1.0 Apresentação

O ensaio de Iris é uma técnica utilizada para inspeção de tubos de trocadores de calor e de caldeiras, onde são realizadas medições de espessura através apenas do acesso interno do tubo. Os resultados obtidos podem ajudar a complementar um relatório de integridade do equipamento, fornecendo maiores detalhes sobre sua vida remanescente e vem proporcionar a viabilidade de se inspecionar estes equipamentos, possibilitando a detecção de defeitos como pites e alvéolos na superfície interna e externa com grande confiabilidade.

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2.0 Justificativa

O trabalho a seguir tem como o objeto a pesquisa e definição sobre o conceito do ensaio não destrutivo de IRIS - Internal Rotary Inspection System, fazendo com que o grupo crie um conceito sobre esse tipo de ensaio não destrutivo, de forma que amplie seus horizontes referentes à a área de ensaio de materiais que futuramente quando estiver no mercado de trabalho não tenha problemas referentes a esse conceito.

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3.0 Desenvolvimento

3.1.1 Introdução

Em 1992, a BBL - BUREAU BRASILEIRO introduziu no Brasil, a técnica do ensaio IRIS, que por sua vez já era utilizado nos estados Unidos e Europa desde 1979.Esta técnica foi desenvolvida por engenheiros e técnicos da SHELL, que necessitavam ter uma maneira de inspecionar os tubos dos trocadores de calor de suas Refinarias. O primeiro protótipo ficou pronto em 1977, e versão final em 1979.Como a execução deste tipo de serviços não era o objetivo da companhia, a tecnologia foi repassada a várias empresas, entre elas a PAN AMERICAN, e a partir daí o uso da técnica se difundiu rapidamente.Com o passar dos anos os equipamentos foram evoluindo passando de analógicos a digitais, acompanhando o desenvolvimento dos computadores, tanto em nível de hardware como de software.

3.1.2 Técnica de IRIS

O Ensaio Iris é uma técnica ultrassônica que emprega o princípio convencional de pulso eco para medição de espessuras, porém são utilizados novos métodos para apresentação dos resultados das medições. Todas as medições, feitas durante a varredura circunferencial completa do tubo, são mostradas na tela do computador, produzindo imagens retangulares ou circulares em tempo real. Esta metodologia permite a medição de espessuras remanescentes menores de 0,5 mm em condições especiais. O Ensaio Iris informa com precisão as condições reais do tubo.

3.1.3 Método de IRIS

O princípio de operação do sistema é baseado na técnica ultrassônica de pulso eco para medição de espessura. O transdutor converte o pulso elétrico em ultrassom (US). Devido ao fato da transferência do US do meio sólido para gasoso ser extremamente ineficiente, é utilizada água como meio de transmissão. O pulse eco é transmitido através da água até a parede interna do tubo, onde a maior parte da energia sônica é refletida de volta ao transdutor. Uma pequena parte (aproximadamente 10%) é transmitida através da parede do tubo e é em grande parte refletida na parede externa do tubo em direção à parede interna. Novamente uma pequena parte do sinal é transmitida para a água e retorna ao transdutor.Os dois pulsos refletidos (o 1° da parede interna e o 2° da parede externa do tubo) retornam ao transdutor e geram sinais elétricos, que são defasados pelo tempo necessário para o US percorrer a distância parede interna - externa - interna, isto é, duas vezes a espessura.

Como este tempo é proporcional à distância percorrida pelo US, a espessura pode ser determinada, medindo-se a defasagem do tempo entre a 1ª reflexão (parede interna) e a 2°ª reflexão (parede externa). Isto é feito eletronicamente (Figura: 1).

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3.1.4 Preparação da Superfície

A preparação da superfície deve ser executada de modo a obter-se um sinal resposta (apresentação do aparelho) com no mínimo 70% de nitidez para permitir avaliação da superfície externa do tubo, condição essa mantida em todo o trecho do comprimento do tubo considerado inspecionado (Figura 3). Através de hidrojateamento com pressões medianas de 10.000 psi. Na Europa, Ásia e América do Norte há alguns anos já são utilizados equipamentos automáticos e semiautomáticos para limpeza interna e externa de feixes tubulares. Utilizando estes equipamentos são atingidos altos padrões de qualidade na limpeza, boa proteção para os operadores (hidrojatistas) e menor consumo de água. Estes equipamentos podem atingir pressões de 40.000 Psi (2.720 Kgf/cm²) para limpeza interna de tubos.

