emissão acústica em análise de falhas

Anlise do banco de dados de resultados dos ensaios de emisso acstica realizados no sistema PETROBRAS

Professor: Joo Marcos A. Rebello Aluno: Sergio Damasceno Soares

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IntroduoPesquisadores e engenheiros brasileiros tm estudado o fenmeno de emisso acstica (EA) desde 1979 e o Centro de Pesquisas e Desenvolvimento da PETROBRAS (CENPES) tem desempenhado importante papel neste contexto. Durante os ltimos 24 anos, a PETROBRAS tem tentado usar a tcnica de Emisso Acstica como uma ferramenta de inspeo. Neste perodo o conceito de Emisso Acstica foi alterado de uma revolucionria tcnica de inspeo para uma tcnica de inspeo global com o objetivo de indicar reas para inspeo complementar. A PETROBRAS tem uma grande quantidade de vasos de presso e outros equipamentos inspecionados por Emisso Acstica para estabelecer uma correlao com Ensaios No Destrutivos, nos ltimo cinco anos foram inspecionados mais de 500 equipamentos. O CENPES tem conduzido testes hidrostticos destrutivos e auxiliado as refinarias do sistema PETROBRAS com o objetivo de definir um novo procedimento para anlise de dados de Emisso Acstica. O princpio usado nesta tcnica de inspeo que o crescimento de uma descontinuidade provocado por um campo de tenso ir emitir um sinal sonoro. O sinal emitido viaja pela estrutura e capturado por transdutores posicionados na superfcie do equipamento em ensaio. A emisso acstica capaz de detectar a propagao de descontinuidades internas ou que aflorem superfcie. A localizao das descontinuidades pode ser estimada mediante os tempos de chegada dos sinais aos sensores. A localizao precisa, assim como o tamanho e a orientao da descontinuidade, pode ser obtida com outras tcnicas no-destrutivas. Atualmente, o principal problema na utilizao desta tcnica o forte rudo ambiental nas plantas de processo, embora a separao de rudo e sinal seja possvel pela utilizao de modernos equipamentos que utilizam tcnicas de filtragem eletrnica.

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A inspeo por emisso acstica um mtodo de inspeo global, e pode ser aplicado a uma grande variedade de estruturas, incluindo craqueadores catalticos, esferas de armazenamento, sistemas de tubulaes, tanques de armazenamento fabricados em plstico reforado com fibra de vidro e vasos de presso. Tambm pode ser aplicado a extensa faixa de materiais e espessuras, alm de estruturas em operao, temperatura ambiente ou elevada. necessrio o acesso estrutura para instalar os transdutores. A preparao da superfcie s exigida na rea de instalao do transdutor, inclusive a remoo do isolamento. Para gerar a emisso acstica necessrio tensionar a estrutura por sobrepresso ou gradiente trmico. A emisso acstica detecta descontinuidades que liberem energia de deformao quando a estrutura tensionada. Eventos tipicamente detectados durante a inspeo por emisso acstica incluem crescimento de trincas de fadiga, danos induzidos pela ao do hidrognio, corroso sob tenso, empolamentos, corroso avanada e quebra de fibras em materiais plsticos reforados com fibra de vidro. A grande vantagem do mtodo de inspeo por emisso acstica consiste no fato de ser uma inspeo relativamente rpida, de uma grande rea, na presena de descontinuidades ativas estruturalmente, podendo indicar reas isoladas que necessitem de inspeo complementar. A grande vantagem transforma-se, tambm, em grande desvantagem enquanto o paradigma da inspeo de equipamentos no for mudado, pois a inspeo por emisso acstica somente ir detectar descontinuidades ativas. Sendo assim, muitas das descontinuidades geradas no processo de fabricao podem no ser detectadas. O ensaio por emisso acstica fundamenta-se na deteco de ondas de natureza mecnica, emitidas pelas descontinuidades durante a solicitao dos materiais e equipamentos. As pequenas alteraes que ocorrem nos materiais quando estes iniciam os processos de fratura geram, em maior ou menor grau, uma quantidade de ondas de natureza acstica, originadas pela liberao de energia que est associada a estes mecanismos. O carter passivo da tcnica por emisso acstica, isto , detectar os sinais emitidos pela estrutura sem nada introduzir nela, torna este ensaio fundamentalmente diferente dos 3

outros convencionais. Os ensaios convencionais aplicam um determinado impulso sobre o material e analisam a resposta produzida. No ensaio por emisso acstica nem todas as descontinuidades sero detectadas, pois somente os defeitos crticos entram em processo de fratura, medida que a pea for solicitada mecanicamente. Neste caso, as atenes so concentradas na anlise de defeitos ativos, isto , que se alteram com a solicitao mecnica. O ensaio de emisso acstica realizado industrialmente em vasos de presses e demais equipamentos que contenham presso interna realizado coletando e processando sinais gerados pelas descontinuidades porventura existentes. O processamento dos sinais geralmente executado por programas de computador especficos para emisso acstica. Estes softwares so desenvolvidos pelas empresas que fabricam sistemas de emisso acstica e em alguns casos prestam servios de inspeo. Portanto, a forma com que a anlise de dados executada no totalmente conhecida. O Departamento de Materiais e Metalurgia da Coordenao dos Programas de PsGraduao em Engenharia (COPPE) da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) em conjunto com o Departamento de Fsica da Universidade Federal do Cear (UFC) propuseram a FINEP um projeto para o estudo a relao existente entre esforo mecnico aplicado e sinais de emisso acstica para apoiar o CENPES no desenvolvimento de critrios de anlise de ensaios de emisso acstica em equipamentos da indstria de petrleo. Uma das etapas deste estudo consistiu em realizar um levantamento dos ensaios de emisso acstica realizados no sistema PETROBRAS e os ensaios no destrutivos realizados aps o ensaio de emisso acstica para possibilitar o estabelecimento de uma correlao entre resultados de emisso acstica e mecnica da fratura. O levantamento dos resultados de emisso acstica e ensaios no destrutivos foi sistematizado em um banco de dados construdo em Microsoft Acess. A anlise do banco de dados proporcionar um estudo da confiabilidade co critrio MONPAC de anlise de dados de emisso acstica e como conseqncia uma definio do grau de confiabilidade do ensaio de emisso acstica.

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Reviso bibliogrfica das atividades relacionadas a inspeo com a tcnica de emisso acstica

Durante os ltimos 23 anos, a PETROBRAS tem tentado usar a tcnica de Emisso Acstica como uma ferramenta de inspeo de equipamentos. Neste perodo o conceito de Emisso Acstica foi alterado de uma revolucionria tcnica de inspeo para uma tcnica de inspeo global com o objetivo de indicar reas para inspeo complementar. A PETROBRAS tem uma grande quantidade de vasos de presso e outros equipamentos inspecionados por Emisso Acstica para estabelecer uma correlao com Ensaios No Destrutivos, somente nos ltimo cinco anos foram inspecionados mais de 300 equipamentos em refinarias, terminais e plataformas off-shore. O CENPES tem conduzido testes hidrostticos destrutivos e auxiliado as refinarias do sistema PETROBRAS com o objetivo de definir um novo procedimento para anlise de dados de Emisso Acstica. Este captulo apresenta uma breve reviso bibliogrfica dos projetos e resultados obtidos pelo CENPES desde 1979 e alguns artigos publicados sobre o tema de emisso acstica que guardam relao com a aplicao em ambientes da indstria de petrleo. Um mtodo para a obteno das assinaturas (formas de onda) de eventos claros de emisso acstica foi desenvolvido por Breckenridge, Tschiegg, e Greespan. A forma de onda identifica o que a fonte, livre de contaminao pelo tocar do corpo-de-prova, aparato e transdutor. A tcnica baseada na comparao de dois sinais do transdutor, um do evento em questo e um do evento artificial de forma de onda conhecida. O aparato tambm adaptado para a calibrao de transdutores em uma certa sensibilidade. A configurao da fonte (evento de emisso acstica real ou simulado) e o correspondente transdutor de recepo para casos especiais do problema de Lamb so apresentados neste artigo. 5

No sentido de distinguir emisses acsticas de rudo de fundo e melhorar o entendimento do mecanismo de gerao da emisso, importante obter o espectro de freqncia de um sinal individual de fratura na mais extensa faixa de freqncia possvel. Graham e Alers modificaram um registrador de fita de vdeo Sony como uma maneira que um sinal de emisso acstica individual de fratura possa ser registrado e subseqentemente revisto em um analisador de espectro Hewlett-Packard. Este sistema torna possvel a rpida determinao do contedo em freqncia do sinal de 0 a 3 MHz. Tambm permite a medio da distribuio de amplitude de qualquer srie de sinais emitidos durante um intervalo particular de tempo de um teste de deformao mecnica. Uma vez que muitas das irregularidades observadas no espectro podem ser traadas para ressonncias internas na cermica do transdutor usado, um microfone transdutor capacitor especial foi desenvolvido com resposta plana em freqncia. Resultados em ligas de alumnio, ligas de titnio, alguns aos e um cristal nico de MgO mostraram todos o mesmo espectro em geral. Um vaso de presso de reator de ao (A533B) deformando em tenso exibiu mxima energia prximo de 1,0 MHz e o trincamento de vidro atravs de um indentador esfrico apresentou um mximo similar entre 0,5 e 1,0 MHz dependendo da carga aplicada. O primeiro relatrio feito pela PETROBRAS foi escrito por Allevato (Allevato, 1979) em 1979. Este minucioso relatrio descrevia uma pequena histria do mtodo desde a utilizao dos sinais acsticos emitidos durante a deformao do estanho para construo de utenslios domsticos e militares, nos sculos anteriores, passando por Joseph Kaiser, na Alemanha nos anos 50, Schofield e Tatro, nos Estados Unidos da Amrica nos anos 50 e outros cientistas na dcada de 60. Allevato reportou aplicaes na pesquisa de materiais, integridade estrutural de vasos de presso e reatores. Neste perodo o sistema descrito e conhecido pela PETROBRAS era o ACOUST proveniente da Exxon Nuclear, foram utilizados cabeotes da Dunegan Corporation com pramplificadores Trodyne. A anlise de sinais foi conduzida com o auxlio de osciloscpio. Allevato (Allevato, 1980) revisou os princpios bsicos, a instrumentao e as aplicaes gerais da tcnica de ensaio no destrutivo (END) por emisso acstica (ondas elsticas espontneas produzidas por materiais sob tenses mecnicas) em 6

