Ensaio Não Convencional em Equipamentos

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ENSAIOS NÃO 
CONVENCIONAIS 
CURSO DE FORMAÇÃO DE INSPETOR DE EQUIPAMENTOS 
TREINAEND – EXCELÊNCIA EM CURSOS INDUSTRIAIS A DISTÂNCIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prezado (a) estudante, 
Você que está aqui estudando para se tornar um (a) Inspetor (a) de Equipamentos, como 
imagina ser uma grande indústria? Você vê grandes equipamentos e máquinas? É claro 
que sim. A tecnologia é parte fundamental de qualquer indústria. O (A) técnico (a) de 
Inspeção de Equipamentos é o (a) responsável por garantir a continuidade, segurança 
operacional e integridade estrutural dos equipamentos e instalações das indústrias onde 
atua. 
Este (a) técnico (a) é o (a) responsável pela integridade estrutural e segurança 
operacional dos diversos sistemas de uma indústria, tais como dutos, vasos, torres, 
reatores, trocadores de calor, caldeiras e demais equipamentos nos mais diversos tipos 
de instalações on ou off-shore. Também são atribuições deste (a) profissional a 
execução ou testemunho de ensaios destrutivos, não destrutivos e metalográficos, 
testes de pressão, calibração de instrumentos de inspeção, de cálculo de taxa de 
corrosão e definição da vida residual dos sistemas. 
Esta apostila faz parte do seu programa de estudos. Nela você vai adquirir 
conhecimentos importantes na sua preparação profissional. Lembre-se o quanto é 
importante a profissão de Inspetor (a) de Equipamentos, esta lembrança sempre será 
incentivo ao seu estudo. Nosso maior tesouro é a educação, ela é a garantia de um 
futuro honroso e promissor. 
Desejamos a você um excelente aprendizado! 
 
 
CURSO DE INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS 
MÓDULO DE ESPECIALIZAÇÃO TÉCNICA 
DISCIPLINA: ENSAIOS NÃO CONVECIONAIS 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
Com a evolução tecnológica têm-se disponibilizado de equipamentos cada vez mais 
complexos e que operam em condições severas e ambientes, na usa maior parte, hostis 
ao homem. O cenário atual exige o desenvolvimento paralelo de técnicas capazes de 
avaliar e monitorar tais equipamentos. 
Os novos dispositivos de avaliação têm como premissas básicas a alta produtividade, ou 
seja, trabalho em sistema de varredura, interação com micro computador, auto 
avaliação do resultado e comando a distância do objetivo inspecionado e cada vez mais 
se torna especializado em análise, tendo que ser apto a lidar com a informática. Outro 
posicionamento do inspetor a ser discutido é ter sempre em mente a ideia de selecionar, 
com base técnica a melhor metodologia a ser utilizada, pois com o aumento da 
complexidade os custos envolvidos são elevados. Define-se então, de uma frase antiga 
mais totalmente adequada ao momento atual: Escolher a técnica adequada não é 
simplesmente escolher o sistema mais novo ou avançado e sim o adequado à aplicação. 
Alguns fatos a serem levados em consideração para aplicação e adequação da técnica: 
• Requisitos da técnica (como estado de limpeza do equipamento); 
• Tempo de operação do equipamento; 
• Custo do equipamento a ser inspecionado; 
• Custo da contratação da inspeção, entre outros. 
 
Adequar é obter o melhor resultado esperando no menor tempo e se possível menor 
custo. 
 
 
 
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2. CORRENTES PARASITAS 
O século XIX foi preenchido por descobertas significativas sobre eletromagnetismo, no 
qual uma cadeia sucessiva de estudos teórico e experimental conduziu a descoberta das 
correntes parasitas e, dentre muitos cientistas como Oersted, Hanry e Lens, o inglês 
Michael Faraday teve um papel relevante ao conceituar a indução eletromagnética, em 
1831. Porém, a descoberta das correntes parasitas é atribuída a Jean Bernard Leon 
Foucault por volta de 1855. Foucault observou que quando um disco de cobre era 
colocado entre os polos de um magneto era preciso aplicar mais força para fazê-lo girar 
do que quando não havia o magneto, fato que ocorre devido ao surgimento de correntes 
parasitas no interior do metal produzidas pela variação do fluxo, correntes estas que 
também ficaram conhecidas como correntes de Foucault. Contudo, somente em 1864, 
as correntes parasitas foram fundamentadas quando James Maxwell estabeleceu as 
equações que definiram a teoria eletromagnética. Poucos anos mais tarde, em 1879, 
Hughes foi o primeiro a usar as correntes parasitas como ensaio não destrutivo ao 
distinguir metais registrando a variação da indutância da bobina ao aproximá-la de dois 
metais diferentes. 
 