3.1.5 Acessórios Utilizados

Transdutor:

O transdutor a ser usado deve ser do tipo normal com onda longitudinal apropriado para a faixa de espessura, com frequência de 10 ou 15 MHz.

Dispositivo centralizador.

Será selecionado em função do diâmetro interno do tubo a ser ensaiado.

Em alguns casos o uso do dispositivo centralizador é dispensado, pois em função do diâmetro interno do tubo é possível a utilização de fita adesiva para manter o conjunto centralizador. Normalmente esta técnica é utilizada para diâmetros menores do que 1" (25,4 mm)

Turbina.

Será selecionada em função do diâmetro interno do tubo a ser ensaiado.

Sistema de fornecimento de água.

Este sistema é composto de:

- Bomba;- Regulador de pressão;- Filtro.

3.1.6 Técnica de Varredura

A avaliação dos tubos durante a inspeção deve ser executada quando da retirada da sonda a partir da extremidade oposta a qual foi inserida, numa velocidade máxima de 2,5 m/min. A fim de se obter uma melhor qualidade de imagem deve-se buscar o

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máximo de centralização possível do transdutor em relação à circunferência do tubo inspecionado.

3.1.7 Qualidade do Sinal

A apresentação do sinal na tela do aparelho deverá ter no mínimo 70% de nitidez para permitir a avaliação da superfície externa do tubo, condição esta mantida em todo comprimento do tubo considerado inspecionado. Esta apresentação também deverá manter uma boa linearidade vertical.Bolhas de ar e partículas em suspensões devem ser evitadas pois são prejudiciais a uma boa imagem na tela. A presença de bolha deve ser evitada através da purga periódica do filtro de água. O efeito de partículas em suspensão deve ser reduzido com instalação de um filtro na tubulação de água para enchimento dos tubos.Quando o tubo se torna muito fino, o eco de fundo não retorna mais ao espelho, ocorrendo perda de sinal com linhas continuando do lado direito da tela após o sinal da parede externa do tubo. A mínima espessura será medida interpolando-se a posição do sinal da parede externa do tubo.Quando o tubo apresentar superfície interna limpa, com a imagem distorcida e o eco da parede externa não retornando, pode ocorrer que a mola do dispositivo centralizador esteja atuando com pouca força e o eixo da turbina afastado em demasia do eixo do tubo. Nesta situação o feixe ultrassônico não atinge a parede interna do tubo perpendicularmente e em consequência a perda de sinal na tela. Nesta situação deve-se aumentar a pressão das molas do dispositivo centralizador, mantendo-se o eixo da turbina o mais coincidente possível com eixo do tubo.

3.1.8 Vantagens e Desvantagens do Ensaio de IRIS

Entre as principais vantagens do Ensaio podemos destacar:

Detecta corrosão, abrasão, pitting e furos; Mede pits até 2,0 mm de diâmetro; Mede espessuras remanescentes menores que 0,5 mm; Inspeciona tubos de 9 a 100 mm de diâmetro externo; Evita despesas com paradas não programadas devido às falhas nos tubos; Passa pelas curvas dos tubos de caldeira; Possibilita a verificação da espessura na tela; Inspeciona tubos ferrosos e não ferrosos, sem restrições.

Como desvantagem pode-se citar:

É necessário um processo de limpeza bastante apurado dos tubos; Não detecta furos ou pits com diâmetro menores que 2 mm Não detecta trincas; Não é possível a indicação da espessura em curvas.

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3.1.9 Novos Desenvolvimentos

Avanço Automático da Sonda

Permite o avanço da sonda de forma automática, inclusive indicando a posição de menor espessura quando recebe o comando vindo do teclado. Este dispositivo deve ser utilizado com a máquina digital e possibilita que o ensaio seja executado com um operador somente.

Turbina Imersa a Óleo

O seu objetivo é evitar o enchimento dos tubos com água, principalmente no caso em que os tubos não podem ter contato com a água.

