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XVII CONGRESSO NACIONAL DE ENGENHARIA MECÂNIA E INDUSTRIAL

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Academic year: 2021

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XVII CONGRESSO NACIONAL DE

ENGENHARIA MECÂNIA E INDUSTRIAL

APLICAÇÕES DA TERMOGRAFIA NA PESQUISA COOPERATIVA NO ESTADO DE SERGIPE Amanda: Amanda Silva do Nascimento (1) (amandasilva40@hotmail.com) Erick Cerqueira das Neves (1)

(cerqueiraen@gmail.com), Lidia Aparecida Couto da Silva(2)( lidia.couto@gmail.com), Tiago Henrique

Oliveira Souza(3) (tiago.oliveira@prf.gov.br), Carlos Otávio Damas Martins(1) (carlosmartinsufs@gmail.com).

(1) Universidade Federal de Sergipe (UFS); Laboratório de Análise de Integridade Estrutural (LAIES) (2) Empresa Brasileira de Serviços Hospitalares (EBSERH); Setor de Infraestrutura Física (SIEF)

(3) Policia Rodoviária Federal (PRF); Grupo de Investigação de Acidentes de Trânsito (GIAT)

RESUMO: A falha catastrófica de equipamentos e estruturas vem sempre acompanhada de prejuízos

inadmissíveis, os quais justificam os investimentos no controle de integridade estrutural. Neste panorama, o uso de técnicas não destrutivas é constante. Porém, a literatura mostra que não existe uma técnica absoluta, o que demanda conhecimento e dedicação por parte dos engenheiros e investigadores. Neste trabalho, são apresentados alguns exemplos de aplicação da técnica termográfica para a inspeção e monitoramento de componentes de engenharia. Uma vez que a técnica visa o estudo do perfil de radiação infravermelha emitida pelos corpos acima do zero absoluto, muitos fatores e eventos podem ser diagnosticados a partir do monitoramento termográfico. Os exemplos analisados demonstram potencial aplicação para o monitoramento de processos de soldagem, de pericias na construção civil e de acidentes de trânsito, justificando os interesses e parcerias cooperativas desenvolvidas. O trabalho destaca a importância da difusão e compartilhamento de conhecimentos nas áreas de tecnologia de materiais, ensaios não destrutivos e integridade estrutural, como suporte para a promoção do desenvolvimento tecnológico no Estado de Sergipe.

PALAVRAS-CHAVE: Ensaios não destrutivos, integridade estrutural, confiabilidade operacional. APPLYING INFRARED THERMOGRAPHY IN COOPERATIVE RESEARCHES ON SERGIPE

ABSTRACT: The catastrophic failure of structures and equipment its Always accomplished by financial losses,

which area inadmissible. These losses justify the investments in maintenance and structural integrity control. In this sense, the application of nondestructive tests it’s regular. Beside, literature shows that an absolute inspection technique does not exist! This demands a special effort of inspectors and engineers. This research present some applications of infrared thermography for the inspection and monitoring of structural components in the State of Sergipe. Once this technique aims the analysis of the infrared radiation emitted by the structural bodies above the absolute zero, several pathologies and events can be evaluated by infrared thermography. The research is focus on the analysis of metallic structures welding processes and inspection, the localization of hidden components and pathologies in civil construction and the skid marks analysis in order to prevent and investigate traffic road accidents. The results shows the importance of developing and diffusing knowledge and technologies in the field of materials science, nondestructive tests and structural integrity evaluation. This knowledge could be the basis for improving the technological development in Sergipe.

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1. INTRODUÇÃO

Um componente de engenharia é projetado para operar, de forma confiável, sob certas condições e por um determinado tempo, exercendo uma função especifica. Porém, devido à ação do meio, ocorrência de sobrecargas, degradação de materiais e causas fortuitas, o componente pode ter o seu desempenho reduzido ou totalmente comprometido. Em vista disto, sabe-se que a falha catastrófica de componentes e estruturas vem sempre associada a riscos e prejuízos de natureza humana, material e financeira, os quais justificam o interesse no desenvolvimento de sistemas mais eficientes de fabricação e controle de qualidade (MARTINS, 2008).