2.2 Princípios da Inspeção por Correntes Parasitas 
A inspeção por Correntes Parasitas (Eddy-Current Testing - ECT) é baseada no princípio 
de indução eletromagnética. Este fenômeno é caracterizado quando ao excitar-se uma 
bobina com uma corrente alternada (CA), um campo magnético é gerado em torno das 
espiras dessa bobina, chamado de campo magnético primário (campo magnético 
indutor). Quando este campo magnético primário (indutor) está em contato com a 
superfície do material a ser ensaiado (inspecionado), induz o fluxo de correntes 
elétricas, de baixa intensidade, na superfície desse material. Essas correntes elétricas 
induzidas, denominadas de correntes parasitas, geram um segundo campo magnético 
de menor intensidade e oposto ao campo magnético primário (indutor), denominado 
campo magnético secundário (campo induzido). 
 
 
 
 
 
 
 
Princípio do ensaio por correntes parasitas: a) campo magnético primário; b) correntes induzidas 
(parasitas); c) campo magnético secundário. 
 
 
 
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Enquanto a superfície do material estiver homogênea e ausente de imperfeições, os 
campos magnéticos estarão em equilíbrio, representando um campo magnético 
resultante, com condição balanceada ou nula. A presença de uma descontinuidade ou 
defeito no material provocará uma distorção no fluxo de correntes parasitas na 
superfície, desequilibrando o campo magnético secundário em relação ao primário 
(EPRI, 1999). Com isso, a presença de trincas e descontinuidades pode ser examinada 
monitorando mudanças refletidas nas propriedades elétricas da bobina, definidas como 
impedância (Z) da bobina. O instrumento de ECT captura essas mudanças na impedância 
da bobina e efetua medidas em termos da amplitude e fase do sinal. As variações no 
ângulo de fase e amplitude do sinal estão diretamente relacionadas às características do 
defeito. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A inspeção por ECT em tubos 
 
Como a inspeção por ECT é baseado na indução eletromagnética, alguns parâmetros 
influenciam a intensidade do campo magnético da bobina. Primeiramente, o material, 
peça ou componente a ser inspecionado deve ser condutor elétrico. A intensidade do 
campo e a impedância da bobina terão nível máximo quando a bobina excitada de ECT 
estiver ao ar livre. Contudo, quando a bobina excitada é colocada próximo da superfície 
do material condutor numa região homogênea e ausente de descontinuidades, a 
intensidade do campo resultante diminui pela quantidade do campo secundário gerado 
 
 
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pelas correntes parasitas induzidas. Isto ocorre devido à oposição do campo secundário 
ao primário e causa a redução da impedância da bobina também. 
Algumas condições que em geral afetam o campo magnético secundário por 
consequência influenciam no campo magnético primário, tais como trincas, 
condutividade, permeabilidade e dimensões do material, além da distância entre a 
bobina de ECT e a superfície do material. 
A inspeção por correntes parasitas é uma técnica de múltiplas aplicações, 
principalmente em materiais delgados. Em materiais grossos, as limitações de 
penetração implicam apenas em inspeção de camadas superficiais. Além da detecção 
das descontinuidades, podem ser empregadas para medir indiretamente características 
mecânicase metalúrgicas que sejam influenciadas por propriedades elétricas e 
magnéticas. Aspectos geométricos da peça sobre inspeção como espessura, curvatura e 
distância sondam materiais influem no fluxo de correntes parasitas podendo ser 
medidas. 
As aplicações industriais do ensaio são em cilíndricos, tubos chapas e camadas de 
revestimento, fornecendo uma maneira de medir condutividade, detectar 
descontinuidades e determinar espessura de revestimentos. Visto que se obtém uma 
informação contínua no ensaio, este é particularmente interessante e fácil de ser 
aplicado de se aplicado em inspeções automáticas, em linhas de produção. 
2.3 Vantagens de Limitações da Técnica 
Vantagem 
 As indicações são obtidas instantaneamente não requerendo tempo de revelação. 
 Os procedimentos de inspeção são prontamente adaptáveis a testes passa não 
passa. 
 O método é sensível a muitas variáveis físicas e metalúrgicas. Dessa forma são 
muitas as aplicações possíveis, desde que as variáveis que não são de interesse 
possam ser eliminadas ou suprimidas. 
 A única ligação entre o aparelho e a peça inspecionada é o campo magnético. 
 A maioria dos aparelhos utilizados é portátil e com baterias. 
 
