da técnica Parede Dupla – Vista Simples (PD-VS). A idéia de utilizar a
técnica alternativa não demorou a ser recusada. Além do problema técnico, o tempo destinado
à radiografia (1 hora no almoço e 1 hora no jantar) continuava reduzido e seria impossível
evacuar os trabalhadores de outras frentes de trabalho em tão pouco tempo, visto que, antes do
inicio de qualquer trabalho com radiação é necessário a verificação de toda área controlada,
49
previamente calculada, para se ter a certeza de que foi completamente evacuada. Esta
evacuação, por mais rápida que seja demanda no mínimo 30 minutos.
Com o objetivo de contornar tais limitações a ARCtest, com base nos resultados
alcançados com os corpos de prova, apresentou um projeto de instrução para execução de
radiografia digital em juntas soldadas de pequeno diâmetro para ser avaliado pela Refinaria.
4.2 AVALIAÇÃO DO PROJETO DE INSTRUÇÃO
Como ainda não havia uma norma específica para a técnica de radiografia
industrial que pudesse traçar diretrizes e parâmetros, decidiu-se avaliar o procedimento
apresentado pela ARCtest à luz das normas ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL
CODE, SECTION V e EUROPEAN STANDAR. EN 1435: Non-destructive examination of
welds- Radiographic examination of welded.
No ano de 2000 em Roma durante o 15º Congresso Mundial Sobre ensaios Não
Destrutivos a União Européia apresentou uma proposta de norma sobre radiografia digital
(Non destructive testing - Industrial Computed Radiography With Phosphor Imaging Plates)
que foi discutida por Ewert e Zscherpel. Tal proposta de norma também serviu como base
para avaliar o projeto se instrução apresentado pela ARCtest.
4.2.1 Construção dos corpos de prova com descontinuidades introduzidas
Para validar a técnica e para facilitar a avaliação do projeto de instrução, foram
construídas pela ARCtest 09 amostras com descontinuidade que simulavam aquelas possíveis
de serem encontradas no processo de soldagem da caldeira de CO que foi definido pela
manutenção.
As 09 amostras, sendo 08 de diâmetro de 2” e espessura de 5,5 mm e 01 de
diâmetro de 3” e espessura de 6,5 mm, foram radiografadas segundo a técnica convencional e
50
digital para que se pudesse comparar os resultados obtidos à luz das normas e proposta de
norma citados acima.
Um dos parâmetros mais importante para a Engenharia de Inspeção da Refinaria
seria a detecção de todas as descontinuidades provocadas nas amostras. Este resultado foi
obtido com sucesso na técnica digital, visto que, diferente da tecnologia convencional, a
imagem pode ser tratada e imperfeições que antes passariam despercebidas a olho nu passarão
a ser detectadas.
Outros resultados importantes na comparação entre as técnicas serão mencionados
posteriormente.
A figura 10 mostra algumas imagens dos corpos de prova obtidas através da
técnica Parede Dupla- Vista Simples (PD-VS) com o uso da radiografia digital.
C or po de p r ova com 3" de d iâm etr o e 6 ,5 m m de espessur a e r ef o r ço de so lda de 3 ,2 m m . U so do r ecur so 3D .
Corpo de Prova com 3" e 6,5mm de espessuraReforço de solda de 3,2 mm- USO DE 3D
Corpo de Prova com 2" e 5,5mm de espessuraReforço de solda de 3,2mm- USO DE 3D
Figura 10- Imagens geradas no ensaio de radiografia digital para verificação de corpos de prova comdescontinuidades conhecidas. Fonte: Cortesia ARCtest - 2008
51
4.3 PRINCÍPIOS DE SEGURANÇA E RADIOPROTEÇÃO
Após a divulgação dos resultados e do sucesso obtido com uso da radiografia
digital nos corpos de prova, em se tratando de qualidade e detecção, exatamente o que a
engenharia de inspeção buscava, passou a ser necessária uma análise minuciosa dos princípios
de segurança e radioproteção, visto que, o tempo de fonte exposta e raio de isolamento ainda
eram críticos.
Baseado nas experiências com os corpos de prova, a qualidade da imagem digital
era superior a obtida com a radiografia convencional, porém, o custo de utilização da nova
técnica era alto e só mesmo questões de segurança de pessoal, viabilidades e produtividade
iram convencer a substituição de tecnologia para aquela parada específica.
É importante salientar que o tempo reservado para o ensaio em campo era curto e
utilizando as técnicas tradicionais seria impossível atender à demanda de inspeção prevista
com segurança.
