universidade federal de minas gerais programa de …livros01.livrosgratis.com.br/cp140889.pdf ·...

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM

ENGENHARIA MECÂNICA

APLICAÇÃO DA TÉCNICA DE EMISSÃO

ACÚSTICA NA DETECÇÃO DE DANOS POR CORROSÃO

ALVÉOLAR EM CHAPA DE AÇO CARBONO

JANCLER ADRIANO PEREIRA NICÁCIO

Belo Horizonte, 23 de fevereiro de 2010.

Livros Grátis

http://www.livrosgratis.com.br

Milhares de livros grátis para download.

ii


APLICAÇÃO DA TÉCNICA DE EMISSÃO


ALVÉOLAR EM CHAPA DE AÇO CARBONO

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação

em Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Minas

Gerais, como requisito parcial à obtenção do título de Mestre

em Engenharia Mecânica.

Área de concentração: Processos de Fabricação

Orientador: Prof. Dr. Alexandre Queiroz Bracarense

Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)

Belo Horizonte

Escola de Engenharia da UFMG

2010

iii

Universidade Federal de Minas Gerais Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica Av. Antônio Carlos, 6627 – Pampulha – 31.270-901 – Belo Horizonte – MG Tel.: +55 31 3409-5145 – Fax.: +55 31 3409-3783 www.demec.ufmg.br – E-mail: [email protected]

“APLICAÇÃO DA TÉCNICA DE EMISSÃO


ALVÉOLAR EM CHAPA DE AÇO CARBONO”


Dissertação defendida e aprovada em 23 de fevereiro de 2010, pela Banca

Examinadora designada pelo Colegiado do Programa de Pós-Graduação em

Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Minas Gerais, como parte dos

requisitos necessários à obtenção do título de “Mestre em Engenharia Mecânica”,

na área de concentração de “Processos de Fabricação”.

Prof. Dr. Alexandre Queiroz Bracarense – UFMG - Orientador

Prof. Dr. Nilton da Silva Maia – CEFET/MG – Examinador

Dr. Hermano Cezar Medaber Jambo – PETROBRAS – Examinador

iv

À minha família.

v

AGRADECIMENTOS

A Deus pela vida;

A meus pais pelo incentivo e apoio durante todo o curso;

Em especial, ao meu pai, pelas idas e vindas à refinaria neste período;

A minha irmã pelo exemplo de determinação;

Aos meus avós (in memorian) pela lembrança de bons momentos;

A minha namorada pelo carinho e compreensão na realização deste trabalho;

Aos professores Alexandre Queiroz Bracarense e Nilton da Silva Maia pelo apoio e

dedicação na orientação deste trabalho;

Ao funcionário Sérgio Luiz de Assis pela ajuda na parte de informática;

Ao colega Rodrigo Sacramento da LNDC/COPPE/UFRJ pela ajuda nos

experimentos;

A PASA, em especial ao Srs. Pedro Feres, Amauri dos Santos e Renato Zandona

pelo aconselhamento técnico durante a realização dos ensaios;

Aos colegas da Petrobras, Sérgio Damasceno Soares e Hermano Cezar Jambo por

longas discussões técnicas;

A equipe de inspeção de equipamentos da refinaria Gabriel Passos – REGAP por

permitir a realização deste trabalho;

A todos aqueles que contribuíram para a execução deste trabalho.

Meus sinceros agradecimentos.

vi

“A maravilhosa disposição e harmonia do universo só podem ter tido

origem segundo o plano de um ser que tudo sabe e tudo pode. Isso fica

sendo a minha última e mais elevada descoberta.”

Sir Isaac Newton (1642-1727)

“A mente que se abre a uma nova idéia jamais volta ao seu tamanho

original.”

Albert Einstein (1879-1955)

vii

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 01

1.1 Considerações iniciais .................................................................................. 01

1.2 Conteúdo do trabalho .................................................................................... 03

1.3 Justificativa ................................................................................................... 04

1.4 Objetivo ......................................................................................................... 05

1.5 Hipóteses e variáveis .................................................................................... 05

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................. 06

2.1 Corrosão ........................................................................................................ 06

2.1.1 Conceitos iniciais sobre corrosão ......................................................... 06

2.1.2 A formação da camada de óxidos ........................................................ 09

2.1.3 Diagramas de equilíbrio ........................................................................ 10

2.1.4 Classificação da corrosão ..................................................................... 11

2.1.5 Técnicas de monitoramento de corrosão ............................................. 14

2.2 A técnica de emissão acústica ...................................................................... 16

2.2.1 Introdução ao método de inspeção por emissão acústica .................... 16

2.2.2 Características do sinal de emissão acústica ....................................... 18

2.2.3 Ruídos no ensaio de emissão acústica e possíveis soluções .............. 20

2.2.4 Fontes de emissão acústica ................................................................. 21

2.2.5 Conceito de ondas acústicas ................................................................ 22

2.2.6 Parâmetros dos sinais de emissão acústica ......................................... 27

2.2.7 Sensores para detecção de sinais de emissão acústica ...................... 30

2.2.8 A calibração dos sensores e técnicas de localização de fontes ........... 32

2.2.9 Emissão acústica aplicada a danos por corrosão ................................ 34

viii

3. METODOLOGIA ................................................................................................... 40

3.1 Material ................................................................................................... 40

3.2 Corpos-de-prova ...................................................................................... 41

3.3 Célula de corrosão ................................................................................... 42

3.4 Solução química utilizada ........................................................................ 42

3.5 Equipamento de medição de espessuras por ultra-som ......................... 42

3.6 Equipamento de medição de alvéolos ..................................................... 43

3.7 Equipamento utilizado para os ensaios por emissão acústica ............... 44

3.8 Preparação dos ensaios e calibração da aparelhagem ........................... 45

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................ 47

4.1 Resultados da avaliação visual e metalográfica ...................................... 47

4.2 Resultados dos ensaios da medição de profundidade de alvéolos ......... 51

4.3 Resultados da medição de espessura por ultra-som .............................. 57

4.4 Resultados dos ensaios de emissão acústica ......................................... 63

4.4.1 Análise do gráfico de energia acumulada versus tempo ........... 64

4.4.2 Análise do gráfico de hits acumulado versus tempo ................. 68

4.4.3 Análise do gráfico de contagem acumulada versus tempo ........ 72

4.4.4 Análise do gráfico de amplitude versus tempo .......................... 76

4.4.5 Análise do gráfico de contagem acumulada versus amplitude .. 80

5. CONCLUSÃO ....................................................................................................... 83

6. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ................................................... 85

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 86

GLOSSÁRIO ............................................................................................................ 92

APÊNDICES ........................................................................................................... 100

ANEXOS ................................................................................................................. 105

ix

NOMENCLATURA

Letras Latinas

Al = Alumínio

B = Constante de decaimento (maior que zero)

cm = Centímetro

Cr = Cromo

CL = Velocidade de propagação longitudinal da onda no material

CT = Velocidade de propagação transversal da onda no material

CR: Coeficiente de reflexão

CT = Coeficiente de transmissão

D = Diâmetro

dB = Decibel

e- = Elétron

e = Espessura do corpo-de-prova

E = Módulo de elasticidade do material

f = freqüência de ressonância

Fe = Ferro

Fpite = Fator de pite

H = Hidrogênio atômico

H2 = Hidrogênio molecular

Hz = Hertz

I = Intensidade de onda

I0 = Intensidade de onda de referência

in = Polegada

L = Comprimento do corpo de prova

log = Logaritmo

M = Metal

m = Metro

mm = Milímetro

Mn = Manganês

x MPa = Megapascal

N33 = Constante de freqüência axial

Np = Constante de freqüência planar

O2 = Gás oxigênio

OH = Hidroxila ou Oxidrila

ºC = Graus Celsius

P = Fósforo

Pa = Pascal

pH = Potencial de hidrogênio

Pm = Valor médio dos cinco pites mais profundos

Pmp = Pite de maior profundidade

R = Distância da fonte

R2 = Coeficiente de correlação entre variáveis

t = Tempo

tc = Espessura do cristal

V = Sinal na saída do sensor (em volts)

v = Velocidade da onda no meio

V0 = Voltagem inicial do sinal (em volts)

vs = Velocidade do som

Z = Impedância acústica do meio

Letras Gregas

υ = Módulo de Poisson

ρ = Massa específica

φ = Ângulo de incidência e de refração do meio

ω = Freqüência angular

λ = Comprimento de onda

∆t = Variação de tempo

xi

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 – Domínio de estabilidade termodinâmica para o sistema Fe-H2O ........ 10

FIGURA 2 – Sinal típico de emissão acústica .......................................................... 19

FIGURA 3 – Formação de uma onda de emissão acústica ..................................... 19

FIGURA 4 – Caminhos percorridos pelo som em um vaso de pressão ................... 24

FIGURA 5 - Reflexão das ondas .............................................................................. 24

FIGURA 6 – Ondas incidentes, refletida e refratada entre dois meios ..................... 25

FIGURA 7 – Onda longitudinal incidente e a transformação de modo da onda ...... 26

FIGURA 8 - Sinal de emissão acústica e seus principais parâmetros ..................... 27

FIGURA 9 – Desenho da forma de onda de um sinal de emissão acústica ............ 29

FIGURA 10 - Componentes típicos de um sensor de emissão acústica .................. 30

FIGURA 11 – Sensor de emissão acústica e prendedor tipo magnético ................. 30

FIGURA 12 – Processo corrosivo em meio ácido: reações anódicas e catódicas ... 37

FIGURA 13 – Esquema representativo do ensaio Tankpac em fundo de tanques .. 37

FIGURA 14 - Corpos-de-prova usados no ensaio de emissão acústica .................. 41

FIGURA 15 – Célula de corrosão utilizada nos experimentos ................................. 42

FIGURA 16 – Aparelho de medição de espessura utilizado nos ensaios ................ 43

FIGURA 17 – Aparelho de medição de alvéolos....................................................... 44

xii FIGURA 18 – Equipamento de emissão acústica com seus acessórios .................. 45

FIGURA 19 – Corpo de prova 01 após os ensaios de laboratório............................ 48

FIGURA 20 – Detalhe dos alvéolos no corpo de prova 01 da figura 19. [40x] ...... 48





FIGURA 25 – Quebra da ponta de grafite ................................................................ 96

FIGURA 26 – Micrografia CP 01 - Ataque: Nital 2%. Aumento de 200 vezes ....... 100

FIGURA 27 – Micrografia CP 01 - Ataque: Nital 2%. Aumento de 400 vezes........ 100





FIGURA 32 – Certificado de análise química da solução de cloreto férrico........... 105

FIGURA 33 – Certificado de análise química da solução após ensaios................. 106

FIGURA 34 – Certificado de análise química dos óxidos de corrosão .................. 106

FIGURA 35 – Parâmetros usados na aquisição de dados (MISTRAS 2001) ........ 107

xiii

LISTA DE GRÁFICOS

GRÁFICO 1 – Distribuição da profundidade alvéolar - CP01 ................................... 52



GRÁFICO 4 – Resultados da medição de espessura por ultra-som – CP01 ........... 58



GRÁFICO 7 – Distribuição da perda de espessura .................................................. 62

GRÁFICO 8 – Profundidade alvéolar X Energia Acumulada X Tempo – CP01 ....... 64

GRÁFICO 9 - Profundidade alvéolar X Energia Acumulada X Tempo – CP02 ....... 64

GRÁFICO 10 - Profundidade alvéolar X Energia Acumulada X Tempo – CP03 ..... 65

GRÁFICO 11 - Perda de espessura X Energia Acumulada X Tempo – CP01 ........ 65



GRÁFICO 14 - Energia Acumulada X Tempo .......................................................... 67

GRÁFICO 15 - Profundidade alvéolar X Hits Acumulado X Tempo – CP01 ............ 68



GRÁFICO 18 - Perda de espessura X Hits Acumulado X Tempo – CP01 ............... 69

GRÁFICO 19 - Perda de espessura X Hits Acumulado X Tempo – CP02 ............... 70

xiv GRÁFICO 20 - Perda de espessura X Hits Acumulado X Tempo – CP03 ............... 70

GRÁFICO 21 - Número Acumulado de Hits X Tempo ............................................. 71

GRÁFICO 22 - Profundidade alvéolar X Contagem Acumulada X Tempo – CP01 . 72



GRÁFICO 25 - Perda de espessura X Contagem Acumulada X Tempo – CP01 .... 73



GRÁFICO 28 - Contagem Acumulada X Tempo ...................................................... 75

GRÁFICO 29 - Profundidade alvéolar X Amplitude X Tempo – CP01 ..................... 76



GRÁFICO 32 - Perda de espessura X Amplitude X Tempo – CP01 ........................ 77



GRÁFICO 35 - Amplitude X Tempo ......................................................................... 79

GRÁFICO 36 – Contagem Acumulada versus Amplitude – CP01 ........................... 80

GRÁFICO 37 – Contagem Acumulada versus Amplitude – CP02 ........................... 80

GRÁFICO 38 - Contagem Acumulada versus Amplitude – CP03 ............................ 81

GRÁFICO 39 - Contagem Acumulada versus Amplitude ......................................... 81

xv

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 – Velocidades sônicas de alguns materiais ............................................ 23

TABELA 2 - Composição química (em peso %) - ASTM A283 Gr. C ...................... 40

TABELA 3 - Valores especificados de resistência mecânica - ASTM A283 Gr. C ... 41

TABELA 4 - Valores da profundidade dos alvéolos do CP01 – Esp. de 6,32 mm ... 51

TABELA 5 - Cálculo do fator de pite (Fpite) - CP01 ................................................. 52





TABELA 10 – Valores das medições de espessura por ultra-som – CP01 ............. 57

TABELA 11 – Valores das medições de espessura por ultra-som – CP02 ............. 59

TABELA 12 - Valores das medições de espessura por ultra-som – CP03 .............. 60

TABELA 13 - Escala de referência de emissão acústica ......................................... 94

TABELA 14 - Valores da composição química dos corpos-de-prova ..................... 103

TABELA 15 - Valores de dureza dos corpos-de-prova .......................................... 104

xvi

LISTA DE EQUAÇÕES

EQUAÇÃO 1 – Equação clássica do processo de corrosão .................................... 07

EQUAÇÃO 2 – Equação iônica de oxidação de um metal ....................................... 09

EQUAÇÃO 3 – Equação da reação anódica ............................................................ 09

EQUAÇÃO 4 – Equação da formação do produto de corrosão ............................... 09

EQUAÇÃO 5 – Equação da reação anódica do aço carbono .................................. 09

EQUAÇÃO 6 – Equação da reação catódica do aço carbono ................................. 09

EQUAÇÃO 7 – Equação do fator de pite ................................................................. 12

EQUAÇÃO 8 – Equação do sinal ideal de emissão acústica ................................... 19

EQUAÇÃO 9 – Equação representativa da intensidade sonora .............................. 22

EQUAÇÃO 10 – Relação entre intensidade sonora e distância da fonte ................ 22

EQUAÇÃO 11 – Velocidade de uma onda longitudinal ........................................... 23

EQUAÇÃO 12 – Velocidade de uma onda transversal ............................................ 23

EQUAÇÃO 13 – Equação relativa da onda refletida ................................................ 25

EQUAÇÃO 14 – Equação relativa da onda transmitida ........................................... 25

EQUAÇÃO 15 – Lei de Snell .................................................................................... 25

EQUAÇÃO 16 – Freqüência de ressonância de um cristal ...................................... 31

EQUAÇÃO 17 – Freqüência de ressonância para sensores de emissão acústica .. 31

EQUAÇÃO 18 – Amplitude do pico do sinal ............................................................. 93

xvii

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABENDI Associação Brasileira de Ensaios Não Destrutivos e Inspeção

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

AISI American Iron and Steel Institute

ASTM American Society for Testing and Materials

ATPOST Programa para filtrar dados do ensaio por emissão acústica

CP Corpo-de-Prova

DEMEC Departamento de Engenharia Mecânica

EA Emissão Acústica

END Ensaios não-destrutivos

HDT Tempo de Definição de Hit

HLT Tempo de Trava do Hit

IE Inspeção de Equipamentos e Instalações

IUPAC União Internacional de Química Pura e Aplicada

LNDC Laboratório de Ensaios não Destrutivos e Corrosão

LRSS Laboratório de Robótica, Simulação e Soldagem

ME Medição de Espessuras

MFL Vazamento de Campo Magnético

MISTRAS 2001 Programa para Aquisição de dados por emissão acústica

PAC Physical Acoustic Corporate

PASA Physical Acoustics South America

PDT Tempo de Definição de Pico

PETROBRAS Petróleo Brasileiro

PPGMEC Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

REGAP Refinaria Gabriel Passos

RMS Raíz Quadrada Média

SNQC Sistema Nacional de Qualificação e Certificação

SPARTAN Programa para Aquisição de dados por emissão acústica

TANKPAC Procedimento de análise dos resultados da emissão acústica

UFMG Universidade Federal de Minas Gerais

UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro

US Ultra-som

xviii

RESUMO

Uma das principais causas de perdas e prejuízos em equipamentos industriais são

os danos causados por processos corrosivos. Intervenções de manutenção nestes

equipamentos geralmente demandam tempo, mão-de-obra e investimento

financeiro. A técnica de emissão acústica aplicada nas rotinas de manutenção

possibilita a priorização dos equipamentos mais críticos nos esforços de

manutenção. Geralmente os processos corrosivos geram produtos de corrosão

sobre a superfície metálica, os chamados óxidos de corrosão. As alterações que

ocorrem na camada dos óxidos de corrosão quando estes iniciam os processos de

fratura geram uma quantidade de ondas de natureza acústica, originadas pela

liberação de energia; esses sinais são chamados de ondas de emissão acústica e

são detectados por sensores distribuídos ao longo da superfície do equipamento.

Este trabalho apresenta uma contribuição para o desenvolvimento da aplicação da

técnica de emissão acústica, visando sua utilização na detecção de danos por

corrosão alvéolar em materiais metálicos ferrosos, por ser um mecanismo de dano

muito comum em ambientes industriais. Diversos estudos e experimentos realizados

na correlação de danos por corrosão e a técnica de emissão acústica indicam que

os parâmetros do sinal indicativos de ocorrência de processos corrosivos são:

energia acumulada, “hits” acumulado, contagem acumulada e amplitude. Os sinais

de emissão acústica foram coletados em monitorações de ensaios de laboratório em

corpos de prova no formato de chapas de aço carbono ASTM A283 Grau C. Como

meio corrosivo (eletrólito) adotou-se a solução química de cloreto férrico (FeCl3) com

pH igual a 1,3 conforme norma ASTM G48-03 (2009) por possuir o potencial de

provocar danos por corrosão alvéolar. Buscou-se uma correlação entre os sinais de

emissão acústica gerados pelo processo corrosivo com a perda de espessura do

material e medição de profundidade alvéolar conforme norma ASTM G46-94 (2005).

Como resultado observou-se um comportamento tipicamente linear do parâmetro

energia, os parâmetros “hits” e contagem possuem correlação direta com a formação

(quantificação) do processo corrosivo alvéolar e o parâmetro amplitude possui uma

faixa bem característica do processo corrosivo alvéolar.

Palavras Chaves: Emissão acústica, corrosão alvéolar, aço carbono.

xix

ABSTRACT

One of the main causes of losses and damages in industrial equipment is the actual

damages for corrosive process. Interventions of maintenance in this equipment

generally demand time, man power and financial investment. The emission technique

acoustics applied in the maintenance routines makes possible the prior of the

equipment most critical in the maintenance efforts. Generally the corrosive process

generate corrosion products on the metallic surface, the corrosion oxides. The

alterations that occur in the layer of corrosion oxides when these initiate the breaking

process generate an amount of nature waves acoustics, originated for the energy;

these signals are called emission waves acoustics and are detected by sensors

distributed throughout the surface of the equipment. This paper presents a

contribution for the development of the application of the technique of emission

acoustics, aiming at its use in the detention of damages for pitting corrosion in

ferrous metallic materials, for being a mechanism of very common damage in

industrial environments. Many studies and experiments carried through in the

correlation of damages for corrosion and the technique of emission acoustics indicate

that the best parameters of the signal of occurrence of corrosive processes are:

cumulated energy, cumulated “hits”, cumulated counting and amplitude. The signals

of emission acoustics had been collected in monitoring of assays of laboratory in

pieces of test in the steel plate format carbon ASTM A283 Degree C. As enviroment

corrosive (electrolyte) it was adopted chemical ferric chloride solution (FeCl3) with pH

equal 1,3 in agreement norm ASTM G48-03 (2009) for possessing the potential to do

damages for pitting corrosion. A correlation between the signals of emission

acoustics generated by the corrosive process with the loss of thickness of the

material and measurement of pitting depth as norm ASTM G46-94 (2005). As result

observed a typically linear behavior of the parameter energy, the parameters “hits”

and counting possess direct correlation with the formation (quantification) of the

pitting corrosive process and the parameter amplitude possesss a well characteristic

band of the pitting corrosive process.