1980. A nfase foi avaliao da integridade estrutural de vasos de presso e reatores em geral. Foram fornecidos exemplos do uso desta tcnica de inspeo na indstria de petrleo, com grficos, diagramas e fotografias. O campo de aplicao da tcnica estava se expandindo com o desenvolvimento de melhores cabeotes, permitindo o estudo do desempenho mecnico de materiais em altas temperaturas. Foram descritas as aplicaes para a rea de pesquisa dos materiais, com estudos tericos em corroso sob tenso induzida pelo hidrognio, e na avaliao da integridade de vasos de presso e reatores em geral. O sistema de emisso acstica com os seus principais componentes foi descrito. Allevato apresentou o diagrama de blocos do sistema Acoust da Exxon Nuclear, sensores para temperatura ambiente e para alta temperatura, pr-amplificador e caixa de juno. A anlise de dados englobava a contagem de durao do sinal, a contagem de eventos, a anlise de energia e a medida da mdia quadrtica. Sistemas de udio, de queda de energia, magntico de armazenamento de informao e de anlise de tempo foram descritos sucintamente. O sistema de anlise de relevncia e localizao de fontes utilizava mapas tridimensionais de localizao e relevncia (duas dimenses para a superfcie do objeto em teste e uma dimenso para relevncia) e tabela de localizao de defeitos (atuais grficos de localizao exata). A localizao de fontes por mtodos no computacionais utilizava os mtodos de hiprboles, Appollonius, tabela de otimizao e sondagem (insero de sinais artificiais conhecidos). Foram apresentados exemplos de utilizao da tcnica de inspeo por emisso acstica em reatores de hidrocraqueamento e hidroacabamento, torre absorvedora e tubos de perfurao utilizando sistemas de 32 canais com sensores de 220 kHz e 450 kHz. Os materiais inspecionados foram aos A 387-61T grau E, SA-387-D, A-212-B e A-336-F22. Allevato concluiu pela viabilidade do mtodo de inspeo por emisso acstica para avaliao da integridade estrutural de equipamentos da indstria de petrleo. Em 1980, Allevato e Ramos discutiram as aplicaes de emisso acstica em testes de corroso. Em estudos de corroso no necessria a presena de tenso em funo da fonte de estmulo serem as reaes eletroqumicas que produzem gases. Grficos foram apresentados com a correlao entre corroso e taxa de emisso acstica, contagem acumulada e hidrognio coletado, efeito galvnico na emisso acstica e o efeito do inibidor Na2CrO4 na direo do decrscimo da atividade de emisso acstica. Em 1980, 7

emisso acstica no estava totalmente desenvolvida para estudo dos fenmenos de corroso, mas era possvel prever que poderia ser usada em estudos de corroso associada e esforos mecnicos como, por exemplo, corroso sob tenso. Em 1982, Allevato e Carneval (Allevato, 1982) mostraram os princpios bsicos, instrumentos e aplicaes gerais da tcnica de emisso acstica, enfatizando a integridade estrutural de vasos de presso e reatores. Neste momento, Allevato escreveu que o campo de emisso acstica estava aumentando com desenvolvimento de sensores que permitiriam o estudo do desempenho de materiais em altas temperaturas e monitorao e deteco de trincas de fadiga em estruturas off-shore. Os ensaios de emisso acstica eram conduzidos com instrumentaes que utilizavam o sistema operacional DOS para coleta e anlise de dados. Em 1982 os dados eram exportados em discos flexveis que comportavam 144 kB. Em 1983, Allevato (Allevato, 1983) testemunhou o que pode ter sido o primeiro teste de emisso acstica feito no Brasil. Este teste foi realizado na Oxiteno do Nordeste na Bahia, e foi conduzido pela DNV-ITL utilizando o sistema D/E 1032 com 32 canais. Mouro, Siqueira, e Allevato reportaram em 1984 (Farias, 1983) o primeiro projeto de pesquisa na PETROBRAS para monitoramento estrutural de plataformas off-shore usando vrias tcnicas, inclusive emisso acstica. Durante o ano de 1984, foram realizadas inspees usando emisso acstica em duas refinarias da PETROBRAS. Os relatrios dessas inspees no foram encontrados na biblioteca do CENPES, porm foram identificadas pelo PETROSIN (software que controla a documentao tcnica). O registro do PETROSIN informa que os testes foram realizados nas esferas TQ 16J da REFAP e na esfera EF-4418 da REPAR. Este relatrio foi escrito por Cludio Allevato, Gilberto Borges e Marcos Mattos. Em 1986, Feres e Carvalho (Feres, 1986) publicaram um artigo sobre a inspeo por emisso acstica realizada nos reatores K-3401 A e B localizados na refinaria localizada em Cubato (RPBC). Este artigo foi dividido em duas sees. A primeira seo descrevia o resultado para deteco e localizao de descontinuidades, e a segunda seo foi destinada a determinar em qual fase do ciclo de operao existiam as 8

condies mais severas para nucleao de descontinuidades e ou propagao de descontinuidades existentes. Em 1986, Camerini (Camerini, 1986) reportou que a preocupao das indstrias com os custos operacionais e valores associados com a inspeo de equipamentos tinham um papel importante na inspeo com emisso acstica. Emisso acstica tem sido desenvolvida para reduzir custos de inspeo e garantir a integridade de um equipamento ou parte dele. Estas opes seriam possveis pela avaliao dinmica da propagao de uma onda de tenso dentro do material, exame rpido e inspeo em servio. Testes de crack tip opening displacement (CTOD) foram realizados e vasos de presso foram submetidos a testes hidrostticos. Os vasos de presso contendo defeitos artificiais tais como perda de espessura por usinagem e trincas feitas por impacto em temperatura criognica. Foi concludo que emisso acstica apresentava bons resultados na localizao linear de trincas de fadiga, mas em vasos de presso os resultados no foram to bons em funo do grande espalhamento. Sensores de emisso acstica no detectaram defeitos usinados e as trincas, mas as trincas levaram os vasos falha nos testes hidrostticos. Camerini, Soares e Sant'Anna (Camerini, 1987) relataram em 1987 que testes laboratoriais confirmaram que emisso acstica tinha um bom potencial para ser usada na inspeo de equipamentos, mas ensaios de campo no alcanaram o mesmo nvel sendo necessrios maiores desenvolvimentos. O sistema PAC-3004, ambiente DOS com possibilidade de utilizao de 4 canais com sensores R-15 e pr-amplificadores 1220A foram usados nestes trabalhos. Trs testes laboratoriais com trincas de fadiga e cinco vasos de presso com defeitos artificiais foram conduzidos. Para os vasos foi utilizado um sistema PAC com 12 canais e sensores R15I. O ltimo teste foi realizado simultaneamente com dois diferentes prestadores de servio, infelizmente os resultados dos dois prestadores de servio foram diferentes entre si e no apresentaram corretamente o local da falha no vaso de presso. Blackburn desenvolveu em 1988 um procedimento de teste para caminhes que transportam e distribuem gases industriais (por exemplo: oxignio, hlio, hidrognio, monxido de carbono e misturas) em cilindros de aos. O Departamento de Transporte dos USA (DOT) especifica tubos de ao Cr - Mo, com 558,80 mm de dimetro, 12,7 9

mm de espessura e 10,363 m de comprimento. A presso tpica de enchimento 185 kgf/cm2. Anteriormente, DOT requeria reteste hidrosttico dos tubos a cada 5 anos. O desenvolvimento conduzido por Blackburn sistematizou o estudo em tpicos organizados da seguinte forma: Discusso da mxima profundidade de defeito permitida; Desenvolver um mtodo de teste por EA para carreta de tubos; Estudo de atenuao o sinal; Discusso dos resultados de laboratrio de trincas de fadiga em corpos-de-prova do tipo CT; Discusso dos diferentes tipos de fontes de emisso acstica nas trincas de fadiga.

O teste de EA ir indicar a presena e posio de descontinuidades. Aps a deteco da descontinuidade, o tipo e a dimenso da descontinuidade definir se ser permitida a manuteno da carreta em servio. As descontinuidades porventura existentes nos cilindros da carreta tendero a se transformar em trincas de fadiga em funo do ciclo de trabalho da carreta, enchimento, esvaziamento e enchimento em perodos de 3 dias em mdia. Utilizando fundamentos de Mecnica da Fratura o tamanho crtico da descontinuidade nas condies de servio (por exemplo na mxima presso de servio) pode ser determinado. A no remoo da carreta do servio, o teste ser feito com o prprio produto de trabalho, e a no contaminao da carreta com gua so algumas das vantagens do ensaio de EA. O ensaio de EA localiza as descontinuidades e as dimenses so obtidas com outros mtodos no destrutivos. No comprimento dos tubos, atenuao est na faixa de 20 a 24 dB. Grficos de atenuao versus distncia so medidos nos tubos que contm gs em presso moderada. Este mtodo simplesmente localiza campos de emisso. Significancia dos campos de emisso obtida baseada na contagem do evento. Posies de campos significantes so inspecionadas por ultra-som. Existncia de descontinuidades, dimenses, so estabelecidas pela inspeo ultra-snica.

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Testes foram realizados para caracterizar emisso do crescimento da trinca de fadiga. Corpos-de-prova tenso compacto (CT) em orientao longitudinal foram preparados. A mxima de tenso foi equivalente a que iria ocorrer na profundidade mxima permitida da descontinuidade. Corpos-de-prova foram levados a fratura e EA foi monitorada. Grficos de picos de amplitude, e voltagem RMS versus carga indicaram que: existe mais que uma fonte de EA nas descontinuidades nos tubos de ao liga; EA prontamente medida em baixas cargas as quais so prximas as cargas de servio. Dados dos testes de corpos-de-prova CT e dos testes dos tubos forneceram picos de amplitude de vrias fontes diferentes. Curvas de atenuao foram usadas para corrigir pico de amplitude medido. A tabela 2.1 apresenta este resultado. Tabela 2.1 - Relao entre picos de amplitude e fontes de EA. Fonte Escama desbastada Corroso externa Contato mecnico Crescimento de trinca de fadiga Pico de amplitude na fonte (dB) 50-110 66-78 19-66 19-60

Atual crescimento de trinca nestes aos cromo - molibdnio produz relativamente baixo, mas detectvel picos de amplitudes. Outras fontes so orientadas na deteco e localizao de descontinuidades. O grupo de pesquisa da ABENDE preparou um programa em 1988 com o objetivo de desenvolver a tcnica de emisso acstica no Brasil. Faziam parte deste grupo, usurios brasileiros e prestadores de servio, alm da PETROBRAS. Os primeiros resultados indicaram um grande potencial devido a testes de laboratrio, mas testes de campo no atingiram o mesmo nvel. Baseado em avanos substanciais na instrumentao no perodo 87-88 e em recentes procedimentos escritos, outra avaliao foi conduzida. Nesta avaliao, cinco corpos de prova tubulares foram construdos para retestar esta nova abordagem. Foi determinado que a deteco de vazamento tinha alta sensibilidade e era proporcional a presso. Fontes identificadas como A e B (severas) foram identificadas prematuramente quando relacionada ao colapso final, isto significava que