Estes sistemas corroboram com o conceito de confiabilidade operacional, o qual visa garantir que a segurança individual ou coletiva não seja afetada pela depreciação estrutural (TRIMM, 2003). A Análise de Integridade Estrutural é a área da Engenharia que busca definir e garantir condições seguras e economicamente viáveis de operação, para equipamentos e estruturas, em geral (Figura 1). Esta área combina o uso de conceitos modernos com a aplicação de ferramentas experimentais e computacionais, visando sempre o uso racional de produtos e processos (MIX, 2005).

FIGURA 1: Exemplos de acidentes que poderiam ser evitados com a correta aplicação dos conceitos e técnicas de análise de integridade estrutural (Fonte: MARTINS, 2008).

No coração da análise de integridade encontram-se os ensaios não destrutivos. Pela definição, Ensaios não destrutivos são técnicas utilizadas na caracterização de equipamentos e componentes mecânicos para detectar e monitorar a presença de defeitos superficiais e internos sem comprometer a sua integridade física e o seu funcionamento. São ensaios e tecnologias utilizados em aplicações visando o melhor conhecimento sobre as características e propriedades dos materiais, assim como para o controle de qualidade, caracterização de defeitos e garantia da segurança operacional (ABENDI, 2017).

Uma característica marcante dos END é que eles raramente medem diretamente a propriedade de interesse. Para determinar a qualidade ou a integridade de um componente de forma não destrutiva, precisamos encontrar um fenômeno físico que irá interagir ou ser influenciado pelo NOSSO teste sem alterar a sua função (MARTINS, 2016).

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Matéria nos estados sólido, líquido ou gasoso é usada em muitos testes, respectivamente como revestimento frágil para indicação de deformações, indicação da presença de trincas superficiais ou detecção de vazamentos em testes de estanqueidade (MARTINS, 2016).

Energia eletromagnética ou vibração mecânica, são usadas em testes para determinação de propriedades dos materiais como condutividade elétrica ou permeabilidade magnética ou para a detecção de descontinuidades como trincas ou vazios (MARTINS, 2016).

Dos vários ensaios não destrutivos, atualmente disponíveis no mercado, a Termografia vem ganhando destaque nos últimos anos. Esta técnica de sensoreamento remoto possibilita formação de imagens térmicas de um componente, a partir da medição da radiação infravermelha, naturalmente emitida pelos corpos, em função de sua temperatura. A radiação infravermelha é uma radiação eletromagnética com comprimento de onda longo e, por isso, localizada na parte invisível do espectro eletromagnético (MALDAGUE, 2001).

Deste modo, a Inspeção Termográfica é a técnica não intrusiva de medição de temperaturas ou observação de padrões diferenciais de distribuição de calor, com o objetivo de proporcionar informações relativas à condição operacional de componentes, equipamentos ou processos. Suas vantagens residem na rapidez na obtenção de resultados, a não utilização de radiações ionizantes, a realização de ensaios sem contato e não invasivos justificando a grande gama de aplicações (Figura 2) (MALDAGUE, 2001; MARTINS, 2016).

FIGURA 2: Exemplos de aplicação da termografia nas áreas de saúde humana e veterinária, indústrias de óleo e gás, transmissão elétrica e climatização, segurança pública e construção civil (Fonte: MARTINS, 2016).

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Neste trabalho, são apresentados alguns dos estudos envolvendo a aplicação da técnica termográfica em desenvolvimento no Laboratório de Análise de Integridade Estrutural da Universidade Federal de Sergipe (LAIES). Nossas atividades estão voltadas para a difusão de conhecimentos e para o desenvolvimento de soluções tecnológicas que promovam o uso racional de produtos e processos no Estado de Sergipe.

2. PARTE EXPERIMENTAL

Este trabalho apresenta alguns resultados referentes à aplicação cooperativa da técnica termográfica no Estado de Sergipe.