Keywords: Acoustic emission, pitting corrosion, carbon steel.

INTRODUÇÃO 1

1. INTRODUÇÃO

1.1 Considerações iniciais

Segundo Filho (1992) é função da inspeção de equipamentos e instalações (IE) o

cumprimento das exigências legais e normativas com o objetivo de garantir que os

equipamentos se mantenham em condições físicas seguras para a operação, define-

se os métodos e a freqüência de avaliação da vida residual dos equipamentos,

fornece desta forma subsídios para o planejamento da inspeção, operação e

manutenção.

Os ensaios não destrutivos (END) são aqueles que quando realizados em peças

acabadas ou semi-acabadas não interferem nem prejudicam seu uso futuro ou

processamento posterior. Eles são usados para determinação de algumas

propriedades dos materiais e para a detecção de possíveis descontinuidades em

peças e produtos industriais (SOARES, 2001, p.01).

Os ensaios não destrutivos são largamente utilizados na indústria moderna em todo

o mundo para avaliação da qualidade e detecção de variações na estrutura,

pequenas falhas superficiais, presença de trincas e outras interrupções físicas,

medida de espessura de materiais e revestimentos e determinação de outras

características de materiais e produtos industriais (SOARES, 2001, p.02).

O emprego da técnica de emissão acústica (EA) como ferramenta de ensaio não-

destrutivo dentro do contexto da avaliação de integridade de equipamentos, vem se

consolidando como a maior contribuição da técnica no campo da atividade de

inspeção de instalações industriais (SOARES, 2001, p.09).

Este fato decorre da necessidade do mercado em utilizar recursos ainda não

totalmente explorados na busca de informações que vão além da detecção de

descontinuidades, ou seja, a investigação do comportamento destas

descontinuidades nas condições de serviço.

INTRODUÇÃO 2

A principal utilização da técnica de emissão acústica na indústria é na avaliação

estrutural de vasos de pressão construídos com aço estrutural. Como uma

referência pode-se citar a aplicação da emissão acústica em equipamentos em

operação, onde se eleva a pressão interna em torno de 5 a 10% da pressão de

operação com o objetivo de detectar descontinuidades presentes nos equipamentos

ou estruturas. A grande aplicação industrial da técnica de emissão acústica na

avaliação de danos por corrosão ocorre na avaliação das condições físicas das

chapas do fundo de tanques de armazenamento (SOARES, 2001, p.10).

O caso da inspeção por emissão acústica em tanques de armazenamento metálicos

utilizados nas industriais químicas e petroquímicas apresenta algumas

particularidades. Geralmente a liberação para uma inspeção interna nestes

equipamentos é uma tarefa muito difícil por se tratar de perda de local de

armazenamento de produto, limpeza de resíduos, borra aderida ao fundo, descarte

dos resíduos, mão-de-obra, abertura e montagem das condições propícias e

seguras de acesso ao espaço confinado formado. A grande área a ser inspecionada,

a localização aleatória dos defeitos, a dificuldade de acesso e o pouco tempo

reservado para os serviços de inspeção caracterizam uma situação impraticável para

os ensaios convencionais, pois, geralmente esses métodos possuem a característica

de serem localizados, como ultra-som e radiografia, o que torna muito atraente o uso

da técnica de emissão acústica nestes equipamentos, por possui um caráter de

ensaio de avaliação global de estruturas (FILHO, 1996, p.02).

Segundo Allevato e Ramos (1980) emissão acústica são ondas elásticas transientes

geradas pela emissão rápida de energia por fontes localizadas no interior do

material. Essas fontes podem ser de diversas origens como: reações químicas,

fundição, aquecimento, resfriamento, corrosão, cavitação, descarga elétrica,

vazamento de líquidos e gases, dentre outras. A aplicação de um carregamento em

um componente ou a sua introdução em um meio agressivo podem produzir

modificações internas no mesmo, como o crescimento de trincas, deformação

plástica local, corrosão e mudanças de fase. Sua maior contribuição é proporcionar

uma avaliação global do equipamento sob o enfoque da presença de

descontinuidades comprometedoras da integridade estrutural do componente.

INTRODUÇÃO 3

1.2 Conteúdo do trabalho

A divisão do trabalho foi planejada da seguinte forma:

Capítulo 1 – Introdução

Neste capítulo foi realizada uma apresentação inicial da função da inspeção de

equipamentos em garantir a integridade física de equipamentos e uma breve

explicação do uso de ensaios não destrutivos como uma ferramenta eficaz na

detecção de defeitos ou descontinuidades. Foi realizada uma breve descrição da

técnica de emissão acústica em detectar danos por corrosão e das principais perdas

geradas em equipamentos por processos corrosivos. Foram definidos os objetivos

deste trabalho, conjuntamente com as hipóteses levantadas e as varáveis utilizadas.

Capítulo 2 – Revisão bibliográfica

Este capítulo abordou os principais conceitos e teorias relativas à corrosão e a

técnica de emissão acústica, sendo dividido nos seguintes itens:

2.1 – Corrosão

Nesta seção foram abordadas as principais causas de ocorrência de processos

corrosivos, sua conceituação química, a importância de seu estudo, técnicas e

métodos empregados para a detecção do processo corrosivo.

2.2 – A técnica de emissão acústica

Nesta seção foram abordados os conceitos e teorias sobre ondas acústicas, sobre o

ensaio de emissão acústica, seu principio, aplicação, finalidade, vantagens e

limitações, tipos de fontes, conceito de ruídos, métodos de calibração e localização

de fontes acústicas.

Capítulo 3 – Metodologia

INTRODUÇÃO 4

Nesse capítulo foram descritas as considerações adotadas para a realização dos

ensaios em laboratório, tais como: material utilizado nos experimentos, escolha da

solução química para promover a corrosão, determinação do tempo de exposição

(corrosão), critérios na realização do monitoramento dos sinais de emissão acústica,

dados dos equipamentos usados.

Capítulo 4 – Resultados e discussão

Neste capítulo abordaram-se os resultados alcançados com a monitoração por

emissão acústica dos corpos-de-prova ensaiados. Avaliou-se a correlação entre os

parâmetros do sinal de emissão acústica: energia acumulada, “hits” acumulado,

contagem acumulada e amplitude, e as medidas de perda de espessura e

profundidade alvéolar.

Capítulo 6 – Conclusões

Neste capítulo foram relatadas as conclusões obtidas e realizada uma confrontação

em relação aos objetivos propostos.

Capítulo 6 – Sugestões para trabalhos futuros

Neste capítulo foram indicadas as recomendações para possíveis estudos futuros

nesta área.

1.3 Justificativa

A corrosão é um processo que provoca grandes perdas em equipamentos diversos,

desde necessidade de parada do mesmo para manutenções ou até possíveis

substituições. Grandes investimentos são realizados anualmente em todo o mundo

para a monitoração e o controle de processos corrosivos em plantas industriais. Em

específico a indústria do petróleo, trata com muita atenção as perdas devido a

processos corrosivos, principalmente em um cenário estratégico de energia como o

atual.

INTRODUÇÃO 5

A justificativa deste trabalho é contribuir para a difusão e conhecimento da técnica

de emissão acústica aplicada na monitoração contínua de processos corrosivos

alvéolares em materiais metálicos em aço-carbono ASTM A283 Grau C por se tratar

de um material muito comum e intensamente utilizado na construção de máquinas,

equipamentos, estruturas e componentes metálicos, principalmente usados nas

indústrias químicas e petroquímicas, como na construção de tanques de

armazenamento de petróleo e seus diversos derivados.

1.4 Objetivo

Este trabalho tem por objetivo a determinação da correlação entre os danos gerados

pela corrosão do tipo alvéolar em corpos-de-prova de aço-carbono de especificação

ASTM A283 Grau C e os parâmetros dos sinais de emissão acústica gerados pela

monitoração contínua do processo corrosivo. As informações assim obtidas

pretendem auxiliar no entendimento dos fenômenos físicos relacionados com a

técnica de emissão acústica na caracterização de danos por corrosão.

1.5 Hipóteses e variáveis

As hipóteses levantadas na execução deste trabalho foram:

- a corrosão no aço-carbono é detectável pela técnica de emissão acústica;

- a correlação entre os parâmetros dos sinais de emissão acústica e a formação de

alvéolos por corrosão localizada na metalurgia aço-carbono é perceptível.

As variáveis usadas na execução deste trabalho foram:

- perda de espessura do material e profundidade dos alvéolos dos corpos-de-prova;

- os parâmetros dos sinais de emissão acústica: energia acumulada, “hits”

acumulado, contagem acumulada e amplitude.

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 6

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. Corrosão

2.1.1 Conceitos iniciais sobre corrosão

“Pode-se definir corrosão como a deterioração de um material, geralmente metálico,

por ação química ou eletroquímica do meio ambiente aliada ou não a esforços

mecânicos.” (GENTIL, 2003, p.01).

Muitas vezes o produto de corrosão de um metal é bem semelhante ao minério do

qual é originalmente extraído. O óxido de ferro mais comumente encontrado na

natureza é a hematita, Fe2O3, e a ferrugem é o Fe2O3 hidratado. Sabe-se que os

metais, na sua forma mais refinada, encontram-se num nível energético superior ao

do composto que lhes deu origem. Excetuam-se os metais nobres que são

encontrados na natureza na forma metálica. Está é, portanto, a razão termodinâmica

da espontaneidade das reações de corrosão que transformam os materiais

metálicos novamente em compostos. (GENTIL, 2003, p.01).

O fato de a corrosão ser, geralmente, uma reação de superfície, faz supor que ela

possa ser controlada pelas propriedades do produto de corrosão. O composto

metálico formado pode agir como uma barreira entre o meio corrosivo e o metal,

diminuindo, assim, a velocidade de corrosão do metal. Esse fato é freqüentemente

observado na reação entre metais e meios gasosos.

Quando se formam produtos de corrosão solúveis ou quando os produtos de

corrosão são formados em locais que se situam entre as áreas que sofreram e as

que não sofreram a ação do meio corrosivo, geralmente a velocidade de corrosão

não decai com o tempo. Todos os metais estão sujeitos ao ataque corrosivo, se o

meio for suficientemente agressivo, deste modo, para se afirmar a possibilidade do

emprego do material, deve-se fazer um estudo do conjunto: material metálico, meio

corrosivo e condições operacionais (GENTIL, 2003, p.08).


Sabe-se que a corrosão de um material metálico se faz à custa de certa quantidade

de energia perdida para o ambiente, a qual é cedida por intermédio da dinâmica do

processo corrosivo, como demonstrado na clássica EQUAÇÃO (1):

Metal (Corrosão) → Composto (óxidos) + Energia Equação (1)

Corrosão é a forma de degradação estrutural mais custosa. Segundo Van Vlack

(1984) a importância de estudos sobre a corrosão fica patente quando se estima

que, aproximadamente, 5% da renda anual de todos os países modernos são

aplicados direta ou indiretamente para manter, reparar, ou repor produtos

deteriorados por corrosão.

Em alguns setores, embora a corrosão não seja muito representativa em termos de

custo direto, deve-se levar em consideração o que ela pode representar em:

questões de segurança; interrupção de comunicações; preservação de monumentos

históricos e poluição ambiental.

Com o avanço tecnológico, os custos da corrosão evidentemente se elevam,

tornando-se um fator de grande importância a ser considerado já na fase de projeto

de grandes instalações industriais para evitar ou minimizar futuros processos

corrosivos. (GENTIL, 2003. p. 05).

“Estima-se os custos de corrosão para o Brasil, em algo próximo de 20 bilhões de

dólares por ano.” (JAMBO; FÒFANO, 2008, p. 15).

Oxidação é a perda de elétrons por uma espécie química. Redução é o ganho de

elétrons por uma espécie química. Evidentemente, os fenômenos de oxidação e

redução são sempre simultâneos e constituem a chamada reação de oxi-redução ou

redox.

O significado primitivo da palavra oxidação foi o de reação com o oxigênio e a

palavra redução significou volta ao estado inicial. Portanto, reações de oxi-redução

são aquelas onde ocorre transferência de elétrons (FELTRE, 1990, p.75).


As reações de oxi-redução são reações onde há variação de número de oxidação e,

em alguns casos, perda e ganho de elétrons. Sendo um fenômeno simultâneo, isto

é, sempre que há oxidação (perda de elétrons) há também redução (ganho de

elétrons). O sentido de transferência dos elétrons será do redutor para o oxidante.

Os fenômenos de corrosão de metais envolvem uma grande variedade de

mecanismos que, no entanto, podem ser reunidos em quatro grupos, a saber,

(WOLYNEC, 2003, p.13):

- corrosão em meios aquosos (90%);

- oxidação e corrosão quente (8%);

- corrosão em meios orgânicos (1,8%);

- corrosão por metais líquidos (0,2%).

A característica fundamental do mecanismo eletroquímico é que ele só se verifica

em presença de um eletrólito. O eletrólito é um condutor (usualmente um líquido)

contendo íons que transportam a corrente elétrica no sentido de anódo para catódo.

A corrente elétrica convencional tem sentido contrário ao de elétrons, assim o catódo

é o elemento negativo e o anódo o elemento positivo.

A reação de corrosão é composta de duas reações parciais: uma reação anódica e

uma reação catódica, que se processam em pontos distintos. A reação anódica é

uma reação de oxidação, na qual são liberados elétrons, os quais se deslocam para

outros pontos do metal, onde ocorre a reação catódica, que é uma reação de

redução. A reação anódica tem como conseqüência a dissolução do metal, portanto,

ao passo que a reação catódica conduz à redução de espécies presentes no meio,

sem a participação do metal sobre o qual ela tem lugar (DUTRA; NUNES, 1999,

p.06).

Segundo Gentil (2003) a corrosão eletroquímica pode ocorrer sempre que existir

heterogeneidade no sistema material metálico-meio corrosivo, pois a diferença de

potencial resultante possibilita a formação de áreas anódicas e catódicas. Os casos

mais freqüentes de heterogeneidades responsáveis por corrosão eletroquímica

estão relacionados com o material metálico e o meio corrosivo.


2.1.2 A formação da camada de óxidos

O produto de corrosão será formado pelos íons resultantes das reações anódicas e

catódicas, segundo a EQUAÇÃO (2):

Mn+ + nOH- → M(OH)n Equação (2)

Exemplificando-se com o ferro (aço-carbono), têm-se nas EQUAÇÔES (3) e (4):

Reações anódicas: Fe → Fe2+ + 2 e0 Equação (3)

Produtos de corrosão: Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2 Equação(4)

Esses produtos insolúveis ocorrem no caso de meios neutros ou básicos; já no caso

de meios ácidos ocorre a formação de sais solúveis. É importante destacar a

importância da presença do eletrólito no processo eletroquímico de corrosão.

Embora, na maioria dos casos, não apareça no produto de corrosão o sal usado

como eletrólito, é fundamental a sua presença para se ter a corrosão. Em

instalações sujeitas a condições atmosféricas, observa-se, no produto de corrosão,

sais insolúveis do eletrólito existente na atmosfera (GENTIL, 2003, p.51).

Considerando-se o caso do ferro (aço-carbono) imerso em solução aquosa de

cloreto de sódio como eletrólito, podem-se admitir as reações, conforme as

EQUAÇÔES (5) e (6):

- anódo: Fe → Fe2+ + 2 e0 Equação (5)

- área catódica: H2O + ½O2 + 2 e0 → 2OH- Equação (6)

Verifica-se, então que na corrosão eletroquímica o metal se oxida num lugar, o

oxidante se reduz em outro e o produto de corrosão se forma em regiões

intermediárias, não apresentando, portanto, características protetoras (GENTIL,

2003, p.51).


2.1.3 Diagramas de equilíbrio

Para um estudo mais profundo do fenômeno corrosivo, devemos conhecer

perfeitamente as relações de equilíbrio entre o metal e o meio em que este está

exposto. É através da termodinâmica que se pode, em primeira aproximação,

verificar a possibilidade de este fenômeno ocorrer.

Apesar de ser necessária a complementação dos dados termodinâmicos com

informações cinéticas oriundas de ensaios em laboratório, tais dados podem ser

extremamente úteis quando expressos na forma de diagramas, idealizados por

Marcel Pourbaix. Essencialmente, os diagramas de Pourbaix são diagramas de fase

isotérmicos que representam o equilíbrio metal-íon-óxido em função do potencial de

eletrodo e o potencial de hidrogênio (pH) da solução em que estes estão imersos.

Quando isto é feito para um sistema particular, por exemplo, Fe-H2O, descobri-se

que a entidade química, Fe++, existe apenas em um limitado campo de estabilidade

termodinâmica, conforme apresentado na FIGURA (1). As linhas, obtidas delimitam

domínios de equilíbrio entre sólidos, seus íons, óxidos e hidróxidos (JAMBO, 2005,

p.30).

FIGURA 1 – Domínio de estabilidade termodinâmica para o sistema Fe-H2O. [Jambo, 2005]


2.1.4 Classificação da corrosão

A corrosão pode ocorrer sob diferentes formas, e o conhecimento das mesmas é

importante no estudo de processos corrosivos. As formas (ou tipos) de corrosão

podem ser apresentadas considerando-se a aparência ou forma de ataque e as

diferentes causas da corrosão e seus mecanismos (GENTIL, 2003, p.41).

Assim, pode-se ter corrosão segundo:

- a morfologia: uniforme, por placas, alvéolar ou por pite, intergranular (ou

intercristalina), intragranular (ou transgranular ou transcristalina), filiforme, por

esfoliação, grafítica, em torno de cordão de solda e empolamento pelo hidrogênio.

- as causas ou mecanismos: por aeração diferencial, eletrolítica ou por correntes de

fuga, galvânica, associada a solicitações mecânicas (corrosão sob tensão

fraturante), em torno de cordão de solda, fragilização pelo hidrogênio.

- os fatores mecânicos: sob tensão, sob fadiga, por atrito, associada à erosão;

- o meio corrosivo: atmosférica, pelo solo, induzida por microrganismos, água do

mar.

- a localização do ataque: alvéolar ou por pite, uniforme, intergranular, transgranular.

A caracterização segundo a morfologia auxilia bastante no esclarecimento do

mecanismo e na aplicação de medidas adequadas de proteção, daí serem

apresentadas as características fundamentais das diferentes formas de corrosão

(GENTIL, 2003, p.41-47).

Uniforme: a corrosão se processa em toda a extensão da superfície, ocorrendo

perda uniforme de espessura. É chamada, por alguns, de corrosão generalizada,

mas essa terminologia não deve ser usada só para corrosão uniforme, pois se pode

ter, também, corrosão por pite ou alvéolar generalizada, isto é, em toda a extensão

da superfície corroída.

Por placas: a corrosão se localiza em regiões da superfície metálica e não em toda

sua extensão, formando placas com escavações.


Alvéolar: a corrosão se processa na superfície metálica gerando sulcos semelhantes

a alvéolos, apresentando furos arredondados e com profundidade menor que seu

diâmetro.

Puntiforme ou por pite: a corrosão se processa em pontos ou em pequenas áreas

localizadas na superfície metálica produzindo pites, que são cavidades que

apresentam o fundo em forma angulosa e profundidade geralmente maior que seu

diâmetro.

As três últimas formas de corrosão podem não ser consideradas da maneira como

foram apresentadas, preferindo alguns não usar os termos placas ou alvéolar. As

publicações em língua estrangeira usam somente a afirmativa corrosão por pite,

tendo-se, por exemplo, pitting corrosion. Pode-se observar que algumas se

assemelham bastante às classificações usuais no Brasil para placas e alvéolar.

Em alguns processos corrosivos pode ocorrer dificuldade de se caracterizar se as

cavidades formadas estão sob a forma de placas, alvéolos ou pites, o que cria

divergência de opiniões entre os técnicos de inspeção e/ou manutenção. Entretanto,

deve-se considerar que a importância maior é a determinação das dimensões

dessas cavidades, a fim de se verificar a extensão do processo corrosivo. Ao tomar

como exemplo o caso de pites, é aconselhável considerar: o número de pites por

unidade de área, o diâmetro e a profundidade.

Usualmente, procura-se medir o pite de maior profundidade ou tirar o valor médio

entre, por exemplo, cinco pites com maiores profundidades. A relação entre o valor

do pite de maior profundidade (Pmp) e o valor médio (Pm) dos cinco pites mais

profundos dá-se o nome de fator de pite (Fpite), tendo-se então na EQUAÇÃO (7).