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o critrio proposto em 1988 obtinha resultados satisfatrios. Embora as fraturas no tenham ocorrido nos locais assinalados, os corpos de prova falharam em regies com danos estruturais os quais foram previamente detectadas e localizadas. Localizao linear e planar no foram avaliadas em funo da geometria do corpo de prova, mas a localizao zonal mostrou bons resultados. Castelo Branco (Castelo Branco, 1989) apresentou os resultados obtidos de um programa para avaliar a confiabilidade do uso da tcnica de emisso acstica em escala industrial, em 1988. Este programa consistiu de testes em laboratrios em 15 corpos de prova de CTOD, 30 testes hidrostticos at a falha em pequenos vasos de presso e sessenta ensaios de campo. Foram inspecionadas 16 esferas, 13 reatores, 10 vasos, nove cilindros, cinco torres, dois permutadores e cinco tubulaes. Foram estabelecidas cinco concluses: (a) o mtodo de emisso acstica indicou confiabilidade e confirmou o princpio de funcionamento quando utilizado em escala laboratorial; (b) no foi possvel definir o campo de aplicao de emisso acstica; (c) equipamentos, software, acessrios e padronizao no alcanaram a nvel requerido para aplicaes gerias; (d) o mtodo de emisso acstica pode ser usado em casos especficos; e, (e) emisso acstica no deve ser usada como substituta de outras tcnicas de END. Estes resultados sugeriam que a tcnica no tinha sido completamente desenvolvida e que o campo de aplicao no estava bem definido, mas que poderia ser usada cuidadosamente em casos especficos. A parceria entre a BRASITEST e a PAC no obteve bons resultados em 1989 quando foram realizados testes em juntas tubulares submetidas a ciclos de fadiga e vasos de presso submetidos teste hidrosttico at a falha. Camerini e Soares (Camerini, 1989) descreveram outras concluses. Por exemplo: por meio de um pulser foi determinado que os sensores no tinham o mesmo comportamento. Esta sentena foi muito importante porque os critrios de anlise foram baseados em parmetros obtidos de sinais coletados. Finalmente, em 1989, foi sugerido que emisso acstica no devia ser usada com a instrumentao que estava disponvel no mercado at que mudanas

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profundas fossem introduzidas no hardware e no software, e novas avaliaes pudessem ser conduzidas. Castelo Branco e Camerini (Castelo Branco, 1989) descreveram em um artigo publicado em 1989 os principais pontos polmicos da tcnica de emisso acstica. As discusses foram centradas na necessidade ou no de uma localizao exata da fonte, desempenho de sensores, procedimentos globais ou especficos e sobre presso ou monitoramento contnuo durante o processo industrial. Neste ponto emisso acstica no foi considerada uma tcnica confivel e novos esforos foram propostos para desenvolver a tcnica para uso na PETROBRAS. As solues propostas foram: desenvolver localizao exata e em tempo real, aumentar a fidelidade e a confiabilidade do sensor. Tambm foi estabelecido que procedimentos especficos que realizam a monitorao durante as condies reais de operao tinham demonstrado resultados melhores quando comparados com procedimentos de sobre presso. Jones, Friesel, e Gerberich mediram EA durante o crescimento subcrtico de trincas em diversos materiais (Ferro, Nquel, ao inoxidvel austentico 304, ao ferramenta, e em um cristal nico Fe-Si). Os testes foram conduzidos usando corpos-de-prova tipo tenso compacto (CT) em uma variedade de ambientes. Foi concludo que os pequenos, saltos de trincas descontnuas no foram detectados com o equipamento de monitorao de EA. Igualmente, para o crecimento subcrtico de trincas intergranulares, foi concludo a extenso da trinca sem a presena de EA ou pequenos saltos de trincas descontnuas no detectveis por EA. Tambm foi postulado que as superfcies de fratura transgranular acompanhando o crescimento subcrtico de trincas intergranulares resultaram de ligamentos que foram fraturados ao lado do avano da frente da trinca. A caracterizao quantitativa de fontes de emisso acstica em microtrincamentos de aos foi estudada em 1990 por Takatsubo e Kishi e publicada em um artigo onde a tcnica de anlise das ondas das fontes de emisso acstica so uma nova tcnica no destrutiva para a pesquisa de processos dinmicos de fratura. Takatsubo e Kishi aplicaram esta tcnica para a caracterizao quantitativa de fontes de trincas em fratura dctil. Usando duas amostras de ao ASTM A533B com diferentes contedos de enxofre, emisses acsticas durante testes de tenacidade fratura foram detectadas, localizadas, e analisadas. Os sinais detectados de emisso acstica foram classificados 13

em dois tipos de acordo com as formas de onda analisadas. Uma foi um sinal devido ao microtrincamento em incluso de MnS, e outra foi um sinal devido a coalescncia de vazios. Os resultados da anlise da onda da fonte mostraram que o microtrincamento nas incluses foi devido a trinca em tenso do tipo Modo I com dimenses de 10-30 m, e a coalescncia de vazios foi devido a tenso cisalhante misturada com trincas com dimenses de 60-100 m. Foi confirmado que esta tcnica muito efetiva para a avaliao quantitativa de microtrincamento e para a deteco de nucleao e crescimento de trincas. Nos ltimos anos muitos testes hidrostticos, ciclos de fadiga e testes de carregamento trmico tem sido realizados vasos de presso de reatores, os quais continham defeitos tipo trinca, com a ajuda do desenvolvimento de condies de detectabilidade de crescimento ou no de trincas por emisso acstica (EA). Deuster, Sklarczyk e Waschkies estudaram em 1991 a EA gerada e registrada durante estes experimentos. Tcnicas para avaliao dos dados de EA tm sido desenvolvidas as quais permitem a separao dos eventos de EA de crescimento de trincas e frico de trincas superficiais pelo tempo de subida. Crescimento de trinca pode ser detectado pela alta sensibilidade em carregamentos trmicos e testes de fadiga, onde a detectabilidade da frico das superfcies da trinca aumenta, com a quantidade de tenses compressivas entre as superfcies da trinca. Em testes hidrostticos somente um baixo nvel de EA produzido pelo no crescimento de trincas devido falta de tenses compressivas. Camerini (Camerini, 1992) relatou em 1991 alguns aspectos dos estudos feitos em emisso acstica na PETROBRAS. Estes aspectos foram divididos em quatro itens. Primeiro, em 1988 durante uma misso de trs meses nos EUA foi concludo que existe um aumento do uso de emisso acstica para verificar a integridade estrutural e grandes companhias como MONSANTO e EXXON estavam usando emisso acstica quase como uma rotina. A despeito dos progressos, emisso acstica no era aceitvel e confivel como outras tcnicas de END. A capacidade de aquisio de dados e localizao exata deviam ser melhoradas. A tcnica de emisso acstica pode ser usada como exame complementar, no como substituta. As normas em 1991 eram pobres e em baixo nmero. O programa MONPAC era o pacote mais poderoso para realizao de inspeo. Os estgios de desenvolvimento da PETROBRAS e dos usurios brasileiros eram similares aos do mercado dos Estados Unidos da Amrica em uso, dvidas e 14

preocupaes, e a inspeo com emisso acstica podia ser permitida em casos especficos. O segundo item foi conduo de dois testes, um em uma junta tubular submetida a ciclo de fadiga e outro em um vaso de presso. Estes testes mostram que a tcnica convencional de emisso acstica no era capaz de detectar sinais gerados por trincas. A terceira parte foi uma tese de mestrado para estudar a correlao entre emisso acstica e um ao estrutural (A516 Gr-60) durante teste de CTOD (BSI, 1979). A concluso principal desta tese foi que a energia do sinal (MARSE) tinha baixa intensidade, em torno de 25 dB, e o limiar de deteco usado em procedimentos de campo era ajustado para 40 dB, tornando impossvel deteco de eventos oriundos de trincas e propagao de descontinuidades. A quarta parte foi realizao de um teste com a Hartford Steam Boiler nas dependncias da refinaria Duque de Caxias (REDUC). Neste teste foram indicadas dez reas ativas e aps o seccionamento das reas ativas no foram encontradas evidncias de descontinuidades. O relatrio do teste foi escrito aps uma presso mxima no teste hidrosttico ter alcanado 25 kgf/cm2 e o vaso falhou com 28 kgf/cm2. Regies com descontinuidades do tipo trinca que apresentaram crescimento durante o teste hidrosttico no foram indicadas como ativas na emisso do relatrio do teste. Procurando por um comportamento padro de emisso acstica de uma trinca propagando em um ao estrutural, testes de CTOD monitorados por emisso acstica foram realizados por Camerini, Soares e Rebello. Os resultados foram publicados em 1992 (Camerini, 1992) e mostram a capacidade da tcnica de emisso acstica para detectar uma trinca antes de sua propagao, isto , antes do CTOD de iniciao. Aos estruturais para aplicao em vasos de presso tm sido extensamente estudados para determinar seu comportamento a fratura, em funo do grande nvel de confiabilidade esperado nestes equipamentos. Neste caso ultra-som e radiografia so normalmente conduzidos para detectar descontinuidades internas. Quando o teste de emisso acstica adotado, o vaso carregado por presso interna, com o objetivo de abrir as pontas das descontinuidades e gerar sinais de emisso acstica. Duas questes devem ser respondidas: qual o nvel de carga requerido? E tal carregamento far a propagao da descontinuidade e afetar a integridade do vaso? Estas duas questes foram respondidas para o ao C-Mn estrutural especfico quando carregado at a falha em testes de CTOD monitorados por emisso acstica. As seguintes concluses podem ser estabelecidas: durante o teste de CTOD dois picos caractersticos correspondente a uma intensa 15

atividade acstica foram observados; o segundo pico ocorria com a fratura do corpo de prova e no foi considerado importante, o primeiro pico estava relacionado com o momento do incio da propagao estvel da trinca. Um fato relevante foi intensa atividade acstica antes da extenso estvel da trinca ter ocorrido. Em uma base quantitativa foi determinado que o valor de CTOD correspondente a emisso acstica detectvel era menor que o CTOD de iniciao de propagao estvel, e o teste de emisso acstica podia ser confiavelmente realizado em valores suficientemente baixos de CTOD, onde o risco de fratura podia ser descartado. Em 1994, a REDUC pediu ao CENPES para pesquisar um dispositivo e uma tcnica que permitisse a deteco de vazamento em vlvulas de unidades de processo em operao. Este estudo (Rodrigues, 1994) era necessrio devido ao fato de que a REDUC troca em torno de 1000 vlvulas durante as paradas de manuteno a cada quatro anos. Dois dispositivos foram testados usando duas tcnicas diferentes. O primeiro dispositivo foi um equipamento PAC para inspecionar vasos usando emisso acstica, e o segundo foi um equipamento MICROSONIC usando o mtodo ultra-snico. Um pequeno corpo de prova com trs vlvulas foi construdo para faixas de presso entre 5 kgf/cm2 e 40 kgf/cm2. Foi concludo que o dispositivo MICROSONIC devia ser usado em refinarias e plataformas offshore para detectar vazamentos devido ao seu baixo custo, fcil manuseio e bom desempenho. Os sinais detectados eram oriundos do fluxo do fluido e os sensores de emisso acstica foram posicionados prximos jusante das vlvulas. O projeto de pesquisa Avaliao de Integridade de Equipamentos em Servio com H2S" conduzido pelo CENPES gerou um relatrio escrito por Soares em 1995 (Soares, 1995). Neste projeto o CENPES aderiu ao projeto multicliente "Reducing Duration of SSC Qualification Testing through AE Monitoring" que estava sendo conduzido pela CLI INTERNATIONAL. Este relatrio mostrou os principais resultados obtidos entre outubro de 1983 e julho de 1984. O objetivo deste projeto era avaliar diferentes tcnicas para realizar a anlise de corroso sob tenso para ajudar a reduzir o tempo requerido para qualificar aos de alta resistncia para aplicaes em ambientes com H2S. Outro relatrio gerado neste projeto foi escrito por Carneval em 1996 (Carneval, 1996). Neste relatrio foi descrita a avaliao no destrutiva conduzida em um vaso de presso for a de servio da REPLAN devido a danos pelo hidrognio crticos para a operao segura do equipamento. Este relatrio mostrou a inspeo ultra-snica convencional baseada na 16

