busca-pite, uma mÁquina para caracterizaÇÃo de pites … · a corrosão por pites exige outro...

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.

22º CBECiMat - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais06 a 10 de Novembro de 2016, Natal, RN, Brasil

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mailto:[email protected]

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.


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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

normas(2,3) possibilitam a medição do pite mais profundo, ou dos dez mais profundos


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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


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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, pode-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.


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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


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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.


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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


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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.


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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.


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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


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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.

Key-words: pitting corrosion, pitting characterization, automation, Busca-Pites


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