Equação (7)

e pode-se verificar que quanto mais esse valor se aproximar de 1 (um) haverá maior

incidência de pites com profundidades próximas.

m

mp

piteP

PF =


Num estudo comparativo entre as formas e tipos de corrosão pode-se concluir que

as formas localizadas (alvéolar) são mais prejudiciais aos equipamentos, pois,

embora a perda de massa seja pequena, as perfurações ou fraturas podem ocorrer

em pequeno período de utilização do equipamento (GENTIL, 2003, p.46).

Entre os fatores que mais freqüentemente estão envolvidos em casos de ataque

localizado devem ser citados: relação entre áreas catódica e anódica, aeração

diferencial, variação de pH e produtos de corrosão (óxidos) presentes na superfície

metálica ou formados durante o processo corrosivo. Entre as heterogeneidades que

podem originar ataque localizado podem ser citadas aquelas relacionadas com:

- material metálico: composição química, presença de impurezas, processo de

obtenção, tratamentos térmicos ou mecânicos, condições da superfície (presença de

películas protetoras e descontinuidades), depósitos, forma e frestas.

- meio corrosivo: composição química, diferenças em concentração, aeração,

temperatura, velocidade e pH, teor de oxigênio, sólidos suspensos, condições de

imersão (total e parcial) e movimento relativo entre o material metálico e o meio.

O pite ou alvéolo que é uma das formas de corrosão mais prejudiciais, pois, embora

afete somente pequenas partes da superfície metálica, pode causar rápida perda de

espessura do material metálico originando perfurações e pontos de concentrações

de tensões, ocasionando a diminuição de resistência do material e conseqüente

possibilidade de fratura. Áreas de estagnação do meio corrosivo possibilitam o

ataque alvéolar, pois favorecem a presença de depósitos e permanência de

soluções em frestas (GENTIL, 2003, p.46).

No ataque do tipo alvéolar a composição química do meio corrosivo ou do material

metálico pode influenciar bastante em sua dinâmica. Assim, a presença de cloreto

no meio corrosivo acelera a formação de alvéolos no aço inoxidável, e as inclusões

de sulfeto são responsáveis pelo início do ataque alvéolar em aço-carbono e aço

inoxidável. O produto de corrosão será formado pelos íons resultantes das reações

anódicas e catódicas (GENTIL, 2003, p. 51).


2.1.5 Técnicas de monitoramento de corrosão

A monitoração é a parte principal de qualquer programa de controle de corrosão, é

dela que se toma conhecimento das variações operacionais e suas conseqüências

na integridade dos equipamentos. É fundamental o conhecimento das limitações de

cada técnica, pois nenhuma é totalmente completa, nem fornecem todas as

informações requeridas. É aconselhável o uso de mais de uma técnica de

monitoração, pois, muitas se completam do ponto de vista das informações

oferecidas (JAMBO; FÒFANO, 2008, p. 192).

Conforme Gentil (2003) o monitoramento da corrosão pode ser definido como uma

forma sistemática de medição da corrosão ou da degradação de um determinado

componente de um equipamento, com o objetivo de auxiliar a compreensão do

processo corrosivo e/ou obter informações úteis para o controle da corrosão e das

suas conseqüências. Para caracterizar a agressividade de um determinado meio

corrosivo e fornecer fundamentos básicos para o controle da corrosão, realizam-se

os chamados ensaios de corrosão. A corrosão dos materiais metálicos é

influenciada por vários fatores que modificam o ataque químico ou eletroquímico,

não havendo, portanto, um único método de ensaio de corrosão, na prática os

fenômenos de corrosão se multiplicam, obrigando à variedade dos ensaios.

Os ensaios de corrosão podem ser feitos em laboratório ou em campo, dependendo

dos objetivos que se quer alcançar. Nos ensaios de laboratório, usam-se corpos-de-

prova bem definidos, a composição do meio corrosivo é fixada com exatidão,

podem-se manter constantes as condições do ensaio e acelerar o processo, para

conseguir resultados mais rápidos. Nos ensaios em campo, o componente a ser

testado está submetido diretamente às condições reais do meio corrosivo, e os

resultados desses ensaios geralmente são obtidos depois de longo período de

tempo, sendo as condições de ataque muito variáveis e às vezes não-controláveis

(GENTIL, 2003, p. 294).

Conforme Gentil (2003) os métodos de monitoramento da corrosão são classificados

em:


- não-destrutivos: ultra-som, emissão acústica (será discutido no próximo item),

correntes parasitas, radiografia, partícula magnética, líquido penetrante, exame

visual, termografia.

- analíticos: análise química, medidas de pH, do teor de oxigênio e da atividade

microbiológica.

- métodos de engenharia de corrosão: abrangem os métodos não-eletroquímicos e

os métodos eletroquímicos.

A duração dos testes dependerá do metal e do meio estudado deve-se tomar

cuidado, principalmente nos casos em que há a formação de filmes passivos nos

quais, inicialmente, as taxas de corrosão são altas e com o tempo tendem a baixar

significativamente. Contudo, devem-se evitar tempos longos o suficiente para

perfurar os corpos-de-prova ou diminuir demais seu tamanho. A Norma ASTMG31-

72(2009) afirma que o período de tempo mais usual na realização de ensaios de

corrosão deste tipo está entre 48 a 168h, ou seja, 2 a 7 dias de duração. Conforme

Jambo; Fófano (2008) normalmente, os tempos de duração dos ensaios ou testes

não devem ser menores que dois dias.

Entre os diversos tipos de ensaios não destrutivos o mais comumente aplicado na

avaliação de danos por corrosão é o ensaio por ultra-som que é um método, no qual

um feixe sônico de alta freqüência é introduzido no material a ser inspecionado com

o objetivo de detectar descontinuidades internas e superficiais ao componente. O

som que percorre o material é refletido pelas interfaces e é detectado e analisado

para determinar a presença e localização de descontinuidades.

A maioria dos aparelhos para ensaio por ultra-som detecta descontinuidades por

meio da monitoração das reflexões sônicas transmitidas ao material por meio de um

cabeçote acoplado ao componente. Sua aplicação principal ocorre na inspeção de

materiais e na detecção e avaliação de descontinuidades internas. O ensaio é

utilizado também na detecção de descontinuidades superficiais ao componente,

medição de espessura e avaliação de corrosão e, menos freqüentemente, para

determinar propriedades físicas, estrutura, tamanho de grão e constantes elásticas

de materiais (SANTIN, 2003).


2.2 A técnica de emissão acústica

2.2.1 Introdução ao método de inspeção por emissão acústica

“Conceitua-se emissão acústica como sendo a energia sob a forma de ondas

elásticas, emanadas de qualquer material que esteja sofrendo processo dinâmico.”

(ALLEVATO; RAMOS, 1980, p. 258-265).

Conforme Soares (2001) historicamente o primeiro uso da análise pela técnica da

emissão acústica provavelmente ocorreu na sismologia. As ondas elásticas

produzidas por um terremoto foram analisadas para caracterizar movimentos críticos

da crosta terrestre, localização e profundidade dos eventos. Com o decorrer do

tempo, notou-se que vários outros fenômenos eram geradores de emissões

acústicas, em maior ou menor escala. As primeiras observações de emissão

acústica nos metais foram feitas por ferreiros que, trabalhando com o estanho,

notaram o fenômeno do “choro do estanho” (maclação), durante sua deformação.

Segundo Allevato e Ramos (1980) são creditados a Joseph Kaiser e seus auxiliares

os primeiros estudos da técnica de emissão acústica durante a década de 1950, na

Alemanha. A partir de 1970, o campo de aplicação desta nova técnica têm-se

ampliado grandemente. Várias aplicações práticas na área de ensaios não

destrutivos obtiveram sucesso como, por exemplo, na avaliação da integridade

estrutural de vasos de pressão e tanques de armazenamento, detecção de trincas,

estudos de mecânica da fratura, monitoramento de operações de reatores

nucleares, acompanhamento de operações de soldagem, fragilização pelo

hidrogênio e ultimamente estudos de corrosão.

No monitoramento de defeitos conhecidos mediante a aplicação da técnica de

emissão acústica, objetiva-se avaliar o grau de comprometimento estrutural que a

presença de uma descontinuidade oferece a integridade de um equipamento em

operação. A metodologia de avaliação deve contemplar uma série de

questionamentos quanto à condição microestrutural do material (ALLEVATO;

RAMOS, 1980, p. 258-265).


Segundo Soares (2001) o ensaio por emissão acústica fundamenta-se na detecção

de ondas de natureza mecânica, emitidas pelas descontinuidades durante a

solicitação dos materiais e equipamentos. As pequenas alterações que ocorrem nos

materiais quando estes iniciam os processos de fratura (como deformação plástica,

movimentação de discordâncias, quebra de inclusões, propagações de trincas,

quebra da camada de óxido durante o processo corrosivo, dentre outros) gera, em

maior ou menor grau, uma quantidade de ondas de natureza acústica, originadas

pela liberação de energia que está associada a estes mecanismos. Estes sinais são

captados pelos sensores que estão acoplados ao equipamento.

O ensaio de emissão acústica para a avaliação de descontinuidades como trincas

necessita, portanto, que o equipamento a ser testado seja carregado

mecanicamente, de tal forma que ative os processos de fratura nos defeitos

existentes. Se, por acaso, o nível de tensões aplicado ao equipamento for

suficientemente alto e não ativar os defeitos, o método considera os defeitos não

críticos e, portanto, aceitáveis. Contudo, como visto anteriormente, não é necessário

à aplicação de esforços mecânicos para a ativação dos defeitos no caso da

detecção de corrosão (CAMERINI, 1990, p. 5).

O método de execução do ensaio de emissão acústica depende da análise das

condições de contorno. Normalmente ocorre o monitoramento da região portadora

de descontinuidade por um intervalo prolongado na condição de operação, com o

objetivo de verificar se esta impõe um nível de solicitação que contribua para

evolução do problema. Assim o procedimento de ensaio deve ser adequado ao caso

em interesse, o que pode resultar em mudanças no ajuste da instrumentação e

forma de apresentação dos resultados. A forma de execução do ensaio com base

nas informações da localização exata da atividade, com registro de sua evolução

durante o período de monitoramento, é aquela que melhor resultado apresenta com

respeito aos objetivos propostos, assim sendo possível o registro da atividade com

origem na região da descontinuidade. Assim as áreas onde foram detectadas

atividades são as reais áreas de interesse para uma inspeção localizada

(ALLEVATO; RAMOS, 1980, p. 258-265).


Dentre as vantagens da técnica de emissão acústica destaca-se: detecção do

crescimento e/ou movimento da descontinuidade; mais sensível ao material; menos

sensível à geometria; cada carregamento é único; não é intrusivo (não necessita de

parada e abertura do equipamento); monitoramento global, com avaliação integral

da estrutura; permite a detecção remota de fontes e em alguns casos em distância

de vários metros; é sensível ao desenvolvimento de defeitos e a mudanças na

estrutura do material; pode permitir a monitoração dinâmica em tempo real do

desenvolvimento de descontinuidades sob a ação de tensão, especialmente no caso

de equipamentos construídos de materiais metálicos; aplicáveis para todas as

estruturas, enterradas ou não, moldadas, revestidas ou não; redução de custos de

liberação e parada da produção e permite obter um mapeamento da condição de

corrosão em materiais metálicos (SOARES, 2001, p.15).

Segundo Soares (2001) a desvantagem da técnica de emissão acústica esta

relacionada com a necessidade do material ou componente monitorado estar sob a

influência de um campo de tensões ou de deformações. No ensaio de emissão

acústica nem todas as descontinuidades serão detectadas, pois somente os defeitos

críticos (fontes ativas) entram em processo de fratura, à medida que a peça for

solicitada mecanicamente.

2.2.2 Características do sinal de emissão acústica

“A emissão acústica produz um sinal do tipo senoidal amortecido, de duração

extremamente curta. Cada sinal é denominado um pulso ou, mais comumente, um

evento.” (ALLEVATO; RAMOS, 1980, p 258-265).

A emissão acústica é essencialmente um pulso de tempo de subida de curto

deslocamento (um pulso de velocidade de pequena duração), com o correspondente

espectro largo de freqüência. Oscilações podem ser produzidas por propagação,

mas não estão normalmente presentes no movimento da fonte. Outro fator

importante é a geometria do corpo-de-prova, que pode provocar o fenômeno da

ressonância (MAIA, 2005, p.19).


Segundo Soares (2001) um sinal ideal de emissão acústica pode ser descrito

conforme a EQUAÇÃO (8), que descreve a forma de onda de tipo senoidal

amortecido, com decaimento exponencial. Um sinal típico gerado segundo essa

equação é apresentado na FIGURA (2).

V = V0 . exp (-B.t). sin(ω.t) Equação (8)

FIGURA 2 – Sinal típico de emissão acústica. [Soares, 2001]

A FIGURA (3) apresenta o processo de formação de uma onda de emissão acústica,

demonstrando seus principais fatores.

FIGURA 3 – Formação de uma onda de emissão acústica. [Soares, 2001]

(t)

(dB

EA)


2.2.3 Ruídos no ensaio de emissão acústica e possíveis soluções

Ruído é uma variação aleatória sinal medido como conseqüência da variação das

variáveis extrínsecas. O ruído aumenta a dispersão dos dados. O ruído se adiciona

à dispersão do sinal. Problemas de ruído podem ser solucionados pelas técnicas

chamadas de discriminação ou filtragem final, e durante a análise do pós-teste dos

dados registrados, estas são chamadas de técnicas de interpretação dos dados de

emissão acústica. O ruído deve ser eliminado durante a interpretação de dados

(separação de indicações relevantes de não-relevantes). Pode-se reconhecer o

ruído pela ocorrência em tempos ou de cargas não razoáveis, pela qualidade dos

dados apresentados, pela aparência no osciloscópio e pelas observações do

operador quando ele observa diretamente qualquer causa disto. O ruído pode ser

filtrado pelas características do sinal, pelo tempo no qual ocorre, pela carga na qual

ocorre e por combinações das anteriores (SOARES; DONATO, 2002, p.02).

O ruído eletromagnético geralmente acontece no pré-amplificador, no sensor e no

console principal. Podem ser oriundos de interferência elétrica /eletromagnética ou

de retorno de terra. O ruído mecânico ocorre por meio do deslocamento dos corpos-

de-prova nas garras, cabos movimentando contra a estrutura, impacto como chuva,

terra (com influência do vento), cabos contra a estrutura, partículas no gás ou líquido

e fluxo. Uma opção para reduzir o ruído mecânico é o uso de materiais

amortecedores como barras de plástico, que pode ser unidos às áreas de atrito dos

corpos-de-prova (SOARES; DONATO, 2002, p.02).

A filtragem final tem como base a característica da medição do sinal, com base nos

tempos de chegada relativos em canais diferentes, com base em um parâmetro

externo e usualmente tempo ou carga. Uma monitoração preliminar pode ser

realizada para definir a condição de ruído. Ruído elétrico pode ser tratado de várias

maneiras, entre elas, o uso de transdutores diferenciais que podem atenuar algum

ruído, isolamento elétrico do transdutor e do cabo de sinal da estrutura também é

necessário. Com o objetivo de extrair a maior informação possível de uma onda de

emissão acústica o sensor deve ser de banda larga, e a freqüência de corte deve ser

tão baixa quanto possível (SOARES; DONATO, 2002, p.03).


2.2.4 Fontes de emissão acústica

As fontes de emissões acústicas são aquelas descontinuidades relacionadas aos

processos de deformação, tais como nucleação de trincas e deformações plásticas.

Os sinais de emissão acústica podem ser classificados genericamente em dois tipos:

contínuos e abruptos (MAIA, 2005, p. 24).

Os sinais contínuos são originados nos deslocamentos de discordâncias e

deslizamentos que ocorrem no material e se caracterizam por apresentarem um

longo tempo de atividade, característica que, muitas vezes, leva a se considerar

estes sinais como sendo ruídos mecânicos externos à peça (CAMERINI, 1990, p. 6).

Os sinais isolados e abruptos possuem tempo de ocorrência bem definido e

apresentam maiores amplitudes do que os sinais contínuos. Estes sinais estão

associados aos grandes deslocamentos de discordâncias, quebra de inclusões e

outros mecanismos que envolvem grandes taxas de deformação. Os seguintes

fatores influem no tipo e na forma dos sinais: taxa de deformação, espessura,

homogeneidade da microestrutura, histórico do material (CAMERINI, 1990, p. 7).

Segundo Camerini (1990), de modo genérico, os efeitos mecânico-metalúrgicos que

influenciam na geração de sinais acústicos de grande amplitude são: grandes taxas

de deformação; aços de alta resistência; heterogeneidades; grandes espessuras;

fraturas frágeis; baixas temperaturas; presença de transformações martensíticas;

propagação de trincas; materiais fundidos e granulação grosseira. Os efeitos que

influenciam na geração de sinais acústicos de baixa amplitude são: baixas taxas de

deformação; aços de baixa resistência; homogeneidades; pequenas espessuras;

fraturas dúcteis; altas temperaturas; transformações de fase por difusão; materiais

forjados e laminados e granulação fina.

Conforme Maia (2005) são consideradas pseudofontes de emissões acústicas:

vazamento de gás ou liquido, atrito, fechamento de trincas, partículas perdidas e

componentes perdidos (impacto), cavitação, descarga elétrica, transformação de

fase, reação química (corrosão) e aquecimento.


2.2.5 Conceito de ondas acústicas

As ondas acústicas se propagam através de uma perturbação do meio,

transportando, desta forma, energia, sem que haja transferência de massa. As

ondas podem ser longitudinais ou transversais, nas ondas longitudinais a

perturbação do meio tem a mesma direção da propagação da onda. No caso das

ondas transversais a perturbação do meio tem a direção perpendicular da

propagação da onda (TIPLER, 1995, p. 109). É usual representar a sua amplitude

em decibel, que, sendo definido a partir da função logaritmo, torna mais simples a

representação de valores afastados de muitas ordens de grandeza, conforme

apresentado na EQUAÇÃO (9). Sendo I intensidade de onda e I0 intensidade da

onda de referência.

Equação (9)

Os limites do meio de propagação, bem como as heterogeneidades existentes neste

meio, podem produzir novos tipos de ondas, como as ondas superficiais, além de

reflexões, difrações, dispersões e atenuações. A onda acústica é semelhante a um

feixe sônico. Ambos são ondas e obedecem aos mesmos princípios. Cada um viaja

na sua velocidade característica em um meio homogêneo (a velocidade depende

das propriedades do meio e não das propriedades da onda). O tamanho de uma

fonte de emissão acústica pode ser considerado inicialmente pontual, e a

propagação do som, ocorrendo em todas as direções, através de ondas esféricas.

Nestes tipos de onda, a intensidade sonora é função inversa do quadrado da

distância à fonte. A onda se propaga em um determinado meio, com a perda de

intensidade, segundo a EQUAÇÃO (10). Sendo I1 é intensidade a uma distância R1

e I2 é intensidade a uma distância R2, sendo R2 > R1. (CAMERINI, 1990, p. 7).

Equação (10)

2

2

1

1

2

=

R

R

I

I

⋅=

0

log10I

IdB


Considerando-se um meio elástico sem fronteiras, têm-se tipos de ondas em que o

som se propaga que são as ondas longitudinais, transversais e as superficiais (ou

Lamb). A velocidade de cada tipo de onda é uma característica de cada material,

sendo constante e definida pela EQUAÇÃO (11) para ondas longitudinais e a

EQUAÇÃO (12) para as ondas transversais. Sendo E= módulo de elasticidade do

material, ρ= massa especifica e µ= módulo de Poisson.

Equação (11)

Equação (12)

A TABELA (1) apresenta alguns materiais e as respectivas velocidades sônicas.

TABELA 1

Velocidades sônicas de alguns materiais

Material Velocidade longitudinal

(Km/s)

Velocidade transversal

(Km/s)

Aço 5.920 3.250

Alumínio 6.300 3.130

Níquel 5.630 2.960

Ferro fundido 3.500 2.200

Água 1.480 -

Óleo 1.330 -

FONTE – CAMERINI, 1990, p.9.

Nos ensaios de emissão acústica em vasos de pressão durante testes hidrostáticos,

os sinais gerados propagam-se por meio do fluido contido no equipamento, no teste

hidrostático esse fluido é a água, conforme apresentado na FIGURA (4). Esta

situação leva a uma perda de energia do som (CAMERINI, 1990, p. 9).