norma ASTM A578 em toda a chaparia do vaso para deteco de trincamento em degraus, inspeo ultra-snica semi-automtica usando procedimento para mapeamento de corroso, teste hidrosttico monitorado por emisso acstica para identificar reas crticas. As concluses principais foram: procedimentos ultra-snicos convencionais no cobrem toda a rea do vaso e gastam muito tempo, sistemas semi-automticos mostram um bom desempenho, mas tem alto custo, adicionado a falta de procedimentos especficos para danos por hidrognio pode ser um ponto negativo para esta tecnologia; os resultados da inspeo ultra-snica confirmaram que as inspees realizadas em campo na REPLAN, mas os resultados no foram confirmados por testes destrutivos. Ao final do teste hidrosttico, as regies indicadas por emisso acstica e ultra-som foram reinspecionadas para determinar se as descontinuidades tinham crescido ou no. A condio extrema imposta durante o teste hidrosttico (300% maior que o teste hidrosttico) (quatro vezes a presso de teste hidrosttico), embora o material no estivesse na condio fragilizado, mostrou a condio intrinsecamente segura do projeto do vaso, devido ao fato do vaso no ter falhado durante a prova de carga, embora tenha ocorrido deformao plstica em funo da presso interna ter aplicado tenses superiores ao limite de escoamento do material de construo do vaso de presso. Ao compararmos o resultado da inspeo ultra-snica para a deteco de danos induzidos pela operao do equipamento e o resultado do ensaio de emisso para indicao de reas ativas concluiu-se pela no sobreposio das reas. As descontinuidades indicadas pela tcnica ultra-snica (descontinuidades laminares, paralelas a auperfcie) no foram ativas pelo mtodo de emisso acstica e as reas ativas detectadas pelo mtodo de emisso acstica no apresentavam sinais de ultra-som. Existem duas formas de avaliar esta situao: primeiro, as descontinuidades detectadas pela inspeo ultra-snica no eram crticas para a estrutura, e, segundo, as regies indicadas no mostraram qualquer descontinuidade detectvel por mtodos de END convencional. Em funo disto, os resultados de emisso acstica foram classificados como no conclusivos. O ensaio de emisso acstica tm sido cada vez mais utilizado na inspeo de tanques de armazenamento. Em funo da grande utilizao, as empresas Shell e Dow estudaram os resultados obtidos com o emprego de EA e publicaram em 1998, na 7 Conferncia Europia de Ensaios No Destrutivos, um resumo de um breve estudo da confiabilidade da inspeo de fundo de tanque com EA. Os resultados de EA em fundos de tanque so apresentados graduados em faixas conforme a tabela 2.2. 17

Tabela 2.2 - Classificao dos resultados de EA em fundos de tanque. Classificao Grau de atividade acstica Aes A B C D E Muito pequeno Pequeno Intermedirio Ativo Altamente ativo Sem necessidade de manuteno Sem necessidade de manuteno Avaliao da necessidade de manuteno Prioridade na programao de manuteno Alta prioridade na programao de manuteno Para justificar a estratgia de manuteno com EA, van de Loo e Herrmann (1998) realizaram uma validao de resultados em uma populao de 150 tanques. Os tanques classificados como A no necessitavam de reparo e os classificados como E necessitavam, mostrando uma tima correlao para os casos extremos da tabela 2.2. Lpez descreveu em 1999 a evoluo obtida por equipamento de pesquisa no emprego de tcnicas para determinao o comprimento de trincas em aos de uso industrial submetidos a processo de corroso sob tenso. Foi apresentado neste artigo a correlao entre os resultados obtidos pela medida simultnea de pulsos de emisso acstica e a variao de resistncia eltrica do corpo de prova. A funo de distribuio das energias U dos pulsos apresenta um comportamento exponencial Um com um expoente m que depende do tipo de fratura, modificado pelo tratamento trmico do material. Esta funo de distribuio permite corrigir certos erros experimentais como a escolha inadequada de nveis de deteco de pulsos. Durante setembro de 1999 foi realizada uma avaliao de um anel de incndio da plataforma offshore PPE-1A (Freitas, 1999). Esta inspeo foi realizada como parte de um projeto de pesquisa para estudar critrios de aceitao para aplicaes de materiais compostos em plataformas offshore. O objetivo era garantir o desempenho do anel de incndio da primeira aplicao de material composto nestas condies. Esta tubulao tem as seguintes caractersticas: dimetro 6 polegadas, material PSX-L3, presso de operao 10 kgf/cm2, incio de operao 1999, carregamento cclico, temperatura

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ambiente. A inspeo foi subdividida em duas fases: a primeira foi realizada atravs de inspeo visual e a segunda usando emisso acstica. A mxima presso de operao foi aprovada para 10 kgf/cm2, e uma nova inspeo foi programada para 2000. Em agosto de 2003 a reinspeo no tinha sido realizada, em funo de problemas operacionais, resalta-se porm, que o anel de incndio permanece em bom estado e em funcionamento. A refinaria Gabriel Passos (REGAP) realizou teste hidrosttico monitorado por emisso acstica em trs vasos de presso horizontais. O objetivo desta inspeo foi coletar dados para avaliar se existe qualquer correlao entre emisso acstica e ultra-som onde conceitos de mecnica da fratura foram usados. Este trabalho foi realizado em 1999 (Soares, 1999). As reas indicadas por emisso acstica continham defeitos, mas em funo da grande variedade de profundidades no foi possvel estabelecer esta correlao. Outro ponto foi que o vaso estava em condies seguras, enquanto que emisso acstica forneceu um resultado indicando que o vaso devia ser retirado de operao. Em 1999 (Soares, 1999), um teste hidrosttico feito em escala laboratorial, em um vaso de presso fora de servio devido a estgios avanados de danos detectados pela tcnica ultra-snica em chapas do costado e tambm em juntas soldadas, identificando um processo de trincamento e reduo das caractersticas mecnicas conhecido por trincamento em degraus. Estas descontinuidades no permitiam a continuidade operacional de forma segura. O vaso F-6005 foi inspecionado em servio e fora de servio com sistema de inspeo ultra-snica semi-automtico e o teste de emisso acstica foi realizado com o equipamento SPARTAN 2000. O teste hidrosttico foi realizado no CENPES. Entre as presses entre 10,5 e 15,0 kgf/cm2 a estrutura apresentou um comportamento diferente, ou seja, aumento da atividade acstica demonstrado pelo incremento da taxa de contagens de emisso acstica e quantidade de sinais, indicando a possibilidade de deformao plstica. Foi concludo que existe a real possibilidade de mostrar antecipadamente os pontos onde podero ocorrer vazamentos, em funo da regio onde o vaso iria falhar ter sido indicada com 7,9 kgf/cm2, enquanto o vaso falhou somente com 89,0 kgf/cm2.

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Amassamentos em dutos enterrados podem resultar de vrias causas. Terremotos, deslocamentos de terreno, exploses e escavaes so algumas das causas mais comuns. Amassamentos em dutos podem causar um srio risco de segurana devido ao duto estar em perigo imediato de falha. Por outro lado, se no existe crescimento significativo de descontinuidades, o perodo de tempo no qual o reparo necessrio pode ser dilatado. Em 1999, Ternowchek e Calva descreveram como as tecnologias de EA e ultra-som foram usadas para ajudar na avaliao dos efeitos de amassamentos em dutos. A tcnica de EA tambm foi usada para determinar se a rea poderia ser seguramente acessada para expor o amassamento do duto. Mudanas de caractersticas fsicas (dureza, espessura, tenso limite de escoamento, etc) e o surgimento de trincas podem ocorrer na regio do amassamento. EA e ultra-som podem ser utilizadas para definir se existem ou no trincas e junto com as dimenses do amassamento servem como subsdio para a avaliao de integridade do duto na regio do amassamento. Existe um conceito crescente que o mtodo presente usado para re-certificar vages tanque ferrovirios, teste hidrosttico, pode no fornecer urna avaliao adequada da integridade dos vages. O teste hidrosttico tem como um de seus propsitos, alm da verificao de estanqueidade, aliviar tenses quando novos vages so fabricados. A indstria tem adotado seu uso para re-certificar a integridade estrutural de vages tanque. Infelizmente este no uso correto do teste hdrosttico porque no fornece ao executor nenhuma indicao da presena de corroso ou microtrincamento. O teste somente indica o no vazamento de produto com a gravidade especfica se um estiver ocorrendo. Isto foi ilustrado recentemente quando dois vages diferentes, nos EUA, foram certificados com a tcnica hidrosttica e vazaram produto em um perodo curto aps o teste. Ternowchek (1999) descreve tcnica de emisso acstica usada em conjunto com o teste hidrosttico para fornecer ao proprietrio do vago a indicao de qualquer problema oculto no detectvel com inspeo visual ou teste hidrosttico. O procedimento de teste descrito fornece um meio para deteco de defeitos sub-crticos em um estgio inicial, localizar e fazer reparos sem desmontar o conjunto completo do isolamento do vago. Este procedimento tem se tornado na American Association of Railroads (AAR) nos EUA uma prtica aceita. Durante o resfriamento e a partida de dois reatores instalados na RLAM foram gerados sinais significantes de emisso acstica (Donato, 2000). A inspeo ultra-snica 20