Para tal, foi utilizado um Termógrafo Modelo FLIR T 640 Sc, disponível no Laboratório de Análise de Integridade Estrutural da Universidade Federal de Sergipe.

Os termogramas foram obtidos e analisados com auxílio do software Flir Tools +.

O Primeiro caso apresenta a aplicação da termografia no monitoramento do processo de soldagem de componentes estruturais.

O Segundo caso apresenta a aplicação da termografia na inspeção de estruturas de alvenaria utilizadas na construção civil.

O terceiro caso apresenta a aplicação da termografia na análise de marcas de frenagens de veículos com e sem o sistema de freio ABS (Anti-lock Braking System).

A Figura 3 apresenta uma visualização do equipamento utilizado, juntamente com suas principais características técnicas.

FIGURA 3: Principais características técnicas do Termógrafo Flir T640 Sc, disponível no LAIES (Fonte: MARTINS, 2016).

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3. RESULTADOS

3.1 Aplicação da termografia no controle de qualidade de processos de soldagem

A Figura 4 apresenta uma visualização da aplicação da termografia no monitoramento do processo de soldagem de um segmento de estrutura metálica. Para tal, foram utilizadas chapas de aço ABNT A36, soldados através do processo MAG. O Estudo foi realizado em parceria com a empresa Semam Engenharia Industrial, localizada na cidade de Nossa Senhora do Socorro. Após o final do processo, foram registrados termogramas durante o ciclo final de resfriamento do chapa. Durante esta etapa, foram identificados os pontos de máximas e mínimas temperaturas, os quais coincidiram com a localização de defeitos superficiais resultantes do processo de soldagem. Deste modo, através deste estudo, foi possível monitorar os ciclos térmicos ocorridos durante o processo de soldagem, assim como detectar a presença de defeitos superficiais, na etapa final do processo.

FIGURA 4: Aplicações da termografia no monitoramento do processo de soldagem de estruturas metálicas.

3.2 Aplicações da termografia na Construção Civil Sergipana

Neste estudo, a técnica termográfica foi aplicada em dois momentos distintos. No primeiro, para detectar o desprendimento de pastilhas de revestimento em um prédio residencial localizado na cidade de Aracaju/Sergipe e no segundo, para a localização do sistema de tubulação de água em uma sala localizada no Hospital Universitário de Sergipe (Figura 4).

Em ambos os casos, a localização das patologias e sistemas de transporte de água só foi possível devido à diferença de temperaturas ocasionada.

As detecções foram rápidas e não invasivas e serviram para determinar a correta continuidade dos processos de reparo e manutenção estruturais, justificando o uso dos Ensaios não Destrutivos nos programas de manutenção da integridade de estruturas e componentes utilizados na construção civil regional.

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FIGURA 5: Aplicações da termografia na localização de patologias na construção civil. 3.3 Aplicações da Termografia na análise de marcas de frenagem de veículos com e sem ABS.

Este estudo, desenvolvido em parceria com a Policia Rodoviária Federal, visou a melhoria da qualidade das evidências deixadas em acidentes envolvendo veículos com sistema de freio ABS. Sabe-se que o ABS, garante um maior controle de estabilidade para os veículos, por evitar a derrapagem dos pneus na pista (ABEID, 2014). Porém, este processo, ocorre às custas da redução das marcas de frenagem, utilizadas pelos peritos para à determinação das velocidades anteriores dos veículos (VIANA, 2009; VAN KIRK, 2001). Deste modo, através da termografia (Figura 5), foi possível analisar as diferenças nos perfis de frenagem deixados por veículos equipados com um sistema de freio convencional (Figura 5a – d) e com o ABS (Figura 5 e – h), quando trafegavam em velocidades da ordem de 60 km/h, antes da frenagem e parada final.

