AULA12 calor e fluido

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AULA 12
DIAGNÓSTICO POR IMAGEM 
TÉRMICA
TÉCNICAS DE MEDIÇÃO EM 
CALOR E FLUIDOS
OBJETIVOS
aConhecer a evolução da termografia.
aApresentar a técnica de Ensaio Térmico Não 
Destrutivo - NDTE
aDiscutir as aplicações e limitações da técnica 
NDTE
aApresentar as principais tendências de 
aplicação presentes e perspectivas futuras.
HISTÓRICO
› Em 1666 Newton decompõe a luz branca através de 
prisma e descobre as cores do espectro;
› 1800 ÐWilliam Herschel publicou os resultados 
dos seus experimentos com radiação infravermelha;
› 1880 Ð Langley apresentou o primeiro bolômetro, 
e Case desenvolveu o primeiro fóton detector.
› Segunda Guerra Ð utilização da termografia com 
finalidades bélicas.
› Década de 70 Ð utilização termografia na diagnose 
médica
› Últimas décadas do século XX Ð utilização da 
termografia nos Ensaios Térmicos Não Destrutivos.
TERMOGRAFIA
Técnica de medição, sem contato, do campo 
de temperatura de uma superfície, através 
de imagem gerada pela radiação térmica 
no infravermelho emitida pela superfície. 
Atualmente, é utilizada para definir o 
ensaio térmico não destrutivo.
TERMOGRAFIA
› Há 40 anos atrás nascia a termografia
› Década de 60 - primeiro sistema infravermelho de 
uso industrial
› Década de 70 - Visores Térmicos
› Década de 80 - detector resfriado termeletricamente
› Década de 90 - detector resfriado motor ciclo 
Stirling
› Atual - detector do tipo bolômetro
ENSAIO TENSAIO TÉÉRMICO NÃO RMICO NÃO 
DESTRUTIVO DESTRUTIVO -- NDTENDTE
ÐMétodo para diagndiagnóósticostico em estruturas 
(falhas, trincas, umidade, propriedades 
termofísicas de materiais etc.) com base na 
temperaturatemperatura superficial da estrutura, 
medidas através de técnicas semsem contatocontato
(TERMOGRAFIATERMOGRAFIA)
ENSAIO TÉRMICO NÃO 
DESTRUTIVO - NDTE
Temperatura Temperatura superficial nasuperficial na zona zona defeituosadefeituosa
Temperatura Temperatura superficial na zonasuperficial na zona ííntegrantegra
T 
L
T
DT
L
Fluxo de calor
Defeito Produto íntegro
› Facilidade de operação;
› Técnica não intrusiva e não destrutiva;
› Alta velocidade de medição;
› Informação numérica e visual
› Facilidade na interpretação de resultados; 
›Medição de objetos em movimento.
VANTAGENS DO VANTAGENS DO NDTENDTE
›
›
›
Dificuldade em se depositar, uniformemente, 
uma grande quantidade de energia sobre a 
superfície do objeto em análise, em um curto 
espaço de tempo;
Interferência das perdas de calor sobre o 
contraste das imagens e dificuldade na 
determinação da emissividade da superfície da 
amostra;
Limitação na detecção de defeitos em regiões 
mais profundas da amostra.
DESDESVANTAGENS VANTAGENS DO DO NDTENDTE
› Nenhum estimulo térmico é necessário, 
uma vez que existe uma diferença natural 
de temperatura ou emissividade entre o 
objeto em estudo e o meio ambiente.
› As características qualitativas dos 
resultados obtidos estão sujeitas ao 
conhecimento do avaliador.
TERMOGRAFIA PASSIVATERMOGRAFIA PASSIVA
› Várias metodologias de estimulação térmica 
podem ser empregadas (Pulsada, Modulada ou 
Combinada), cada qual com características e 
limitações próprias
›A escolha do tipo de estimulo térmico depende não 
só das características da superfície a ser testada 
mas, essencialmente, do tipo de informação 
requerida.
TERMOGRAFIA ATIVATERMOGRAFIA ATIVA
› A energia térmica é fornecida ao material 
em forma de um pulso quadrado que 
propaga-se, através de ondas de calor, à
partir da superfície do material, para o seu 
interior obedecendo a equação de difusão de 
Fourier.
TERMOGRAFIA PULSADA (PT)TERMOGRAFIA PULSADA (PT)
› A superfície da amostra fica sujeita a uma 
estimulação senoidal gerando uma resposta de 
temperatura, também senoidal. A amplitude e 
fase dependem da freqüência de entrada.
› O sistema coleta uma série de imagens e 
compara as temperaturas extraindo o ruído 
das ondas senoidais em cada ponto da 
imagem, gerando o termograma.
TERMOGRAFIATERMOGRAFIA MODULADA (MT)(MT)
› Baseada na dualidade dos domínios de 
freqüência e tempo e na transformada de 
Fourier;
› Identifica defeitos localizados em 
profundidades maiores do que aqueles 
identificáveis pela MT, com uma velocidade 
de resposta bem menor, como na PT.
TERMOGRAFIATERMOGRAFIA COMBINADA (PPT)(PPT)
› Controle de processo e qualidade do
produto;
› Avaliação de integridade de estruturas civis e
de concreto;
› Avaliação de integridade em obras de arte;
› Programas de manutenção preditiva e
preventiva.
APLICAAPLICAÇÇÃO DO NDTEÃO DO NDTE
CONTROLE DE PROCESSO E 
QUALIDADE DE PRODUTO
Origem: matéria prima - umidade desuniforme
- granulometria fina
prensagem - tempos insuficientes
DelaminaDelaminaççãoão emem produtosprodutos cerâmicoscerâmicos
11
33
44
5566
22
MODELAGEM FÍSICA
1 Sistema de traslação.
2 Produto.
3 Lâmpada infravermelha.
4 Termocâmera.
5 Sensor ótico de sincronismo.
6 Software de aquisição e
elaboração de imagem.
0 2 5 7 9
1
1
1
4
1
6
1
8
2
0
2
3
2
5
2
7
2
9
3
2
0
2
5
7
9
11
14
16
18
20
23
25
27
29
32
TEMPERATURA 
RFICIALE (°C)
DIMENSIONE X (cm)
D
I
M
E
N
S
I
O
N
E
 
