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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.
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ii
JANCLER ADRIANO PEREIRA NICÁCIO
APLICAÇÃO DA TÉCNICA DE EMISSÃO
ACÚSTICA NA DETECÇÃO DE DANOS POR CORROSÃO
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: cpgmec@demec.ufmg.br
“APLICAÇÃO DA TÉCNICA DE EMISSÃO
ACÚSTICA NA DETECÇÃO DE DANOS POR CORROSÃO
ALVÉOLAR EM CHAPA DE AÇO CARBONO”
JANCLER ADRIANO PEREIRA NICÁCIO
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 21 – Corpo de prova 02 após os ensaios de laboratório............................ 49
FIGURA 22 – Detalhe dos alvéolos no corpo de prova 02 da figura 21. [40x] ...... 49
FIGURA 23 – Corpo de prova 03 após os ensaios de laboratório............................ 50
FIGURA 24 – Detalhe dos alvéolos no corpo de prova 03 da figura 23. [40x] ...... 50
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 28 – Micrografia CP 02 - Ataque: Nital 2%. Aumento de 200 vezes ....... 101
FIGURA 29 – Micrografia CP 02 - Ataque: Nital 2%. Aumento de 400 vezes........ 101
FIGURA 30 – Micrografia CP 03 - Ataque: Nital 2%. Aumento de 200 vezes ....... 102
FIGURA 31 – Micrografia CP 03 - Ataque: Nital 2%. Aumento de 400 vezes........ 102
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 2 – Distribuição da profundidade alvéolar - CP02 ................................... 54
GRÁFICO 3 – Distribuição da profundidade alvéolar - CP03 ................................... 56
GRÁFICO 4 – Resultados da medição de espessura por ultra-som – CP01 ........... 58
GRÁFICO 5 – Resultados da medição de espessura por ultra-som – CP02 ........... 59
GRÁFICO 6 – Resultados da medição de espessura por ultra-som – CP03 ........... 61
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 12 - Perda de espessura X Energia Acumulada X Tempo – CP02 ........ 66
GRÁFICO 13 - Perda de espessura X Energia Acumulada X Tempo – CP03 ........ 66
GRÁFICO 14 - Energia Acumulada X Tempo .......................................................... 67
GRÁFICO 15 - Profundidade alvéolar X Hits Acumulado X Tempo – CP01 ............ 68
GRÁFICO 16 - Profundidade alvéolar X Hits Acumulado X Tempo – CP02 ............ 68
GRÁFICO 17 - Profundidade alvéolar X Hits Acumulado X Tempo – CP03 ............ 69
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 23 - Profundidade alvéolar X Contagem Acumulada X Tempo – CP02 . 72
GRÁFICO 24 - Profundidade alvéolar X Contagem Acumulada X Tempo – CP03 . 73
GRÁFICO 25 - Perda de espessura X Contagem Acumulada X Tempo – CP01 .... 73
GRÁFICO 26 - Perda de espessura X Contagem Acumulada X Tempo – CP02 .... 74
GRÁFICO 27 - Perda de espessura X Contagem Acumulada X Tempo – CP03 .... 74
GRÁFICO 28 - Contagem Acumulada X Tempo ...................................................... 75
GRÁFICO 29 - Profundidade alvéolar X Amplitude X Tempo – CP01 ..................... 76
GRÁFICO 30 - Profundidade alvéolar X Amplitude X Tempo – CP02 ..................... 76
GRÁFICO 31 - Profundidade alvéolar X Amplitude X Tempo – CP03 ..................... 77
GRÁFICO 32 - Perda de espessura X Amplitude X Tempo – CP01 ........................ 77
GRÁFICO 33 - Perda de espessura X Amplitude X Tempo – CP02 ........................ 78
GRÁFICO 34 - Perda de espessura X Amplitude X Tempo – CP03 ........................ 78
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 6 - Valores da profundidade dos alvéolos do CP02 – Esp. de 6,36 mm ... 53
TABELA 7 - Cálculo do fator de pite (Fpite) - CP02 ................................................. 54
TABELA 8 - Valores da profundidade dos alvéolos do CP03 – Esp. de 6,20 mm ... 55
TABELA 9 - Cálculo do fator de pite (Fpite) - CP03 ................................................. 56
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).