⋅−⋅+

−⋅=

)21()1(

1

µµ

µ

ρ

ECL

+⋅⋅=

)1(2

1

µρ

ECT


FIGURA 4 – Caminhos percorridos pelo som em um vaso de pressão. [Camerini, 1990]

A velocidade de propagação de ondas acústicas em um meio qualquer é função de

suas constantes. Estas constantes variam de acordo com o material e relacionam a

quantidade de deformação sofrida por um material em função da força exercida

sobre ele. Em uma superfície, se o meio é homogêneo e a velocidade de

propagação é igual em todas as direções, as ondas serão circulares e suas frentes

estarão separadas por um comprimento de onda (λ). Nos líquidos, a velocidade é

muito maior porque o aumento de densidade é compensado por um aumento na

elasticidade. Quando uma onda ultra-sônica atinge uma das superfícies do material,

pode ocorrer reflexão, transmissão para um segundo meio, através da refração da

onda e transformação de modo, sendo que estas ocorrências são influenciadas

pelas impedâncias acústicas dos dois materiais que formam a interface. As

quantidades relativas da onda refletida e da onda transmitida são apresentadas nas

EQUAÇÕES (13) e (14), e na FIGURA (5). Sendo Z1= impedância acústica do meio

1 e Z2= impedância acústica do meio 2.

FIGURA 5 – Reflexão das ondas. [Camerini, 1990]

Onda Transmitida

Onda Incidente

Onda Refletida

Interface


Equação (13)

Equação (14)

Quando a onda atinge obliquamente a interface, tem-se a refração da onda, que é a

mudança do ângulo da onda transmitida ao segundo meio. Na FIGURA (6),

apresenta um exemplo de uma onda incidente, sua componente refletida e refratada.

A EQUAÇÃO (15) apresenta a correlação entre os diversos ângulos, conhecidos

como lei de Snell (CAMERINI, 1990, p. 11). Sendo υ1 a velocidade do meio 1 e υ2 a

velocidade do meio 2.

FIGURA 6 – Ondas incidentes, refletida e refratada entre dois meios. [Camerini, 1990]

Ondas incidente, refletida e refratada entre dois meios.

Equação (15)

21

21

ZZ

ZZCR

+

−=

21

22

ZZ

ZCT

+

⋅=

2

1

2

1

v

v

sen

sen=

ϕ

ϕ

Onda Refratada

Onda Refletida Onda Incidente

Normal

Interface

V1

V2


Quando uma onda atinge uma superfície com um determinado ângulo, além das

reflexões e refrações, pode ocorrer o fenômeno de transformação de modo da onda,

que é a mudança de um modo de propagação em outro diferente, conforme

apresentado na FIGURA (7).

FIGURA 7 – Onda longitudinal incidente e a transformação de modo da onda. [Camerini, 1990]

O termo “atenuação” significa a perda da amplitude do sinal com o aumento da

distância da fonte. A atenuação é importante porque controla a detectabilidade de

fontes distantes. É, portanto, um fator chave na determinação do espaçamento entre

os sensores para o ensaio de emissão acústica (MAIA, 2005, p.20).

A atenuação causada pelo espalhamento ocorre devido aos materiais não serem

totalmente homogêneos. A presença de inclusões, poros, diferentes fases na

microestrutura, segregações, dentre outros, atuam como pequenos refletores que

levam o som a se dispersar em várias direções. A absorção é outro fator da

atenuação das ondas dentro de um meio e se relaciona diretamente com a

transformação de energia sonora em calor. De modo geral, a absorção aumenta

com o aumento da freqüência do movimento oscilatório. A espessura da chapa a ser

ensaiada influência na atenuação, sendo esta maior quanto menor for à espessura.

Isto porque, em pequenas espessuras, o número de reflexões nas fronteiras

externas do material é maior (CAMERINI, 1990, p. 13).

Onda

Longitudinal

Incidente

Onda

Longitudinal

Refletida

Onda

Longitudinal

Refratada

Onda

Transversal

Refratada

Normal a

Superfície


2.2.6 Parâmetros dos sinais de emissão acústica

Um sinal ao ser detectado pelos sensores possui diversas características, sendo que

o microprocessador realiza a contagem para a quantificação destes valores. A

FIGURA (8) apresenta um sinal típico e os principais parâmetros: amplitude, energia,

contagem, tempo de subida e duração, que são medidos pelo aparelho.

FIGURA 8– Sinal de emissão acústica e seus principais parâmetros. [Maia, 2005]

Conforme Soares (2001) a amplitude representa o valor máximo atingido pelo sinal

seja em voltagem (V) ou decibéis (dB). A energia corresponde à área sob a

envoltória do sinal de emissão acústica. A contagem representa o número de vezes

em que o sinal de emissão acústica ultrapassa um determinado limiar de referência

(Threshold). O tempo de subida representa o valor de tempo em que o sinal

apresentou amplitudes crescentes. A duração representa o valor de tempo em que o

sinal foi detectado pelo aparelho. O limiar representa o nível mínimo de referência

sendo um patamar de rejeição de ruídos de baixa amplitude. Sinais abaixo deste

valor são rejeitados e não são detectados pelo aparelho. Assim fixa-se um valor

mínimo acima do nível de ruído com o intuito de evitar que sejam analisados sinais

advindos não da emissão acústica, mas sim do ruído.


Segundo Soares (2001) quando a voltagem (amplitude) de um sinal ultrapassa a

voltagem do limite de referência do sistema inicia-se o processo de detecção de um

sinal de emissão acústica. O sinal atinge um valor máximo e decai até cruzar

novamente o limite de referência do sistema. O valor máximo de amplitude é

registrado como a amplitude do sinal e em função de ter ocorrido um cruzamento

ascendente e um cruzamento descendente do limite de referência do sistema tem-se

a primeira contagem do sinal de emissão acústica. O sinal oscila até a parte

negativa da onda e cruza mais uma vez o limite de referência do sistema, para

facilitar a comparação dos sinais e o processamento dos dados, a instrumentação

de emissão acústica trabalha com o módulo dos valores de voltagem.

Conforme Soares (2001) a oscilação do sinal continua apresentando amplitude

abaixo e acima do primeiro pico após a detecção do sinal. Quando um novo valor de

máxima amplitude é encontrado calcula-se o tempo necessário para o sinal atingir o

valor máximo de amplitude. Este tempo é denominado tempo de subida. Quando o

sinal não mais cortar o limite de referência, temos o final do sinal de detecção

acústica. O tempo de subida é medido simultaneamente com a máxima amplitude,

sendo assim, o valor anteriormente medido é registrado. A diferença de tempo entre

o tempo de início de detecção do sinal e o instante do término da detecção do sinal

é denominada duração. O processo de detecção e medição do sinal de emissão

acústica poderia prosseguir indefinidamente sempre que um novo sinal fosse

detectado, ou seja, cortasse o limite de referência do sistema.

Segundo Soares (2001) para a correta identificação do sinal de emissão acústica

são estabelecidos três tempos máximos para a instrumentação coletar e processar o

sinal. O primeiro parâmetro está relacionado ao tempo necessário para o sinal atingir

o seu maior valor de amplitude, geralmente este parâmetro é identificado como

“tempo de definição do pico”. O segundo parâmetro estipula a máxima duração

possível para um sinal de emissão acústica, sendo identificado como “tempo de

duração do sinal”. O terceiro parâmetro está relacionado com o tempo necessário

para a instrumentação de emissão acústica coletar, medir as características e

armazenar o sinal de emissão acústica, sendo identificado como “tempo morto do

sistema”.


Estes diversos parâmetros dos sinais é que irão definir o tipo e a gravidade de uma

determinada atividade acústica. Os critérios de aceitação e rejeição de uma

determinada estrutura dependem fundamentalmente da quantidade de sinais

gerados nos ensaios bem como as características destes sinais.

O sinal de emissão acústica pode conter muitas informações a respeito da fonte

emissora e sobre a estrutura que está sendo testada. As características da fonte, o

caminho percorrido pela onda sonora da fonte até o transdutor, as características do

transdutor e o equipamento utilizado na medição afetam diretamente a forma de

onda do sinal de emissão acústica. Geralmente, as formas de ondas são complexas,

dificultando com isso a caracterização da fonte emissora. A FIGURA (9) apresenta o

desenho esquemático de uma forma de onda, e seus parâmetros mais relevantes

para o ensaio de emissão acústica.

FIGURA 9– Desenho da forma de onda de um sinal de emissão acústica. [Soares, 2001]

“Hits” nos ensaios de emissão acústica são atividades acústicas individuais

produzidas por mudanças locais no material inspecionado. A contagem de hit é o

número de vezes em que o sinal de emissão acústica ultrapassa a amplitude

definida como limiar, na FIGURA (8) o limiar é apresentado como uma linha de

referência, e a contagem de “hits” são representadas pelas vezes em que a forma de

onda corta a linha limiar, conhecida como limite de referência (Threshold).


2.2.7 Sensores para detecção de sinais de emissão acústica

É considerado o item mais importante do conjunto entre os equipamentos usados

para a realização do ensaio de emissão acústica. O sensor também chamado de

transdutor é um elemento composto por um material cerâmico de propriedades

piezoelétricas. Este sensor converte as ondas de tensão por ele captadas, em sinais

elétricos de baixa energia, quando em contato com a superfície do material. O mais

usado destes elementos piezoelétricos é constituído de uma variedade de zirconato-

titanato de chumbo. O sensor é isolado eletrostaticamente por meio de uma camisa

metálica (CAMERINI, 1990, p. 14). A FIGURA (10) apresenta a configuração típica

de um sensor de emissão acústica, com os seus principais componentes.

FIGURA 10 – Componentes típicos de um sensor de emissão acústica. [Camerini, 1990]

1- conector; 2- carcaça; 3- material de amortecimento; 4- cristal piezo-elétrico; 5- condutores; 6-

eletrodos.

A FIGURA (11) apresenta um típico sensor de emissão acústica em aplicações

industriais.

FIGURA 11 – a) Sensor de emissão acústica e b) prendedor tipo magnético.

0,5 cm a b


A freqüência de ressonância de um cristal ultra-sônico é definida pela sua

espessura, segundo a EQUAÇÃO (16). Onde f= freqüência de ressonâmcia, υs =

velocidade do som e tc = espessura do cristal.

Equação (16)

A expressão não é diretamente válida para os sensores de emissão acústica, já que

estes são projetados para detecção de ondas de baixa freqüência. Nestes casos,

onde a espessura se aproxima do valor do diâmetro do cristal, ocorre uma interação

entre os modos de vibração pela espessura e pela direção radial. Quando isto

acontece, a freqüência de ressonância de um cristal já não é dependente só da

espessura.

A EQUAÇÃO (17) é mais adequada para o caso de sensores de emissão acústica.

Onde f= freqüência de ressonâmcia, Np= constante de freqüência planar, N33=

constante de freqüência axial, tc = espessura do cristal e D= diâmetro.

Equação (17)

No caso das reações de corrosão, a emissão acústica produzida possui freqüência

da ordem de 150 a 200kHz, razão pela quais os sensores utilizados neste campo

possuem freqüência de ressonância em torno de 175kHz (PASA, 2008, p.12).

A sensibilidade do sensor de emissão acústica é função do material e da geometria

do cristal. Os sinais acústicos incidentes que possuem freqüências próximas da

freqüência de ressonância do cristal terão alta resposta, enquanto que os sinais de

freqüência maiores serão pouco amplificados. Levando-se em consideração que as

ondas de alta freqüência são fortemente atenuadas, procura-se dimensionar os

cristais para a detecção de ondas de baixa freqüência, por volta de 150 a 200kHz

(CAMERINI, 1990, p. 15).

tc

vsf

⋅=

2

2

12

333

11

⋅⋅−⋅=

D

tc

N

N

D

Nf PP

518,02

≤

≤

D

tcD


2.2.8 A calibração dos sensores e técnicas de localização de fontes

O processo de calibração da aparelhagem de emissão acústica consta do uso de

uma barra de grafite 2H de diâmetro 0,3mm que deve ser fraturada (quebrada) na

superfície do material. Uma onda acústica reprodutível é gerada pela quebra de uma

barra de grafite no material a ser inspecionado. Deve-se tomar cuidado para quebrar

sempre o mesmo comprimento da barra de grafite (comprimento entre 2mm e 3mm

são recomendados). Em geral para um bom acoplamento valores acima de 80dbs

são recomendados para a calibração. O método de montagem por compressão

mantém o sensor de emissão acústica em contato com a superfície da estrutura por

meio de força de compressão. O acoplante e a força de acoplamento devem ser os

mesmos que aplicados ao sensor em teste quando em uso (Norma ABNT NBR

15361: 2006. p. 5).

O uso de acoplante é aconselhável neste método de montagem para minimizar

perdas de sinal na interface da estrutura para o sensor de emissão acústica. O tipo

de acoplante ou material de colagem deve ser especificado considerando os efeitos

do ambiente (por exemplo, temperatura, pressão, gases ou líquidos) sobre o

acoplante. Ele deve ser quimicamente compatível com a estrutura, não sendo uma

possível causa de corrosão. A maneira usual na aplicação de um acoplante consta

em se colocar uma pequena quantidade de acoplante no centro da face do sensor e

pressionar o sensor na superfície da estrutura ou componente, espalhando o

acoplante uniformemente do centro para fora da face do sensor de emissão acústica

(Norma ABNT NBR 15242: 2005. p.2).

A possibilidade de localizar as fontes acústicas é uma das grandes vantagens do

ensaio de emissão acústica. Outra vantagem desta localização é a eliminação de

sinais que se originam de fontes externas ao local de interesse. Sendo assim, o

responsável pelo ensaio pode eliminar todos os sinais indesejáveis que tenham sido

identificados como sendo originados de uma fonte externa. As fontes de emissão

acústica, ao produzirem sinais que se propagam no material, permitem sua

localização, uma vez que a propagação do som é proporcional à velocidade do som

no material e ao tempo decorrido.


Conforme Soares (2001) pode não ser conhecida a localização ou existência de

descontinuidades, então também não é conhecido onde as fontes de emissão

acústica estão localizadas. Portanto, não se sabe quando irá ocorrer emissão

acústica ou quantos sinais serão gerados. Uma descontinuidade particular pode

fornecer apenas uma ou milhares de emissões acústicas.

O equipamento eletrônico pode medir o tempo percorrido e tendo-se a velocidade do

som no material, com cálculos se obtém a localização da fonte. A localização de

fontes de emissão acústica pode ser realizada das seguintes formas: linear, zonal,

planar e espacial (CAMERINI, 1990, p. 22). O método de localização de fontes em

ensaios laboratoriais de corrosão indicado na literatura é a localização zonal, por

isso somente este método de localização será descrito no próximo parágrafo.

A localização zonal ou localização do primeiro “hit” é uma técnica de localização

onde não se necessita saber a velocidade de propagação da onda no material em

estudo ou análise. Localiza somente uma região (zona próxima ao sensor), requer

apenas o uso de um sensor. Esta técnica de localização indica uma área ou região

de uma estrutura onde está ocorrendo eventos ou “hits” significantes de emissão

acústica. A eficácia da localização é controlada pela consistência do ajuste de

diferencial de tempo (∆t) e eficácia do algoritmo (SOARES, 2001, p.15).

Com relação a erros na localização de fontes de emissão acústica o cálculo da

localização de fontes de emissão acústica requer o conhecimento da velocidade de

propagação do som no material, o correto posicionamento dos sensores, da

geometria do equipamento que esta sendo testado e da medida dos intervalos de

tempo de chegada em cada sensor. A grande quantidade de fatores significativos

que levam os erros na localização exata de fontes de emissão acústica tem

diminuído o uso pratico desta ferramenta. Atualmente, têm-se utilizado em maior

escala a localização zonal, que e a indicação do sensor mais ativo, definindo-se uma

área em torno deste sensor como uma região de possíveis defeitos ativos

(CAMERINI, 1990, p.26).


2.2.9 Emissão acústica aplicada a danos por corrosão

Conforme Van de Loo (1997) o mecanismo de geração do sinal de emissão acústica

é devido à mudança no volume do produto de corrosão, ocasionando ondas de

tensão que se propagam no meio líquido.

No princípio do estágio da degradação de um material metálico, como uma chapa, é

caracterizado por uma camada de produtos de corrosão, com considerável

espessura. O processo primário de corrosão é devido às reações químicas sob a

superfície metálica, sendo geralmente de baixa energia, curta duração, processo

aleatório e contínuo que ocorre em toda a superfície metálica exposta. Com a

constante formação da camada superficial de produtos de corrosão a camada

imediatamente inferior, fratura a camada imediatamente superior, quebrando a

camada de produtos de corrosão, gerando assim ondas elásticas transientes de

longa duração, de grande amplitude e energia que se propaga no meio liquido

armazenado, o qual é detectado pelos sensores de emissão acústica. Como

resultado dos ensaios de corrosão nota-se em ser capaz de detectar é diferenciar

processo corrosivo e seus respectivos estados de degradação em chapas metálicas

na metalurgia aço carbono, confirmando a potencialidade desta técnica de inspeção

(VAN DE LOO; KRONEMERJER, 1998).

Silva (2009) descreve a aplicação da técnica de emissão acústica na detecção e na

evolução do dano de corrosão em corpos-de-prova em aço. No experimento foram

usadas chapas de aço de ASTM A283 Grau C e COS ARCOR 350 com 120mm de

comprimento, 120mm de largura e 6,35mm de espessura, usou-se soluções de

H2SO4 + Na2SO4 com pH igual a 4,5 (corrosão generalizada) e uma solução de

FeCl3 com pH igual a 1,3 (corrosão localizada). O tempo de exposição dos corpos de

prova as soluções foi de 72 horas, os parâmetros mais importantes extraídos das

ondas da atividade acústica foram: amplitude, contagem acumulada e número de

“hits” acumulado. Como resultado observou-se que durante o processo corrosivo

detectou-se atividade acústica nos corpos-de-prova, tanto para a corrosão

generalizada como na corrosão localizada.


Filho (1996) afirma que diversos são os mecanismos que atuam como fontes de

emissão acústica. Em tese todo mecanismo que impõe um comprometimento à

integridade do equipamento ou estrutura são potenciais fontes de emissão acústica.

Assim toda anomalia estrutural a que for submetido, será acompanhada de atividade

de emissão acústica.

Conforme Soares e Donato (2002) em estudos da aplicação da emissão acústica em

corrosão não é necessária a presença de tensão em função da fonte de estímulo

serem as reações eletroquímicas, em meios ácidos, que produzem gases. A

localização zonal apresenta bons resultados na aplicação em ensaios de corrosão.

Segundo Assis; Mattos e Alcoforado (2007) em estudos de corrosão as ondas de

emissão acústica são produzidas em resposta as reações eletroquímicas

desenvolvidas no meio exposto ao ambiente corrosivo. O parâmetro comumente

utilizado para constatar a presença de descontinuidades, sem discerni-las, é o

somatório de contagens ou contagem acumulada, serve para representar a

severidade, intensidade, com que o equipamento é degradado. O local onde se

concentra a maior atividade corresponde ao local onde se espera a maior

intensidade de deterioração (corrosão).

Conforme Filho (1992) a maioria dos métodos tradicionais de inspeção em fundos de

tanques de armazenamento atmosféricos envolvem a retirada de serviço,

descontaminação e aplicação de ensaios localizados para verificação da condição

de integridade. O monitoramento de tanques sob condições controladas fornece

informações da situação da integridade do fundo.

A metodologia de monitoramento de tanques por meio da técnica de emissão

acústica tem sido desenvolvida nos últimos anos, com o objetivo de localizar os

eventuais vazamentos presentes no fundo (detecção e localização da turbulência

causada pelo fluxo do produto através do furo). Notou-se que a presença de

corrosão já existente e processos de corrosão em evolução atuantes em fundos de

tanques promoviam um nível de atividade acústica facilmente identificada.


O processo de corrosão é altamente ativo considerando que para ocorrer à corrosão

a energia liberada no processo é enorme. Uma segunda fonte altamente ativa

associada ao processo de corrosão é a formação do óxido. Estes produtos são de

características frágeis que também liberam energia durante o fissuramento que

permanentemente ocorre à medida que mais óxido é formado na camada inferior, ou

quando submetido a pequenos deslocamentos, por exemplo, quando aderidos às

chapas do fundo de tanques. Essa energia oriunda da fratura ou ruptura da camada

superficial de óxidos de corrosão se propaga pelo material.

Soares e Souza (2008) afirmam que a aplicação da técnica de emissão acústica

para a avaliação do fundo de tanques prevê a coleta de sinais oriundos dos

processos corrosivos em andamento no tanque em inspeção. Estes sinais são de

baixa intensidade e necessitam de grande amplificação para sua correta detecção.

Ensaios em laboratório foram realizados em amostras de aço carbono (ASTM A283

Grau C), sendo que a correlação dos sinais de emissão acústica com o processo

corrosivo foi abordada medindo-se o percentual de área corroída em ensaios de

microscopia óptica e em ensaios de perda de massa. Foram obtidas relações

consistentes entre perda de massa e quantidade de sinais (atividade) de emissão

acústica.

Segundo Santos, et al (2009) processos corrosivos em aços carbono são emissores

de sinais de emissão acústica, originados das reações anódicas, catódicas e

primordialmente das quebras ou fraturas de óxidos que são os produtos de corrosão.