O pessoal da ARCtest juntamente com o pessoal da Segurança Industrial da
Refinaria foram encarregados de buscar dados consististes de que o emprego da radiografia
digital iria satisfazer todas as exigências de segurança, prazo e técnicas para este serviço.
Cálculos e simulações foram realizados para uma situação normal de trabalho em
radiografias industriais, ou seja, 04 horas de jornada.
Os resultados obtidos seguem na Tabela 01.
52
Tabela 1- Simulação da realização de diversos tipos de radiografia industrial para 04 horas de área
liberada.
PARÂMETRO
RADIOGRAFIA CONVENCIONAL
RADIOGRAFIA
DIGITAL
Radioisótopo Irídio-192 Selênio-75 Selênio-75 Selênio-75
Atividade 20 Ci 10 Ci 0,5 Ci 0,5 Ci
Fator de redução do
colimador
20 vezes 20 vezes 20 vezes 20 vezes
Taxa de exposição para os
Indivíduos
Ocupacionalmente Expostos
(IOE)
20 mR / dia
20 mR / dia
20 mR / dia
20 mR / dia
Taxa de exposição para os
indivíduos do público
0,4 mR / dia 0,4 mR / dia 0,4 mR / dia 0,4 mR / dia
Técnica Utilizada PD-VD (1) PD-VS PD-VS (2) PD-VS
Tipo de detector Filme
radiográfico
ASTM Classe
I
Filme
radiográfico
ASTM Classe
I
Filme
radiográfico
ASTM Classe
I
Placas de Fósforo
Juntas soldadas analisadas
(estimada)
4 juntas 24 juntas 24 juntas 24 juntas
Produção de filmes
(estimada)
8 filmes (3) 96 filmes 96 filmes 96 placas
Tempo de exposição por
filme
22 minutos 2 minutos 16,66
minutos
0,83 minutos
Tempo de fonte exposta
(total)
~ 3 horas 3,2 horas 26,66 horas 1,33 horas
Raio de balizamento para o
IOE
9 metros 5 metros 0,9 metros
(4)
1 metro
Raio de balizamento para
indivíduos do público
61 metros
29 metros
6,2 metros
(4)
4,1 metros
Fonte: Elaboração própria baseada em dados da ARCtest.
53
(1) – Aplicar a técnica PD-VD, para este caso, só é possível com a utilização de Irídio-
192, devido ao tempo de fonte exposta por filme com a distancia requerida em
procedimento (700mmm).
(2) – Estudamos a técnica PD-VS de radiografia convencional para uma fonte de Selênio
de baixa atividade para forçar a comparação dos parâmetros em relação à radiografia
digital.
(3) – Para analisar as 4 juntas são necessários 8 filmes. Seria impossível radiografar 8
filmes no prazo de tempo liberado para a radiografia industrial. O tempo de área
liberada é o mesmo tempo que se requer de fonte exposta, não há tempo para
preparação e montagem do arranjo radiográfico.
(4) – Apesar do raio de balizamento ser pequeno, seria necessário nove (09) dias de
trabalho visto que o tempo de fonte exposta requerido é de 26,66 horas.
Trabalhar com radiografia industrial em parada de manutenção exige medidas de
segurança especiais. Os postos e as frentes de trabalho se multiplicam e o numero de pessoas
freqüentes na unidade industrial pode chegar a 1200 trabalhadores.
O grande volume de pessoas exige que sejam tomadas medidas de precaução no
sentido de garantir que durante o ensaio radiográfico, todos sejam retirados da área restrita.
Este processo de liberação da área restrita, a depender do raio de balizamento, demanda
tempo e segundo a ARCtest não menos de 40 minutos.
É fato que, reduzindo o raio de isolamento, conseqüentemente diminuindo a área
restrita, a segurança do pessoal é controlada, a possibilidade de um trabalhador de outra frente
de trabalho ser exposto é mínima, ao passo que em balizamentos maiores não há como
garantir que o isolamento seja respeitado.
A técnica de radiografia industrial, além de demandar isolamentos menores, ainda
possibilita a utilização de fontes radioativas de baixa atividade, no caso simulado 0,5 Ci. O
uso de fontes de baixa atividade é o ideal. Numa situação de descontrole o perigo é reduzido.
O tempo de fonte exposta também é um parâmetro importante. Quanto menos a
fonte ficar fora do irradiador, menores são as chances de acidentes e menores são as doses
equivalentes recebidas pelo operador.
