UTILIZAÇÃO DE SE SORES DE EMISSÃO ACÚSTICA

Embora as emissões acústicas possam ser criadas em um ambiente controlado, também podem ocorrer naturalmente. Como meio de controle de qualidade, a origem da AE é difícil de identificar. Já em 6500 aC, falhas estruturais em objetos de cerâmica produzidos em olarias rudimentares, principalmente tijolos, ocorridas durante seu resfriamento, eram identificados através de sons audíveis. Na metalurgia, em torno de 3700 aC, a emissão sonora produzida pela geminação mecânica de estanho puro durante a deformação plástica (conhecida como o "grito de lata") foi observada por fundições de estanho na Ásia Menor. As primeiras observações documentadas de AE parecem ter sido feitas, no século VIII, pelo alquimista árabe Jabir ibn Hayyan. Hayyan escreveu que Júpiter (estanho) emite um som 'duro' quando trabalhado, enquanto Marte (ferro) "soa muito" durante o forjamento. Muitos textos no final

do século XIX se referem às emissões sonoras produzidas por materiais tais como estanho, ferro, cádmio e zinco[15].

O final do século XIX e o início do século XX trouxeram novas utilizações de emissões acústicas, com os trabalhos de Robert Anderson +“Ensaio de tração de uma liga de alumínio além do seu limite de elasticidade”, os trabalhos de Erich Scheil + ligados à formação de martensita no aço ao ruído detectável e de Forster e Friedrich, que com Scheil relacionaram o ruído detectável para a formação de martensita em aço de alto+níquel. As experimentações continuaram durante a primeira metade do século XX, culminando com a tese de doutorado escrita por Joseph Kaiser, intitulada "Resultados e conclusões a partir de medições de som em materiais metálicos sob tensão de tração". Logo após tomar conhecimento dos esforços de Kaiser, Bradford Schofield iniciou o primeiro programa de investigação nos Estados Unidos a fim de explorar as aplicações de AE em engenharia de materiais. Apropriadamente, a pesquisa de Kaiser é geralmente reconhecida como o início dos testes de emissão acústica moderna[15]. A American Society for Testing and Materials (ASTM) descreve uma série de normas e procedimentos para ensaios por emissão acústica, como, por exemplo, a ASTM E 1932 para ensaios em peças pequenas e ASTM E1419+00 para análise de solda em vasos de pressão.

Quando um componente mecânico ou estrutural é submetido a um estímulo externo (alteração na pressão, carga ou temperatura), fontes localizadas desencadeiam a liberação de energia, na forma de ondas de tensão, que se propagam à superfície e são registradas pelos sensores. Com o equipamento configurado, respostas na ordem de picometros podem ser identificadas. Essas respostas referem+se à geração de ondas elásticas transientes produzidas por uma redistribuição repentina da tensão em um material. Essas respostas são chamadas Emissão Acústica (AE). Fontes de AE variam de eventos naturais, como terremotos, a eventos controlados, como transformações de fase em metais. Nos compósitos, rachaduras e quebras de matriz de fibra e descolagem geram sinais de emissões acústicas. AE também tem sido utilizada em polímeros, madeira e concreto, entre outros materiais[15]. A detecção e análise de sinais de EA fornecem informações valiosas sobre a origem e a importância de uma descontinuidade em um material. Devido à versatilidade dos ensaios de emissão acústica (AE), muitas aplicações industriais surgiram, como, por exemplo, a avaliação da integridade estrutural, a detecção de falhas, testes de fugas ou de controle da qualidade de soldas e é amplamente utilizado como ferramenta de pesquisa[15,16,17].

