Fenômenos Observados

Múltiplas Reflexões

Ao realizar-se a análise dos sinais das ondas ultra-sônicas que retornam ao transdutor após reflexão sobre a esfera e sobre a parede oposta ao transdutor (eco de fundo), observou-se que estas não correspondem a um grupo de ondas em fase, mas a um grupo composto por ondas que apresentam pequenas defasagens temporais e com diferentes padrões de amplitude em razão da interação de ondas decorren-tes das múltiplas reflexões da parede do tubo. A figura 3.4 apresenta as múltiplas reflexões do eco de fundo utilizando o transdutor de 5M Hz, o eixo horizontal apre-senta os intervalos de tempo entre as múltiplas ondas refletidas na escala de1µS, a figura 3.5 apresenta as mesmas múltiplas reflexões, porém com intervalo de tempo correspondente a escala de2µS, as setas indicam o começo e o término dos ecos de reflexão.

De acordo com Povey (1997) este fenômeno é um tipo de “reverberação” que está associado a uma combinação acústica inadequada. Entende-se como “reverbera-ção” ao fenômeno de geração de múltiplas ondas ultra-sônicas com pequena defasa-gem temporal em conseqüência de múltiplas reflexões. Se o meio no qual ocorrerem as múltiplas reflexões apresentar pequena espessura, como é comum em tubos, esse fenômeno se torna mais efetivo. Cada onda refletida, além da ocorrência de defa-sagem temporal, apresentará uma pequena redução de amplitude em conseqüência da atenuação durante sua propagação. Também, conforme descrito no Capítulo 2,

Figura 3.4: Múltiplas reflexões do eco de fundo - freqüência 5M Hz e intervalo de tempo de1µs.

ocorrem mudanças de fase da onda ultra-sônica, durante as múltiplas reflexões, em razão da propagação das ondas ultra-sônicas de um meio de maior impedância acús-tica para outro de menor de impedância. Esses dois fenômenos, múltiplas reflexões e mudança de fase, criam novas ondas ultra-sônicas que interagem com as ondas refletidas pela esfera, ou pela parede de fundo, gerando um conjunto complexo de ondas ultra-sônicas que retornam ao transdutor.

Um exemplo apresentado por Povey (1997) mostra a figura 3.6 onde múltiplas reflexões ou “reverberação” da onda acústica emitida, a qual inicialmente se propa-gou na água, incidiu sobre um pedaço de vidro de pequena espessura provocando múltiplas reflexões onde cada onda refletida apresenta uma defasagem temporal cor-respondente ao dobro do tempo do percurso da onda no vidro.

Ruídos

Observando os sinais captados pelos transdutores, através dos ecogramas, verificou-se que no transdutor de 5 MHz ocorreram interferências de ondas

ultra-Figura 3.5: Múltiplas reflexões do eco de fundo - freqüência 5M Hz e intervalo de tempo de2µs.

sônicas, que dificultaram a análise e processamentos dos sinais. As interferências de ondas serão denominadas ruído. Alguns desses ruídos apresentam valores de amplitude maiores do que aqueles apresentados pela reflexão da esfera.

Parte das ondas ultra-sônicas geradas pelo transdutor não se propaga para o interior do tubo, na interface aço/água, 6,34% são transmitidas para o interior do tubo e 93,66% são refletidas, permanecendo sua propagação na parede do tubo através de múltiplas reflexões. A cada reflexão ocorre nova transmissão das ondas para o interior do tubo e uma correspondente atenuação até que ocorra a atenuação total.

Em razão da ocorrência das múltiplas reflexões e da superfície circular interna e externa do tubo, ocorrem variações do ângulo de incidênciaθ₁, que ao ultrapassar o primeiro ângulo crítico acarreta na mudança de forma da onda ultra-sônica de longitudinal para transversal. Devido a sua menor velocidade e, conseqüentemente menor atenuação, a propagação de ondas ultra-sônicas transversais geram maior espalhamento, propiciando maior interferência entre as ondas e, assim mais geração

Figura 3.6: Múltiplas reflexões na parede - “Reverberação”

de ruídos.

