BUSCA-PITE, UMA MÁQUINA PARA CARACTERIZAÇÃO DE PITES EM CUPONS DE CORROSÃO
Angelus. G. P da Silva*, Eleine. C. Pereira, Daniel C. Manhães, Ianne L. Nogueira, Roberto M. Acruche, Marcelo Romeu, Ítalo O. Matias, Geanni B. S. Silva
Universidade Estadual do Norte Fluminense
Prédio das Oficinas, LAMAV, Av. Alberto Lamego, 2000, 28013-602, Campos dos
Goytacazes, RJ, [email protected]
Cupons de corrosão são usados o monitoramento da corrosão, inclusive a corrosão por pites. A norma ASTM G46 recomenda que a corrosão por pites seja caracterizada pela densidade e tamanho de pites, além de sua taxa de penetração. A técnica de caracterização mais utilizada é a microscopia ótica, que é muito trabalhosa e subjetiva. A máquina Busca-Pites foi desenvolvida para automatizar a rotina de caracterização da corrosão por pites em cupons. O equipamento substitui a ação humana. Com isso, aumentam a produtividade e a reprodutibilidade dos resultados e diminui a subjetividade. A máquina Busca-Pites determina todos os parâmetros previstos na norma em uma só etapa e emite relatório. A máquina possui recursos de captura e edição de imagens; identifica os pites e determina densidade, tamanho e profundidade dos pites. Testes comparativos apontaram uma expressiva redução de tempo de medição, em relação ao método tradicional de microscopia ótica.
Palavras-chave: Corrosão por pites, caracterização de pites, automação, busca-pites INTRODUÇÃO
Em alguns setores da indústria em que se trabalha em ambientes e condições agressivas aos materiais e logística complexa, a corrosão deve receber atenção especial para reduzir os tempos de parada de produção e os custos advindos.
Programas de monitoramento da corrosão fazem uso de diversas técnicas de determinação monitoramento para medir a corrosividade do meio, os danos causados pela corrosão aos materiais e a avaliação de programas de mitigação da corrosão. Cupons de corrosão são largamente empregados pela engenharia de corrosão.
A caracterização de corrosão puntiforme em cupons de corrosão é um processo que demanda muito tempo e trabalho porque inteiramente manual. Isso representa um problema, se muitos cupons forem periodicamente caracterizados.
Um procedimento de caracterização de pites de corrosão em cupons com maior produtividade e menos subjetiva do que a técnica tradicional de caracterização é proposto neste trabalho. Este procedimento envolve a criação de uma máquina específica, denominada Busca-Pites.
CONTEXTUALIZAÇÃO DO TRABALHO
Corrosão por pites é uma das formas de corrosão, apontada como a mais grave de todas. É um tipo de corrosão localizada, em que pequenas regiões da superfície são corroídas, produzindo cavidades que crescem em profundidade mais do que em extensão. As cavidades, ou pites, são concentradores de tensão que contribuem para causar falhas por fadiga, ou ainda, podem ser elas mesmas causas de falha, se crescerem a ponto de perfurar a estrutura corroída(1).
A dificuldade de detecção torna a corrosão por pites ainda mais grave. Os pites ocupam uma fração diminuta da superfície exposta e crescem por baixo de uma camada de produtos de corrosão, tornando difícil sua identificação por inspeção visual. Programas de monitoração da corrosão devem incorporar a corrosão por pites.
Cupons de corrosão são peças metálicas de formas e materiais diversos, expostos em locais pré-determinados de uma instalação, por certo período de tempos. São sensores de corrosão bastante usados em programas de controle da corrosão. Prestam-se em geral para identificar tipos de corrosão atuantes, corrosividade do meio e efetividade de medidas anticorrosivas em uso.
A taxa de corrosão uniforme é determinada em cupons de corrosão através da perda de massa sofrida pelo cupom durante o período de exposição. A taxa de corrosão uniforme pode ser convenientemente ser representada pela perda de espessura por unidade de tempo.
A corrosão por pites exige outro tipo de caracterização, visto que sua gravidade
não é representada pela perda de massa. A norma NACE RP075(2) determina que a
corrosão por pites seja caracterizada pela taxa de corrosão, representada pela taxa
de penetração do pite mais profundo em mm/ano. Já a norma ASTM G46(3)
recomenda que a corrosão por pites seja caracterizada pela densidade de pites, tamanho de pites, além da taxa de penetração do pite mais profundo ou pela média dos dez pites mais profundos.