Limitações 
 O sucesso do procedimento de inspeção é diretamente dependente da habilidade 
do inspetor em suprimir os efeitos das variáveis que não são de interesse. 
 É aplicável apenas a materiais condutores. 
 Nas aplicações comuns a profundidade de penetração e menor que 5 mm. 
 A inspeção de materiais ferromagnéticos é mais difícil de realizar e geralmente com 
menor sensibilidade. 
 
 
 
 
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3. CAMPO REMOTO (REMOTE FIELD EDDY CURRENT TESTE) 
Utilizam-se duas bobinas, uma excitadora e outra receptora, distanciadas uma da outra 
cerca de 2 a 3 vezes o diâmetro da espessura da parede do tubo. O campo magnético 
alternado gerado pela bobina excitadora, atravessa a parede do tubo no local onde 
estão localizadas as bobinas receptoras (zona do acoplamento indireto), induzindo neste 
ponto as correntes parasitas no tubo. 
Esta técnica apresenta sensibilidade igual para ensaios das paredes internas e externas, 
indicando a profundidade e comprimento das descontinuidades, como também 
corrosão em ambas as paredes e perda de espessura da parede do tubo. 
Esta técnica também detecta cavidades e falhas na parede externa na parte oculta pelas 
chicanas. Esta técnica e adequada para tubos de aço carbono de baixo e alto teor de 
carbono, aços ligados, aços inoxidáveis ferríticos, níquel e outros materiais 
ferromagnéticos. 
3.1 VANTAGENS E DESVANTAGENS 
Vantagens 
 Aplicável para inspeção de tubos ferromagnéticos de trocador de calor e caldeira. 
 Mesma sensibilidade para defeitos internos e externos. 
 Aplicável também para grandes espessuras de parede. 
 É requerido um baixo fator de enchimento. 
 Alta velocidade de inspeção, em torno de 0,3 m/s. 
 A descentralização da sonda não é fator crítico. 
Desvantagens 
 Pouca sensibilidade da sonda aos efeitos lift off. 
 Não aplicável em materiais não ferromagnéticos. 
 
4. ACFM (Alternating Current Field Measurement) 
Técnica END utilizada para detecção, avaliação de profundidade e dimensionamento de 
descontinuidades que afloram à superfície. Especialmente indicada para soldas em 
vasos de pressão, estruturas, tubulações de aço comum e inox. Não requer preparo de 
superfície nem remoção da pintura. 
 
 
 
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O ensaio ACFM se baseia na indução de um campo elétrico superficial uniforme que gera 
a formação de um campo magnético. Quando na presença de uma trinca, este sofre 
deformações, tendendo a contornar as extremidades do defeito. 
Essas perturbações são captadas por sensores, permitindo a detecção e 
dimensionamento do defeito através da medição de três componentes ortogonais do 
campo magnético, através de modelos teóricos. 
Quando a corrente é curvada, causa uma elevação na densidade do fluxo magnético, 
perpendicular à superfície, de maneira similar às correntes parasitas secundárias. 
Um youke é usado para gerar o campo magnético inicial e bobinas e sensores de efeito 
hall podem ser usados para detectar os campos magnéticos. 
 
 
 
 
 
 
 
Ensaio de ACFM 
4.1 Interpretações do Sinal 
 É realizado o dimensionamento de trincas através de modelos teóricos, usando a 
medida do campo magnético em uma determinada fase. 
 O uso do campo paralelo à superfície, na teoria, elimina o sinal de lift off, mas na 
prática, um campo induzido produzido por uma sonda de ACFM ocasiona alguns 
sinais de lift off. 
 Os sinais na tela são uma representação direta dos campos magnéticos, separados 
em base de tempo ou combinadas. 
 
