Variáveis de influência analisadas

O planejamento experimental (DOE - Design of Experiments) representa um conjunto de ensaios estabelecidos com critérios científicos e estatísticos, que tem como objetivo determinar a influência de diversas variáveis no resultado de um dado sistema ou processo (Button, 2005). É uma estratégia para determinar os fatores de influência e garantir que os resultados sejam pouco afetados por eles. A Figura 4.27 apresenta os principais fatores de influência na medição do tempo de percurso da onda ultrassônica, adaptada de Rodovalho (2012). Obviamente, a tensão aplicada também é um fator de influência, ou não seria possível utilizar o método.

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Como há um grande número de fatores que tem influência no resultado da velocidade de propagação da onda, optou-se por eliminar alguns fatores do planejamento experimental. Para isto, mantiveram-se alguns fatores constantes e foram atribuídos níveis para os que sofrem variação significativa. Esta escolha foi feita considerando que o dispositivo é usado em campo, que é basicamente a mesma condição do duto no laboratório.

Com relação ao item material, como o duto já veio construído e pronto para o início das medições, não é possível considerar o efeito do processo de fabricação. Como o dispositivo é automatizado, cancelou-se também o item pessoal, já que não se esperam falhas humanas, desprezando-se aqui os improváveis, mas possíveis, efeitos na montagem. Os itens método e equipamento foram considerados fatores constantes, pois o método será o mesmo para todos os ensaios, assim como os equipamentos usados; com isso, o ganho, a taxa de aquisição e a potência foram considerados constantes. Quanto à frequência do transdutor optou-se por usar o de 2,25 MHz, identificado como o melhor para se trabalhar com aço.

Desta forma, para o planejamento experimental, são levados em conta os itens: ambiente e medida. Para levantar os fatores de influência, algumas considerações foram feitas:

 Temperatura: A fim de obter a influência da temperatura, foi usado um termopar tipo K em contato com o duto. O termopar foi conectado ao módulo de condicionamento de sinais da National Instruments®. Desta forma, foi possível monitorar a temperatura. Este item é impossível de controlar em campo, sendo sua medição por isto fundamental no arranjo experimental.

 Umidade: De acordo com a umidade do ar, o acoplante tende a secar, dificultando a leitura do sinal. Para evitar qualquer problema associado a este item foi usado um dispositivo para injeção do acoplante comandado automaticamente que insere a mesma quantidade de óleo. Não se espera que a umidade afete os equipamentos eletrônicos, dentro das condições usualmente encontradas, e certamente não afeta a velocidade da onda no interior das sapatas e do material sob inspeção. Assim, este item, pode ser considerado sem efeito e não entrou no planejamento experimental.

 Distância entre os transdutores: A probe elimina este efeito, pois posiciona os transdutores com distância fixa devido à barra de ligação. Logo, este item também não fará parte do planejamento por ser controlado.

 Pressão de contato: Como a proposta foi desenvolver um novo sistema, foi necessário caracterizá-lo, de forma a conhecer sua influência para conseguir o controle. Sabe-se que a força

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aplicada ao conjunto probe precisa ser constante, por isso, optou-se por usar um acionador elétrico. Esse tipo de acionamento é inovador em relação aos trabalhos do grupo de pesquisa da Unicamp, que usam acionador pneumático ou peso morto. Em razão da dificuldade em se encontrar ar-comprimido em campo, não se usou o acionamento pneumático. O uso do peso morto também não foi visto como vantajoso, pois introduziria mais peso ao dispositivo, e o peso é um problema quando se fala em automação. Além disso, as medições no duto devem ser feitas também na parte de baixo deste, onde o peso atuaria no sentido de separar as superfícies em contato.

 Acoplante: O acoplante utilizado foi o óleo SINGER®

multiuso para todos os ensaios e o procedimento para aplicação dele entre a sapata e o duto seguiram passos previamente definidos. Assim, esse fator foi considerado sob controle.

 Calibração: A calibração dos transdutores confirmou que não havia desvios entre os diversos transdutores, dentro da faixa esperada de 1 ns. Uma vez que esses sejam calibrados, não é necessário acrescentar este subitem ao planejamento experimental.

 Posição: Esse fator está ligado diretamente às diferenças microestruturais (tamanho e direção preferencial de grãos). É sabido que uma distância de poucos milímetros fora da posição original de medidas altera os resultados. Assim, foram realizadas marcações para determinar as posições que serão medidas na verificação da repetibilidade da medição. No caso da medição na chapa e no duto, há duas situações diferentes: quando a medição é feita em apenas um local para verificar o valor naquele ponto e quando a medição é feita em vários locais dentro da região onde é esperado que a tensão permaneça constante, para verificar se há uma tendência na distribuição das tensões (flexão no duto) ou se a variação é aleatória (devido à posição) e os resultados das diversas posições podem ser agrupados. No primeiro caso, é possível sempre verificar a dispersão relacionada ao sistema de medição; no segundo caso, é identificada a dispersão obtida nos resultados para o sistema para aquele material particular, com a variação esperada de suas características com a posição.

A partir da descrição detalhada de cada subitem, foi possível identificar os itens mais críticos (destacados em vermelho na Figura 4.27), para quando o dispositivo estiver sendo utilizado em condições de campo, ou seja, temperatura e posição. Como a tensão também é um fator, embora não listada na Figura 4.27, pode-se avaliar o efeito da temperatura e da posição em uma amostra, o mais livre de tensão o possível ou com tensão uniforme.

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O planejamento utilizado será então um planejamento fatorial completo. Define-se planejamento fatorial completo como a realização de um número de nk ensaios, onde n é o número de valores utilizados para cada variável (níveis) e k é o número de variáveis estudadas (fatores). O planejamento fatorial completo é utilizado quando todos os níveis são combinados em relação aos seus fatores (Santos et al., 2011c). Com o objetivo de realizar os testes, foram selecionados os níveis de variação para cada fator. Estes níveis foram diferentes para a medição de tensão na chapa e no duto. A tabela dos fatores de influência e seus níveis na análise da propagação da onda longitudinal serão apresentados nos próximos capítulos. Para a análise dos experimentos, foi utilizado o software estatístico MinitabTM.