Estes sinais de corrosão podem ser captados permitindo a localização do processo

corrosivo e a sua intensidade. É possível comprovar que reações anódicas de

dissolução metálica e catódicas com evolução de gás hidrogênio (em meios ácidos)

são fontes de ruídos e podem ser identificadas. Entretanto, grande parcela de sinais

emitidos por um processo corrosivo é originada na quebra de óxidos, os óxidos

gerados nos aços carbono geralmente não são protetores ou impermeáveis, e há a

clara tendência ao produto corrosivo estar em contato permanente com a superfície

metálica desprotegida e continuar a gerar óxidos que são frágeis e ao crescerem

fraturam as camadas superiores. A FIGURA (12) representa os processos corrosivos

de formação dos sinais de emissão acústica.


FIGURA 12 – Processo corrosivo em meio ácido: reações anódicas e catódicas. [Santos, et al. 2009]

A FIGURA (13) representa o mecanismo de formação dos sinais de emissão

acústica gerados em fundos de tanques de armazenamento.

FIGURA 13 – Esquema representativo do ensaio Tankpac em fundo de tanques. [Santos, et al. 2009]

Segundo Yuyama, et al (2007) é verificada uma boa correlação entre as atividades

de emissão acústica e parâmetros de corrosão (representada pela taxa de

corrosão), após a realização de análise estatística de dados de espessura em

pontos das chapas do fundo de tanques de armazenamento, usando-se a medição

de espessura por ultra-som e o ensaio de MFL (Magnetic Flux Leakage ou

Vazamento de Campo Magnético). Este trabalho demonstrou a boa correlação

existente entre a atividade de emissão acústica em termos de número de “hits”

detectados por canal e parâmetros de corrosão, resultado da análise estatística de

perda de espessura. Desta forma conclui-se que quanto maior for à atividade

acústica em um material, maior será o estado de dano do mesmo (processo ativo de

corrosão).


Van de Loo e Hermann (1999) demonstram que o fenômeno físico da origem dos

sinais de emissão acústica observados em processos corrosivos em materiais

metálicos é devido à fratura da camada de óxido superficial formado pelos produtos

de corrosão de maneira contínua, afirmam também a existência de uma boa

correlação entre os sinais detectados de emissão acústica e a perda de espessura

em materiais metálicos (chapas de fundo de tanques de armazenamento) mediante

a aplicação do ensaio de MFL (Magnetic Flux Leakage ou Vazamento de Campo

Magnético) realizado em 598 tanques da indústria do petróleo.

Mansfeld e Stocker (1979) afirmam que o mecanismo de formação de sinais de

emissão acústica em danos por corrosão ainda não está bem delimitado, mas os

experimentos realizados sugerem que essas emissões são formadas devido à

formação e evolução de bolhas de gás hidrogênio na superfície metálica das

amostras ensaiadas. Porém esse processo ocorre em meio ácido. O uso de

inibidores de corrosão na solução química (eletrólito) reduz a geração de sinais de

emissão acústica por promover uma redução na dinâmica do processo corrosivo.

Jones e Friesel (1992) realizaram experimentos laboratoriais no monitoramento de

amostras de aço carbono e aço inoxidável austenítico AISI 304 imersas em solução

de NaCl com concentração de 1 molar com potencial de hidrogênio ajustado para

1,0 (solução ácida) com a técnica de emissão acústica na detecção de danos por

corrosão. Observou-se uma grande atividade acústica de emissão acústica durante

o processo de corrosão das amostras ensaiadas. O processo corrosivo foi

caracterizado como o tipo localizado, com a formação de alvéolos ou pites. Os

autores sugerem que os mecanismos de formação das emissões acústicas são

devido à ruptura da camada de óxido e a evolução das bolhas de hidrogênio (em

meio ácido). Os parâmetros indicados para análise dos experimentos foram o

número total de “hits” e a amplitude dos sinais.

Segundo Lenain e Proust (2005) a aplicação da técnica de emissão acústica na

monitoração de danos por corrosão detecta a assinatura do sinal (som) da corrosão.

Em geral, os sinais de emissão acústica gerados na corrosão alvéolar possuem

baixa freqüência e são menores do que os sinais gerados na corrosão sob tensão.


Segundos os autores existem quatro principais hipóteses que explicam a formação

das ondas elásticas de emissão acústica em processos corrosivos, são eles: 1- A

cristalização de sais dentro da cavidade dos alvéolos ou pites, 2- A evolução do gás

hidrogênio devido a reações catódicas em meio ambiente ácido e 3- A fratura

superficial dos produtos de corrosão (óxidos).

Conforme Pollock (1986) em seu trabalho clássico sobre a correlação entre a

emissão acústica aplicada a problemas de corrosão, afirma que emissões acústicas

são produzidas por diversos mecanismos, entre eles: pela ruptura de um filme de

óxidos, pela evolução de gás em meio ácido, pelas microtrincas induzidas pelo

hidrogênio, crescimento da zona plástica e descontinuidades oriundas da corrosão

sob tensão. Para que o processo corrosivo seja detectado o mesmo deve ser ativo,

ou seja, dinâmico. Contudo, as emissões acústicas formadas pela degradação da

superfície pela fratura de produtos de corrosão são consideras um processo ativo.

Conforme Yuyama (1983) as atividades de emissão acústica produzidas em

processos de corrosão são relacionadas com a movimentação de bolhas de gás de

hidrogênio (H2) formadas pelas reações catódicas, ocorridas em meio ácido. Assim

como os principais mecanismos de formação das ondas de emissão acústica são as

evoluções do gás hidrogênio via reações catódicas em soluções ácidas e a ruptura

da camada superficial do filme. O conhecimento das atividades acústicas

observadas durante os processos corrosivos dependem em geral de três fatores: 1-

condições ambientais (existência da dissolução de hidrogênio), 2- condições

mecânicas (tensões) e 3- características do material (tratamentos térmicos,

inclusões não-metálicas). Os parâmetros mais comumente analisados dos sinais de

emissão acústica em estudos de danos por corrosão são: a contagem de emissão

acústica, amplitude e energia.

Allevato e Ramos (1980) afirmam que em estudos de corrosão não são necessários

o tensionamento do material (sobre pressão), porque a fonte geradora de emissão

acústica são as reações eletroquímicas que geram gases, em meios ácidos. A

localização linear ou planar é dependente da geometria do corpo-de-prova, mas a

localização zonal tem demonstrado bons resultados.

METODOLOGIA 40

3. METODOLOGIA

Neste capítulo será descrito a forma de condução dos ensaios, e as características

dos equipamentos utilizados, a parte experimental da pesquisa consistiu na

execução de ensaios em laboratório no LRSS (Laboratório de Robótica Simulação e

Soldagem/DEMEC/UFMG) para a avaliação da aplicação da técnica de emissão

acústica na avaliação de processos corrosivos em chapas de aço-carbono.

3.1 Material

O desenvolvimento do trabalho envolveu o estudo do aço de especificação ASTM

A283 Grau C, aço típico para a construção de equipamentos de caldeiraria. São

aços de tensão de escoamento mínimo de 205 MPA (Especificação ASTM A283).

Na TABELA (2) apresenta-se a composição química requerida pela norma ASTM.

TABELA 2

Composição química (em peso %) - ASTM A283 Gr. C

Elementos Norma ASTM A 283 Grau C

Carbono 0,24 máx.

Manganês 0,90 máx.

Fósforo 0,035 máx.

Enxofre 0,04 máx.

Silício 0,40 máx.

FONTE – Norma ASTM A283/A283M, Annual Book of ASTM Standards, V. 01.04. 2007.

No apêndice deste trabalho encontra-se a composição química obtida por meio da

análise das amostras retiradas dos corpos-de-prova ensaiados, adotou-se para essa

análise o aparelho de espectroscopia. Na TABELA (3) apresentam-se os requisitos

de resistência mecânica do aço ASTM A283 Grau C.

METODOLOGIA 41

TABELA 3

Valores especificados de resistência mecânica - ASTM A283 Gr. C

Propriedades Mecânicas Norma ASTM A 283 Grau C

Tensão de escoamento 205 MPa

Tensão de ruptura 380 – 515 MPa

Alongamento 27%

FONTE – Norma ASTM A283/A283M, Annual Book of ASTM Standards, V. 01.04. 2007.

No anexo deste trabalho se encontra a tabela de medição dos valores de dureza,

realizados nos corpos-de-prova ensaiados por emissão acústica e a micrografia dos

três corpos de prova antes dos ensaios de laboratório.

3.2 Corpos-de-prova

As amostras foram fornecidas em forma de chapa plana, na espessura (e) de 6,4mm

(¼”). A chapa foi cortada nas dimensões (L): 110mm x 110mm. Os corpos de prova

foram preparados para ensaio com o método de lixamento mecânico e manual em

lixas de granulometria (180, 320, 400, 600 e 1000) e polidos em pasta de alumina,

foram limpas em água destilada, acetona, álcool etílico a 95% e secas em jato de ar

quente. A FIGURA (14) apresenta a forma dos corpos-de-prova utilizados na

realização deste trabalho. Foram confeccionados 03 (três) corpos-de-prova para a

realização dos ensaios de laboratório. A área exposta do corpo-de-prova a solução

química consta de um círculo com o diâmetro de 75,0mm, possuindo uma área

exposta de 44,18cm².

FIGURA 14 – Corpos-de-prova usados no ensaio de emissão acústica.

METODOLOGIA 42

3.3 Célula de corrosão

A célula de corrosão trata-se de um equipamento construído em material acrílico,

com o objetivo de armazenar a solução química (eletrólito), a fixar o corpo-de-prova.

A vedação é feita por meio da utilização de anéis do tipo o-ring. A FIGURA (15)

apresenta a célula que foi gentilmente cedida pelo LNDC (Laboratório de Ensaios

Não Destrutivos e Corrosão/COPPE/UFRJ) para a realização dos experimentos.

FIGURA 15 – Célula de corrosão utilizada nos experimentos.

3.4 Solução química utilizada

A solução química usada como eletrólito foi o (FeCl3): cloreto férrico, com 6% em

massa de concentração e com um potencial de hidrogênio de 1,3 caracterizando-se

um meio ácido. Está solução possui a característica de promover danos de corrosão

de forma localizada (alvéolar). A temperatura de realização dos ensaios foi à

ambiente. O volume de solução química usado foi de 450ml para cada experimento.

3.5 Equipamento de medição de espessuras por ultra-som

A norma ASTM G46-94 (2005) estabelece como um dos possíveis métodos de

identificação, determinação e detecção de alvéolos e pites o uso da técnica de ultra-

som, que consiste na introdução de um feixe sônico ao material e a medição da

correspondente resposta.

METODOLOGIA 43

O aparelho de medição de espessura utilizado possui as seguintes especificações

técnicas: Fabricante: Krautkramer, modelo: DM4, precisão: ± 0,01mm, número de

série: 16855. As especificações técnicas do cabeçote: Fabricante: Krautkramer,

modelo: DA312, precisão: ± 0,01mm, freqüência: 10MHz e diâmetro: 7,5mm. As

especificações técnicas do bloco escalonado para a calibração: material: aço

carbono, identificação: BL-UM-074 e número do certificado de calibração: 1660/05. A

FIGURA (16) apresenta o equipamento utilizado de medição de espessura com seus

acessórios.

FIGURA 16 – Aparelho de medição de espessura utilizado nos ensaios.

3.6 Equipamento de medição de alvéolos

A norma ASTM G46-94 (2005) estabelece como um dos possíveis métodos de

determinação da extensão de alvéolos e pites a aplicação do medidor micrométrico

de profundidade (medidor de alvéolos). Este equipamento consta de uma agulha

móvel instalada na posição vertical a qual é inserida na cavidade do alvéolo ou pite

de forma que sua ponta fique em contato com a superfície do vale do pite, a leitura

da espessura remanescente é realizada em uma escala ou de forma digital

diretamente no visor do aparelho. A FIGURA (17) apresenta o equipamento utilizado

de medição de profundidade de alvéolos. O processo de medição de profundidade

de alvéolos é realizado pela subtração, entre o valor da medição inicial pela técnica

ultra-sônica e o valor da leitura do medidor de alvéolos, se obtém o valor da

profundidade dos alvéolos de corrosão.

METODOLOGIA 44

FIGURA 17 – Aparelho de medição de alvéolos.

O medidor de alvéolos utilizado nos experimentos possui as seguintes

características técnicas: Fabricante: Mitutoyo, modelo: Absolute, número de série:

409055 e precisão: ± 0,01mm. Com ajuste de zero inicial e calibração realizado por

um laboratório credenciado a rede brasileira de calibração.

3.7 Equipamentos utilizados para os ensaios por emissão acústica

Foi utilizado o equipamento MISTRAS 2001 de propriedade do LRSS para a

execução dos ensaios em laboratório, cujas características são descritas abaixo.

- Modelo: Mistras 2001;

- Fabricante: Physical Acoustics Corporation (PAC);

- Placa de Aquisição de Dados: AEDSP-32P16 com dois canais;

- Sensores: Modelo R80, Ø ½”, n° de série SN 494 e SN 495, faixa de operação de

200 kHz a 1000 kHz, freqüência ressonante de 200 kHz; Temperatura de operação:

-65 a 177°C; Blindagem em aço inoxidável austenítico AISI 304.

- Pré-Amplificador: modelo 2/4/6-AST, faixa de 20 a 1200 kHz, n° de série

2460441908 e 2460442908, com ganhos ajustáveis de 20, 40 e 60dBs;

- Amplificador principal: 40dBs;

- Filtro: 10 kHz a 1200 kHz;

- Velocidade de Processamento: 8MHz.

METODOLOGIA 45

O computador possui armazenamento dos dados em disquete, portas USB,

apresentação dos resultados em forma de vídeo, possibilidades de análises

posteriores dos dados, dentre outros. A FIGURA (18) apresenta o equipamento de

emissão acústica usado e seus acessórios.

FIGURA 18 – Equipamento de emissão acústica com seus acessórios.

3.8 Preparação dos ensaios e calibração da aparelhagem

Todo o processo ocorre no potencial de corrosão, com circuito aberto, sem a

polarização do sistema de teste. Após a etapa de preparação das amostras (limpeza

superficial), as mesmas tiveram suas espessuras iniciais medidas, e em seguida

colocadas nas células de teste. Para que a atividade acústica do dano corrosivo seja

monitorada foi instalado um sensor diretamente em contato com a amostra (pela

parte inferior), com o objetivo de capturar a atividade acústica do dano de corrosão

proveniente diretamente da chapa de aço (corpo-de-prova) e um segundo sensor foi

instalado ao longo do perímetro da célula de corrosão, porem obtiveram-se sinais

com muita atenuação, devido à natureza do material acrílico.

Hardware com placa de aquisição de dados para EA

Pré-Amplificadores

Célula de corrosão

Grafite para calibração

Programa MISTRAS

Teclado e mouse

Sensores e Amostra

METODOLOGIA 46

Verificou-se grande atenuação dos sinais captados pelo sensor número 2 (canal 2),

desta forma, a aquisição de dados destes experimentos ocorreu com a leitura

somente do canal número 1 (canal 1). O limite de referência (Threshold) foi de 35dB,

conforme indicado na revisão bibliográfica ser o ideal em estudos de corrosão, para

a eliminação de ruídos do sistema (PASA, 2008).

Na verificação do acoplamento dos sensores de emissão acústica, geralmente o

valor aceitável para os sinais de calibração do sistema, assim indicando um bom

acoplamento do sensor à estrutura, são valores acima de 80dB de amplitude. Em

todos os ensaios realizados nos três corpos-de-prova este parâmetro de calibração

ficou entre 80 e 90dB de amplitude. Antes da realização dos testes com as soluções

químicas, o sensor foi calibrado por meio da técnica da quebra de grafite 2H de

0,3mm de diâmetro, a uma distância de aproximadamente 20mm do sensor #1,

segundo a norma ABNT NBR NM 302 (2005). São realizadas 03 (três) quebras de

grafite próximo ao sensor. Neste trabalho somente foi analisado e adquirido dados

do sensor acoplado diretamente à superfície inferior do corpo-de-prova, por meio da

localização de sinais do tipo zonal. Portanto o procedimento acima descrito de

calibração de sensores de emissão acústica se aplica somente ao sensor acoplado

diretamente no corpo-de-prova.

O dano de corrosão foi inicialmente monitorado por meio do ensaio de emissão

acústica durante um período de 24 horas. Após as primeiras 24 horas de ensaio, os

corpos de prova tiveram novamente as suas espessuras medidas, com o corpo-de-

prova dentro da célula de corrosão. Após as medidas de espessura os corpos-de-

prova voltam a ser ensaiados na célula de teste. Todo o procedimento do ensaio de

perda de espessura foi repetido a cada 24 horas de realização dos ensaios em

célula de teste, até que se atingiu o tempo total de 240 horas, ou seja, foram

realizadas dez medidas de perda de espessura em cada corpo-de-prova.

Como base de comparação para a inspeção e análise visual dos corpos-de-prova

adotou-se a identificação e numeração dos dez alvéolos mais significativos em todos

os corpos de prova. Por isso, somente foram medidos e analisados pela medição de

profundidade esses alvéolos indicados.

RESULTADOS E DISCUSSÃO 47

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Neste capítulo serão apresentados os resultados obtidos por meio da avaliação da

profundidade dos alvéolos, da medição de espessura por ultra-som, da avaliação

micrografica e visual e pela monitoração com a técnica de emissão acústica.

4.1 Resultados da avaliação visual e metalográfica

Com o auxílio da técnica metalográfica, consegue-se tornar visível a textura

microscópica do material, pondo assim em evidência os diversos grãos de que é

formado (COLPAERT, 1974, p. 121). A técnica micrográfica consiste em:

- escolha e localização da secção a ser estudada;

- realização de uma superfície plana e polida no lugar escolhido;

- ataque da superfície por um reagente químico adequado;

- exame ao microscópio para a observação da textura.

A etapa de inspeção visual consitui-se como a primeira fase de análise dos corpos-

de-prova, e têm como objetivo fornecer um indicativo da forma (geometria) e da

distribuição dos danos por corrosão sobre a superfície metálica exposta à solução

química. A inspeção visual foi realizada a vista desarmada (sem nenhum objeto de

aumento) e posteriormente realizada com o uso de microscópio óptico com aumento

de 40 vezes. Para a visualização da morfologia, e dos contornos dos alvéolos

formados.

A FIGURA (19) apresenta o corpo de prova CP01 após o ensaio de corrosão.

Observa-se nesta superfície que o dano obtido pela corrosão foi do tipo localizado

alvéolar, com alvéolos bem definidos e espaçados ao longo da superfície. O

quadrado vermelho indica uma aproximação mais detalhada de um alvéolo, para

cada corpo-de-prova. Nestes ensaios de corrosão, não foram considerados o efeito

da corrosão por frestas ocorrida entre a superfície metálica do corpo-de-prova e o

anel de vedação do tipo o’ring.


FIGURA 19 – Corpo de prova 01 após os ensaios de laboratório. [Vista desarmada]

A FIGURA (20) representa os pites ou alvéolos encontrados no corpo de prova

CP01 (detalhe) após o ensaio de corrosão. Esses alvéolos possuem o contorno bem

definido.

FIGURA 20 – Detalhe dos alvéolos no corpo de prova 01 da figura 19. [40x]

0,2 cm

1 2

3

4

5

6 7

8

9

10

10 mm

CP01



Observa-se nesta superfície que o dano obtido pela corrosão foi do tipo localizado

alvéolar, com alvéolos bem definidos e espaçados ao longo da superfície, porém,

em comparação ao corpo-de-prova anterior (CP01) observa-se uma maior

quantidade de alvéolos formados.


A FIGURA (22) representa os pites ou alvéolos encontrados no corpo-de-prova

CP02 (detalhe) após o ensaio de corrosão. Observa-se a formação de uma maior

quantidade de alvéolos na superfície, em comparação ao CP01.


0,2 cm

5

1

2

4

3

6

7 8

9 10

10 mm

CP02



Observa-se nesta superfície que o dano obtido pela corrosão foi do tipo generalizado

alvéolar, com alvéolos bem definidos e de pouca profundidade ao longo da

superfície.


A FIGURA (24) apresenta os alvéolos encontrados no corpo de prova CP03

(detalhe) após o ensaio de corrosão. Observa-se nesta figura a grande quantidade

de alvéolos formados, em quantidade bem superior a encontrada nos corpos-de-

prova anteriores, porém, são alvéolos que possuem uma profundidade menor,

conforme será discutido no próximo item.