Cabeçotes Adaptado para Detecção de Trincas

Este desenvolvimento é de maior complexidade pois busca agregar ao ensaio uma ferramenta importante que é a determinação de defeitos lineares, como trincas. A maior dificuldade está no fato de que os cabeçotes atuais emitem feixes sônicos normais e para que possam detectar os defeitos citados, eles devem emitir feixes em ângulos previamente determinados. Os pulsos gerados deverão ser “traduzidos” para o computador poder interpretar os resultados de espessura e defeitos lineares.

3.2.0 Normas Técnicas

NBR Título Publicação

NM 335 Ensaios não destrutivos – Ultrassom – Terminologia 16/08/2012

15549 Verificação da aparelhagem de medição de espessurade parede para inspeção subaquática

14/01/2008

15955 Verificação dos instrumentos de ultrassom 15/03/2011

15357 Ultrassom em solda – Procedimento 30/04/2006

8862Inspeção ultrassônica de soldas longitudinais e em espiral

31/05/1985

3.2.1 Trocadores de Calor

Trocadores de calor são equipamentos que realizam a troca térmica entre dois fluidos ou entre um fluido e o ambiente. Esta definição apesar de ampla, usualmente não inclui equipamentos como fornos, caldeiras, torres de resfriamento ou colunas de separação, pois, apesar destes também realizarem troca de calor entre fluidos, possuem queima de combustível (componentes expostos a chamas) ou troca simultânea de calor e massa. Desta forma, os trocadores de calor podem ser definidos, de forma mais restritiva, como equipamentos não sujeitos a chamas, onde dois ou mais fluidos realizam troca de calor, sem que ocorra contato direto entre os

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fluidos, em condições normais de operação. Trocadores de calor estão presentes em diversos sistemas, tais como o corpo humano, automóveis, computadores, usinas de energia, indústrias em geral e sistemas de aquecimento e resfriamento residenciais. (Figura 5)

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4.0 Conclusão

O Ensaio Iris é uma técnica que já está disseminada como uma excelente ferramenta para a inspeção de tubos de trocador de calor e caldeiras, bem como as técnicas de Correntes Parasitas e Campo Remoto. O uso desta tecnologia tem possibilitado aos contratantes aperfeiçoar as paradas dos equipamentos, bem como acompanhar a taxa de corrosão e deterioração dos mesmos, aumentando o tempo de utilização, com significativo ganho de produção, com maior segurança. A Petrobras já desenvolveu e está realizando a qualificação e certificação dos profissionais que executam este tipo de Ensaio, o que sem dúvida, irá aumentar o nível de confiabilidade do Ensaio, como também possibilitar o treinamento de novos profissionais nesta técnica.

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5.0 Referências Bibliográficas

Documentos Eletrônicos

ENSAIO IRIS: Uma Ferramenta para Avaliação da Integridade Estrutural e Avaliação da Vida Útil de Trocadores de Calor e Caldeiras, disponível na internet: http://www.aaende.org.ar/sitio/biblioteca/material/ensayoiris.pdf

ABENDI (Associação Brasileira de Ensaios Não Destrutivos e Inspeção): Disponibilização de laudos e arquivos técnicos através da biblioteca. Disponível na internet via correio eletrônico biblioteca@abendi.org.br. Arquivos consultados.

ABENDI (Associação Brasileira de Ensaios Não Destrutivos e Inspeção), Guia de END e inspeção, 2007. Disponível em: http://www.abendi.org.br/down2/GUIA_END_2007.pdf

Petrobras, Procedimento de END- Ultrassom, IRIS – UR-N2-IR. Disponível no site: http://www.petrobras.com.br/canalfornecedor/portugues/pdf/E-QP-EUS-009-rev-A-site.pdf

Vídeo retirado do youtube, Internal Rotary Inspection System (IRIS), 2011. Disponível em: http://www.youtube.com/watch?v=Lp1jVGRGEfQ

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6.0 Anexos

Figura 1: Representação da sonda.

Figura 2: Representação do conjunto da sonda com o centralizador.

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Figura 3: Limpeza adequada do tubo.

Figura 4: Operador executando limpeza por Hidrojateamento.

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Figura 5: Representação de um Trocador de Calor.

Figura 6: Trocador de Calor.

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