Sistemas baseados em ultrassom

A técnica ultrassônica utiliza um ou mais transdutores piezelétricos. A utilização de apenas um transdutor configura o método pulso-eco. Outras formas de inspeção vêm sendo utilizadas, como exemplo: Phased Array e TOFD:

 Transdutor phased array tem se tornado popular para ensaios não destrutivos (NDT). O destaque da tecnologia é proporcionar várias imagens em tempo real graças à presença dos vários cristais piezoelétricos que podem ser excitados individualmente, permitindo inspecionar uma grande variedade de ângulos da superfície e cobrindo uma maior área de inspeção. Além disto, é possível variar e controlar os pontos focais do feixe na peça (Nakahata e Kono, 2011).

As características dos feixes são determinadas por diversos fatores, dentre eles: frequência do transdutor, dimensão do elemento piezoelétrico, dentre outros (Carneval et al., 2007). A superfície inspecionada é mapeada, produzindo um perfil do defeito, se for esse o objetivo, conforme Figura 3.18. Uma limitação para a utilização deste tipo de transdutores é que a superfície inspecionada precisa está livre de resíduos.

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Figura 3.18 - Inspeção de duto com transdutor phased array (SONARTECH, 2008).

 A técnica TOFD (Time of Flight Diffraction) utiliza um par de transdutores (transmissor e receptor) colocados sobre a mesma superfície do objeto de teste (Souza et al., 2009). A separação dos transdutores, também chamada de PCS (“Probe Center Separation”), é ajustada de acordo com a espessura de parede da amostra.

Na técnica TOFD, uma onda longitudinal é enviada pelo transmissor em direção ao receptor. O primeiro sinal a chegar é o de uma onda próxima à superfície viajando em direção ao receptor, chamada de onda lateral. Devido à abertura do feixe a onda também alcançará a parede de fundo, gerando ondas difratadas. Podem aparecer outros sinais difratados devido à falta de homogeneidade no material, ou seja, quando algum defeito está presente (Moura e Vasconcelos, 2005).

A Figura 3.19 mostra dois dispositivos que fazem uso da técnica TOFD. A Figura 3.19a mostra um scanner manual com os dois transdutores que se movem paralelamente à região provável dos defeitos. A Figura 3.19b apresenta um scanner regulável, onde a sua largura pode ser alterada, proporcionando uma configuração adequada para alcançar lugares de difícil acesso.

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(a) (b)

Figura 3.19 - Inspeção de duto com técnica TOFD (OLYMPUS - HSMT-Compact, 2012; OLYMPUS - HST-X04, 2012).

Existe uma tendência à montagem de dispositivos que utilizam múltiplas técnicas de ultrassom, com o objetivo de empregar os pontos fortes de cada uma. Como exemplo, podemos citar a empresa OLYMPUS, que é reconhecida na fabricação de sistemas para inspeção por ultrassom. Seus equipamentos denominados digitalizadores industriais, com foco principalmente em soldagem e corrosão, podem realizar inspeção com: TOFD, pulso-eco e phased array, individualmente ou todos de uma vez.

Serão descritos quatro equipamentos comercializados pela empresa: HSMT-Flex, HSMT- X03, WeldROVER e CHAIN SCANNER, que fazem uso dessa mesclagem de técnicas.

O HSMT-Flex (Figura 3.20) possibilita na sua configuração original a montagem de quatro transdutores, podendo ser estendido a oito. Além disto, consegue dobrar-se no centro, auxiliando na melhor estabilidade da probe e atingindo diâmetros diferenciados de dutos (OLYMPUS – HSTM- FLEX, 2012).

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Figura 3.20 - Configurações do HSMT-Flex (OLYMPUS - HSTM-FLEX, 2012).

O HSMT- X03 (Figura 3.21a) se destaca por apresentar quatro rodas magnéticas que giram 90°, permitindo varreduras em vários sentidos (OLYMPUS – HSTM-X03, 2012).

O WeldROVER (Figura 3.21b) é um posicionador automatizado, usado também para a inspeção de solda, operado por controle remoto e com velocidade variável, permitindo até 10 configurações de velocidade variando de 5 a 50 mm/s. Este dispositivo pode integrar até seis transdutores para inspeção de solda em tubulações. Possui um cordão umbilical que oferece proteção aos cabos (OLYMPUS – WELDROVER, 2012).