A densidade de pites é determinada pelo número de pites por unidade de área superficial exposta. O tamanho do pite é representado por sua área de abertura. A taxa de corrosão por pite é a taxa de crescimento de sua profundidade.
Há diversas técnicas de caracterização de corrosão por pites. A mais utilizada é a microscopia ótica. No entanto, essa técnica é muito trabalhosa e subjetiva, porque manual. O procedimento tradicional de caracterização da corrosão puntiforme em cupons de corrosão por microscopia ótica exige a determinação dos três parâmetros separadamente.
A densidade de pites é determinada contando-se o número de pites existentes em uma região de área conhecida do campo de visão do microscópio. Isto é repetido em diversas regiões para que se tenha um valor médio.
A determinação do tamanho de pite, representado pela área da abertura do pite, exige o uso de um software que tenha o recurso de determinar áreas de regiões fechadas sobre a imagem. Caso o software tenha o recurso de identificar automaticamente o pite, ele fornecerá o valor da área de cada pite. Do contrário, cabe ao operador circundar cada pite manualmente e pedir ao software que determine a área da região circundada. Deve ser observado que a identificação automática de pites pelo software deve ser acompanhada pelo operador de forma crítica, pois erros são comuns, requerendo sua intervenção.
O parâmetro mais trabalhoso de medir é a taxa de penetração, que exige a determinação da profundidade de pites. Esta medição exige que o microscópio tenha o tambor de ajuste de foco calibrado com resolução de cerca de 2µm. Observando na ocular do microscópio, o operador seleciona um pite a ser medido, centraliza-o no campo de visão e amplia sua imagem, até que ele ocupe quase todo o campo de visão. Em seguida, gira o tambor de ajuste de foco para que a imagem seja focada no topo do pite. Anota o valor registrado no tambor de ajuste de foco. Finalmente, gira o tambor de ajuste de foco para focar o fundo do pite e anota novamente o valor. A diferença entre os valores dará a profundidade do pite. A subjetividade influencia o valor medido, uma vez que a avaliação do foco depende de cada operador.
Este procedimento deve ser repetido para cada pite a ser medido. Em função da clara dificuldade de executar as medições de profundidade de pites, as
e calcular a média aritmética. Neste caso, a avaliação dos pites mais profundos por parte do operador representa uma influência a mais da subjetividade.
A elaboração do relatório final envolve a tabulação de todas as medidas individuais realizadas.
DESCRIÇÃO DA MÁQUINA BUSCA-PITES
A máquina Busca-Pites integra hardware e software de forma a definir e executar uma rotina que determine os três parâmetros da caracterização da corrosão puntiforme em cupons de corrosão de uma única vez, reduzindo o trabalho humano e acelerando o processo de medida.
Suas partes integrantes são:
Um microscópio estereoscópico para produzir a imagem da superfície do cupom. A fonte de luz é considerada parte do microscópio.
Uma máquina fotográfica acoplada ao microscópio para capturar a imagem do microscópio
Uma mesa de movimento nos eixos X e Y, e seu controlador, para mover o cupom em caracterização.
Um sensor de distância do tipo ótico confocal, e seu controlador, para medir a profundidade dos pites.
O software PETROCORROSÃO, desenvolvido para controlar as partes integrantes, receber as informações geradas por elas e fazer seu processamento, bem como elaborar o relatório de resultados.
A Fig. 1 exibe as partes da máquina. A mesa X-Y é usada para mover a amostra entre o sensor confocal e o microscópio, assim como para escolher o local a ser observado na superfície do cupom. A mesa possui um controlador próprio e um encoder.
O sensor confocal também possui um controlador próprio. Ele mede distâncias entre a lente e a superfície em que a luz emitida por ele é refletida. O sensor possui uma fonte de luz branca e um espectrômetro. A luz branca é decomposta ainda no corpo do sensor, passa por uma lente para convergir adiante. O ponto de convergência (foco) depende do comprimento de onda de cada feixe de luz. O feixe cujo foco coincide com a superfície do objeto reflete com maior intensidade. Este
feixe é reconhecido pelo espectrômetro. Como a distância focal de cada comprimento de onda é calibrado de fábrica. O sensor consegue determinar a distância da lente ao ponto de reflexão. Medindo-se a distância da lente a dois objetos distintos, se determinar a distância entre os dois objetos. Assim, pode-se determinar a profundidade dos pites.
Figura 1: Partes integrantes da máquina Busca-Pites.