detectou falta de penetrao na soldagem dos dois reatores. Condies severas de operao de reatores apontam para a possibilidade de fratura frgil e propagao crtica de descontinuidades durante partida, operao e resfriamento. Vrias concluses foram estabelecidas, mas em relao emisso acstica pode ser dito que devem ser realizados estudos prvios de tenses trmicas para definir a taxa de resfriamento e o diferencial de temperatura. As razes para esta proposta so fornecer estmulo para as descontinuidades e no criar novas trincas na estrutura. Nikulin, Khanzhin e Rojnov apresentaram estudo do mtodo de emisso acstica para materiais, processos e tecnologia de monitorao. Foram apresentados os resultados do estudo do mecanismo e cintica da fratura de materiais metlicos (aos de duas fases, binrios Zr-2,5Nb e ligas de ferro multicomponentes Zr-1,2Sn-1Nb-0,3Fe, multifilamento Nb3Sn e supercondutores baseados em Nb-Ti e fios de composio baseada em HTSC). A anlise quantitativa da fratura baseada nas medies do pico de amplitude do impulso acstico (mximo) por sensores no ressonantes para medio linear do deslocamento acstico e medies dos parmetros das trincas. Os mtodos desenvolvidos de calibrao absoluta do equipamento de EA foram verificados por testes de vrios materiais e medies de parmetros das trincas em fraturas e dobras. As dependncias da calibrao para quantificao das medies tambm foram relatadas. Os avanos na avaliao da integridade estrutural e predio de tenses residuais de vasos de presso usando a tcnica de emisso acstica foram apresentados por Chelladurai, Sankaranarayanan e Purushothamam em 2000. Desde a primeira aplicao da tcnica de emisso acstica em uma carcaa de motor de foguete quarenta/cinquenta anos atrs, a tecnologia de emisso acstica tem feito rpido progresso na avaliao de integridade de vasos de presso metlicos ou de material composto. Chelladurai, Sankaranarayanan e Purushothamam realizaram experimentos com um nmero de vasos de presso com camadas de Titnio e Kevlar-epoxi listados para aplicao aeroespacial com nmero timo de canais de emisso acstica. Com base nos dados de emisso acstica coletados durante o ciclo de pressurizao e subseqente ciclo de prova de presso, foi determinado ser possvel estimar a vida residual em ateno degradao apresentada pela razo Felicity. Paralelamente, a possibilidade da estimativa da vida residual de garrafas de presso de liga Ti-6Al-4V de margem baixa tambm discutida neste artigo em referncia aos estudos internos desenvolvidos em vasos aeroespaciais. 21

No Vikram Sarabhai Space Centre em Trivandrum, a tcnica de emisso acstica tem demonstrado tambm ser uma ferramenta eficiente para deteco e caracterizao da severidade de descontinuidades como falta de fuso, que no eram detectadas por tcnicas de ensaios no destrutivos convencionais. Com o teste de emisso acstica associado Mecnica da Fratura, ambas apoiadas por detalhadas propriedades mecnicas e metalrgicas, novos conceitos de avaliao esto sendo introduzidos, capacitando a aplicao de metodologias de deteco de defeitos associadas com mecanismos de degradao ao contrrio da simples deteco de descontinuidades que obviamente no contribuem para a operao segura dos equipamentos. Exemplos destes conceitos podem ser obtidos no antigo PD-6493 (BSI) e no atual API-579. A PETROBRAS/CENPES continua a procurar e desenvolver uma metodologia de avaliao que contemple todas estas disciplinas. O CENPES tm atuado em quatro frentes de desenvolvimento da tcnica de emisso acstica: acompanhamento dos ensaios de campo realizados nas unidades de negcio da PETROBRAS; desenvolvimento de sistema de qualificao e certificao de pessoal na modalidade emisso acstica; participao em projeto multicliente do Petroleum Environmental Research Forum (PERF) entitulado PERF AE 95/11 Advanced acoustic emission for onstream inspection; desenvolvimento de projeto CTPetro junto a Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) e a Universidade Federal do Cear (UFC). Estas atividades no so excludentes e muitas das atividades desenvolvidas em uma das frentes de desenvolvimento utilizada para outras pesquisas, garantindo um fluxo contnuo de informao e desenvolvimento. Uma das etapas do projeto CTPetro consiste em analisar os resultados de campo para identificar condies de maior ou menor acerto e, caso seja possvel, quantificar os ndices de acerto do ensaio de emisso acstica.

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A associao da medio da energia de emisso acstica e o movimento de discordncias em ligas metlicas foi estudado por Brown, Reuben e Steel. A emisso contnua gerada durante escoamento de liga de alumnio 7075-T6, ao carbono En9 e ao inoxidvel 316 foi examinada pela viso convencional das fontes de discordncia. Um modelo terico simples relacionando o movimento de discordncia da energia de EA para deformao plstica, taxa de deformao e certas caractersticas microestruturais foi desenvolvida de um meio elstico existente e relaes de fluxo cisalhantes. Experimentalmente o total de energia de EA dentro de um corpo de prova de uma liga testada foi quantificado de uma medio de uma superfcie simples. A anlise de reconhecimento de padro de sinais de emisso acstica foi estudada por Kanji Ono e Qixin Huang revisando as vrias aproximaes de anlise de reconhecimento de padro de sinais de EA, que tem sido empregada durante os ltimos anos. Devido aos significativos avanos da tecnologia de computao, o reconhecimento de padres tem se tornado uma ferramenta prtica e deve ser utilizada mais intensamente na comunidade de EA. Como um exemplo, foram examinadas as falhas estruturais de compsitos de resina reforado com fibra, trincamento de matriz, decoeso e delaminao. Tais micro-fraturas geram numerosos sinais de EA que podem ser detectados. Contudo a maioria dos sinais no leva diretamente a fratura final e estudos antigos de EA tem falhado na identificao clara dos mecanismos de microfratura. As caractersticas dos sinais gerados de EA nos processo de falha de compsitos reforados com fibra de vidro e de carbono podem ser classificados por reconhecimento de padres. Os sinais de EA so registrados digitalmente e analisados pelo uso de um classificador de proximidade de vizinhana. O programa utilizado, ICEPAK, pode classificar at seis tipos desconhecidos de forma de onda de sinais. Os tipos de sinais identificados so ento correlacionados com diferentes modos de falha que garantem a faixa de carregamento de tenso. Caractersticas dos sinais de EA de processos de falha de vrias manipulaes de camadas e simulando ondas de chapa propagando no corpo de prova foram tambm investigados para ajudar a discriminar caractersticas de vrios tipos de sinais e correlacionar tipos de sinais identificados com mecanismos de microfalha. mostrado que a identificao dinmica do mecanismo de micro-falha em compsitos possvel com os avanados sistemas de anlise de emisso acstica usando reconhecimento de padres.

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A iniciao de microtrincas em incluses de MnS e sua coalescncia durante testes de tenacidade fratura de ao ASTM A533B em corpos de prova tenso compacto foram detectadas pela tcnica de emisso acstica. Os testes feitos para caracterizao quantitativa do microtrincamento das fontes de emisso, as quais foram caracterizados pela dimenso e orientao da trinca, modos de fratura, e histrico no tempo, so representadas por um momento tensor dependente do tempo. Desde que as formas de onda registradas esto relacionadas ao momento tensor, as funes de deslocamento de Green do corpo de prova, e a funo de transferncia do sistema de registro por uma integral convoluo da teoria da elastodinmica, os momentos tensores so determinados por tcnicas de deconvoluo. Dois tipos de fontes foram determinados: um modo de trao da trinca causado por decoeso da incluso de MnS e a coalescncia de microtrincas com modos de trao e cisalhamento misturados. As dimenses e o tempo de durao das microtrincas foram tambm estimados neste estudo realizado por Ohira e Pao. Com o objetivo de elucidar a microcintica do trincamento assistido pelo hidrognio em ao de baixa liga, um novo sistema desenvolvido de inverso de fonte de emisso acstica EA foi usado por Hayashi e Takemoto. Este sistema e alguns problemas encontrados na sua aplicao de monitorao da cintica de microtrincamento foram descritos em artigos publicados em congressos. O sistema de monitorao de EA composto de um sensor do tipo deslocamento, um pr-amplificador, um conversor A/D de alta velocidade, e um computador pessoal de 32 bit. A funo de transferncia do sistema de medio de EA foi cuidadosamente examinada e determinada para medir o deslocamento da superfcie, sem fornecer a distoro da onda, at 1,5 MHz. Programas computacionais para o procedimento da inverso de fonte de EA tornaram possvel calcular a funo secundria de Green (funo de transferncia do material), e tambm para simular o deslocamento da posio do sensor, e para calcular as ondas da fonte das ondas detectadas pela integral convoluo no domnio do tempo, e a integral deconvoluo no domnio da freqncia. A energia liberada pela propagao da trinca em degraus foi obtida pela deconvoluo das ondas detectadas com a funo de transferncia total do sistema, que foi experimentalmente determinada pela quebra da barra de grafite. A dimenso da trinca foi determinada pela energia liberada com o auxlio da mecnica da fratura, e foi determinada para ser bem ajustada a rea de fratura intergranular induzida pelo hidrognio em estgio inicial. A despeito da acurcia da 24

informao da fonte ondas devem ser cuidadosamente examinadas em outros experimentos com grandes corpos de prova, pode ser dito que procedimentos de inverso da fonte de EA fornecem informaes mais diretas da microcintica de trincamento assistido pelo meio. A execuo de teste hidrosttico uma operao tensa e perigosa. Para equipamentos que j estiveram em servio torna-se mais preocupante ainda pois o teste hidrosttico avaliar apenas a estanqueidade do equipamento no revelando nenhuma informao em relao a integridade estrutural do objeto ensaiado. As figuras de 2.1 a 2.4 ilustram o catastrfico resultado obtido com a execuo de teste hidrosttico sem acompanhamento de nenhuma ferramenta de avaliao de integridade.

Fig. 2.1 Resultado de teste hidrosttico sem acompanhamento de ferramenta de avaliao de integridade estrutural.

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Fig. 2.2 Detalhe da regio fraturada da figura 2.1.

Fig. 2.3 Detalhe da seo arrancada do vaso aps fratura.

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Fig. 2.4 Vista em outro ngulo da regio fraturada da figura 2.1.

Materiais e mtodosPara a realizao deste estudo foram utilizados os materiais descritos abaixo: - banco de dados em ambiente Microsoft Access (Aguiar, 2002); A utilizao do banco de dados propiciou a utilizao das informaes reais existentes para uma equipe da rea de inspeo para a tomada de deciso a respeito da continuidade operacional dos equipamentos ensaiados. Alm das informaes geomtricas e das caractersticas construtivas dos equipamentos, o banco de dados contempla os resultados das inspees no destrutivas realizadas aps o ensaio de emisso acstica. Os resultados da inspeo no destrutiva foram utilizados para o estabelecimento de correlaes entre emisso acstica e mecnica de fratura.