Ensaios de emissão acústica são d dois sentidos. A primeira diferença para o objeto em análise, os ensa pelo objeto. Testes de AE são estruturas quando em funcioname propagação de defeitos e, conse diferença é que os ensaios AE lid material de forma contínua. Is características ativas, por exemplo discernir entre desenvolvimento possível que falhas possam passar suficiente para causar um evento uma indicação imediata relacionad Após a configuração e montage superfície de ensaio e mantido em sinais emitidos com as tensões ind referência, ou de ruptura, é obtido pulsos (hits) e a área medida do si ser avaliados. A figura 3.12 m características do sinal de AE most

Figura 3.12 Curva típi

Fonte: Adaptado de DT

Ultrapassagem do limiar

são diferentes da maioria dos outros ensaios não des erença diz respeito à origem do sinal. Em vez de forn s ensaios de emissão acústica captam a energia son são muitas vezes realizados em componentes m onamento, uma vez que elas oferecem carga sufici consequentemente, provocar emissões acústicas. AE lidam com processos dinâmicos, ou seja, mudan ua. Isto é particularmente significativo porque

emplo o crescimento da falha, são destacadas. A ca ento e estagnação de defeitos é significativa. No passar despercebidas por completo caso a carga não vento acústico. Além disso, os testes AE fornecem cionada com a resistência ou risco de falha de um com

ntagem do equipamento de análise, o sensor é do em posição com fita adesiva ou cola. O operador

es induzidas no objeto. Quando um sinal acima de u obtido corretamente, parâmetros como amplitude, co do sinal retificado (Energia), duração e tempo de su .12 mostra sinais típicos obtidos por emissão a

mostrado nessa figura são descritos a seguir.

va típica de sinais de emissão acústica obtida nos ensa

DT Education Resource Center [15]

Pulsos ou hits ou LIMIA ão destrutivos em e fornecer energia sonora liberada ntes mecânicos e suficiente para a ticas. A segunda mudanças em um rque somente as . A capacidade de a. No entanto, é ga não seja alta o ecem geralmente m componente[16]. or é montado na rador monitora os a de um limiar de de, contagem dos de subida podem são acústica. As

s ensaios.

• Amplitude, também chamada “ASL”, é a maior tensão medida em uma onda e é informada em decibéis (dB). Este é um parâmetro importante na inspeção de emissão acústica, pois determina a detecção do sinal. Sinais com amplitudes abaixo do limite ou limiar (chamado de “threshold”) definido pelo operador, não serão considerados.

• Tempo de subida (“Rise time”) é o intervalo de tempo entre o primeiro limiar de passagem e do pico de sinal. Este parâmetro está relacionado com a propagação da onda entre a fonte do evento de emissão acústica e do sensor. Portanto, o tempo de subida é utilizado para a qualificação de sinais e como critério de filtro de ruído.

• Duração é a diferença de tempo entre os cruzamentos de limiar (“threshold”) e as medidas. A duração pode ser usada para identificar diferentes tipos de fontes e filtrar ruídos. Como as contagens, esse parâmetro depende da magnitude do sinal e da acústica do material.

• Energia, também chamada “Marse”, é a medida da área sob o sinal de tempo corrigido da tensão linear do transdutor. Isso pode ser pensado como a amplitude relativa do sinal e é útil porque a energia de emissão pode ser determinada. A energia também é sensível à duração e à amplitude do sinal, mas não leva em conta limites definidos e as frequências de operação. A energia absoluta é regularmente utilizada nas medições de emissões acústicas, retificada para raiz quadrática média (RMS) e informada em volts.

• Totalização (ou contagem de pulsos, chamados “hits”) refere+se ao número de pulsos (“hits”) emitidos pelo circuito de medição, a partir do limiar definido. Dependendo da magnitude do evento AE e das características do material, uma batida pode produzir um ou vários aspectos. Apesar de ser um parâmetro relativamente simples para coletar, ele geralmente precisa ser combinado com amplitude e/ou medição da duração da prestação da informação[15].

A princípio, os sistemas baseados em sinais de AE medem qualitativamente o dano em uma estrutura. A fim de se obterem resultados quantitativos sobre o tamanho, profundidade e aceitabilidade global de um dado, outros métodos de ensaios (muitas vezes testes de ultrassons) são necessários. Além da necessidade de outros ensaios complementares para análise quantitativa, outra desvantagem da AE decorre de ambientes com a geração de ruídos estranhos, cuja implementação de filtros pode ser muito trabalhosa[15]. Para aplicações de sucesso, a separação dos sinais e a redução de ruídos são fundamentais.