 
 
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Ensaio de ACFM 
4.2 Vantagens e Desvantagens do Ensaio 
Vantagens 
 Detecção e dimensionamento preciso de trincas de fadiga em aço abertas para a 
superfície. 
 Pode ser usado sobre superfícies com revestimentos isolantes elétricos com 
espessura de até 10 mm. 
 Pode ser usado com baixa luminosidade. 
 Pode ser usado em outros materiais como alumínio, aço inoxidável duplex, titânio, 
necessitando apenas de alguns fatores de correção. 
 Não é afetado pela direção que a trinca assume abaixo da superfície sob inspeção. 
 Facilidade de automação. 
Desvantagens 
 Não pode ser utilizado em materiais não condutores. 
 Não detecta descontinuidades subsuperficiais em aço. 
 Não é possível dimensionar trincas ramificadas ou múltiplas. 
 Não detecta confiavelmente, em soldas de materiais ferríticos, trincas comprimento 
muito inferior a 10 mm e profundidade inferior a 1 mm – o que pode ser minimizado 
com o uso de micro sondas em superfícies lisas. 
 Trincas perto de bordas somente são detectadas utilizando sondas padrão. 
 É de difícil dimensionamento trincas cujas extremidades não possam ser 
perfeitamente definidas. 
 
 
 
 
 
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5. ONDAS GUIADAS 
O ensaio é baseado na utilização de ondas superficiais guiadas de ultrassom, que podem 
se propagar por distâncias longas em metais, com atenuação mínima, sendo refletidas 
por eventuais descontinuidades. 
 
 
 
 
 
 
Esquema do ensaio 
 
Essas ondas guiadas possuem três modos de propagação longitudinal, flexional e 
torsional, que dependem do modo de carregamento e das características do transdutor 
a partir do qual foram geradas. 
 
 
 
 
 
 
Tipos de ondas 
 
5.1 Características do Ensaio 
 Dezenas de metros podem ser inspecionadas a partir de um único posicionamento. 
 Ondas guiadas são enviadas em duas direções. 
 Regiões de difícil acesso (travessias de rios, estradas, “splash zone”, etc.) podem ser 
inspecionadas. 
 Técnica de “pulso-eco” informa a criticidade e posicionamento do defeito. 
 
 
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 Análise de sinal sofisticada. 
 Um colar de cabeçotes é fixado ao duto. 
 Não é necessário acoplamento. Utiliza baixa frequência e pressão sobre os 
cabeçotes. 
 Normalmente não é necessária preparação da superfície. 
 Pode ser utilizado em superfícies quentes até aproximadamente 200 C 
 
 
 
 
 
 
 
 
Colar de cabeçotes 
 
A figura abaixo apresenta um esquema onde: 
 As ondas guiadas são geradas e percorrem a parede do tubo, refletindo no flange e 
retornando ao equipamento gerador. 
 Nas regiões com o cordão de solda e perda de espessura, o retorno do eco 
ultrassônico propicia o crescimento de picos na tela do osciloscópio. A técnica é, 
portanto, similar à empregada noensaio de ultrassom convencional (pulso-eco). 
 
 
 
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Desenho esquemático do ensaio 
 
É bom lembrar que a criticidade da descontinuidade irá influenciar no retorno da amplitude 
sonora e consequentemente, na altura do pico na tela do equipamento. E que uma das 
caraterísticas deste ensaio é que ele utiliza ondas de baixa frequência. Desta forma, se tem um 
maior comprimento de onda e maior alcance de inspeção. 
Alguns fatores influenciam no alcance do sinal: 
 Fluido interno e externo. 
 Existência de revestimento. 
 Existência e curvas, derivações e etc.. 
 Quantidades de soldas e flanges. 
 Estado do duto. 
5.2 Vantagens e Desvantagens do Ensaio 
Vantagens 
 Não é necessário acoplamento fixo. 
 Normalmente não é necessária preparação da superfície. 
 Pode ser utilizado em superfícies quentes, de até 200 ºC. 
 Dezenas de metros podem ser inspecionadas a partir de um único posicionamento. 
 Regiões de difícil acesso podem ser inspecionadas. 
Desvantagens 
 Difícil interpretação dos sinais o que requer muito treinamento e experiência do 
operador. 
 