O software PETROCORROSÃO foi desenvolvido exclusivamente para controlar a máquina Busca-Pites. Ele controla o movimento da mesa XY e lê suas posições, lê as distâncias medidas pelo sensor confocal em cada posição da mesa, exibe e captura as imagens da câmera. O software também analisa a imagem da superfície para medir os parâmetros de caracterização dos pites. Ele possui recursos que identificam automaticamente, ou com a ajuda do operador, cada pite existente na imagem, conta-os e determina a densidade de pites. Ele mede a área de abertura de cada pite identificado e pode calcular um valor médio. Finalmente, ele determina a posição de cada comanda a mesa para mover a amostra de modo a que cada pite identificado seja iluminado pelo feixe de luz emitido pelo sensor confocal. Assim, a profundidade de cada pite é medida. Por fim, o software emite um relatório com todos os parâmetros.
O PROCEDIMENTO DE CARACTERIZAÇÃO COM O BUSCA-PITES
O processo de medição inicia quando a amostra é colocada sobre a mesa X-Y. O operador comanda o joystick para mover a amostra, até que esta entre no campo de visão do microscópio. O foco é ajustado.
Ainda com a ajuda do joystick, ou com uma combinação de teclas, a amostra pode ser movida para a escolha da posição a região a ser caracterizada. Em uma superfície de cupom, a caracterização é feita em várias posições. Escolhida a posição, o foco é mais uma vez ajustado e a imagem é capturada e salva.
O operador deve agora determinar uma escala para a imagem, em função da magnificação usada para fazer a imagem, ou usar uma escala previamente definida. Em seguida, ele pode usar alguns dos recursos de processamento de imagem disponível no software para melhorar sua qualidade, se modo a facilitar a identificação dos pites.
O PETROCORROSÃO oferece duas formas de identificação dos pites. Uma delas é automática. Ele mesmo identifica os pites presentes na imagem baseado em diferenças de tonalidade. Os pites tendem a formar regiões mais escuras. O sucesso dessa rotina é muito dependente da qualidade da imagem, do tamanho dos pites e da rugosidade das regiões adjacentes aos pites. Pites pequenos são mais difíceis de identificar. Superfícies mais rugosas podem gerar regiões escuras que são identificadas erroneamente como pites. Por isso, o operador deve examinar o resultado da identificação automática para corrigir eventuais falsos positivos e falsos negativos. O software oferece recurso para eliminar pites erroneamente identificados. Quando o operador estiver satisfeito com o resultado, o software conta os pites identificados e divide este número pela área da imagem, determinando a densidade dos pites. Também mede a área de abertura de cada pite identificado, determinando seu tamanho e o tamanho médio. Por fim determina a posição de cada pite.
O operador pode ainda optar pela identificação supervisionada de pites. Neste caso, cabe ao operador clicar o botão esquerdo do mouse sobre a região da imagem em que ele acredita haver um pite. Imediatamente, o software contorna este pite. Sua posição e área são determinadas. Ao final, o PETROCORROSÃO conta os pites e determina sua densidade. A Fig. 2 exibe uma captura de tela do software em
que alguns pites presentes na imagem são circundados após identificação pelo software no modo supervisionado pelo operador.
Figura 3: Captura de tela do software exibindo a identificação de pites na imagem. Os pites identificados recebem um contorno vermelho e um número. Sua área é determinada bem como as coordenadas de seu centroide.
Finalmente, o operador comanda o software para que ele determine a profundidade dos pites. Cabe ao operador escolher, com um clique de mouse, um ponto na superfície observada que apresente o mínimo de corrosão. Este será o ponto de referência usado para determinar a profundidade dos pites. A seguir, a amostra é movida para que o feixe de luz do sensor ilumine cada pite e meça sua profundidade.
O relatório de medição é emitido com valores médios e individuais. A Fig. 3 exibe a imagem de um relatório de medição.
Figura 3: Captura de tela do relatório de resultados da medição dos pites identificados na imagem. O relatório é exportado em formato para ser lido em planilha.
TESTE COMPARATIVO
Um teste foi realizado para comparar a caracterização de um mesmo cupom de corrosão realizado pela técnica convencional de caracterização, realizada pela máquina Busca-Pites e também a caracterização usando um microscópio confocal. Foram objeto de análise o tempo total de caracterização em cada técnica e os valores dos dois parâmetros de caracterização: tamanho e profundidade de pites.
O cupom escolhido é de aço inoxidável T9 exposto à água potável aerada por três meses, após remoção dos produtos de corrosão. Os pites são bem definidos. Ao todo, foram analisadas 58 imagens da superfície do cupom, tomadas aleatoriamente na superfície, representando cerca de 15% de sua área superficial.