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 7
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).
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 8
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.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 9
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).
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 10
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]
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 11
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.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 12
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 =
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 13
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).
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 14
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:
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 15
- 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).
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 16
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).
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 17
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).
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 18
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).
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 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)
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 20
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).
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 21
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.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 22
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
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 23
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
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 24
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
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 25
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
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 26
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
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 27
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.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 28
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”.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 29
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).
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 30
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
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 31
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
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 32
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.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 33
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).
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 34
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.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 35
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.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 36
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.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 37
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).
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 38
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.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 39
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.
RESULTADOS E DISCUSSÃO 48
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
RESULTADOS E DISCUSSÃO 49
A FIGURA (21) apresenta o corpo de prova CP02 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, porém,
em comparação ao corpo-de-prova anterior (CP01) observa-se uma maior
quantidade de alvéolos formados.
FIGURA 21 – Corpo de prova 02 após os ensaios de laboratório. [Vista desarmada]
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.
FIGURA 22 – Detalhe dos alvéolos no corpo de prova 02 da figura 21. [40x]
0,2 cm
5
1
2
4
3
6
7 8
9 10
10 mm
CP02
RESULTADOS E DISCUSSÃO 50
A FIGURA (23) apresenta o corpo de prova CP03 após o ensaio de corrosão.
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.
FIGURA 23 – Corpo de prova 03 após os ensaios de laboratório. [Vista desarmada]
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.
FIGURA 24 – Detalhe dos alvéolos no corpo de prova 03 da figura 23. [40x]
0,2 cm
5
1
2
4
3
6
7 8
9
10
10 mm
CP03
RESULTADOS E DISCUSSÃO 51
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.
RESULTADOS E DISCUSSÃO 52
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
)
RESULTADOS E DISCUSSÃO 53
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
Valores da profundidade dos alvéolos do CP02 – Esp. de 6,36 mm - ± 0,01
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.
RESULTADOS E DISCUSSÃO 54
GRÁFICO 2
Distribuição da profundidade alvéolar - CP02
A TABELA (7) apresenta o valor do fator de pite dos alvéolos do corpo de prova
CP02.
TABELA 7
Cálculo do fator de pite (Fpite) - CP02 - ± 0,01
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
Valor médio dos cinco pites mais profundos 0,85
Valor do pite de maior profundidade 0,93
Distribuição da Profundidade Alvéolar - CP02
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
)
RESULTADOS E DISCUSSÃO 55
A espessura inicial (ponto de partida) para a referência das demais medições foi de
6,36mm 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 21.
Observam-se apenas dois pontos com valores acima da média dos valores dos
alvéolos (pontos 9 e 10). Os demais 8 pontos estão todos abaixo do valor da média.
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
Valores da profundidade dos alvéolos do CP03 – Esp. de 6,20 mm - ± 0,01
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.
RESULTADOS E DISCUSSÃO 56
GRÁFICO 3
Distribuição da profundidade alvéolar - CP03
A TABELA (9) apresenta o valor do fator de pite dos alvéolos do corpo de prova
CP03.
TABELA 9
Cálculo do fator de pite (Fpite) - CP03 - ± 0,01
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
Valor médio dos cinco pites mais profundos 0,53
Valor do pite de maior profundidade 0,56
Distribuição da Profundidade Alvéolar - CP03
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
)
RESULTADOS E DISCUSSÃO 57
A espessura inicial (ponto de partida) para a referência das demais medições foi de
6,20mm 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 23.
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 1,06 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
RESULTADOS E DISCUSSÃO 58
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).
A TABELA (11) apresenta os valores da medição de espessura por ultra-som no
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
)
RESULTADOS E DISCUSSÃO 59
TABELA 11
Valores das medições de espessura por ultra-som – CP02
Medida Tempo (horas) Tempo (s) Valor (mm) - ± 0,01
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
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
)
RESULTADOS E DISCUSSÃO 60
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.
A TABELA (12) apresenta os valores da medição de espessura por ultra-som no
corpo de prova CP03.
TABELA 12
Valores das medições de espessura por ultra-som – CP03
Medida Tempo (horas) Tempo (s) Valor (mm) - ± 0,01
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.
RESULTADOS E DISCUSSÃO 61
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.