Por fim, analisando os parâmetros expostos da tabela 1 e com base nos resultados
de qualidade com os corpos de prova, a Refinaria decide utilizar a técnica de radiografia
digital para inspecionar juntas soldadas na caldeira de CO durante a parada de manutenção.
54
4.4 RESULTADOS ALCANÇADOS EM ENSAIO PRÁTICO
Durante os trabalhos de manutenção na caldeira de CO, a radiografia digital foi
utilizada em testes de inspeção nas juntas soldadas. Uma série se resultados foram obtidos e
listados:
• A maior vantagem do método é, sem dúvida, a possibilidade de realização do
ensaio com raio de isolamento muito pequeno quando comparado com os requeridos pela
técnica de radiografia convencional;
• Maior rapidez e controle durante a evacuação da área restrita por abranger um
número de trabalhadores a serem retirados do balizamento calculado. Para se ter idéia bastou
10 minutos para que todos os trabalhadores de outras frentes de serviço fossem deslocados
para uma área segura.
• Com o raio de isolamento reduzido, por conta da utilização da técnica digital,
outras equipes de manutenção que atuavam em torno da caldeira puderam prosseguir trabalho
normal evitando atrasos no cronograma da parada;
• Os trabalhos de radiografia digital foram concluídos dentro do tempo previsto,
dispensando a vigilância dos técnicos de segurança do trabalho da Refinaria e dos operadores
da ARCtest , visto que os ensaios foram realizados durante os horários de refeição sem a
necessidade de estender o prazo;
• Os resultados dos levantamentos radiométricos (monitorações) realizados ao
entorno da área restrita, apresentaram valores muito abaixo dos limites máximos permitidos
para indivíduos de público pela CNEN. Além de não serem verificadas doses de radiação na
parte externa às paredes dos tubos da Caldeira de CO;
• Supondo um caso de emergência, queda e resgate da fonte radioativa, o controle
da situação pelos operadores de radiografia seria mais fácil, ou seja, o novo raio de
balizamento da área, requerido para esta situação, seria ainda muito menor que o requerido
caso se utilizasse fontes de irídio, além do que, o resgate da fonte seria mais seguro e menos
estressante para os operadores de radiografia considerando que a fonte utilizada foi de Selênio
com atividade de apenas 0,5 Ci;
• Melhor produtividade, segurança e menor dose absorvida pelos IOE’s. neste
ensaio com isolamento reduzido e fonte de baixa atividade os operadores não necessitavam se
deslocar com rapidez, durante a exposição da fonte, bastando estar à distância do cabo de
comando da fonte.
55
4.5 COMPARAÇÕES ENTRE OS RESULTADOS OBTIDOS NESTE ENSAIO COM OS
DE OUTRAS PARADAS
Com o objetivo de demonstrar de forma clara qual a real diferença entre a
radiografia convencional e a digital o Gráfico 1 foi elaborado.
Este gráfico apresenta uma comparação de parâmetros entre a parada em que os
ensaios digitais foram realizados com as paradas anteriores, onde a radiografia convencional
era utilizada. Em ambos os casos foram empregadas fontes de Selênio-75 com atividades
distintas, no caso da radiografia convencional as fontes tinham atividades de 13 a 20 Ci
enquanto que na radiografia digital tinham apenas 0,5Ci.
Os raios de isolamento necessários, para garantir a distância segura para os
indivíduos do público, e atender as normas da Comissão Nacional de Energia Nuclear (NN-
3.01 – Diretrizes Básicas de Proteção Radiológica, 2007 e NN-6.04 – Radiografia Industrial,
2007), foram os seguintes:
15 a 40 metros para a Radiografia Convencional e,
3,5 metros a 5,4 metros para radiografia digital.
É importante mencionar que durante a manutenção da caldeira de CO, além de
seguro, o ensaio com a técnica digital foi extremante produtivo, visto que, foram
radiografadas um total de 80 juntas com uma produção diária de 8 a 20 juntas, em um caso
específico foram radiografadas 40 juntas em um só dia.
No Gráfico 1 salientamos as principais variáveis que compõe a metodologia de
avaliação de radioproteção. Lado a lado, têm-se os índices encontrados nesta parada, onde se
utilizou a técnica de radiografia digital bem como aqueles encontrados nas paradas anteriores
onde a técnica de radiografia convencional foi utilizada.