Cada procedimento possui um conjunto próprio de etapas de medição. No caso da técnica convencional de medição, por exemplo, somente os 10 pites mais profundos em todo o cupom foram medidos, enquanto que nas técnicas que usam o Busca-Pites e o microscópio confocal, todos os pites capturados em todas as
imagens são medidos. A Tabela 1 exibe um resumo dos tempos total e por imagem consumidos para caracterização dos pites. Deve ser salientado que o tempo por amostra informado se refere à medição da densidade e ao tamanho dos pites. A medição da profundidade dos 10 pites mais profundos foi realizada em uma etapa posterior e consumiu 43 minutos. O tempo total de medição na técnica de microscopia ótica é calculado multiplicando o tempo por amostra pelo número total de imagens e somando a isso os 43 minutos da medição da profundidade.
Tabela 1: Tempos total e parcial de caracterização de pites do cupom de aço T9 pelas técnicas de microscopia ótica convencional, microscopia confocal e pelo Busca-Pites.
Técnica Tempo por
Amostra (min.)
Tempo Total (horas)
Observação
Convencional 8,7 9,12 Somente a profundidade dos 10
pites mais profundos
Confocal 12 11,56 Profundidade de todos os pites
Busca-Pites 5,7 5,51 Profundidade de todos os pites
Para o teste de tamanho e profundidade dos pites, 50 pites foram selecionados e identificados por número. Esses pites tiveram a área de abertura e a profundidade medidas pelas três técnicas. A Fig. 4 exibe os resultados de área para os 25 primeiros pites.
Na maioria dos casos, as três técnicas concordam razoavelmente bem. Porém, em alguns pites, a medida de área feita pelo Busca-Pites é muito maior do que aquela feita pelas outras duas técnicas. A razão da diferença é que os pites em questão são formados pela coalescência de dois ou mais pites vizinhos. Enquanto os softwares usados pelas técnicas de microscopias convencional e confocal
possuem um recurso para separar pites coalescidos, O software
PETROCORROSÃO ainda não possui esse recurso. Tão logo ele seja implantado, essas diferenças deixarão de ocorrer.
A Fig. 5 exibe os resultados de profundidade para os primeiros 25 pites. Os resultados de todas as técnicas concordam na grande maioria dos casos. Há uma tendência para que os valores produzidos pelo microscópio confocal sejam ligeiramente maiores.
Figura 4: Comparação de valores de área de abertura de 25 pites medida por três técnicas diferentes.
Figura 5: Comparação de valores de área de abertura de 25 pites medida por três técnicas diferentes.
CONCLUSÕES
A máquina Busca-Pites foi concebida para aumentar a produtividade do processo de caracterização da corrosão puntiforme em cupons de corrosão, ao aumentar a automação do processo, e aumentar a reprodutibilidade e precisão das medidas, ao eliminar boa parte da subjetividade do processo de medição. Os testes efetuados demonstraram uma diminuição efetiva do tempo de medição, em comparação à técnica convencional, com a vantagem de se medir a profundidade de todos os pites, e não somente a dos dez mais profundos. Os valores de tamanho e de profundidade de pites produzidos pela máquina Busca-Pites são comparáveis àqueles produzidos pela técnica convencional e pela técnica de microscopia confocal.
REFERÊNCIAS
1- GENTIL, V., Corrosão.
Rio de Janeiro: LTC, 5ºEdição, 2007
2- Nace International Standard recommended practice. Nace RP0775-2005: Preparation, installation, analysis, and interpretation of corrosion coupons in oilfield operations.
3- ASTM Committee on corrosion of metals, G46-94: Standard guide for examination and evaluation of pitting corrosion.
ASTM International. Last edition approved in 2005
BUSCA-PITES; A MACHINE FOR CHARACTERIZATION OF PITTING CORROSION IN CORROSION COUPONS
Corrosion coupons are widely used for monitoring corrosion, including pitting corrosion. The ASTM G46 standard recommends to characterize pitting corrosion by means of three parameters: pitting density, pitting size and the penetration rate. The most used technique to characterize pitting corrosion is optical microscopy, but it subjective and demands much work. A machine named Busca-Pites was developed to bring automation into the characterization procedure. The equipment substitutes human action. Therefore, subjectivity diminishes and productivity improves. Busca-Pites determines all the parameters recommended by the standards at once and
issues a report. The machine shoots pictures, processes images, segments pitting and determine density, area and depth. Comparative testing has pointed out a substantial measuring time decrease and values that are in agreement with other techniques.