Y
(
c
m
)
PIASTRELLA 
A DIFETTO
SUPE
SENZ
30-35
25-30
20-25
15-20
0 2 5 7 9
1
1
1
4
1
6
1
8
2
0
2
3
2
5
2
7
2
9
3
2
0
2
5
7
9
11
14
16
18
20
23
25
27
29
32
TEMPERATURA 
SUPERFICIALE 
DIMENSIONE X (cm)
PIASTRELLA 
CON DIFETTO
D
I
M
E
N
S
I
O
N
E
 
Y
 
(
c
m
)
30-35
25-30
20-25
15-20
5 5 °°CC
RESULTADOS DA SIMULARESULTADOS DA SIMULAÇÇÃO ÃO 
ICÔNICAICÔNICA
MODELAGEM MATEMMODELAGEM MATEMÁÁTICATICA
t
T
pCz
Tk
zy
Tk
yx
Tk
x ∂
∂=∂
∂
∂
∂+∂
∂
∂
∂+∂
∂
∂
∂ ρ)()()(
0),,,( TtzyxT = , para z > ζ
ζρ pC
QzT =)0,,0,0( , para 0 < z <ζ 
•• Totalmente Totalmente implimplíícitocito (tempo) (tempo) 
•• TTéécnicacnica dos Volumesdos Volumes FinitosFinitos
•• InterpolaInterpolaççãoão linearlinear ((espaespaççoo) ) 
•• TDMA TDMA solusoluçção doão do sistema sistema dede equaequaççãoão algalgéébricasbricas
RESULTADOS DA SIMULARESULTADOS DA SIMULAÇÇÃO ÃO 
MATEMMATEMÁÁTICATICA
1 3 5 7 9
1
1
1
3
1
5
1
7
1
9
2
1
2
3
2
5
2
7
2
9
3
1
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
TE
SUPERF
SENZ
MPERATURA 
ICIALE (°C)
DIMENSIONE Y(cm)
D
I
M
E
N
S
I
O
N
E
 
X
(
c
m
)
PIASTRELLA 
A DIFETTO
30-35
25-30
20-25
15-20
1 4 7
1
0
1
3
1
6
1
9
2
2
2
5
2
8
3
1
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
TEMPERATURA 
SUPERFICIALE (°C)
DIMENSIONE Y(cm)
PIASTRELLA 
CON DIFETTO
D
I
M
E
N
S
I
O
N
E
 
X
(
c
m
)
30-35
25-30
20-25
15-20
5 5 °°CC
AVALIAÇÇÃO DA INTEGRIDADE DE ÃO DA INTEGRIDADE DE 
OBRAS DE ARTEOBRAS DE ARTE
AVALIA
Amostra “buon fresco”
DescolamentoDescolamento dasdas camadascamadas dede pinturaspinturas
MODELAGEM FÍSICA
MODELAGEM FÍSICA
Termografia Pulsada ⇒ a análise baseou-se na 
determinação do máximo contraste
)()(
)()()(
0
0
tTtT
tTtTtC
ss
ii
−
−= Ti→ Temperatura área com defeito
Ts→ Temperatura área sem defeito 
Termografia Modulada ⇒ freqüência inicial 
alta, que permitiu a análise das camadas mais 
superficiaisda amostra. Gradualmente, este 
valor de freqüência foi diminuído para a análise 
de todas as camadas da amostra. 
AVALIAÇÃO DE INCERTEZA
22
)(
2
)(
2 ))(())(())(()( inrarbaTroutc uucTucucTu +++= τε τε
⇒ u(εr) = incerteza padrão na determinação da
emissividade;
⇒ u(Tba(r)) = incerteza padrão na determinação 
da temperatura ambiente;
⇒ u(τa(r)) = incerteza padrão na determinação 
da transmissividade da atmosfera;
⇒ cε , cT e cτ= coeficientes de sensibilidade;
⇒ uin = incerteza padrão combinada intrínseca 
da temperatura medida pela termocâmera.
RESULTADOS DA SIMULARESULTADOS DA SIMULAÇÇÃO ÃO 
ICÔNICAICÔNICA
Termografia Pulsada ⇒ contraste térmico
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
0 50 100 150 200 250 300
Tempo [s]
C
o
n
t
r
a
s
t
e
 