56
Ati
vid
ad
e d
a fo
nte
(Ci)
Ra
io d
e I
sola
me
nto
(met
ros
)
Nú
me
ro d
e J
un
tas
In
sp
ec
ion
ad
as
Tax
a d
e E
xp
os
ição
do
IO
E
a 1
0 m
etro
s d
a f
on
te e
no
co
ma
nd
o(m
R)
Tax
a d
e E
xp
os
içã
o d
o IO
Ea
20
me
tro
s d
a f
on
te
(mR
)
Tem
po
de
Fo
nte
Ex
po
sta
(min
uto
s)
Radiografia Digital Radiografia Convencionalparadas anteriores
Gráfico 1- Comparação entre os resultados obtidos com a radiografia industrial convencional e digital Fonte: Elaboração própria com bases em dados da ACTtest
4.6 PROCESSO DE DECISÃO
Embora não existissem normas e procedimentos vigentes para a aplicação da
radiografia digital para fins industriais, a decisão de utilizar a técnica digital foi tomada
baseada na qualidade técnica e na segurança acarretada por este tipo de ensaio. Além da
qualidade de imagem, os recursos digitais (Figura 11) ajudam e muito na visualização de
imperfeições (Figura 12).
57
Figura 11- Imagem de radiografa digital com recursos de edição. Fonte: Cortesia ARCtest, 2008
Figura 12- Mesma imagem digital com diferentes recursos deedição, negativo, positivo, baixo relevo. Fonte: Cortesia ARCtest, 2008
58
Do ponto de vista técnico, os resultados dos testes atendiam às necessidades de
visualização dos defeitos esperados nas soldas, além disso, o uso da radiografia digital
permitiria atender ao requisito amostral mínimo exigido pela Refinaria de juntas soldadas
radiografadas, o que com a técnica convencional não seria possível (ver Tabela 1).
Sob o aspecto da segurança, os resultados foram bastante significativos. A
utilização de fontes de Selênio-75 com atividade de apenas 0,5 Ci permitiu aumentar a
segurança dos trabalhos radiográficos permitindo que as radiografias fossem realizadas em
horários não convencionais, aproveitando horários de refeições, onde a área esta mais vazia,
fato este que não seria possível com a técnica convencional em uma parada que mobilizou
1200 pessoas. Os levantamentos radiométricos (monitorações) efetuados, com o auxilio de um
medidor de radiação tipo Geiger-Muller, fora da caldeira de CO (dentro do isolamento),
durante as exposições, acusaram taxas de dose de radiação muito abaixo dos limites máximos
estabelecidos para o IOE e ainda abaixo dos limites estabelecidos para os indivíduos de
público, classificando uma área livre dentro da área restrita.
4.7 COMPARAÇÕES ILUSTRATIVAS ENTRE AS TÉCNICAS DE RADIOGRAFIA
CONVENCIONAL E DIGITAL
1) Preparação Inicial
Radiografia Convencional Radiografia Digital Antes da realização dos testes de campo é necessário dispor de aproximadamente 2 horas para a preparação dos filmes.
Não é necessária nenhuma preparação antecipada para a realização dos testes de campo.
Quadro 1- Radiografia convencional e Radiografia digital – Fase de preparação inicial Fonte: Elaboração própria com cortesias da ARCtest, 2008.
59
2) Obtenção da Imagem
Radiografia Convencional Radiografia Digital Os filmes radiográficos são películas. Podem ser cortados com facilidade e adaptados aos tamanhos das peças. Possuem várias classes normalizadas diferentes, o que proporciona uma grande flexibilidade para a escolha do filme em função do equipamento a ser radiografado. São extremamente sensíveis a luz, antes e após a exposição à radiação ionizante. Necessitam ser revelados e fixados com produtos químicos, além da necessidade de lavagem em água corrente. Tal processo demanda em média de 40 a 60 minutos até a secagem total do filme. Após a geração do laudo, os filmes devem ser guardados e mantidos livre de umidade.
Na radiografia digital, as telas ou placas são comercializadas em dois tamanhos: 150 x 300mm e 75 x 150mm. São sensíveis à luz, somente após à exposição à radiação ionizante. O tempo de leitura óptica (scanneamento) dura em média 2 minutos e 37 segundos para cada placa de 150 x 300mm ou para cada 04 placas de 75 x 150. Após a leitura no Scanner, a placa deve ser exposta à luz para voltar a ser sensibilizada e poder ser reutilizada. Após o laudo são armazenadas em meio eletrônico CD ou DVD.
Quadro 2- Radiografia convencional e Radiografia digital – Obtenção da Imagem Fonte: Elaboração própria com cortesias da ARCtest, 2008.