0,2 cm

5

1

2

4

3

6

7 8

9

10

10 mm

CP03


4.2 Resultados dos ensaios da medição de profundidade de alvéolos

Avaliou-se os ensaios corrosivos mediante a adoção dos critérios da norma ASTM

G46-94 (2005). (Standard Guide for Examination and Evaluation of Pitting). Na

técnica indicada de medição de profundidade com o medidor de alvéolos. A

TABELA (4) apresenta os valores das profundidades dos alvéolos do corpo de prova

CP01.

TABELA 4

Valores da profundidade dos alvéolos do CP01 – Esp. de 6,32 mm - ± 0,01

Ponto Valor remanescente (mm) Valor da Profundidade Alvéolar (mm)

1 5,51 0,81

2 5,59 0,73

3 5,67 0,65

4 5,41 0,91

5 5,52 0,80

6 5,01 1,31

7 5,34 0,98

8 5,67 0,65

9 5,50 0,82

10 5,10 1,22

Como demonstrado na Equação (2) será calculado o fator de pite (Fpite) para cada

amostra.

No GRAFICO (1) tem-se a distribuição da profundidade dos alvéolos no CP01. A

linha vermelha horizontal representa o fator de pite, no valor de 1,25. Os parâmetros

analisados dos sinais de emissão acústica, não contribuíram na análise da

profundidade alvéolar, medição de espessura e inspeção visual de todos os corpos-

de-prova ensaiados.


GRÁFICO 1

Distribuição da profundidade alvéolar - CP01

A TABELA (5) apresenta o valor do fator de pite dos alvéolos do corpo de prova

CP01.

TABELA 5

Cálculo do fator de pite (Fpite) - CP01 - ± 0,01

Ordem Ponto Valor da Profundidade Alvéolar (mm)

1 6 1,31

2 10 1,22

3 7 0,98

4 4 0,91

5 9 0,82

Valor médio dos cinco pites mais profundos 1,05

Valor do pite de maior profundidade 1,31

Distribuição da Profundidade Alvéolar - CP01

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Média

Alvéolos Observados

Pro

fun

did

ade

(mm

)


A espessura inicial (ponto de partida) para a referência das demais medições foi de

6,32mm sendo considerado, portanto a medição antes da corrosão. Foram

analisados dez pontos (valor da profundidade de alvéolos mais profundos segundo

uma inspeção visual prévia) conforme mapeamento realizado na FIGURA 19.

Observam-se apenas dois pontos com valores acima da média dos valores dos

alvéolos (pontos 6 e 10). Os demais 8 pontos estão todos abaixo do valor da média.

O valor calculado para o fator de pite (Fpite) de 1,25 esta acima da unidade, com isso

indicando uma maior incidência de alvéolos com profundidades próximas.

A TABELA (6) apresenta os valores das profundidades dos alvéolos do corpo de

prova CP02.

TABELA 6


Ponto Valor remanescente (mm) Valor da Profundidade do Alvéolo (mm)

1 5,60 0,76

2 5,68 0,68

3 5,73 0,63

4 5,59 0,77

5 5,57 0,79

6 5,68 0,68

7 5,51 0,85

8 5,61 0,75

9 5,43 0,93

10 5,46 0,90

No GRAFICO (2) tem-se a distribuição da profundidade dos alvéolos no CP02. A

linha vermelha horizontal representa o fator de pite, no valor de 1,10.


GRÁFICO 2



CP02.

TABELA 7


Ordem Ponto Valor da Profundidade do Alvéolo (mm)

1 9 0,93

2 10 0,90

3 7 0,85

4 5 0,79

5 4 0,77




0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Média


Pro

fun

did

ade

(mm

)








O valor calculado para o fator de pite (Fpite) de 1,10 está acima da unidade, com isso

indicando uma maior incidência de alvéolos com profundidades próximas.

A TABELA (8) apresenta os valores das profundidades dos alvéolos do corpo de

prova CP03.

TABELA 8


Ponto Valor remanescente (mm) Valor da Profundidade do Alvéolo (mm)

1 5,71 0,49

2 5,75 0,45

3 5,74 0,46

4 5,76 0,44

5 5,72 0,48

6 5,66 0,54

7 5,77 0,43

8 5,67 0,53

9 5,68 0,52

10 5,64 0,56

No GRÀFICO (3) tem-se a distribuição da profundidade dos alvéolos no CP03. A

linha vermelha horizontal representa o fator de pite, no valor de 1,06.


GRÁFICO 3



CP03.

TABELA 9


Ordem Ponto Valor da Profundidade do Alvéolo (mm)

1 10 0,56

2 6 0,54

3 8 0,53

4 9 0,52

5 1 0,49




0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Média


Pro

fun

did

ade

(mm

)








O valor calculado para o fator de pite (Fpite) de 1,06 está acima da unidade, com isso

indicando uma maior incidência de alvéolos com profundidades próximas. De todos

os corpos-de-prova ensaiados, este foi o que mais se aproximou da unidade. Desta

forma, os valores da profundidade dos alvéolos medidos estavam bem próximos

entre si. Assim a classificação crescente da quantidade de alvéolos formados nos

corpos-de-prova fica desta maneira: CP01, CP02 e CP03.

4.3 Resultados da medição de espessura por ultra-som

A TABELA (10) apresenta os valores da medição de espessura por ultra-som no

corpo-de-prova CP01.

TABELA 10

Valores das medições de espessura por ultra-som – CP01

Medida Tempo (horas) Tempo (s) Valor (mm) - ± 0,01

0 0 0 6,32

1 24 86400 6,31

2 48 172800 6,31

3 72 259200 6,30

4 96 345600 6,30

5 120 432000 6,29

6 144 518400 6,28

7 168 604800 6,27

8 192 691200 6,26

9 216 777600 6,25

10 240 864000 6,23


No GRÀFICO (4) tem-se a distribuição da medição de espessura por ultra-som no

CP01.

GRÁFICO 4

Resultados da medição de espessura por ultra-som – CP01 - ± 0,01

O ensaio de medição de espessura das amostras constou na medição (varredura)

completa da região que estava sendo exposta a solução química, por seu lado

externo (região oposta ao processo corrosivo). A espessura inicial para o inicio dos

experimentos no corpo-de-prova (CP01) foi de 6,32mm. A perda de espessura total

ao longo das 240 horas de exposição à solução química foi de 0,09mm. Observa-se

um valor de coeficiente R² (relação entre as variáveis – dependência) cerca de

0,9553, um valor considerado de bom relacionamento (≥ 0,9).


corpo-de-prova CP02.

Resultados da Medição de Espessura por Ultra-som - CP01

y = -0,0003x + 6,3255

R2 = 0,95536,00

6,05

6,10

6,15

6,20

6,25

6,30

6,35

6,40

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240

Tempo (horas)

Val

ore

s d

e E

spes

sura

(mm

)


TABELA 11



0 0 0 6,36

1 24 86400 6,34

2 48 172800 6,34

3 72 259200 6,33

4 96 345600 6,31

5 120 432000 6,30

6 144 518400 6,30

7 168 604800 6,28

8 192 691200 6,28

9 216 777600 6,26

10 240 864000 6,25

No GRÁFICO (5) tem-se a distribuição da medição de espessura por ultra-som no

CP02.

GRÁFICO 5

Resultados da medição de espessura por ultra-som – CP02


y = -0,0004x + 6,3573

R2 = 0,98086,00

6,05

6,10

6,15

6,20

6,25

6,30

6,35

6,40

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240

Tempo (horas)

Val

ore

s d

e E

spes

sura

(mm

)


A espessura inicial para o início dos experimentos no corpo-de-prova (CP02) foi de

6,36mm. A perda de espessura total ao longo das 240 horas de exposição à solução

química foi de 0,11mm. Observa-se um valor de coeficiente R² (relação entre as

variáveis – dependência) cerca de 0,9808, um valor considerado de bom

relacionamento (≥ 0,9). De todas as amostras ensaiadas, esta possui o mais alto

valor de correlação entre as variáveis.


corpo de prova CP03.

TABELA 12



0 0 0 6,20

1 24 86400 6,18

2 48 172800 6,17

3 72 259200 6,17

4 96 345600 6,16

5 120 432000 6,15

6 144 518400 6,15

7 168 604800 6,14

8 192 691200 6,13

9 216 777600 6,11

10 240 864000 6,10

No GRÁFICO (6) tem-se a distribuição da medição de espessura por ultra-som no

CP03.


GRÁFICO 6

Resultados da medição de espessura por ultra-som – CP03

A espessura inicial para o início dos experimentos no corpo-de-prova (CP03) foi de

6,20mm. A perda de espessura total ao longo das 240 horas de exposição à solução

química foi de 0,10 mm. Observa-se um valor de coeficiente R² (relação entre as

variáveis – dependência) cerca de 0,9621, um valor considerado de bom

relacionamento (≥ 0,9).

No GRÁFICO (7) tem-se a distribuição da medição de espessura por ultra-som de

todos os corpos-de-prova.


y = -0,0004x + 6,195

R2 = 0,96216,00

6,05

6,10

6,15

6,20

6,25

6,30

6,35

6,40

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240

Tempo (horas)

Val

ore

s d

e E

spes

sura

(mm

)


GRÁFICO 7

Distribuição da perda de espessura

Observa-se que as amostras (CP01 e CP02) mantiveram um comportamento bem

parecido, situação até certo ponto similar em comportamento à amostra (CP03).

Porém à amostra (CP03) possuía um valor de espessura inicial cerca de 0,12mm

menor para a amostra (CP01) e de cerca de 0,16mm menor para a amostra (CP02).

A dispersão dos resultados nas amostras ensaiadas nas mesmas condições pode

ter sido causada pelo fato dos ensaios de corrosão terem sido realizados em

potencial de circuito aberto, não tendo-se o controle do processo corrosivo. Outro

fator que pode influenciar na dispersão dos resultados é a composição química das

amostras, uma vez que existem variações nas análises químicas entre as amostras

do mesmo material, conforme TABELA 14, no anexo do trabalho. Outro fator, talvez

o mais importante, para a dispersão dos resultados do corpo-de-prova (CP03) seria

o método de preparação superficial. O lixamento realizado neste corpo-de-prova foi

mais severo que nas demais, possivelmente essa superfície sofreu um processo de

encruamento, possibilitando assim uma maior corrosão. Não se buscou a causa

exata de dispersão por não ser o foco do trabalho. Será discutido nos próximos itens

a técnica de emissão acústica aplicada na detecção de danos por corrosão do tipo

alvéolar.

Distribuição de Perda de Espessura

6,00

6,05

6,10

6,15

6,20

6,25

6,30

6,35

6,40

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240

Tempo (horas)

Esp

essu

ra (m

m)

CP01 CP02 CP03


4.4 Resultados dos ensaios de emissão acústica

Os parâmetros escolhidos para apresentação dos resultados dos ensaios de

emissão acústica foram: gráficos de energia acumulada, “hits” acumulado, contagem

acumulada e amplitude. O limite de corte para a eliminação de ruídos durante o

ensaio em detecção de danos por corrosão é de cerca de 35dBs. Desta forma, têm-

se que os sinais são avaliados com uma amplitude acima de 35dBs. A faixa da

amplitude onde os sinais de corrosão se concentram é de: 40 a 50dBs. O valor do

pré-amplificador usado foi de 40dBs. Uma vez calibrado o sistema, o corpo-de-prova

era ensaiado e o acompanhamento de cada ensaio foi realizado de forma contínua.

- Gráfico: Energia Acumulada X Tempo: no eixo das abscissas (eixo x) está

representado o tempo decorrido de ensaio em segundos. No eixo das ordenadas

(eixo y), está quantificada a quantidade de energia acumulada.

- Gráfico: “Hits” Acumulado X Tempo: neste gráfico, têm-se o número de “hits”

acumulado ocorridos em cada fração de tempo de ensaio (eixo y) e o tempo

decorrido de ensaio em segundos (eixo x). Podem-se identificar os momentos de

maior atividade do processo corrosivo.

- Gráfico: Contagem Acumulada X Tempo: neste gráfico, têm-se o parâmetro de

contagem da atividade acústica total acumulada (eixo y) em função do tempo

decorrido de ensaio (eixo x). Este parâmetro indica quantas vezes o sinal de

emissão acústica ultrapassou o limiar de referência.

- Gráfico: Amplitude X Tempo: apresenta a amplitude dos sinais de emissão

acústica detectados durante o ensaio (eixo y) e o tempo decorrido de ensaio em

segundos (eixo x).

- Gráfico: Contagem Acumulada X Amplitude: onde têm-se a distribuição da

contagem acumulada dos sinais de emissão acústica detectados (eixo y) em função

do tempo decorrido de ensaio (eixo x). Chamado de gráfico de assinatura do sinal de

emissão acústica.


4.4.1 Análise do gráfico de energia acumulada versus tempo

GRÁFICO 8

Profundidade alvéolar X Energia Acumulada X Tempo – CP01

GRÁFICO 9


Profundidade Alvéolar X Energia Acumulada X Tempo - CP01

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Pro

f. A

lvéo

lar

(m

m)

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

3500000

4000000

En

erg

ia A

cum

ula

da

Prof. AlvéolarEnergia

Profundidade Alvéolar X Energia Acumulada X Tempo - CP02

0,000,200,400,600,801,001,201,401,601,802,00

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Pro

f. A

lvéo

lar

(mm

)

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

3500000

4000000

En

erg

ia A

cu

mu

lad

a



GRÁFICO 10


GRÁFICO 11

Perda de espessura X Energia Acumulada X Tempo – CP01

Profundidade Alvéolar X Energia Acumulada x Tempo - CP03

0,000,200,400,600,801,001,201,401,601,802,00

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Pro

f. A

lvéo

lar

(mm

)

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

3500000

4000000

En

erg

ia A

cu

mu

lad

a


Perda de Espessura X Energia Acumulada X Tempo - CP01

6,00

6,10

6,20

6,30

6,40

6,50

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Per

da

de

Esp

essu

ra

(mm

)

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

3500000

4000000

En

erg

ia A

cu

mu

lad

a

Perda de EspessuraEnergia


GRÁFICO 12


GRÁFICO 13


Perda de Espessura X Energia Acumulada X Tempo - CP02

6,00

6,10

6,20

6,30

6,40

6,50

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Per

da

de

Esp

essu

ra (

mm

)

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

3500000

4000000

En

erg

ia A

cu

mu

lad

a


Perda de Espessura X Energia Acumulada x Tempo - CP03

6,00

6,10

6,20

6,30

6,40

6,50

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Per

da

de

Esp

essu

ra (

mm

)

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

3500000

4000000

En

erg

ia A

cum

ula

da



GRÁFICO 14

Energia Acumulada X Tempo

No gráfico da CP 01 nota-se que o parâmetro de energia acumulada é medido entre

0 até 3.850.000. A forma do gráfico assume a forma praticamente do tipo linear, do

tipo função constante crescente.



tipo função constante crescente.



tipo função constante crescente. Como o corpo-de-prova CP03 foi o que sofreu o

maior processo corrosivo, após inspeção visual, porém não se observa o mesmo

comportamento obtido com o parâmetro energia, pois nota-se que o comportamento

no decorrer do tempo para o parâmetro energia foi similar para todos os corpos-de-

prova ensaiados. Após análise do parâmetro energia do sinal de emissão acústica

conclui-se que o processo corrosivo do tipo alvéolar apresenta uma característica de

ser da forma linear, com tendência a um crescimento crescente com relação ao

tempo decorrido de ensaio.

Energia Acumulada X Tempo

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

3500000

4000000

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

En

erg

ia A

cum

ula

da

CP01

CP02

CP03


4.4.2 Análise do gráfico de hits acumulado versus tempo

GRÁFICO 15

Profundidade alvéolar X Hits Acumulado X Tempo – CP01

GRÁFICO 16


Profundidade Alvéolar X Número Acumulado de Hits X Tempo - CP01

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Pro

f. A

lvéo

lar

(mm

)

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

Prof. AlvéolarHits Acumulado

Profundidade Alvéolar X Número Acumulado de Hits X Tempo - CP02

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Pro

f. A

lvéo

lar

(mm

)

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

Nú

mer

o A

cum

ula

do

de

Hit

s

prof. AlvéolarHits Acumulado


GRÁFICO 17


GRÁFICO 18

Perda de espessura X Hits Acumulado X Tempo – CP01

Profundidade Alvéolar X Número Acumulado de Hits X tempo - CP03

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Pro

f. A

lvéo

lar

(mm

)

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

Nú

mer

o A

cum

ula

do

de

Hit

s

Prof. AlvéolarHits Acumulado

Perda de Espessura X Número Acumulado de Hits X Tempo - CP01

6,00

6,10

6,20

6,30

6,40

6,50

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Per

da

de

Esp

essu

ra (

mm

)

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

Perda de EspessuraHits Acumulado


GRÁFICO 19


GRÁFICO 20


Perda de Espessura X Número Acumulado de Hits X Tempo - CP02

6,00

6,10

6,20

6,30

6,40

6,50

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Per

da

de

Esp

essu

ra (

mm

)

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

Nú

mer

o A

cum

ula

do

de

Hit

s


Perda de Espessura X Número Acumulado de Hits X tempo - CP03

6,00

6,10

6,20

6,30

6,40

6,50

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Per

da

de

Esp

essu

ra (

mm

)

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

Nú

mer

o A

cum

ula

do

de

Hit

s



GRÁFICO 21

Número Acumulado de Hits X Tempo

No gráfico da CP 01 nota-se um gráfico com as seguintes características: um

aumento progressivo do número de “hits” acumulado com a evolução do tempo de

ensaio, e consequentemente com a exposição do corpo-de-prova a solução química.

O valor máximo de “hits” encontrado foi de 1.850.000.




O valor máximo de “hits” encontrado foi de 1.630.000. Observou-se um

comportamento similar entre os corpos-de-prova CP01 e CP02.




O valor máximo de “hits” encontrado foi de 2.520.000. (Foi observado que este

corpo-de-prova foi o gerador de um maior número de “hits” acumulado, o que

confirma a detecção do processo corrosivo do tipo alvéolar, pois foi este corpo-de-

prova (CP03) o que sofreu o maior processo corrosivo, via inspeção visual).

Número Acumulado de Hits X Tempo

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Nú

mero

Acu

mu

lad

o d

e H

its

CP01

CP02

CP03


4.4.3 Análise do gráfico de contagem acumulada versus tempo

GRÁFICO 22

Profundidade alvéolar X Contagem Acumulada X Tempo – CP01

GRÁFICO 23


Profundidade Alvéolar X Contagem Acumulada X Tempo - CP01

0,000,200,400,600,801,001,201,401,601,802,00

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Pro

f. A

lvéo

lar

(mm

)

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

Co

nta

gem

Acu

mu

lad

a

Prof. Alvéolar Contagem Acumulada


0,000,200,400,600,801,001,201,401,601,802,00

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Pro

f. A

lvéo

lar

(mm

)

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

Co

nta

gem

Acu

mu

lad

a



GRÁFICO 24


GRÁFICO 25

Perda de espessura X Contagem Acumulada X Tempo – CP01


0,000,200,400,600,801,001,201,401,601,802,00

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Pro

f. A

lvéo

lar

(mm

)

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

Co

nta

gem

Acu

mu

lad

a


Perda de Espessura X Contagem Acumulada X Tempo - CP01

6,00

6,10

6,20

6,30

6,40

6,50

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Per

da

de

Esp

essu

ra

(mm

)

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000C

on

tag

em A

cum

ula

da

Perda de Espessura Contagem Acumulada


GRÁFICO 26


GRÁFICO 27



6,00

6,10

6,20

6,30

6,40

6,50

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Per

da

de

Esp

essu

ra

(mm

)

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

Co

nta

gem

Acu

mu

lad

a



6,00

6,10

6,20

6,30

6,40

6,50

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Per

da

de

Esp

essu

ra

(mm

)

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

Co

nta

gem

Acu

mu

lad

a



GRÁFICO 28

Contagem Acumulada X Tempo

No gráfico da CP 01 nota-se um acumulado dos sinais de contagem até 4.760.000.



Sendo este corpo-de-prova onde se detectou o maior número de contagem

acumulada, caracterizando assim, o maior processo corrosivo observado nos

ensaios. Observa-se que o CP01 apresentou um acumulado dos sinais de contagem

superior ao CP02.

Observa-se um comportamento similar de contagem acumulada para os três corpos-

de-prova ensaiados. Este parâmetro é representativo na formação da corrosão do

tipo alvéolar, através do número de contagens acumulada, sendo que este sinal

como já descrito anteriormente possui grande intensidade, nesta morfologia de

corrosão. Os resultados dos corpos-de-prova ensaiados comprovam essa

informação.

Após análise do parâmetro de contagem acumulada do sinal de emissão acústica

conclui-se que o processo corrosivo do tipo alvéolar apresenta uma característica de

grande quantidade de contagem acumulada, conforme descrito anteriormente na

revisão bibliográfica.