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Anlise do banco de dadosO banco de dados analisado contempla 210 ensaios realizados. A tabela 3.1 revela que os equipamentos ensaiados classificados como E so os mais crticos para a continuidade operacional segura. A anlise do banco de dados seleciona 21 equipamentos com classificao E. A tabela 4.1 apresenta o resumo dos dados obtidos em 18 equipamentos, uma das pastas no foi localizada (registro 044) para a coleta de informaes e dois equipamentos tratavam-se de tanques de armazenamento. Tabela 4.1 Equipamentos classificados como E no ensaio de emisso acstica Tipo e cdigo do equipamentoEsfera (008) Coluna (030) Coluna (032) Coluna (035) Coluna (038) Coluna (039) Coluna (046) Vaso de presso (050) Vaso de presso (061) Vaso de presso (132) Vaso de presso (133) Vaso de presso (134) Reator (155) Reator(166) Vaso de presso (1203)

Ensaios no destrutivosEV, LP, PM e US US US PM EV, PM US PM, US PM, US PM, US PM, US PM, US PM Sem US, EV, PM LP, US, PM

Dimensionamento de descontinuidades380 mm superficial, FP, DL IE, FP FF 0 (zero) Vazamentos, 0 (zero) FP FP IE 10 mm TT, TL, FIPH TT, TL TT, TL Sem Trinca Tipo Comprimento Trincas 60, 5 e 11 mm Trinca 20 mm Trinca 60 mm FF 210, 280 e 45 mm Sem FP, PO, FF 0 (zero)

profundidade > 2 mm 3,2 mm

Vaso de presso (1206) Sem Trocador de calor (1207) RX Tubulao (1219) EV Nota: EV ensaio visual; LP lquidos penetrantes; PM partculas magnticas; US ultra-som; IE incluso de escria. FP falta de penetrao; DL dupla laminao; FF falta de fuso; TT trinca transversal; TL trinca longitudinal; FIPH fissurao induzida pelo hidrognio; RX radiografia; PO porosidade.

A anlise qualitativa dos dados apresentados na tabela 4.1 permite afirmar: 71% dos equipamentos classificados como E so colunas e vasos de presso. A figura 4.1 apresenta a distribuio por equipamentos; 81% dos equipamentos classificados como E apresentam descontinuidades. A figura 4.2 apresenta este resultado; 28

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esfera, vaso de presso, reator e trocador de calor, quando inspecionados, apresentaram descontinuidades; 67% das colunas inspecionadas apresentaram descontinuidades, e; tubulaes no apresentaram descontinuidades.

equipamentos classificados como "E" tubulao 6% trocador de calor 6% coluna 33% esfera 6%

reator 11%

vaso de presso 38%

Fig. 4.1 Distribuio percentual de equipamentos ensaiados por emisso acstica e classificado como E. Para a realizao de anlise quantitativa necessrio a utilizao de informaes sobre o material, espessura, geometria, tratamento trmico, presso de teste hidrosttico, mxima presso de trabalho e temperatura. Estas informaes foram obtidas no banco de dados. Apenas trs equipamentos apresentados na tabela mostram dimensionamento de descontinuidades, totalizando seis descontinuidades. Destas descontinuidades apenas duas apresentam o dimensionamento da altura. O valor da altura da descontinuidade, quando no fornecido, ser inferido em 2 mm para descontinuidades superficiais e para descontinuidades internas ser utilizado o valor do dimetro do furo cilndrico necessrio para a execuo da inspeo ultra-snica.

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resultados da inspeo em equipamentos classificados como "E"

sem descontinuidades 19%

descontinuidades 81%

Fig. 4.2 Percentual de equipamentos classificados como E que apresentaram ou no apresentaram descontinuidades.

resultado da inspeo por equipamento classificado como "E" 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 esfera coluna vaso de presso reator trocador de calor tubulao

Fig. 4.3 Resultado percentual por equipamento classificado como E que apresentaram ou no apresentaram descontinuidades. A tabela 4.2 apresenta os equipamentos avaliados pela mecnica da fratura e os respectivos parmetros utilizados nos clculos. Os equipamentos foram calculados na condio carregamento esttico e nvel 2 da norma BS 7910. Tabela 4.2 Equipamentos avaliados pela mecnica da fratura

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Tipo e cdigo do equipamento Material Altura (mm) Esfera (008) ASTM A515 Gr70 Vaso de presso ASTM A515 (061) (1203) Gr70 3,8 2 3,2 2 2 3,9 2 60,5 11 20 60 210 280 45 Vaso de presso ASTM A516 Gr70 2 10 2 Comprimento (mm) 380

Parmetros Espessura (mm) 64,6 44,5 111 Dimenso da Tenso seo (mm) 4000 5000 10868 membrana (MPa) 126 157 141 de Condio tratamento Tratado termicamente Tratado termicamente Tratado termicamente de

A tabela 4.3 apresenta os valores das propriedades mecnicas dos materiais utilizados nas anlises. Tabela 4.3 Propriedades mecnicas Material Propriedades mecnicas Tenso ASTM A515 Gr70 ASTM A516 Gr70 ASTM A204 Gr.A limite 256 256 255 de Tenso limite 483 483 448 de Tenacidade a fratura K (MPa.m0,5) 80 80 80 escoamento (MPa) resistncia (MPa)

Os parmetros das tabelas 4.2 e 4.3 so entradas para o clculo do diagrama FAD (Failure Assessement Diagram) apresentado na figura 4.4. A tabela 4.4 apresenta os resultados do diagrama FAD para os equipamentos analisados. O lugar geomtrico representado pelo par Kr e Lr fornece informao sobre o provvel modo de falha. Aproximando-se do lado esquerdo do diagrama tem-se o modo de falha colapso e do lado direito fratura. Descontinuidades que, aps o clculo, determinem pontos inclusos na figura (Kr < 1,0 e Lr < 1,55, na figura 4.4) so consideradas aceitveis, o caso contrrio inaceitvel. O parmetro fator de segurana do carregamento exemplifica a distncia entre o lugar geomtrico (Kr, Lr) e a curva do diagrama FAD. Valores inferiores a 1 identificam situaes crticas onde a falha pode ter ocorrido, valores

31

inferiores prem prximos a 1 identificam situaes prximas da falha e valores muito superiores a 1 apresentam situaes confortveis estruturalmente.

Fig. 4.4 Diagrama FAD tpico. A tabela 4.5 apresenta os equipamentos classificados como D conforme a tabela 3.1. A anlise do banco de dados seleciona 41 equipamentos com classificao D. Dez equipamentos classificados como D tratavam-se de tanques de armazenamento e no foram considerados nesta anlise. Tabela 4.4 Resultados do diagrama FAD para equipamentos classificados como E EquipamentoPercentual de ativao (%) Kr 0,235 0,232 0,323 0,221 0,276 0,248 0,251 0,337 0,247

ValoresLr 0,591 0,736 0,661 0,661 0,661 0,661 0,662 0,664 0,661 Fator de segurana do carregamento 1,994 1,669 1,669 1,850 1,741 1,790 1,783 1,644 1,793 10 71 65

Esfera (008) Vaso de presso (061) Vaso de presso (1203)

32

A anlise qualitativa dos dados apresentados na tabela 4.5 permite afirmar: 81% dos equipamentos classificados como D so reatores e vasos de presso. A figura 4.5 apresenta a distribuio por equipamentos; 71% dos equipamentos classificados como D apresentaram descontinuidades, quando inspecionados. A figura 4.6 ilustra este resultado; esferas, vasos de presso, reatores e coletores, quando inspecionados apresentaram descontinuidades; 70% dos vasos de presso inspecionados apresentaram descontinuidades.

Apenas trs equipamentos apresentados na tabela 4.5 tiveram o comprimento de suas descontinuidades dimensionado. O valor da altura das descontinuidades foi considerado igual a 2 mm para as descontinuidades superficiais; e, para descontinuidades internas, igual ao dimetro do furo cilndrico utilizado para a calibrao da sensibilidade do ensaio ultra-snico. A tabela 4.6 apresenta os equipamentos avaliados pela mecnica da fratura e os respectivos parmetros utilizados nos clculos. Os equipamentos foram calculados na condio carregamento esttico e nvel 2 da norma BS 7910. A tabela 4.3 apresenta os valores das propriedades mecnicas dos materiais utilizados nas anlises. Tabela 4.5 Equipamentos classificados como D no ensaio de emisso acsticaTipo e cdigo do equipamento Esfera (011) Esfera (014) Vaso de presso (28) Vaso de presso (052) Vaso de presso (062) Vaso de presso (089) Vaso de presso (128) Vaso de presso (141) Esfera (144) Ensaios no destrutivos US, PM PM, US Sem Sem PM e US Sem PM, US Sem US, PM e EV Dimensionamento de descontinuidades 760 mm, 190 mm, 100 mm, 430 mm, 15 mm, 200 mm, 60 mm Trincas Sem Sem Trincas, dimenses no informadas Sem Descontinuidades, dimenses no informadas Sem Tipo Comprimento profundidade TL na perna 400 mm 4 mm TL na perna 700 mm 4 mm TL na perna 700 mm 5 mm TL na perna 200 mm Passante 0 (zero) 0 (zero) Trincas, dimenses no informadas

Esfera (146) Vaso de presso (147) Reator (150)

PM, EV EV, PM US, EV, LP

33

Vaso de presso (168) Reator (170) Vaso de presso (1199) Reator (1200) Reator (1201) Vaso de presso (1204)

US, EV EV, US, PM US, LP, PM US, PM PM, US PM

Vaso de presso (1205) Sem Vaso de presso (1208) EV Reator (1212) EV, PM, US Vaso de presso (1213) US, LP Reator (1214) Sem Reator (1215) PM, US, LP Reator (1216) US, PM, LP Coletor (1220) US Esfera (1232) US, PM Vaso de presso (1233) US Vaso de presso (1234) Sem Vaso de presso (1235) Sem Vaso de presso (1236) PM, ACFM Nota: EV ensaio visual; LP lquidos penetrantes; PM partculas magnticas; US ultra-som; IE incluso de escria. FP falta de penetrao; DL dupla laminao; FF falta de fuso; TT trinca transversal; TL trinca longitudinal; FIPH fissurao induzida pelo hidrognio; RX radiografia; PO porosidade.

Descontinuidades Descontinuidades sem dimenses 0 (zero) Trincas, dimenses no informadas Trincas superficiais com comprimentos 6 mm, 3 mm e 3 mm, trincas internas com comprimentos 210 mm e 30 mm Diversas trincas com comprimentos 5 mm, 10 mm, 8 mm, 3 mm, 15 mm, 7 mm e 6 mm Sem Vazamentos 0 (zero) DL Sem Trincas, dimenses no informadas FF, IE, TL, dimenses no informadas 0 (zero) FP 0 (zero) Sem Sem Trincas, dimenses no informadas

A tabela 4.7 apresenta os resultados do diagrama FAD para os equipamentos classificados como D.

equipamentos classificados como "D" coletor 3%

esfera 16%

reator 26%

vaso de presso 55%

Fig. 4.5 Distribuio percentual de equipamentos ensaiados por emisso acstica classificados como D.

34

resultados da inspeo em equipamentos classificados como "D"



Fig. 4.6 Percentual de equipamentos classificados como D que apresentaram ou no apresentaram descontinuidades.

resultado da inspeo por equipamento classificado como "D" 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 esfera vaso de presso reator coletor

Fig. 4.7 Resultado percentual por equipamento classificado como D que apresentaram ou no apresentaram descontinuidades. A tabela 4.8 apresenta os equipamentos classificados como C conforme a tabela 3.1. Dezesseis equipamentos classificados como C pertenciam a classe tanques de armazenamento e no foram considerados nesta analise.