60
3) Equipamentos e Laboratório
Radiografia Convencional Radiografia Digital É necessária uma sala climatizada com áreas úmida e seca separadas e totalmente escuras dotadas de tanques e lanternas de segurança.
É necessária uma sala climatizada ou um laboratório móvel para a instalação do computador e do scanner óptico Não há a necessidade de sala escura, porém deve ser evitado a incidência de luz sob o scanner
Quadro 3- Radiografia convencional e Radiografia digital – Equipamentos e Laboratório Fonte: Elaboração própria com cortesias da ARCtest, 2008.
4) Processamento
Radiografia Convencional Radiografia Digital Após o término das atividades de campo os filmes serão processados. Revelação, fixação, lavagem e secagem são as principais etapas e dura em média 1,5 hora.
As atividades no laboratório acontecem ao mesmo tempo em que no campo. Basta que a placa de fósforo seja removida e colocada no scanner para que a imagem apareça na tela do computador. Este processo dura em torno de 2' 37'’.
Quadro 4- Radiografia convencional e Radiografia digital – Processamento Fonte: Elaboração própria com cortesias da ARCtest, 2008.
61
5) Laudo
Radiografia Convencional Radiografia Digital Assim que os filmes estiverem completamente secos, o inspetor inicia o laudo com o auxilio de um negatoscópio, com controle de luz, lupas e réguas milimetradas.
Ao término da leitura óptica, o inspetor inicia o laudo imediatamente. Recursos do software para processamento de imagem são utilizados: lupas, ferramenta de medição, inversão de imagem, etc.
Quadro 5- Radiografia convencional e Radiografia digital – Laudo Fonte: Elaboração própria com cortesias da ARCtest, 2008.
62
5. CONCLUSÕES
Como já expressado anteriormente, sob o ponto de vista técnico, os resultados
obtidos com o emprego da radiografia digital foram considerados adequados, superando
inclusive alguns parâmetros utilizados na avaliação da radiografia convencional. A qualidade
das imagens obtidas apresentou excelente definição quando confrontadas aos resultados
mínimos desejados.
Sob o aspecto de segurança e proteção radiológica, os resultados foram bastante
significativos. O uso de fontes de baixa atividade, neste caso Selênio-75 com 0,5 Ci, que
corresponde a mais ou menos 5% da atividade requerida em radiografias convencionais,
proporcionou a redução dos raios de isolamento de forma expressiva e conseqüentemente
diminuiu o tempo de exposição tanto da fonte quanto do trabalhador. Tais aspectos
possibilitaram a obtenção dos seguintes resultados:
Viabilidade em realizar o trabalho em horário diurno, facilitando o acompanhamento
das empresas e reduzindo os riscos de acidentes potenciais que poderiam ocorrer em
trabalhos realizados à noite devido ao cansaço da equipe de radiografia;
Diminuição drástica dos riscos de doses em casos de resgate de fonte radioativa em
situações de emergência;
Facilidade de monitoração e vigília, tanto da área restrita quanto das áreas adjacentes,
devido ao pequeno raio de isolamento necessário e do turno de realização;
Eliminação da necessidade do uso de reagentes químicos, utilizados nas etapas de
revelação e fixação de filmes radiográficos utilizados apenas nas radiografias
convencionais, trazendo benefícios ao meio ambiente, pela não geração de resíduos
químicos tóxicos, e ao trabalhados que seria exposto ao produto e aos gases gerados
no processo de revelação;
Substituição do tempo de revelação, fixação e secagem dos filmes utilizados na
radiografia convencional, processo que normalmente demandaria de 1 a 2 horas após o
término da execução de ensaio no campo, pelo processo de leitura óptica por scanner
das imagens, processo que é realizado ao término de cada exposição e que dura em
torno de 2 minutos e 37 segundos por placa;
Diminuição das doses de radiação recebidas pelos operadores. Devido à grande
sensibilidade das placas de fósforo “Imaging Plate” é possível a utilização de fontes
63
radioativas de baixa atividade (0,5 Ci) e a curtos tempos de exposição
(aproximadamente 50 segundos por placa);
Melhora na segurança coletiva facilitando a observação do entorno à região onde se
realiza o ensaio devido à possibilidade de realizar os trabalhos a luz do dia.
Outro ponto que merece destaque é que o processamento das imagens
radiográficas foi realizado com bastante rapidez, pois os ensaios foram realizados em horários
administrativos, o que permitiu à coordenação da parada acompanhar os resultados e poder
tomar ações em imediatas o que não acontecia com o uso da radiografia convencional.