Contagem Acumulada X Tempo

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Co

nta

gem

Acu

mu

lad

a

CP01

CP02

CP03


4.4.4 Análise do gráfico de amplitude versus tempo

GRÁFICO 29

Profundidade alvéolar X Amplitude X Tempo – CP01

GRÁFICO 30


Profundidade Alvéolar X Amplitude X Tempo - CP01

0,000,200,400,600,801,001,201,401,601,802,00

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Pro

f. A

lvéo

lar

(mm

)

0102030405060708090100

Am

pli

tud

e (d

B)

Prof. AlvéolarAmplitude (dB)


0,000,200,400,600,801,001,201,401,601,802,00

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Pro

f. A

lvéo

lar

(mm

)

0

20

40

60

80

100

Am

pli

tud

e (d

B)



GRÁFICO 31


GRÁFICO 32

Perda de espessura X Amplitude X Tempo – CP01


0,000,200,400,600,801,001,201,401,601,802,00

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Pro

f. A

lvéo

lar

(mm

)

0102030405060708090100

Am

pli

tud

e (d

B)


Perda de Espessura X Amplitude X Tempo - CP01

6,00

6,10

6,20

6,30

6,40

6,50

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Per

da

de

Esp

essu

ra (

mm

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Am

plit

ud

e (

dB

)

Perda de EspessuraAmplitude (dB)


GRÁFICO 33


GRÁFICO 34



6,00

6,10

6,20

6,30

6,40

6,50

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Per

da

de

Esp

essu

ra (

mm

)

0

20

40

60

80

100

Am

pli

tud

e (d

B)



6,00

6,10

6,20

6,30

6,40

6,50

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Per

da

de

Esp

essu

ra (

mm

)

0102030405060708090100

Am

plit

ud

e (

dB

)



GRÁFICO 35

Amplitude X Tempo

No gráfico representativo de amplitude versus tempo de ensaio para o CP 01 nota-

se uma concentração dos sinais de amplitude na faixa de 35 a 48dB. Observa-se

neste gráfico uma distribuição acumulada dos sinais de amplitude nesta faixa

representativa, caracterizando a amplitude do sinal de corrosão alvéolar para este

corpo-de-prova.

No gráfico representativo de amplitude versus tempo de ensaio para o CP 02 nota-

se uma distribuição acumulada dos sinais de amplitude na faixa limite de 35 a 50dB.

Observa-se neste gráfico uma concentração dos sinais de amplitude nesta faixa

representativa, caracterizando o processo de corrosão alvéolar.

No representativo de amplitude versus tempo de ensaio para o CP 03 nota-se uma

distribuição acumulada dos sinais de amplitude na faixa limite de 35 a 45dB.

Observa-se também neste gráfico a concentração dos sinais de amplitude, estando

o processo corrosivo alvéolar plenamente caracterizado neste intervalo. Após

análise do parâmetro amplitude do sinal de emissão acústica concluí-se que o

processo corrosivo do tipo alvéolar apresenta uma característica de distribuição

acumulada dos sinais de amplitude em torno de 35 a 50dB, conforme descrito

anteriormente na revisão bibliográfica.

Amplitude X Tempo

0102030405060708090

100

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Tempo (segundos)

Am

pli

tud

e (d

B)

CP01

CP02

CP03


4.4.5 Análise do gráfico de contagem acumulada versus amplitude (assinatura

do sinal)

GRÁFICO 36

Contagem Acumulada versus Amplitude – CP01

GRÁFICO 37


Contagem Acumulada X Amplitude (dB) - CP01

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Amplitude (dB)

Co

nta

gem

Acu

mu

lad

a


0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Amplitude (dB)

Co

nta

gem

Acu

mu

lad

a


GRÁFICO 38


GRÁFICO 39

Contagem Acumulada versus Amplitude


0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Amplitude (dB)

Co

nta

gem

Acu

mu

lad

a

Contagem Acumulada X Amplitude (dB)

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Amplitude (dB)

Co

nta

gem

Acu

mu

lad

a

CP01

CP02

CP03


Nesses gráficos de contagem acumulada por amplitude, foram coletados os sinais

de emissão acústica, com o limite de referência (Threshold) em 35dB.

No gráfico da CP 01 nota-se uma distribuição acumulada dos sinais do parâmetro

amplitude entre 35 a 48dB. O parâmetro de contagem acumulada situa-se em torno

de 0 a 4.760.000.



de 0 a 4.570.000.



de 0 a 5.550.000. Sendo observado neste corpo-de-prova a maior contagem de

sinais acumulados, durante os ensaios.

Após análise deste parâmetro conclui-se que o processo corrosivo do tipo alvéolar

apresenta uma assinatura característica de distribuição acumulada dos sinais de

amplitude entre o 35 a 50dB e uma distribuição acumulada de contagem de 0 a

5.500.000, conforme descrito anteriormente.

Observa-se pelo gráfico de contagem acumulada versus amplitude (chamado de

assinatura do sinal de emissão acústica) com relação à caracterização de danos por

corrosão do tipo alvéolar, possui distribuição acumulada de contagem e uma faixa

de amplitudes bem definida, conforme visto no item de revisão bibliográfica. Porém

considera-se que somente o dano causado pela corrosão de morfologia alvéolar foi

a mecanismo de dano atuante na geração dos sinais de emissão acústica. Demais

fatores que possuem a propriedade de provocar a formação de sinais de emissão

acústica nos materiais metálicos, não foram analisados nestes experimentos.

CONCLUSÃO 83

5. CONCLUSÃO

A diferença de corrosão observada nos corpos-de-prova CP01, CP02 e CP03 foi

provavelmente devido à diferença do processo de preparação superficial. O corpo-

de-prova CP03 foi mais lixado que os demais e desta forma a superfície ficou

encruada, facilitando o processo de corrosão. Isto não invalida o projeto, pois os

resultados de emissão acústica detectando as diferenças entre os processos

corrosivos foram promissores.

A partir dos resultados encontrados pode-se concluir então que:

Quanto à corrosão:

• O processo corrosivo é dependente do tempo de exposição dos corpos-de-prova

à solução química. Em geral, quanto maior o tempo de exposição, maior o

processo corrosivo observado, e geralmente, maior a perda de espessura

detectada.

• Os valores de distribuição de espessura dos corpos-de-prova após os ensaios

apresentam alta correlação linear e linha de regressão com tendência

decrescente, indicativa de ocorrência do processo de corrosão.

• Os valores das distribuições das medidas das profundidades alvéolares

apresentam grande similaridade de comportamento, sendo que o fator de pite,

calculado para cada experimento, se aproximou da unidade, o que confirma a

proximidade dos valores entre os alvéolos ensaiados, indicando assim,

uniformização do processo corrosivo.

Quanto ao uso de emissão acústica para a detecção de corrosão alvéolar:

CONCLUSÃO 84

• A ferramenta de emissão acústica aplicado ao monitoramento de processo

corrosivo do tipo alvéolar em aço carbono apresentou-se satisfatória na detecção

e na caracterização deste tipo de dano, confirmando as hipóteses iniciais.

• Os parâmetros considerados essenciais nas análises e interpretações dos sinais

de emissão acústica: energia acumulada, “hits” acumulado, contagem acumulada

e amplitude, foram considerados satisfatórios na realização deste trabalho.

• O parâmetro Energia do sinal de emissão acústica possui a tendência inicial

crescente, com um crescimento relativamente uniforme, no decorrer do tempo de

exposição dos corpos de prova a solução química (eletrólito).

• O parâmetro “Hits” do sinal de emissão acústica possui inicialmente um

crescimento muito rápido, devido talvez a dinâmica do processo corrosivo, que

com o decorrer do tempo e a evolução da corrosão, possui a tendência em se

estabilizar. Observa-se um aumento do número de “Hits” com a evolução do

processo corrosivo. Observa-se que no corpo-de-prova CP03 o número de “Hits”

acumulado é relativamente maior do que nos outros corpos-de-prova ensaiados.

• O parâmetro Contagem do sinal de emissão acústica é mais indicativo na

quantificação do processo corrosivo. Nota-se que no corpo-de-prova CP03 o

número de Contagem acumulada é percentualmente maior do que nos outros

corpos-de-prova ensaiados.

• O parâmetro Amplitude do sinal de emissão acústica detectado condiz com a

literatura anteriormente descrita (PASA, 2008). Os valores encontrados situam-se

entre o limite de referência estabelecido entre 35dB e 50dB.

• Como última conclusão observou-se que os parâmetros do sinal de emissão

acústica mais apropriados na caracterização da formação de alvéolos em chapas

de aço-carbono são os parâmetros de “Hits” acumulado, contagem acumulada,

com conseqüente presença de uma faixa bem delimitada da amplitude de sinal.

SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 85

6. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Com base no conhecimento adquirido neste trabalho, na grande potencialidade da

aplicação da técnica de emissão acústica em estudos de monitoração de processo

corrosivos alvéolares e visando fornecer melhorias no desenvolvimento até então

obtido, sugere-se:

• Efetuar experimentos com diferentes potenciais de corrosividade da solução

química, e a adoção do uso de um potenciostato para o controle da corrosividade

do meio aquoso (eletrólito).

• Estudar materiais de composição química e microestrutura diferentes dos

estudados, com o objetivo de formar um banco de dados para comparação a ser

correlacionado com os parâmetros dos sinais de emissão acústica.

• Construir corpos-de-prova com a aplicação de uma camada de revestimento

protetor (pintura) em sua superfície, para o estudo dos comportamentos dos

parâmetros dos sinais de emissão acústica, sob influência da camada protetora.

• Realizar ensaios em corpos-de-prova solicitados a influência de tensões,

associados a um meio ambiente corrosivo, promovendo a formação da corrosão

sob tensão, objetivando a caracterização de seu dano.

• Comparar a técnica de monitoração de corrosão por ruído eletroquímico e a

técnica de emissão acústica.

• Controlar o processo de preparação superficial e adoção de diferentes formas de

limpeza, lixamento, polimento, para o controle da superfície a ser corroída.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 86

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABNT, NBR 15242 - Ensaios não destrutivos – Montagem de sensores

piezoelétricos de contato para emissão acústica – Procedimento. Associação

Brasileira de Normas Técnicas - ABNT, São Paulo, Brasil, 2005.

ABNT, NBR 15360 - Ensaios não destrutivos – Caracterização da instrumentação

de emissão acústica. Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT, São

Paulo, Brasil, 2006.

ABNT, NBR 15361 - Ensaios não destrutivos – Determinação da reprodutibilidade

da resposta do sensor de emissão acústica. Associação Brasileira de Normas

Técnicas - ABNT, São Paulo, Brasil, 2006.

ABNT, NBR 15404 - Ensaios não destrutivos – Detecção e localização de

vazamento utilizando emissão acústica – Procedimento. Associação Brasileira

de Normas Técnicas - ABNT, São Paulo, Brasil, 2006.

ABNT, NBR 15519 - Ensaios não destrutivos – Emissão acústica – calibração

secundária de sensores. Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT, São

Paulo, Brasil, 2007.

ABNT, NBR NM 302 - Ensaios não destrutivos - Emissão por emissão acústica

(EA) – Terminologia. Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT, São Paulo,

Brasil, 2005.

ABNT, NBR NM 303 - Ensaios não destrutivos – Análise da emissão acústica de

estruturas durante a estimulação controlada. Associação Brasileira de Normas

Técnicas - ABNT, São Paulo, Brasil, 2005.

ALLEVATO, Claúdio; RAMOS, Márcio de Almeida. Aplicações da Técnica de

Emissão Acústica em Ensaios de Corrosão. Petrobras. RJ. 1980. pp. 258-265.


ASSIS, Kioshy Santos de; MATTOS, Oscar Rosa; ALCOFORADO, João Marcos.

Detecção de falhas induzidas pelo hidrogênio via emissão acústica. ABPG.

Campinas. 2007, pp. 1-9.

ASTM A283/A283M-03 (2007). Standard Specification for Low and Intermediate

Tensile Strength Carbon Steel Plates. In Annual Book of ASTM Standards. Volume

01.04 – Steel Structural, Reinforcing, Pressure Vessel, Railway. Section 1 – Iron and

Steel Products. West Conshohocken, PA, EUA, 1997. 640p. ISBN 0-8031-2361-2.

ASTM G1-03. Standard Practice for Preparing, Cleaning, and Evaluating

Corrosion Test Specimens. In Annual Book of ASTM Standards. Volume 03.02 –

Wear and erosion;

ASTM G16-95 (2004). Standard Guide for Applying Statistics to Analysis of

Corrosion Data. In Annual Book of ASTM Standards. Volume 03.02 – Wear and

erosion; metal corrosion. Section 3 - Metals test methods and analytical procedures.

West Conshohocken, PA, EUA, 1997. 658p. ISBN 0-8031-2373-6.

ASTM G31-72 (2009). Standard Practice for Laboratory Immersion Corrosion

Testing of Metals of Ferric Chloride Solution. In Annual Book of ASTM Standards.

Volume 03.02 – Wear and erosion; metal corrosion. Section 3 - Metals test methods

and analytical procedures. West Conshohocken, PA, EUA, 2009. 658p.

ASTM G46-94 (2005). Standard Guide for Examination and Evaluation of Pitting

Corrosion. In Annual Book of ASTM Standards. Volume 03.02 – Wear and erosion;

metal corrosion. Section 3 - Metals test methods and analytical procedures. West

Conshohocken, PA, EUA, 1997. 658p. ISBN 0-8031-2373-6.

ASTM G48-03 (2009). Standard Test Methods for Pitting and Crevice Corrosion

Resistance of Stainless Steels and Related Alloys by Use of Ferric Chloride

Solution. In Annual Book of ASTM Standards. Volume 03.02 – Wear and erosion;

metal corrosion. Section 3 - Metals test methods and analytical procedures. West

Conshohocken, PA, EUA, 1997. 658p. ISBN 0-8031-2373-6.


ASTM, 1997, Annual Book of ASTM Standards Vol. 03.03 – Nondestructive Testing,

Section 3, ASTM, PA.

CAMERINI, Cláudio Soligo. Relação entre emissão acústica e CTOD para um aço

estrutural. Dissertação de Mestrado – UFRJ. COPPE. Rio de Janeiro. 1990.

CAMERINI, Cláudio Soligo; SANATANNA, Antônio C. C. M. e SOARES, Sérgio

Damasceno. Avaliação da técnica de emissão acústica. Projeto de pesquisa P.P.

02.03.91, CENPES. Petrobras. Rio de Janeiro. 1987.

COLE, P. T.; HUSAIN, C. A. On-line Acoustic Evaluation of Tank Floor and

Walls. Cambridge, UK.1996, p.09.

COLPAERT, Hubertus. Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. 3ª

edição. São Paulo, Editora Edgard Blucher, 1974. 412p.

DEAN, Sheldon W. Overview of Corrosion Monitoring in Modern Industrial

Plants. Corrosion Monitoring in Industrial Plants using Nondestructive Testing and

Electrochemical Methods. ASTM STP908. American Society for Testing and

Materials. Philadelphia, 1986, pp. 197-220.

DROUILLARD, T. F.; LIPTAI, R. G.; TATRO, C. A. Industrial use of acoustic

emission for nondestructive testing. ASTM STP571, American Society for Testing

and Materials, 1975, pp.122-149.

DUTRA, Aldo Cordeiro; NUNES, Laerce de Paula. Proteção catódica: Técnica de

combate à corrosão. 3ª edição. Rio de Janeiro, Editora Interciência, 1999. 246p.

FELTRE, Ricardo. Fundamentos da química. Volume único. 1ª edição. São Paulo,

Editora Moderna, 1990. 554p. ISBN 85-16-00363-9.


FILHO, Pedro Feres. Monitoramento de defeitos conhecidos através da técnica

de emissão acústica, 19º Seminário de Inspeção de Equipamentos, Instituto

Brasileiro do Petróleo, Salvador, 1992, p. 512.

FILHO, Pedro Feres. Monitoramento de fundos de tanques atmosféricos através

da técnica de emissão acústica. Instituto Brasileiro de Petróleo – IBP. Rio de

Janeiro. 1996. pp. 65-68.

GENTIL, Vicente. Corrosão. 4ª edição. Rio de Janeiro, Editora LTC, 2003. 341p.

JAMBO, Hermano Cezar Medaber; FÓFANO, Sócrates. Corrosão: Fundamentos,

monitoração e controle. 1ª edição. Rio de Janeiro, Editora Ciência Moderna, 2008.

342p. ISBN 978-85-7393-681-0.

JONES, R. H.; FRIESEL, M. A. Acoustic emission during pitting and

transgranular crack initiation in type 304 stainless steel. National Association of

Corrosion Engineers – NACE. Vol. 48. N° 09. 1992. pp. 751-758.

LENAIN, Jean-Claude; PROUST, Alain. Active corrosion detection using acoustic

emission. Materials Evaluation. 2005. pp. 1023-1031.

MAIA, Nilton da Silva. Utilização da emissão acústica para detecção de danos

em componentes metálicos ferrosos. Tese de Doutorado. Escola de Engenharia.

Universidade Federal de Minas Gerais. Belo Horizonte. 2005. 161p.

MANSFELD, F.; STOCKER, P. J. Acoustic Emission from Corroding Electrodes.

National Association of Corrosion Engineers – NACE. Vol. 35. Nº 12. 1979. pp. 541-

544. metal corrosion. Section 3 - Metals test methods and analytical procedures.

West Conshohocken, PA, EUA, 1979. 658p. ISBN 0-8031-2373-6.

PAC (Physical Acoustics Corporation) a Mistras Holdings Company. Condition

Monitoring for Tank Floors – TANKPAC. Princeton, New Jersey, 2001. p.84.


PASA (Physical Acoustics South America). Boletim Informativo. São Paulo, 2008.

20p.

POLLOCK, Adrian A. Acoustic Emission Capabilities and Applications in

Monitoring Corrosion. Corrosion Monitoring in Industrial Plants using

Nondestructive Testing and Eletrochemical Methods. American Society for Testing

and Materials STP 908. 1986, pp.30-42.

SANTIN, Jorge Luiz. Ultra-som: Técnica e Aplicação. 2ª Edição. Paraná. Editora

Unificado, 2003. 276p. ISBN 85-7303-116-6.

SANTOS, Amauri Firmino dos, et al. Revisão da aplicação da tecnologia Tankpac

para inspeção de fundo de tanques de armazenamento na condição de serviço:

a apresentação de estatísticas brasileiras. 10ª Conferência sobre tecnologia de

equipamentos. Salvador. 2009. p.7.

SILVA, Rodrigo Sacramento da, et al. Utilização da técnica de emissão acústica

para monitoramento de dano de corrosão. 10º Conferência sobre Tecnologia de

equipamentos. 2009. p. 27.

SOARES, Sergio Damasceno. Emissão Acústica – Apostila. Associação Brasileira

de Ensaios Não Destrutivos – Associação Brasileira de Ensaios Não Destrutivos e

Inspeção – ABENDI. São Paulo. 2001.

SOARES, Sérgio Damasceno; DONATO, Guilherme Victor. 1979 a 2002: 23 anos

de emissão acústica da Petrobras, desenvolvimentos, pesquisas e resultados.

6º Conferência sobre tecnologia de equipamentos. XV Congresso Nacional de

Ensaios Não Destrutivos. Salvador. 2002. p.10.

SOARES, Sérgio Damasceno; SOUZA, Celso de. Inspeção de fundos de tanques

de armazenamento com a técnica de emissão acústica. RT TMEC N° 032/2008.

CENPES/Petrobras. Rio de Janeiro. 2008. p. 9.


TIPLER, Paul A. Física: Gravitação, ondas e termodinâmica. 3ª Edição. Volume 2.

Rio de Janeiro, Editora LTC, 1995, 300p.

VAN DE LOO, P. J.; HERMANN, B. How Reliable is Acoustic Emission (AE) Tank

Testing? The Quantified Results of an AE Usergroup Correlation Study! NDT&E

International. Feb.1999. Vol. 04. N°02. p.06.

VAN DE LOO, P. J.; KRONEMERJER, P. A. Acoustic Emission Tank Testing:

How to discriminate between the onset of corrosion and further stages of

degradation. European Conference on Acoustic Emission Testing. Austria, Wien,

1998.

VAN DE LOO, Peter. Quantified Results of an AE user group correlation study

between tank AE gradings and inspection follow up grades, discussion of

corrosion mechanisms. EEMUA Acoustic Emission Open Meeting, London, 1997.

VAN VLACK, Lawrence Hall. Princípios de ciência e tecnologia dos materiais.

11ª edição. Rio de Janeiro, Editora Campus, 1984. 567p. ISBN 85-7001-480-5.

WOLYNEC, Stephan. Técnicas eletroquímicas em corrosão. São Paulo, Editora

da Universidade de São Paulo, 2003. 166p. ISBN 85-314-0749-4.