A utilização de sensores de emissão acústica para detecção do fenômeno da cavitação, a caracterização da sua intensidade e das relações com perda de rendimento hidráulico, problemas associados (vibração, desgaste de mancais, emissão sonora intensa) e a erosão provocada nos materiais são temas que carecem de publicações no mundo científico. Atualmente, as técnicas de análises utilizando técnicas de emissões acústicas concentram+se na avaliação de falhas principalmente de materiais sujeitos a cargas estáticas, como em vasos de pressão[16] e ou, em menor escala, dinâmicas, com o caso de análise de fadiga em mancais[17]. Para o monitoramento da cavitação, um fenômeno tipicamente de fluidos líquidos, as diagnoses utilizando análise de vibrações e hidrofones são hoje bem estudadas. No entanto, aplicação de emissão acústica (AE) nesse campo ainda é incipiente. Por isso, carece+se de acervo bibliográfico sobre o monitoramento de sistemas de bombeamento utilizando AE. Entretanto, recentes trabalhos tratam das técnicas de emissões acústicas para monitoramento de máquinas rotativas para o transporte fluido[13].

Emissões acústicas são definidas por ondas elásticas geradas pela liberação de energia no momento que uma deformação ou dano (colapso) ocorre tanto na superfície quanto no interior do material ou fluido. Trata+se, portanto, de um fenômeno que ocorre quando uma descontinuidade é submetida à solicitação perturbadora, que pode ser térmica ou mecânica. Uma área portadora de defeitos é uma área de concentração de tensões que, uma vez estimulada, origina uma redistribuição de tensões localizadas. Este mecanismo ocorre com a liberação de ondas de tensões na forma de ondas mecânicas transientes. A técnica consiste em captar esta perturbação no meio, através de transdutores piezoelétricos instalados de forma estacionária sobre a estrutura. Conforme a ABENDI –Associação Brasileira de Ensaios Não Destrutivos e Inspeção[18], “o princípio do método é baseado na detecção de ondas acústicas emitidas por um material em função de uma força ou deformação aplicada nele. Caso este material tenha uma trinca, descontinuidade ou defeito, a sua propagação irá provocar ondas acústicas detectadas pelo sistema. Os resultados do ensaio por emissão acústica não são convencionais. Na realidade este método não deve ser utilizado para determinar o tipo ou tamanho das descontinuidades em uma estrutura, mas sim, para se registrar a evolução das descontinuidades durante a aplicação de tensões para as quais a estrutura estará sujeita, desde que as cargas sejam suficientes para gerar deformações localizadas, crescimento do defeito, destacamento de escória, fricção, ou outros fenômenos físicos. Aplicamos a emissão acústica quando queremos analisar ou estudar o comportamento dinâmico de defeitos em peças ou em estruturas metálicas complexas, assim como registrar sua localização”.

Segundo relatos de Alfayez et al[13], outros pesquisadores, como Derakshan et al, em 1989 e Neill, em 1986, investigaram o colapso de bolhas de água como fonte de emissão acústica, comentando sobre a alteração na amplitude do pulso associado à intensidade do colapso. Neill relatou a possibilidade de geração de sinais AE durante o colapso das bolhas e o decréscimo da intensidade do sinal em cavitação extrema. Além disso, Alfayez et al[13] observaram que o fenômeno da cavitação era reconhecido antes mesmo do critério de 3% de queda da altura manométrica, utilizado pelo “Hydraulic Institute”. Reconheceram também a formação do que Neill chamou de “nuvem de bolhas visíveis”, capazes de provocar a queda da intensidade do sinal AE quando o processo se submetia à condição mais intensa da cavitação. Ainda de acordo com Alfayez et al[13], concluíram que o aumento dos níveis de sinais da energia (RMS) estaria associado ao aumento da intensidade da cavitação. Como conclusões finais, os estudos apresentaram a técnica AE como possível na detecção da cavitação inicial, na determinação do ponto de melhor operação da bomba (Best Efficient Point – BEP) e estimularam pesquisadores a avançarem nos estudos desta área do conhecimento[13].

3.5 RESISTÊ CIA DOS MATERIAIS AO PROCESSO DE EROSÃO POR