t
é
r
m
i
c
o
Contraste térmico
Q = 2,8 x 104 J
dtermoc._amostra = 0,50 mCmax = 3,6 (t = 56 segundos)
Imagem térmica 
C(t)max
ΔT = 5°C
RESULTADOS DA SIMULARESULTADOS DA SIMULAÇÇÃO ÃO 
ICÔNICAICÔNICA
Termografia Pulsada ⇒ mapa térmico
Imagem da 
termocâmera
Analise em 
MATLAB
RESULTADOS DA SIMULARESULTADOS DA SIMULAÇÇÃO ÃO 
ICÔNICAICÔNICA
Termografia Pulsada ⇒ decaimento da temperatura 
(U95% = ± 1,06oC)
24,0
25,0
26,0
27,0
28,0
29,0
30,0
31,0
32,0
0 50 100 150 200 250 300
Tempo [s]
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
 
[
o
C
]
área com defeito área sem defeito
Q = 2,8 x 104 J
dtermoc._amostra = 0,50 m
RESULTADOS DA SIMULARESULTADOS DA SIMULAÇÇÃO ÃO 
ICÔNICAICÔNICA
Termografia Pulsada ⇒ mapa térmico
f = 0.037 Hz f = 0.018 Hz f = 0.009 Hz
f = 0.006 Hz f = 0.003 Hz
PROGRAMA DE MANUTENÇÃO 
PREDITIVA E PREVENTIVA
¾Monitoramento visando manutenção 
preditiva em conexões de linhas de 
transmissão – alta tensão; e linhas de 
distribuição – baixa tensão;
¾Monitoramento visando manutenção 
preditiva em equipamentos de subestações 
(pára-raios e transformadores). 
AplicaAplicaççãoão setorsetor eleléétricotrico
LINHAS DE TRANSMISSÃO
¾ helicóptero dotado com um termovisor e 
uma câmera de vídeo acopladas em uma esfera 
de giro estabilizado na parte inferior; 
¾ o helicóptero sobrevoa a linha de transmissão 
a uma velocidade de 75 km/h; 
LINHAS DE TRANSMISSÃO
¾ obtenção de termogramas das conexões com 
aquecimento destacando a temperatura do ponto 
sob análise;
¾ imagens são digitalizadas e armazenadas em 
disco rígido, e em terra, são analisadas;
¾ emissão de diagnostico com a previsibilidade 
da intervenção.
RESULTADOS LINHAS DE 
TRANSMISSÃO
35 °C
25 °C
LINHAS DE DISTRIBUIÇÃO
¾ A inspeção de linhas de distribuição, 
devido à localização em área urbana, requer 
alguns cuidados. Utiliza-se um veiculo 
equipado com dispositivos de sinalização 
especial, deslocando em velocidade máxima 
de 40km/h, o operador direciona o 
termovisor para a linha, e faz a aquisição das 
imagens;
¾ Emissão de diagnostico, com a previsão de 
intervenção, após análise das imagens.
RESULTADOS LINHAS DE 
DISTRTIBUIÇÃO
Cabo de conexão Chave seccionadora
SUBESTAÇÕES
¾ Nas subestações o ambiente é também de alto 
risco de choque elétricos. Na inspeção, o 
operador direciona o termovisor para os 
equipamentos (pára-raios, religadores, 
transformadores), faz aquisição das imagens;
¾ Emissão de diagnostico, com a previsão de 
intervenção, após análise das imagens.
RESULTADOS SUBESTAÇÕES
Termograma de um transformador de 
potencia de 138 kV
RESULTADOS SUBESTAÇÕES
Termograma de um de um pára-raio 
de 120 kV
	AULA 12�DIAGNÓSTICO POR IMAGEM TÉRMICA
	OBJETIVOS 
	HISTÓRICO 
	TERMOGRAFIA 
	TERMOGRAFIA 
	ENSAIO TÉRMICO NÃO DESTRUTIVO - NDTE 
	PROGRAMA DE MANUTENÇÃO PREDITIVA E PREVENTIVA
	LINHAS DE TRANSMISSÃO
	LINHAS DE TRANSMISSÃO
	RESULTADOS LINHAS DE TRANSMISSÃO
	LINHAS DE DISTRIBUIÇÃO
	RESULTADOS LINHAS DE DISTRTIBUIÇÃO
	SUBESTAÇÕES
	RESULTADOS SUBESTAÇÕES
	RESULTADOS SUBESTAÇÕES