35

A anlise qualitativa dos dados apresentados na tabela 4.8 permite afirmar: 50% dos equipamentos classificados como C so vasos de presso e reatores. A figura 4.8 apresenta a distribuio por equipamentos; 60% dos equipamentos classificados como C apresentaram descontinuidades. A figura 4.9 apresenta este resultado; esferas, vasos de presso e reatores, quando inspecionados, apresentaram descontinuidades; 100% das esferas inspecionadas apresentaram descontinuidades, e; colunas e trocadores de calor no apresentaram descontinuidades.

A tabela 4.9 apresenta o equipamento classificado como C avaliado pela mecnica da fratura com os respectivos parmetros utilizados no clculo. Tabela 4.6 Equipamentos classificados como D avaliados pela mecnica da fraturaTipo e cdigo do equipamento Material Altura (mm) Esfera (011) ASTM A515 Gr70 2 2 2 2 2 2 2 Reator (1201) ASTM A516 Gr70 2 2 2 4,8 4,8 Vaso de presso ASTM A204 (1204) GrA 5 2 3,2 2 2 3,9 2 Comprimento (mm) 760 190 100 430 15 200 60 6 3 3 210 30 2 11 20 60 210 280 45 12 2000 60 Tratado termicamente 63,5 5000 175 Tratado termicamente Parmetros Espessura (mm) 64,6 Dimenso da Tenso seo (mm) 4000 membrana (MPa) 126 de Condio tratamento Tratado termicamente de

A tabela 4.10 apresenta os resultados do diagrama FAD para os equipamentos classificados como C.

36

A tabela 4.11 apresenta os equipamentos classificados como B conforme a tabela 3.1. Treze equipamentos classificados como B pertenciam a classe tanques de armazenamento e no foram considerados nesta anlise. A anlise qualitativa dos dados apresentados na tabela 4.11 permite afirmar: 64% dos equipamentos classificados como B so esferas. A figura 4.11 apresenta a distribuio por equipamentos; 75% dos equipamentos classificados como B apresentam descontinuidades. A figura 4.12 apresenta este resultado; esferas, quando inspecionadas, apresentaram descontinuidades; 100% das esferas apresentaram descontinuidades, e; vasos de presso no apresentaram descontinuidades.

Tabela 4.7 Resultados do diagrama FAD para equipamentos classificados como D EquipamentoPercentual de ativao (%) Kr 0,530 0,528 0,233 0,235 0,216 0,234 0,232

ValoresLr 0,595 0,591 0,591 0,593 0,591 0,591 0,591 0,685 0,684 0,684 0,729 0,697 0,254 0,248 0,276 0,267 0,277 0,336 0,264 Fator de segurana do carregamento 1,831 1,845 2,000 1,990 2,043 1,996 2,002 1,799 1,863 1,863 1,591 1,663 4,623 4,774 4,511 4,321 4,168 3,105 4,376 81

Esfera (011)

Reator (1201)

78

0,213 0,191 0,191 0,279 0,270

Vaso de presso (1204)

48

0,150 0,142 0,133 0,166 0,171 0,279 0,164

37

A tabela 4.12 apresenta o equipamento, classificado como B, avaliado pela mecnica da fratura e os respectivos parmetros utilizados nos clculos. A tabela 4.13 apresenta os resultados do diagrama FAD para o equipamento classificado como B. A tabela 4.14 apresenta os equipamentos classificados como A conforme a tabela 3.1. Dez equipamentos classificados como A pertenciam ao grupo identificado como tanques de armazenamento e no foram considerados nesta anlise. Tabela 4.8 Equipamentos classificados como C no ensaio de emisso acsticaTipo e cdigo do equipamento Reator (005) Vaso de presso (007) Esfera (009) Esfera (010) Esfera (012) Esfera (013) Reator (025) Reator (026) Vaso de presso (031) Coluna (033) Vaso de presso (037) Vaso de presso (040) Coluna (042) Coluna (055) Vaso de presso (058) Vaso de presso (063) Coluna (064) Esfera (067) Vaso de presso (072) Vaso de presso (073) Vaso de presso (090) Vaso de presso (140) Reator (152) Esfera (161) Coluna (165) Vaso de presso (167) Vaso de presso (169) Vaso de presso (1202) Esfera (1209) Reator (1210) Reator (1211) Trocador de calor (1217) Tubulao (1223) Tubulao (1224) Tubulao (1226) Tubulao (1228) Ensaios no destrutivos Sem Sem EV, ME EV, PM, US PM, US PM, US Sem Sem EV EV PM PM EV, PM Sem PM, US, LP EV EV Sem Sem US Sem PM, LP, US EV, PM, LP US PM, EV EV EV, LP Sem Sem LP Sem LP, US Sem Sem Sem Sem Dimensionamento de descontinuidades Sem Sem Sem Trincas superficiais e descontinuidades internas Descontinuidades Descontinuidades Sem Sem Corroso Corroso Zero Descontinuidades Corroso Sem IE, PO, segregaes Sem Sem Sem Sem Zero Sem Trinca Trinca Trinca com comprimento 55 mm e altura 1,2 mm Zero Trinca Zero Sem Sem Zero Sem Zero Sem Sem Sem Sem

38

Tubulao (1231) Sem Sem Nota: EV ensaio visual; ME medio de espessura, LP lquidos penetrantes; PM partculas magnticas; US ultra-som; IE incluso de escria; PO porosidade.

A anlise qualitativa dos dados apresentados na tabela 4.14 permite afirmar: 53% dos equipamentos classificados como A so vasos de presso. A figura 4.13 apresenta este resultado; 40% dos equipamentos classificados como A apresentaram descontinuidades, quando inspecionados. A figura 4.14 ilustra este resultado; esferas e vasos de presso, quando inspecionados apresentaram descontinuidades; 60% das esferas inspecionadas apresentaram descontinuidades, e; 100% das colunas inspecionadas no apresentaram descontinuidades.

equipamentos classificados como "C" tubulao 14% trocador de calor 3%

esfera 19%

reator 16%

coluna 14%

vaso de presso 34%

Fig. 4.8 Distribuio percentual de equipamentos ensaiados por emisso acstica e classificado como C. Apenas um equipamento apresentou dimensionamento do comprimento da

descontinuidade detectada. A tabela 4.15 apresenta o equipamento, classificado como A, avaliado pela mecnica da fratura e os respectivos parmetros utilizados nos clculos.

39

A tabela 4.16 apresenta os resultados do diagrama FAD para os equipamentos classificados como A. A tabela 4.17 apresenta os equipamentos que no apresentaram sinais significantes de emisso acstica conforme a tabela 3.1. Dois equipamentos classificados como no significativo pertenciam ao tipo tanque de armazenamento e no foram considerados nesta analise.

resultados da inspeo em equipamentos classificados como "C"



Fig. 4.9 Percentual de equipamentos classificados como C que apresentaram ou no apresentaram descontinuidades.

40

resultado da inspeo por equipamento classificado como "C" 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 esfera coluna vaso de presso reator trocador de calor

Fig. 4.10 Resultado percentual por equipamento classificado como C que apresentaram ou no apresentaram descontinuidades. Tabela 4.9 Equipamento classificado como C avaliado pela mecnica da fraturaTipo e cdigo do equipamento Material Altura (mm) Esfera (161) ASTM A516 Gr70 1,2 Comprimento (mm) 55 Parmetros Espessura (mm) 46,5 Dimenso da Tenso seo (mm) 4000 membrana (MPa) 22,6 kgf/cm2 de Condio tratamento Tratado termicamente de

Tabela 4.10 Resultados do diagrama FAD para equipamentos classificados como CEquipamento Esfera (161) Percentual de ativao (%) 10 Kr 0,236 Valores Lr 1,017 Fator de segurana do carregamento 1,236

Tabela 4.11 Equipamentos classificados como B no ensaio de emisso acsticaTipo e cdigo do equipamento Esfera (016) Esfera (019) Vaso de presso (049) Esfera (057) Vaso de presso (074) Esfera (091) Esfera (099) Esfera (139) Ensaios no destrutivos PM, US PM Sem Sem US Sem Sem EV Dimensionamento de descontinuidades descontinuidades TL Sem Sem Zero Sem Sem Sem

41

Esfera (160) Tubulao (1218) Tubulao (1225)

US Sem Sem

Trinca com 2,5 mm de altura e 180 mm de comprimentoSem Sem

A anlise qualitativa dos dados apresentados na tabela 4.17 permite afirmar: 59% dos equipamentos ensaiados so vasos de presso. A figura 4.16 apresenta a distribuio por equipamentos; 44% dos equipamentos ensaiados, quando inspecionados, apresentaram descontinuidades. A figura 4.17 ilustra este resultado; vasos de presso, esferas, tubulao e caldeiras apresentaram descontinuidades, quando inspecionadas; 100% das caldeiras inspecionadas apresentaram descontinuidades, e; 100% dos reatores e trocadores de calor no apresentaram descontinuidades.

equipamentos classificados como "B" tubulao 18%

vaso de presso 18% esfera 64%

Fig. 4.11 Distribuio percentual de equipamentos ensaiados por emisso acstica e classificados como B.

42

resultados da inspeo em equipamentos classificados como "B"



Fig. 4.12 Percentual de equipamentos classificados como B que apresentaram ou no apresentaram descontinuidades. Tabela 4.12 Equipamento classificado como B avaliado pela mecnica da fraturaTipo e cdigo do equipamento Material Altura (mm) 2,5 Comprimento (mm) 180 Parmetros Espessura Dimenso da Tenso de Condio (mm) seo (mm) membrana (MPa) tratamento 46,5 7817 217 Tratado termicamente de

Esfera (160)

ASTM A516 Gr70

Tabela 4.13 Resultados do diagrama FAD para equipamentos classificados como B EquipamentoEsfera (161)Percentual de ativao (%) 10 Kr 0,342

ValoresLr 1,018 Fator de segurana do carregamento 1,129

Tabela 4.14 Equipamentos classificados como A no ensaio de emisso acsticaTipo e cdigo do equipamento Reator (001) Vaso de presso (006) Esfera (015) Esfera (018) Coluna (034) Vaso de presso (036) Vaso de presso (041) Vaso de presso (045) Vaso de presso (053) Ensaios no destrutivos Sem Sem PM, US PM, US PM, EV Sem PM EV, PM Sem Dimensionamento de descontinuidades Sem Sem Descontinuidades Descontinuidades Zero Sem Zero Zero Sem

43

Esfera (059) Vaso de presso (065) Vaso de presso (076) Vaso de presso (086) Vaso de presso (136) Esfera (148) Esfera (154) Reator (1222)

US US EV EV PM, US US, PM PM, US Sem

Zero Zero Sem Sem Trinca 10 mm comprimento Trinca Zero Sem

Apenas

um

equipamento

apresentou

dimensionamento

do

comprimento

da

descontinuidade detectada para a classificao insignificante. A informao de espessura do equipamento inspecionado no pode ser recuperada no banco de dados, sendo assim, este equipamento no foi analisado segundo os critrios de mecnica da fratura.

equipamentos classificados como "A"

coluna 6%

reator 12%

esfera 29%

vaso de presso 53%

Fig. 4.13 Distribuio percentual de equipamentos ensaiados por emisso acstica classificados como A.