 
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 Apresenta resultado qualitativo e requer se possível e necessário, ensaio 
complementar dimensionamento das indicações. 
6. EMISSÃO ACÚSTICA 
O ensaio por emissão acústica consiste na detecção de descontinuidades através de 
ondas acústicas emitidas pelo material quando aplicada uma tensão sobre a sua 
estrutura. Ele oferece uma opção de verificação da integridade física do equipamento 
com muita pouca intervenção no seu processo produtivo, uma vez que o ensaio pode 
ser realizado com o equipamento em operação e com o seu próprio produto de 
processo. Diminuindo assim, o custo da inspeção. 
 
 
 
 
 
 
Esquema do ensaio. 
6.1 Fundamentos do Ensaio 
 Emissão Acústica são ondas elásticas transientes geradas pela liberação rápida de 
energia de fontes localizadas internamente ao material. 
 Em contraste com a maioria dos métodos complementares de ensaios não 
destrutivos, a descontinuidade produz seu próprio sinal (resposta à tensão) e 
emissão acústica detecta movimento (outros métodos detectam descontinuidades 
geométricas). 
 O princípio usado nesta técnica de inspeção é que o crescimento de uma 
descontinuidade provocado por um campo de tensão irá emitir um sinal sonoro. 
 Propagação do sinal pela estrutura e detecção por sensores montados na superfície 
do equipamento em ensaio. 
 Emissão acústica é capaz de detectar a propagação de descontinuidades. 
 Localização das descontinuidades pode ser estimada mediante os tempos de 
chegada dos sinais aos sensores. 
 Localização precisa, tamanho e orientação da descontinuidade, podem ser obtidas 
com outras técnicas não destrutivas. 
 Principal problema: forte ruído ambiental nas plantas de processo, embora a 
separação de ruído e sinal seja possível pela utilização de modernos equipamentos 
que utilizam técnicas de filtragem eletrônica. 
 
 
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 Método global de inspeção. 
 Grande variedade de estruturas, materiais e espessuras, temperatura. 
 Em serviço ou não. 
 Acesso apenas para instalar sensores. 
 Necessidade de carregamento da estrutura. 
 Detecção de descontinuidades que liberem energia de deformação quando a 
estrutura é carregada. 
 Detecção de crescimento de trincas de fadiga, danos induzidos pela ação do 
hidrogênio, corrosão, empolamentos, corrosão avançada e quebra de fibras em 
materiais plásticos reforçados com fibra de vidro. 
 Inspeção relativamente rápida, de uma grande área, detectando apenas 
descontinuidades ativas estruturalmente. 
 
6.2 Equipamentos 
É necessário um equipamento emissor de som e sensores: piezoeléctricos, 
eletromagnéticos, capacitivos e óticos (os mais usados são os piezoeléctricos). 
O número de sensores deverá ser previsto levando-se em consideração o fenômeno 
acústico de atenuação que é a perda da amplitude do sinal com o aumento da distância 
da fonte. O que pode ser causado pelo espalhamento das ondas pela geometria ou por 
perda em meio adjacente, absorção da onda, obstáculos, diferentes modos de onda 
propagando-se em diferentes velocidades, dispersão da velocidade. 
 
 
 
 
 
 
 
Esquema do ensaio. 
 
 
 
 
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6.2 Vantagens e Desvantagens do Ensaio 
Vantagens 
 Emissão acústica é capaz de detectar a propagação de descontinuidades. 
 Inspeção relativamente rápida de uma grande área, detectando apenas 
descontinuidades ativas estruturalmente. 
 Necessidade de carregamento da estrutura. 
 Pode ser ensaiada grande variedade de estruturas, materiais e espessuras em 
diversas temperaturas. 
Desvantagens 
 O ruído ambiental nas plantas de processo, embora a separação de ruído seja 
possível pela utilização de modernos equipamentos que utilizam técnicas de 
filtragem eletrônica. 
 Descontinuidades geradas no processo de fabricação podem não ser detectadas.