Ultrassonografia como método de inspeção em tubulação industrial

O ensaio ultrassônico baseia-se no fenômeno de reflexão de ondas acústicas quando encontram obstáculos à sua propagação, dentro do material. Um pulso ultrassônico é transmitido para o material através de um transdutor especial, usualmente denominado de cabeçote. Caso, no interior do material, algum obstáculo estiver numa posição normal em relação ao feixe incidente, o pulso será refletido e captado pelo transdutor. O resultado das medições dos tempos de ida e vinda deste pulso será convertido em sinais eletrônicos e mostrado em uma na tela calibrada, possibilitando assim a localização e mapeamento do obstáculo. Assim como a radiografia é similar ao ultrassom humano, entretanto a aparelhagem utilizada é simplificada, como na figura abaixo:

Aplicações e desenvolvimento

As técnicas ultrassônicas são, basicamente, divididas em duas:

Técnicas de contato - Na técnica de contato o cabeçote é diretamente aplicado no objeto usando-se água, óleo ou outros agentes que sirvam de meio acoplante;

Técnicas sem contato (imersão) - As técnicas sem contato envolvem a manutenção do cabeçote a uma certa distância do objeto, de acordo com a sua espessura.

A escolha da técnica deverá ser feita levando-se em consideração a sensibilidade, forma geométrica da peça, tipo e orientação da descontinuidade, simplicidade de operação, velocidade necessária para a inspeção, etc.

A técnica de contato é mais aplicada a produtos de grandes dimensões e estruturas soldadas, ao passo que a técnica de imersão é utilizada para o ensaio de grandes lotes de peças pequenas e idênticas através de sistemas automatizados, especialmente na indústria aeronáutica onde se exige alta sensibilidade no ensaio.

Em ambos os casos a avaliação da descontinuidade é baseada na comparação entre os sinais obtidos através dos blocos de calibração com descontinuidades artificiais com dimensões e localizações conhecidas, com aqueles obtidos da peça ensaiada.

Utilização

O ensaio ultrassônico é, sem sombra de dúvidas, o método não destrutivo mais utilizado e o que apresenta o maior crescimento, para a detecção de descontinuidades internas. Isto se deve a facilidade na execução do ensaio, a precisão e alta sensibilidade, a velocidade de realização, à ampla gama de espessuras que podem ser ensaiadas (até 10m).

Por muito tempo o ultrassom tem sido empregado nos ensaios de aprovação, controle de processo, inspeção de aeronaves, e nas indústrias nuclear, petroquímica e siderurgia. Crescentemente tem sido utilizado para a caracterização de material; um exemplo típico é a avaliação da resistência do cimento baseada na velocidade de propagação do ultrassom. Praticamente qualquer tipo de descontinuidade pode ser mostrada através do ultrassom.

O ultrassom mecanizado automatizado ou semi-automatizado permite a varredura de grandes áreas, dando informações de reduções localizadas de espessuras alvéolos e pittings, além de permitir a identificação e localização de descontinuidades planares junto a soldas.

O ultrassom computadorizado permite que os dados de inspeção sejam armazenados e através de softwares específicos seja possível a visualização de imagens das regiões defeituosas, identificação dos defeitos e dimensionamento dos mesmos.

Através de ensaios de ultrassom é possível realizar a previsão da vida residual de tubulações com a utilização de um método alternativo baseado na espessura da camada de óxido. A espessura total da camada é a principal informação pretendida, pois com ela se consegue, através de cálculos matemáticos, uma informação crítica: a temperatura média de operação do tubo.

B-Scan - É um método de apresentação gráfica dos resultados de uma série de medições de espessura que mostra, em escala, o perfil da seção transversal do componente ou peça inspecionada, conforme figura abaixo. O rastreamento de espessuras em B-Scan, permite a localização, identificação e dimensionamento de perdas de espessura e alvéolos, fornecendo um registro permanente através de uma impressora ou fita de vídeo e mapeamentos em croquis com vista planificada.

Suas principais aplicações são a identificação e dimensionamento de regiões danificadas por alvéolos e desgastes resultantes de processos corrosivos atuantes nos equipamentos. Quando existe acesso visual direto a região danificada é possível o dimensionamento da área afetada.

C-Scan: Consiste em um ensaio do tipo automatizado, que realiza o escaneamento ultrassônico da medição de espessura, controlado remotamente. Possui diversas aplicações na inspeção de equipamentos, realizando o levantamento detalhado das espessuras e perfis de estruturas existentes, dimensionando com precisão falhas de: empolamento por H2S, corrosão uniforme e corrosão alveolar em dutos, esferas, vasos de pressão e tanques.

Suas principais características são:

- A possibilidade de inspeção em superfícies planas ou curvas;

- Operação remota, dispensando a montagem de andaimes;

- Resolução programável e ajustável via software;

- Visualização imediata das falhas em tela colorida de computador;

- Possibilidade de medição dimensional (comprimento e largura) das falhas.

Imagens em C-Scan são mapas de espessuras indicadas por cores, com resolução de milhares de pontos por m², suficiente para garantir a localização das mais baixas espessuras.

D-Scan: A imagem é perpendicular ao B-scan e C-scan. Entretanto, como o C-scan o D-scan usualmente mostra dados coletados pelo ultrassom através de toda a parte da seção do volume inspecionado. O D-scan permite rápida discriminação das indicações ao longo de uma solda, apresentando a sua posição na profundidade da superfície da varredura. D-varreduras são frequentemente usadas na apresentação e análise dos dados TOFD.

Limitações

As principais limitações do ensaio de ultrassom são:

- Materiais com alta atenuação acústica (madeira, concreto, ferrosos com granulação grosseira e metais não ferrosos), ou a alta temperatura, proporcionam ensaios de difícil realização;

- Peças com formato complexo proporcionam excesso de ecos no pulso exigindo perícia do operador;

- Não há necessidade de contato direto com a superfície do objeto, em determinados equipamentos ainda é necessária a retirada da camada de proteção;

- A sensibilidade do ensaio é afetada pela condição superficial do objeto;

- A experiência do executor é fundamental na determinação do tipo de cabeçote, frequência e inúmeros outros parâmetros que sensibilizam significativamente os resultados;

- Existe uma relativa dificuldade na interpretação dos sinais, o que requer um longo treinamento;

- É um ensaio extremamente especializado e exige do executor determinado grau de qualificação, conforme a necessidade;

- A medição da espessura de paredes por este método torna-se mais difícil quanto menor for a espessura em questão. O primeiro eco de fundo aproxima-se mais e mais do pulso de transmissão e finalmente não pode ser mais distinguido dele.

Fontes:

1. Arquivo pessoal;

2. Telles, Pedro Carlos da Silva - Tubulações Industriais - Material, Projeto, Montagem - 10ª edição - LTC Editora;

3. Benefits Of Ultrasonic Testing In Determining Pipe Corrosion - acesso em 12 de Fevereiro de 2020 - disponível em: https://www.achrnews.com/articles/93529-benefits-of-ultrasonic-testing-in-determining-pipe-corrosion

4. Effective NDT Ultrasonic Pipeline & Piping Inspection Methods - acesso em 12 de Fevereiro de 2020 - disponível em: https://www.zetec.com/blog/3-effective-ndt-ultrasonic-pipeline-piping-inspection-methods/