(a) (b)

Figura 3.21 - Configurações: (a) HSMT-X03 (OLYMPUS - HSTM-X03, 2012) e (b) WeldROVER (OLYMPUS - WELDROVER, 2012).

O CHAIN SCANNER realiza inspeções em tubos com diâmetro externo de 45 a 965 mm (1,75 a 38 polegadas). É feita com elos de cadeia, que ajudam a garantir o deslocamento em linha reta do

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scanner, uma vez que elimina os problemas de direção. É extremamente útil quando a área ao redor do tubo não é totalmente acessível, permitindo o giro do scanner para passar pelo obstáculo (OLYMPUS – CHAIN Scanner, 2012). Apresenta ferramentas terminais diferentes que se ligam aos elos de cadeia permitindo a montagem de vários transdutores e, ao mesmo tempo, conseguindo atingir diâmetros diferentes de dutos, conforme mostra a Figura 3.22.

Figura 3.22 - CHAIN SCANNER (OLYMPUS - CHAIN Scanner, 2012).

O uso dos elos de cadeia tem sido solução tecnológica em vários trabalhos atuais na literatura, principalmente pelo auxílio ao deslocamento, contorno de obstáculos e instalação dos transdutores para medição em dutos.

A empresa israelita Sonotron NDT lançou o ISONIC PA AUT (Figura 3.23) que é uma plataforma portátil automatizada que combina phased array, pulso eco e TOFD simultaneamente para análise de solda em dutos. Utiliza elos de cadeia para comportar até 32 transdutores (SONOTRON NDT, 2012).

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A Universidade Federal da Paraíba (UFPB) trabalha em um sistema automatizado de varredura para inspeção ultrassônica de dutos, capaz de realizar movimentos circunferenciais e longitudinais, conforme Figura 3.24.

Figura 3.24 - Sistema automatizado de varredura (Rodrigues et al., 2010).

O sistema é composto de dois motores de corrente contínua e um controlador lógico programável (CLP) para controle dos movimentos. O projeto é baseado em uma engrenagem externa que gira e suporta os transdutores, movida por um pinhão que realiza o movimento circunferencial no sentido horário ou anti-horário. O outro motor gera o movimento longitudinal do sistema garantindo que toda a superfície do duto seja inspecionada. Usa somente a técnica pulso eco para detecção de perda de espessura, limitando-se a apenas um diâmetro de duto (Rodrigues et al., 2010).

A INSTOR - Sistemas de Inspeção Robótica em parceria com o LAMEF (Laboratório de Metalurgia Física), ambos pertencentes à Universidade Federal de Rio Grande do Sul (UFRGS), desenvolveu um robô inspetor de dutos, capaz de posicionar os transdutores em qualquer ponto da superfície, conforme Figura 3.25. Possui um anel bi-partido que permite instalação sobre o duto. As medidas de espessura são dadas pelo método do pulso eco, usando água como acoplante. Possui um sistema de ultrassom multiplexado permitindo a leitura de vários trandutores, conseguindo 64 leituras por segundo. A movimentação longitudinal é feita por rodas magnéticas. Destaca-se ainda pela capacidade de movimentar-se por dutos tanto verticais quanto horizontais (INSTOR, 2012).

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Figura 3.25 - Robô de inspeção de dutos (INSTOR, 2012).

Como já dito, para obter melhor desempenho, alguns sistemas combinam princípios de medição, com a finalidade de extrair o melhor de cada sistema. Muitas vezes, a inspeção é realizada com duas ou mais técnicas. Estes sistemas são chamados de híbridos.

O GIP magnético (Figura 3.26) une as tecnologias magnéticas e ultrassom. É uma ferramenta empregada em operações de inspeção externa de corrosão para linhas em dutos nos quais o PIG não consegue realizar a inspeção, sejam por problemas de geometria ou dificuldades operacionais quaisquer. A Pipeway empresa criada por um grupo de pesquisadores da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio) foi à inventora deste dispositivo, que é utilizado em dutos terrestre e submerso de 4 a 46 polegadas (PIPEWAY, 2012).

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O item a seguir apresentará pesquisas recentes com a utilização da onda Lcr, foco deste trabalho,

bem como algumas soluções encontradas para os problemas tecnológicos envolvidos no processo de medição.