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Percebe-se que, devido ao atrito mais intenso, os carros com sistema de freio convencional deixam rastros mais efetivos de calor na pista (Figura 5 b e c), deixando marcos visíveis em fotografias convencionais (Figura 5 d). Porém, apesar da redução das evidências, percebe-se que, através de um sistema de frenagem mais eficiente, ocasionado pela utilização do sistema de freios ABS, as marcas de frenagem menos pronunciadas na fotografia (Figura 5 h) tornaram-se perceptíveis através da visualização do termograma (Figura 5 g). O que se percebe através deste estudo é a necessidade de desenvolvimento de novas metodologias de análise pericial de acidentes rodoviários, uma vez que o número de veículos rodando sem sistema de freios ABS tem decrescido anualmente. Com base nos princípios da geração de calor e transferência de energia, é possível acreditar na análise da frenagem através do estudo do perfil térmico deixado. Porém, é importante lembrar que o perfil das evidências depende muito das características do veículo, da via, das condições climáticas, da metodologia de análise e do tempo de resposta da equipe de perícia. Estes resultados comprovaram o potencial da termografia nas aplicações periciais e justificaram a continuidade da parceria entre a PRF e o LAIES.

Através do desenvolvimento cooperativo, temos buscado a difusão de conceitos e tecnologias de Ensaios não Destrutivos, Tecnologia de Materiais e Análise de Integridade Estrutural no Estado de Sergipe. Nossas ações compreendem a participação em redes e eventos, a cooperação com o setor produtivo nacional e a representação regional da Abendi (Associação Brasileira de Ensaios Não Destrutivos) em Sergipe. O foco principal reside na modernização da capacidade produtiva regional e na valorização da carreira de Engenharia no Estado de Sergipe.

4. CONCLUSÕES

Através da apresentação de três estudos de caso, este trabalhou mostrou algumas das ações desenvolvidas no Laboratório de Análise de Integridade Estrutural da Universidade Federal de Sergipe envolvendo a aplicação da técnica de inspeção Termográfica.

Uma vez que a técnica visa o estudo do perfil de radiação infravermelha emitida pelos corpos acima do zero absoluto, muitos fatores e eventos podem ser diagnosticados a partir do monitoramento termográfico.

Deste modo, a termografia apresenta-se como uma técnica rápida, não invasiva de grande versatilidade para as aplicações e desafios apresentados no Estado de Sergipe.

Finalizando, é importante lembrar que não existe ensaio absoluto! A correta análise e diagnostico de um componente de engenharia depende de uma série de fatores e geralmente envolve a aplicação cooperativo de conceitos de projeto, ensaios (destrutivos e não destrutivos) e ferramentas computacionais.

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5. REFERÊNCIAS

Abeid, L, Tort, AC, “As forças de atrito e os freios ABS”, Rev. Bras. Ensino Fís. vol.36 No2, SP, 2014. Abendi, Associação Brasileira de Ensaios não Destrutivos. Extraído de: www.abendi.org.br, Acessado em: setembro de 2017.

MALDAGUE, X, "Theory and Practice of Infrared Technology for Nondestructive Testing", New York, Ed.: John Wiley & Sons, Inc. 2001

MARTINS, C.O.D., “Desenvolvimento de metodologias de inspeção e monitoramento de risers flexíveis através de técnicas micromagnéticas de análise de tensões”, Tese de Doutorado, PPGEM – UFRGS, p 133, 2008.

MARTINS, C.O. D., “Notas de aula da disciplina: Ensaios não Destrutivos”, UFS, 2016. Mix, P.E., “Introduction to Nondestructive Testing”, 2nd Ed. John Wiley & Sons, Inc.,2005. Van Kirk, D. J., “Vehicular Accident Investigation and Reconstruction”, CRC Press,USA, 2001. Viana, RM, “Pericia Física de Acidentes de Trânsito”, TCC, Departamento de Física, UNIR, 2009. Trimm, M., “An Overview of Nondestructive Evaluation Methods”, Practical Failure Analysis, Volume 3(3) June 2003.

Agradecimentos.

Os autores agradecem à Administração Superior da Universidade Federal de Sergipe, à direção do Hospital Universitário de Sergipe, aos integrantes do Grupo de Investigação de Acidentes de Trânsito da Policia Rodoviária Federal em Sergipe e ao corpo técnico da empresa Semam Engenharia Industrial.

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