YUYAMA, Shigenori, et al. Verification of Acoustic Emission Testing of Floor

Conditions in Aboveground Tanks by Comparison of Acoustic Emission Data

and Floor Scan Testing. Materials Evaluation. Set.2007. pp. 929-934.

YUYAMA, Shigenori. Fundamental Aspects of Acoustic Emission Applications

to the Problems Caused by Corrosion. Corrosion Monitoring in Industrial Plants

using Nondestructive Testing and Electrochemical Methods. American Society for

Testing and Materials. STP 908. 1983, pp. 43-74.

GLOSSÁRIO 92

GLOSSÁRIO

Terminologia em Emissão Acústica

Os termos chaves utilizados em emissão acústica são:

Acoplante: É o meio interposto entre o sensor e a peça em ensaio para melhorar a

transmissão da energia acústica durante o monitoramento, geralmente se utiliza

como acoplante vaselina, graxa, etc.

Amplitude do Sinal de Emissão Acústica: É o maior pico de tensão obtido pela

forma de onda do sinal de um evento de emissão acústica, geralmente expresso em

decibéis, relativo à 1µV no pré-amplificador de entrada (dBEA).

Análise de Emissão Acústica: É a interpretação e avaliação de emissão acústica

para descrever e caracterizar suas fontes.

Área Examinada: É a região de uma estrutura que é monitorada por emissão

acústica, entende-se por área uma parte da estrutura, ou objeto de ensaio.

Assinatura de Emissão Acústica: É o conjunto de atributos reprodutíveis de sinais

de emissão acústicos associados a um objeto ou processo específico, observado

por um sistema de instrumentação sob condições específicas.

Atenuação: É a perda na amplitude do sinal de emissão acústica, em dB por

unidade de distância, com o aumento da distância da fonte de emissão acústica.

Ativação de Emissão Acústica: É o resultado do sinal de emissão acústica devido

a aplicação de estímulo como força, pressão, etc.

Atividade de Emissão Acústica: É a ocorrência dos sinais de emissão acústica

durante um ensaio.

GLOSSÁRIO 93

Calibrador de Emissão Acústica: É um gerador eletrônico de forma de ondas e

outro dispositivo que pode introduzir um sinal transitório em um processador de

emissão acústica com o fim de controlar e verificar o funcionamento da

instrumentação.

Canal de Emissão Acústica: É a montagem em linha contendo um sensor, pré-

amplificadores, filtros, amplificadores, outra instrumentação necessária, cabos de

conexões e detectores ou processadores de sinais.

Capacidade de Processamento: É o número de sinais que podem ser processados

na velocidade de processamento antes do sistema interromper a aquisição de dados

para limpar os buffers ou para outro dispositivo aceitar dados adicionais.

Características de Sinal: São as medidas do sinal de emissão acústica, como

amplitude, energia de emissão acústica, duração, contagem, tempo de subida, que

podem ser armazenados como parte da descrição do “hit” de emissão acústica.

Contagem de Emissão Acústica: É o número de vezes que o sinal de emissão

acústica excede o limite de referência (limiar de detecção) prefixado durante um

ensaio ou inspeção. Também conhecido como contagem de alarme, contagem de

corte do limiar.

dBEA: É o valor logarítmico da medida da amplitude do sinal de emissão acústica

referente a 1 mV, conforme a TABELA (18).

Amplitude do pico do sinal, conforme a EQUAÇÃO (13).

Equação (18)

Sendo:

A0 = 1 µV na saída do sensor (antes da amplificação).

A1 = tensão do pico do sinal de emissão acústica medida.

⋅=

0

1EA log20dB

A

A

GLOSSÁRIO 94

TABELA 13

Escala de referência de emissão acústica

Valor de dBEA Tensão na saída do sensor

0 1 µV

20 10 µV

40 100 µV

60 1 mV

80 10 mV

100 100 mV

Fonte – ABNT NBR NM 302, 2005, p.2.

Descrição de Sinal: É o resultado do processo de detecção, ou seja, uma descrição

digital (numérica) de um evento de emissão acústica.

Descrição do Evento: São as descrições digitais (numérica) de um evento,

compreendendo uma ou mais descrições e/ ou informações extraídas do evento ou

calculadas deles.

Duração do Sinal de Emissão Acústica: É o tempo entre a primeira e a última vez

em que o sinal de emissão acústica cruza o limiar de detecção.

Efeito Felicity: É a aparição de emissão acústica significativa em um nível de carga

inferior ao nível máximo aplicado previamente, por exemplo, é o que se observa nos

materiais compostos.

Efeito Kaiser: É a ausência de emissão acústica detectável até o momento no que

excede ao nível de carga máxima previamente aplicada.

Emissão Acústica Contínua: É o sinal de emissão acústica de eventos que não

podem separar-se uns dos outros.

GLOSSÁRIO 95

Emissão Acústica Discreta: É o sinal de emissão acústica de eventos que podem

ser separados uns dos outros.

Emissão Acústica: É o fenômeno pelo qual as ondas elásticas transitórias se

geram pela liberação rápida de energia desde fontes localizadas dentro de um

material, ou as ondas transitórias assim produzidas. A emissão acústica é o termo

recomendado para uso geral.

Energia do evento de Emissão Acústica: É a energia elástica liberada por um

evento de emissão acústica.

Ensaio: É a seqüência de tarefas especificas e relacionadas ao método de emissão

acústica.

Entradas Paramétricas: São as variáveis ambientais (por exemplo: carga, pressão,

temperatura) que são medidas e armazenadas como parte da descrição do “hit” de

emissão acústica.

Estimulação: É a aplicação de um estímulo tal como uma força, pressão, calor,

dentre outros, ao objeto sob ensaio para causar a ativação das fontes de emissão

acústica.

Evento de Emissão Acústica: É a mudança localizada no material que produz um

aumento de emissão acústica em todos os canais monitorados.

Fim do Sinal de Emissão Acústica: É o término conhecido de um sinal,

usualmente definido como a última vez que o sinal corta o limite de referência.

Fixador (Fixador de Montagem): Dispositivo que fixa o sensor sobre a estrutura a

ser monitorada, ou próxima a ela, e proporciona um perfeito contato do sensor de

emissão acústica com a estrutura.

GLOSSÁRIO 96

Fonte Ativa: É a aquela que exibe um incremento da atividade de emissão acústica

acumulativa com um estímulo crescente ou constante.

Fonte de Emissão Acústica: É a causa física de um ou mais eventos de emissão

acústica.

Fonte Hsu-Nielsen: É o dispositivo usado para simular um acontecimento de

emissão acústica, utilizando a quebra da ponta de uma grafite, conforme indicado na

FIGURA (25).

Mudanças de sinal podem ser devidas a variações nas características da grafite.

Padrão adotado: diâmetro de 0,3mm; tipo 2H.

FIGURA 25– Quebra da ponta de grafite. L= 2 a 3mm e α= 20º. [ABNT NBR NM 302, 2005]

Fonte Intensa: É aquela na qual a intensidade da fonte de emissão acústica de uma

fonte ativa excede consideravelmente, por uma quantidade específica, a média da

intensidade da fonte de emissão acústica das fontes ativas.

Guia de Onda de Emissão Acústica: É o dispositivo que permite transferir ao

sensor as ondas elásticas do objeto ensaiado. Por exemplo, pode ser uma barra que

esta acoplada num extremo e uma estrutura monitorada e a um sensor no outro

extremo.

GLOSSÁRIO 97

“Hit” de Emissão Acústica: É o processo de detecção e medição de um sinal de

emissão acústica em um canal, no parâmetro de tempo do canal individual. O

processo de medida do sinal em cada canal usa três ajustes de operação de

parâmetro de tempo: (PDT) tempo de definição de pico, (HDT) tempo de definição

de “hit” e (HLT) tempo de trava do “hit”. O tempo de definição do “hit” (HDT) é o

tempo constante do retrigger de uma coleta do circuito que determina o fim do “hit”.

Início do Sinal de Emissão Acústica: É o início do sinal de emissão acústica

reconhecido pelo processador do sistema, usualmente definido pela amplitude que

excede o limite de referência.

Intensidade da Fonte de Emissão Acústica: É a medida dos sinais de emissão

acústica detectados, tais como a média da energia, média das contagem ou média

da amplitude por “hit”.

Intervalo de Tempo de Chegada: É o intervalo de tempo entre a chegada

detectada de uma onda de emissão acústica a sensores de um conjunto de

sensores.

Limite de Detecção de Emissão Acústica: É o nível de tensão que deve sobre

passar para que um sinal de emissão acústica seja detectado e processado,

podendo ser ajustável, fixo ou flutuante.

Limite de Referência de Avaliação: É um limite de referência utilizado para análise

dos dados, que podem ter sido gravados com um limite de referência do sistema

menor do que o limite de referência de avaliação. Para propósitos de análise, a

referência dos dados registrados com limite de referência do sistema deve ser

levada em consideração.

Limite de Referência de Sistema (limiar sonoro): È o limite de referência do

sistema eletrônico, acima do qual os sinais são detectados (“Threshold”).

GLOSSÁRIO 98

Nível de Sobrecarga do Sinal: É o nível acima do qual a operação passa a não ser

satisfatório como resultado da distorção do sinal, sobre aquecimento ou dano.

Número de Pulsos: É o número de vezes que um sinal discreto cruza o limite de

detecção.

Parâmetro Externo: É a magnitude medida que se deseja correlacionar com a

emissão acústica, seja porque é sua causa ou porque esta relacionada com ela.

Padrão de Emissão Acústica: É um conjunto de características de atributos

reproduzidos dos sinais de emissão acústica, associados com um objeto de ensaio

específico, observado com um sistema de instrumentação.

Pulsos de Emissão Acústica: É a descrição qualitativa de emissão acústica

relacionada um sinal individual emitido por um material.

Relação Felicity: É a medição do efeito Felicity, definida como a relação entre a

carga à que reaparece a emissão acústica durante a seguinte aplicação da carga e a

carga máxima precedente.

Ruído: São os sinais produzidos por outras causas distintas de emissão acústica ou

por fontes de emissão acústica que não estão relacionadas com o ensaio, podem

ser de origem elétrica e/ ou mecânica.

Sensibilidade do Sensor de Emissão Acústica: É a relação entre o sinal de

entrada da onda mecânica do sensor e o sinal elétrico emitido.

Sensor de Emissão Acústica: É o elemento de detecção geralmente

piezoelétricos, que transforma a energia da onda elástica em um sinal elétrico.

Sensor de Referência: É o sensor de emissão acústica cuja resposta foi

estabelecida por calibração primária.

GLOSSÁRIO 99

Sinal Contínuo: É o sinal de emissão acústica com um princípio e um final não

identificável.

Sinal de Emissão Acústica: É o sinal elétrico emitido por um sensor como

resultante de uma emissão acústica.

Sinal Discreto: É o sinal de emissão acústica com um princípio e um final

identificável.

Solicitação: É a aplicação de um estímulo, tal como pressão, força, calor, etc, em

um objeto ensaiado para causar ativação de fontes de emissão acústica.

Taxa de Contagem de Emissão Acústica: É o número de contagens de emissão

acústica detectados e o intervalo de tempo de monitoração.

Taxa de Evento de Emissão Acústica: É o número de eventos localizados de

emissão acústica detectados e o intervalo de tempo de monitoração.

Tempo de Chegada: É o tempo em que o sinal discreto cruza pela primeira vez o

limite de detecção.

Tempo de Subida do Sinal de Emissão Acústica: É o tempo entre o começo do

sinal de emissão acústica e a máxima amplitude desse sinal.

Tempo Morto: É qualquer intervalo de tempo durante a aquisição de dados, durante

o qual o instrumento ou sistema é incapaz de aceitar novos dados.

Teste: É a seqüência de ensaios para a verificação da qualidade de um item em

relação a um critério previamente estabelecido.

Zona (Primária): É a área vizinha ao sensor, a partir da qual a emissão acústica

pode ser detectada e a partir da qual a emissão acústica irá ser percebida no sensor

antes de ser percebida nos outros sensores.

APÊNDICES 100

APÊNDICES

METALOGRAFIA DOS CORPOS-DE-PROVA ENSAIADOS

IDENTIFICAÇÃO: CP 01

FIGURA 26 – Micrografia CP 01 - Ataque: Nital 2%. Aumento de 200 vezes.

FIGURA 27– Micrografia CP 01 - Ataque: Nital 2%. Aumento de 400 vezes.

200µm

100µm

APÊNDICES 101



FIGURA 28– Micrografia CP02 - Ataque: Nital 2%. Aumento de 200 vezes.

FIGURA 29– Micrografia CP02 - Ataque: Nital 2%. Aumento de 400 vezes.

100µm

200µm

APÊNDICES 102



FIGURA 30 – Micrografia CP03 - Ataque: Nital 2%. Aumento de 200 vezes.

FIGURA 31 – Micrografia CP03 - Ataque: Nital 2%. Aumento de 400 vezes.

100µm

200µm

APÊNDICES 103

ENSAIO DE ESPECTROSCOPIA DOS CORPOS-DE-PROVA ENSAIADOS

A TABELA (14) tem-se os valores da análise de composição química dos corpos-de

-prova.

TABELA 14

Valores da composição química dos corpos-de-prova

Elementos

Corpos-de-prova

CP01

CP02

CP03

C

0,171

0,172

0,165

Si

0,217

0,220

0,217

Mn

0,772

0,783

0,796

P

0,014

0,015

0,013

S

0,008

0,008

0,007

Ni

0,007

0,008

0,008

Cr

0,017

0,017

0,017

Al

0,046

0,047

0,049

V

0,005

0,005

0,005

Ti

0,002

0,002

0,002

Fe

98,741

98,723

98,721

APÊNDICES 104

ANÁLISE DE DUREZA DOS CORPOS-DE-PROVA ENSAIADOS

A TABELA (15) tem-se os valores da dureza Brinell superficial dos corpos-de-prova.

TABELA 15

Valores de dureza dos corpos-de-prova.

Corpos-de-prova Medidas Valores Medidas Valores

CP 01

1 81,5 6 77,0

2 76,5 7 78,0

3 77,3 8 78,0

4 79,0 9 78,3

5 78,0 10 77,0

Valor Médio 78,10

CP 02

1 78,3 6 79,0

2 78,6 7 80,0

3 79,0 8 79,0

4 78,0 9 80,6

5 78,3 10 78,0

Valor Médio 78,90

CP 03

1 75,2 6 77,3

2 76,5 7 79,0

3 78,0 8 77,3

4 74,0 9 77,3

5 76,5 10 74,0

Valor Médio 76,60

ANEXOS 105

ANEXOS

CERTIFICADO DE ANÁLISE QUÍMICA DA SOLUÇÃO DE CLORETO FÉRRICO

FIGURA 32 - Certificado de análise química da solução de cloreto férrico.

ANEXOS 106

CERTIFICADO DE ANÁLISE QUÍMICA DA SOLUÇÃO APÓS ENSAIOS

FIGURA 33 - Certificado de análise química da solução após ensaios.

CERTIFICADO DE ANÁLISE QUÍMICA DOS PRODUTOS DE CORROSÃO

(ÓXIDOS DE CORROSÃO)

FIGURA 34 - Certificado de análise química dos óxidos de corrosão.

ANEXOS 107

PARÂMETROS UTILIZADOS NA AQUISIÇÃO DOS SINAIS DE EMISSÃO

ACÚSTICA

Na FIGURA (35), apresentam-se os parâmetros utilizados para aquisição dos sinais

por emissão acústica via o software MISTRAS 2001, durante os ensaios realizados.

FIGURA 35 – Parâmetros usados na aquisição de dados (MISTRAS 2001).

ANEXOS 108

CONCEITO DE DANO E DE MECANISMO DE ACUMULAÇÃO DE DANOS

Conforme Maia (2005) dano é a transformação cumulativa sofrida por uma estrutura,

em decorrência de suas condições de trabalho, que possa comprometer futuramente

sua funcionalidade.

Mecanismo de acumulação de danos é o processo de introduzir dano em uma

estrutura. Listam-se a seguir os mecanismos de dano e os tipos de falhas mais

comuns (Maia, 2005):

- deformações elásticas excessivas induzidas por foca ou temperatura;

- escoamento e deformação plástica excessiva;

- fratura dúctil;

- fratura frágil;

- fadiga: alto ciclo, baixo ciclo, térmica, superficial, por impacto, corrosão,

propagação de trincas;

- corrosão: ataque químico direto, galvânica, alvéolar ou “pitting”, intergranular,

seletiva, erosão, cavitação, corrosão sob tensão, corrosão por frestas, biológica;

- fluência e relaxação;

- corrosão-fadiga;

- dano por hidrogênio;

- desgaste, abrasivo, corrosivo, deslizamento, rolamento;

- ataques superficiais – por gases ou fundidos;

- flambagem;

- instabilidade: elástica, dinâmica.

Livros Grátis( http://www.livrosgratis.com.br )

Milhares de Livros para Download: Baixar livros de AdministraçãoBaixar livros de AgronomiaBaixar livros de ArquiteturaBaixar livros de ArtesBaixar livros de AstronomiaBaixar livros de Biologia GeralBaixar livros de Ciência da ComputaçãoBaixar livros de Ciência da InformaçãoBaixar livros de Ciência PolíticaBaixar livros de Ciências da SaúdeBaixar livros de ComunicaçãoBaixar livros do Conselho Nacional de Educação - CNEBaixar livros de Defesa civilBaixar livros de DireitoBaixar livros de Direitos humanosBaixar livros de EconomiaBaixar livros de Economia DomésticaBaixar livros de EducaçãoBaixar livros de Educação - TrânsitoBaixar livros de Educação FísicaBaixar livros de Engenharia AeroespacialBaixar livros de FarmáciaBaixar livros de FilosofiaBaixar livros de FísicaBaixar livros de GeociênciasBaixar livros de GeografiaBaixar livros de HistóriaBaixar livros de Línguas










http://www.livrosgratis.com.br/cat_1/administracao/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_2/agronomia/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_3/arquitetura/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_4/artes/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_5/astronomia/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_6/biologia_geral/1









http://www.livrosgratis.com.br/cat_8/ciencia_da_computacao/1











http://www.livrosgratis.com.br/cat_9/ciencia_da_informacao/1











http://www.livrosgratis.com.br/cat_7/ciencia_politica/1









http://www.livrosgratis.com.br/cat_10/ciencias_da_saude/1











http://www.livrosgratis.com.br/cat_11/comunicacao/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_12/conselho_nacional_de_educacao_-_cne/1















http://www.livrosgratis.com.br/cat_13/defesa_civil/1









http://www.livrosgratis.com.br/cat_14/direito/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_15/direitos_humanos/1









http://www.livrosgratis.com.br/cat_16/economia/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_17/economia_domestica/1









http://www.livrosgratis.com.br/cat_18/educacao/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_19/educacao_-_transito/1









http://www.livrosgratis.com.br/cat_20/educacao_fisica/1









http://www.livrosgratis.com.br/cat_21/engenharia_aeroespacial/1









http://www.livrosgratis.com.br/cat_22/farmacia/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_23/filosofia/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_24/fisica/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_25/geociencias/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_26/geografia/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_27/historia/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_31/linguas/1







Baixar livros de LiteraturaBaixar livros de Literatura de CordelBaixar livros de Literatura InfantilBaixar livros de MatemáticaBaixar livros de MedicinaBaixar livros de Medicina VeterináriaBaixar livros de Meio AmbienteBaixar livros de MeteorologiaBaixar Monografias e TCCBaixar livros MultidisciplinarBaixar livros de MúsicaBaixar livros de PsicologiaBaixar livros de QuímicaBaixar livros de Saúde ColetivaBaixar livros de Serviço SocialBaixar livros de SociologiaBaixar livros de TeologiaBaixar livros de TrabalhoBaixar livros de Turismo

http://www.livrosgratis.com.br/cat_28/literatura/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_30/literatura_de_cordel/1











http://www.livrosgratis.com.br/cat_29/literatura_infantil/1









http://www.livrosgratis.com.br/cat_32/matematica/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_33/medicina/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_34/medicina_veterinaria/1









http://www.livrosgratis.com.br/cat_35/meio_ambiente/1









http://www.livrosgratis.com.br/cat_36/meteorologia/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_45/monografias_e_tcc/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_37/multidisciplinar/1





http://www.livrosgratis.com.br/cat_38/musica/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_39/psicologia/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_40/quimica/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_41/saude_coletiva/1









http://www.livrosgratis.com.br/cat_42/servico_social/1









http://www.livrosgratis.com.br/cat_43/sociologia/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_44/teologia/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_46/trabalho/1







http://www.livrosgratis.com.br/cat_47/turismo/1







universidade federal de minas gerais programa de …livros01.livrosgratis.com.br/cp140889.pdf ·...

Documents