44

resultados da inspeo em equipamentos classificados como "A"



Fig. 4.14 Percentual de equipamentos classificados como A que apresentaram ou no apresentaram descontinuidades. O equipamento (registro 029) identificado como transformador no foi considerado nesta analise por se tratar de outra metodologia de trabalho.

resultado da inspeo por equipamento classificado como "A" 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 esfera coluna vaso de presso

Fig. 4.15 Resultado percentual por equipamento classificado como A que apresentaram ou no apresentaram descontinuidades. Tabela 4.15

45

Equipamento classificado como A avaliado pela mecnica da fraturaTipo e cdigo do equipamento Material Altura (mm) 2 Comprimento (mm) 10 Parmetros Espessura Dimenso da Tenso de Condio (mm) seo (mm) membrana (MPa) tratamento 12,5 1250 25 Tratado termicamente de

Vaso de presso ASTM A285 (136) C

Tabela 4.16 Resultados do diagrama FAD para equipamentos classificados como A EquipamentoVaso de presso (136)Percentual de ativao (%) 605 Kr 0,09

ValoresLr 0,128 Fator de segurana do carregamento 9,831

Diversas anlises podem ser estabelecidas com os dados coletados. Anlises podem ser efetuadas considerando a quantidade de equipamentos contendo ou no descontinuidades, a anlise por tipo de equipamento e anlises considerando os resultados de mecnica da fratura. Tabela 4.17 Equipamentos classificados como no significativos no ensaio de emisso acsticaTipo e cdigo do equipamento Vaso de presso (002) Vaso de presso (003) Vaso de presso (004) Esfera (017) Esfera (021) Esfera (022) Tubulao (027) Vaso de presso (043) Vaso de presso (047) Vaso de presso (048) Vaso de presso (051) Vaso de presso (054) Vaso de presso (056) Esfera (060) Vaso de presso (066) Vaso de presso (068) Vaso de presso (069) Vaso de presso (070) Vaso de presso (071) Vaso de presso (075) Vaso de presso (077) Vaso de presso (078) Tubulao (079) Vaso de presso (080) Vaso de presso (081) Vaso de presso (082) Vaso de presso (083) Vaso de presso (084) Ensaios no destrutivos Sem Sem Sem PM, US US, PM US, PM LP, EV EV, PM PM EV Sem LP, EV LP, PM EV EV Sem Sem Sem Sem EV Sem Sem Sem Sem Sem EV, US, PM EV Sem Dimensionamento de descontinuidades Sem Sem Sem Descontinuidades FF, TL, indicaes superficiais TL, FF Zero Corroso Zero Sem Sem Sem Zero Sem Sem Sem Sem Sem Sem Sem Sem Sem Sem Sem Sem Descontinuidades Sem Sem

46

Vaso de presso (085) Tubulao (098) Vaso de presso (125) Vaso de presso (131) Reator (135) Reator (137) Caldeira (143) Trocador de calor (164) Tubulao (1221) Tubulao (1227) Tubulao (1229) Tubulao (1230) Esfera (1237) Esfera (1238) Esfera (1240)

EV US EV EV EV, PM, LP EV, LP, PM EV, PM, LP EV, US LP Sem Sem Sem PM, US PM, EV PM

Sem Trinca, FF, FP Sem Sem Zero Zero Trinca 15 mm de comprimento Zero TR Sem Sem Sem Zero Zero FF

A figura 4.19 apresenta o resultado geral por grau de classificao.

equipamentos classificados como "insignificante" trocador de calor caldeira 2% reator2% 5% tubulao 16%

vaso de presso 59% esfera 16%

Fig. 4.16 Distribuio percentual de equipamentos ensaiados por emisso acstica classificados como insignificante.

47

resultados da inspeo em equipamentos classificados como "insignificante"

descontinuidades 44% sem descontinuidades 56%

Fig. 4.17 Percentual de equipamentos classificados como insignificante que apresentaram ou no apresentaram descontinuidades. A inflexo percebida para a classe B pode ser explicada pela pequena quantidade de inspeo complementar realizada nestes equipamentos.

resultado da inspeo por equipamento classificado como "insignificante" 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 vaso de presso esfera tubulao reator caldeira trocador de calor

Fig. 4.18 Resultado percentual por equipamento classificado como no significativo que apresentaram descontinuidades.

48

resultado por grau de classificao 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 E D C B A Insignificante

Fig. 4.19 Resultado por grau de classificao dos equipamentos inspecionados. A figura 4.20 apresenta o resultado da comparao entre o critrio MONPAC e Mecnica da Fratura.

resultados de classificao MONPAC versus Mecnica da Fratura 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 0,5 1 Lr 1,5 2 Kr "E" "D" "C" "B" "A"

Fig. 4.20 Comparao critrio MONPAC e Mecnica da Fratura. No existe uma separao clara entre os lugares geomtricos dos graus mais crticos (E e D) e os menos crticos (A, B e C). Isto tambm pode ser explicado pela

49

pequena quantidade de valores disponveis para os equipamentos classificados como C, B ou A. A tabela 4.18 apresenta quantidade de equipamentos analisados qualitativamente. Podese notar que apenas as categorias: esfera e vaso de presso, apresentaram equipamentos em todas as classificaes do critrio de anlise MONPAC. Tabela 4.18 Equipamentos analisados qualitativamenterea E rea D rea C rea B rea A Insignificante esfera coluna vaso de presso reator trocador de calor tubulao coletor caldeira 1 6 6 1 1 1 5 10 7 1 4 1 7 2 1 3 1 5 1 4 6 6 2 1 3 1

A anlise qualitativa por categoria de equipamento e classificao MONPAC apresenta o resultado descrito na tabela 4.19. Tabela 4.19 Resultado percentual da presena de descontinuidades por tipo de equipamento e classificao MONPACesfera coluna vaso de presso reator trocador de calor tubulao coletor caldeira rea E 100 67 100 100 100 0 rea D 80 70 86 100 rea C 100 0 57 50 0 rea B 100 0 rea A 60 0 25 Insignificante 67 17 0 0 67 100

As figuras 4.21a e 4.21b apresentam o resultado por grau de classificao para as categorias esfera e vaso de presso, respectivamente. Para equipamentos da categoria vasos de presso existe uma relao entre classificao do ensaio de emisso acstica e presena de descontinuidades.

50

resultado por grau de classificao - esfera 100 80 60 40 20 0

(b)resultado por grau de classificao - vaso de presso 100 80 60 40 20 0

E

B ar ea

ar ea In A si gn ifi ca nt e

D ar ea

ar ea

ar ea

C

E

B ar ea

(a) Fig. 4.21 Resultado por grau de classificao dos equipamentos inspecionados: (a) esferas; (b) vasos de presso. A figura 4.22 apresenta o resultado da comparao entre o critrio MONPAC e Mecnica da Fratura para equipamentos da categoria esfera. A figura 4.23 apresenta o resultado da comparao entre o critrio MONPAC e Mecnica da Fratura para equipamentos da categoria vasos de presso. Pode-se notar que os dados obtidos na anlise das descontinuidades em vasos de presso apresentam um padro mais prximo do esperado, ou seja, a crescente gradao de criticidade de A at E tambm se faz presente quando os conceitos de mecnica da fratura so utilizados.

Esfera - comparao MONPAC x Mecnica da Fratura 2 1,8 1,6 1,4 1,2 Kr 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 0,5 1 Lr 1,5 2 "E" "D" "C" "B"

Fig. 4.22 Comparao critrio MONPAC e Mecnica da Fratura para equipamentos da categoria esfera.

In A si gn ifi ca nt e

D

ar ea

C

ar ea

ar ea

ar ea

51

Vasos de presso - comparao MONPAC x Mecnica da Fratura 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 0,5 1 Lr 1,5 2

"E" "D" "A"

Fig. 4.23 Comparao critrio MONPAC e Mecnica da Fratura para equipamentos da categoria vasos de presso.

Kr

52

ConclusesOs dados coletados em 210 ensaios de emisso acstica realizados no sistema PETROBRAS analisados e apresentados neste relatrio permitiram o estabelecimento de concluses e recomendaes. Foram analisados 157 equipamentos (53 equipamentos eram tanques de

armazenamento). Dos 157 equipamentos analisados, apenas nove equipamentos tiveram suas descontinuidades dimensionadas em duas (comprimento e profundidade) ou trs direes (comprimento, altura e profundidade). Estes nove equipamentos continham 31 descontinuidades. As anlises efetuadas e apresentadas no captulo 4 permitem concluir que: existe uma relao entre o critrio MONPAC e a presena de descontinuidades nos equipamentos ensaiados, ou seja, quase todos os equipamentos classificados como E apresentam descontinuidades enquanto que menos da metade dos equipamentos classificados como A apresentaram descontinuidades; a anlise de mecnica da fratura apresentou incongruncias em relao ao estabelecido no item anterior. No existe uma separao clara entre as classificaes MONPAC. A pequena quantidade de dados para a realizao desta anlise, principalmente nas categorias B e C podem ser a causa deste resultado; os equipamentos das categorias esfera e vaso de presso apresentam resultados em todas as classificaes MONPAC, sendo assim, fornecem o conjunto para anlise de dados; equipamentos do tipo esfera no apresentaram diferenas significativas da presena de descontinuidades quando comparados com o resultado do critrio MONPAC; equipamentos do tipo vaso de presso apresentaram diferenas significativas da presena de descontinuidades quando correlacionados com a classificao do critrio MONPAC, ou seja, todos os equipamentos classificados como E continham descontinuidades e apenas dos equipamentos classificados como A continham descontinuidades;

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a anlise de mecnica da fratura para os equipamentos do tipo esfera apresenta equipamentos classificados como B e C com maior criticidade que os equipamentos classificados como D e E, este resultado no era esperado, porm deve-se ressaltar a pequena quantidade de dados para a anlise dos equipamentos classificados como B e C;

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a anlise de mecnica da fratura para os equipamentos do tipo vaso de presso apresenta aumento de criticidade das descontinuidades quando comparada com a classificao MONPAC, ou seja, descontinuidades dimensionadas em equipamentos classificados como E pelo critrio MONPAC so mais crticas que as descontinuidades detectadas e dimensionadas em equipamentos classificados como A pelo critrio MONPAC;

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em funo do exposto acima conclui-se que o ensaio de emisso acstica apresenta melhor resultado na inspeo de vasos de presso; a tcnica de inspeo com emisso acstica pode ser empregada na seleo de equipamentos e regies para inspeo no destrutiva complementar.

Recomenda-se: aumentar a quantidade de equipamentos do banco de dados; a inspeo no destrutiva complementar deve fornecer todas as dimenses das descontinuidades detectadas nos equipamentos inspecionados aps o ensaio de emisso acstica. Estas dimenses so necessrias para o estabelecimento da correlao entre mecnica da fratura e emisso acstica;

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emissão acústica em análise de falhas

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