Por todas as razões já citadas, é inevitável, que a radiografia digital substitua o
processo de radiografia convencional, porém, a velocidade desta transição e popularização da
tecnologia depende principalmente do reconhecimento, inclusão e detalhamento do processo
digital em códigos, procedimentos e normas nacionais e internacionais, além disso, o custo do
investimento inicial para a aquisição do conjunto para radiografia industrial ainda é alto para
pequenas empresas de ensaios não destrutivos.
64
6. BIBLIOGRAFIA
ABREU, Mara Valadares de, ARAÚJO, Arnaldo de Albuquerque, FERREIRA, Efigênia
Ferreira e, NETO, Francisco Haiter, Imagem Radiográfica Digital Odontológica, UFMG,
2005;
ABUD, Marina Forachi, Equipamentos de Gamagrafia e Raios X Industriais, Instituto
Paulista de Medicina Nuclear, 1988;
ANDREUCCI, Ricardo, Iniciação à Radiologia Industrial, Ed. Mar. / 2006 Curso de
Extensão UNIMOVE;
CETRE / ABENDE, Apostila Curso Formação de Supervisores em Radioproteção, 1995;
CNEN NN-3.01 – Diretrizes Básicas de Proteção radiológica. Comissão Nacional de
Energia, 2005;
CNEN NN-6.04 – Radiografia Industrial – Comissão Nacional de Energia Nuclear, 2007;
EUROPEAN STANDARD. EN 1435: Non-destructive examination of welds- Radiographic
examination of welded;
EWERT, U., ZSCHERPEL, U. Radiographic testing: A comparison of standards for
classical and digital industrial radiology. In: 15th WORLD CONFERENCE ON NON-
DESTRUCTIVE TESTING, Roma 2000;
Guia de Processamento Manual de Filmes NDT Industrex, Ensaios Não Destrutivos,
Eastman Kodak Company, Jan. 2006;
HAITER NETO, F. et al. Estágio atual da radiografia digital. Revista da ABRO, Brasília,
v. 1, n. 3, p. 01-06, set./dez. 2000;
65
JAGANNATHAN, H., BHASKAR, N.P., SRIRAMAN, P.C.N., e VIJAY, N.A., “Step
Towards Automatic Defect Pattern Analysis and Evaluation in Industrial Radiography
Using Digital Image Processing”, Proceedings of 15th WCNDT, Roma, 2000;
JESUS, Gilberto Fonseca, Proteção Radiológica, Julho 1984;
Manual de Armazenamento e Manuseio de Materiais Fotográficos Processados, Eastman
Kodak Company, Jan. 2002;
NETTO, André Lopes; AZEVEDO, Marcelo Artur Madureira, Radiações Não Ionizantes,
SOBES, Rio de Janeiro, 2002;
OLIVEIRA A. E. et al. Comparative study of two digital radiographic storage phosphor
systems. Braz Dent J, Ribeirão Preto, v. 11, n. 2, 2000;
PETROBRÁS N-2344 – Segurança em Trabalhos de Radiografia Out. 2000;
Processadora KODAK Industrex MX125 Dados Técnicos, Eastman Kodak Company, Out.
2004;
SARMENTO, V.A. Diagnóstico radiográfico de alterações periapicais de origem
ondôdontica através da determinação do nível de cinza em imagens digitalizadas: estudo
experimental em ratos. 2000. 281f. Dissertação (Doutorado em Odontologia – Área de
concentração em Estomatologia) Faculdade de Odontologia, Pontifícia Universidade Católica,
Rio Grande do Sul;
SHINOHARA, Armando Hideki, ACIOLI, Edmundo; KHOURI, Helen Jamil, Avaliação da
Técnica de Radiografia Digital em Gamagrafia, Depto. de Engenharia Mecânica CTG
UFPE, Recife, PE, Salvador, agosto, 2002;
TAUHATA, Luiz; SALATI, Ivan P. A. DI PRINZIO, Renato, DI PRINZIO, Antonieta R. ,
Radioproteção e Dosimetria: Fundamentos, IRD/CNEN, Rio de janeiro, 5° Revisão – Ago.
2003;
66
WATANABE, P. C. A. et al. Estado atual da Arte da Imagem Digital em Odontologia,
Rev. da APCD, São Paulo, jul./ ago. 1999;
XAVIER, Ana Maria; MORO, José Tullio; Heilbron, Paulo Fernando, Princípios Básicos de
Segurança e Proteção Radiológica, 2a Edição, UFRS, Set. 2003;