A hipótese de que os ruídos observados nos ecogramas não eram reflexões da esfera, ou de alguma outra fonte interface, mas sim originada pela propagação de ondas ultra-sônicas longitudinais ou transversais pela parede do tubo foi confirmada utilizando o procedimento abaixo:

• A superfície externa ao tubo, próximo ao transdutor, foi coberta com vaselina, em seguida foi acoplado a superfície um meio sólido, neste experimento o dedo de um dos pesquisadores. A finalidade deste último procedimento foi desviar as ondas ultra-sônicas que se propagavam na espessura do tubo para um outro meio sólido. Observando-se em tempo real, através do osciloscópio, o ecograma no qual verificou-se a redução da amplitude dos ruídos, confirmando a hipótese.

A vaselina foi utilizada como acoplante e, em razão de não apresentar alta viscosidade, não apresentou significativa influencia na atenuação dos ruídos. A figura 3.8 apresenta o ecograma com redução de ruídos e a figura 3.9 apresenta o local onde foi aplicada a vaselina,

• A vaselina foi retirada e substituída por graxa, sendo verificado uma apreciável redução das amplitudes dos ruídos. Em razão da alta viscosidade da graxa, ocorre atenuação das ondas ultra-sônicas ao se propagarem do tubo para graxa.

A figura 3.10 apresenta o ecograma com redução de ruídos originada pela aplicação da graxa e a figura 3.11 apresenta o local onde a mesma foi aplicada.

Figura 3.7: Ecograma com ocorrência de ruídos - freqüência 5M Hz

Figura 3.8: Ecograma com redução da amplitude dos ruídos após utilzação de vase-lina - freqüência5M Hz

Figura 3.9: Local de aplicação da vaselina.

Figura 3.10: Ecograma tubo com graxa - freqüência 5M Hz

Figura 3.11: Local de aplicação da graxa.

O experimento descrito foi realizado com o transdutor de 5M Hz.

Os experimentos utilizando o transdutor de5M Hz foram realizados aplicando graxa na superfície externa do tubo.

Nos experimentos utilizando-se o transdutor de 10M Hz, verificou-se que os valores dos ruídos presentes nos ecogramas eram de baixa intensidade, não causando influência na percepção da esfera e nem dificuldades na análise e tratamento dos sinais. Conforme descrito no capítulo 2, a atenuação das ondas ultra-sônicas ocorrem pelos efeitos de absorção e dispersão. A atenuação em meios sólidos, como na espessura de parede de tubos, ocorre por dispersão e absorção da onda ultra-sônica ao incidir sobre os grãos presentes na matriz metálica. Segundo Gómez et al. (1980) a atenuação por dispersão é mais acentuada quando a relação entre o tamanho do grão e o comprimento de onda da onda ultra-sônica é da ordem de 1/10 ou maior.

Segundo Kuttruff (1991) a dimensão típica de grãos de ligas metálicas varia de10µm a100µm, considerando o tamanho do grão do aço inoxidável na da ordem de80µm, a relação entre o tamanho do grão e o comprimento de onda da onda ultra-sônica para os transdutores de 5M Hz e 10M Hz são respectivamente de 0,07 e 0,14, portanto a atenuação por dispersão das ondas ultra-sônicas para os dois transdutores é alta.

Segundo Kuttruff (1991) a atenuação por absorção é proporcional a freqüência a

quarta potência. O transdutor de maior freqüência causa uma maior atenuação das ondas ultra-sônicas na parede do tubo, justificando a presença de poucos ruídos ao se utilizar o transdutor de 10M Hz e de muitos ruídos utilizando-se o de5M Hz.

No apêndice A1 são apresentados os resultados obtidos da interação entre os campos ultra-sônicos gerados pelos transdutores de 5M Hz e 10M Hz com a esfera de diâmetro 3/16”. Também são apresentados os Campos Mortos Gerados pelos dois transdutores.