Resultados da Medição de Espessura por Ultra-som - CP03
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
)
RESULTADOS E DISCUSSÃO 62
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
RESULTADOS E DISCUSSÃO 63
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.
RESULTADOS E DISCUSSÃO 64
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 – CP02
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
Prof. AlvéolarEnergia
RESULTADOS E DISCUSSÃO 65
GRÁFICO 10
Profundidade alvéolar X Energia Acumulada X Tempo – CP03
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
Prof. AlvéolarEnergia
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
RESULTADOS E DISCUSSÃO 66
GRÁFICO 12
Perda de espessura X Energia Acumulada X Tempo – CP02
GRÁFICO 13
Perda de espessura X Energia Acumulada X Tempo – CP03
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 EspessuraEnergia
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
Perda de EspessuraEnergia
RESULTADOS E DISCUSSÃO 67
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.
No gráfico da CP 02 nota-se que o parâmetro de energia acumulada é medido entre
0 até 3.700.000. A forma do gráfico assume a forma praticamente do tipo linear, do
tipo função constante crescente.
No gráfico da CP 03 nota-se que o parâmetro de energia acumulada é medido entre
0 até 3.915.000. A forma do gráfico assume a forma praticamente do tipo linear, do
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
RESULTADOS E DISCUSSÃO 68
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 Hits Acumulado X Tempo – CP02
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
RESULTADOS E DISCUSSÃO 69
GRÁFICO 17
Profundidade alvéolar X Hits Acumulado X Tempo – CP03
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
RESULTADOS E DISCUSSÃO 70
GRÁFICO 19
Perda de espessura X Hits Acumulado X Tempo – CP02
GRÁFICO 20
Perda de espessura X Hits Acumulado X Tempo – CP03
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 EspessuraHits Acumulado
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
Perda de EspessuraHits Acumulado
RESULTADOS E DISCUSSÃO 71
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.
No gráfico da CP 02 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 1.630.000. Observou-se um
comportamento similar entre os corpos-de-prova CP01 e CP02.
No gráfico da CP 03 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 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
RESULTADOS E DISCUSSÃO 72
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 – CP02
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
Profundidade Alvéolar X Contagem 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
1000000
2000000
3000000
4000000
5000000
6000000
Co
nta
gem
Acu
mu
lad
a
Prof. Alvéolar Contagem Acumulada
RESULTADOS E DISCUSSÃO 73
GRÁFICO 24
Profundidade alvéolar X Contagem Acumulada X Tempo – CP03
GRÁFICO 25
Perda de espessura X Contagem Acumulada X Tempo – CP01
Profundidade Alvéolar X Contagem 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
1000000
2000000
3000000
4000000
5000000
6000000
Co
nta
gem
Acu
mu
lad
a
Prof. Alvéolar Contagem Acumulada
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
RESULTADOS E DISCUSSÃO 74
GRÁFICO 26
Perda de espessura X Contagem Acumulada X Tempo – CP02
GRÁFICO 27
Perda de espessura X Contagem Acumulada X Tempo – CP03
Perda de Espessura X Contagem 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
1000000
2000000
3000000
4000000
5000000
6000000
Co
nta
gem
Acu
mu
lad
a
Perda de Espessura Contagem Acumulada
Perda de Espessura X Contagem 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
1000000
2000000
3000000
4000000
5000000
6000000
Co
nta
gem
Acu
mu
lad
a
Perda de Espessura Contagem Acumulada
RESULTADOS E DISCUSSÃO 75
GRÁFICO 28
Contagem Acumulada X Tempo
No gráfico da CP 01 nota-se um acumulado dos sinais de contagem até 4.760.000.
No gráfico da CP 02 nota-se um acumulado dos sinais de contagem até 4.570.000.
No gráfico da CP 03 nota-se um acumulado dos sinais de contagem até 5.550.000.
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
RESULTADOS E DISCUSSÃO 76
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 – CP02
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)
Profundidade Alvéolar X Amplitude 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
20
40
60
80
100
Am
pli
tud
e (d
B)
Prof. AlvéolarAmplitude (dB)
RESULTADOS E DISCUSSÃO 77
GRÁFICO 31
Profundidade alvéolar X Amplitude X Tempo – CP03
GRÁFICO 32
Perda de espessura X Amplitude X Tempo – CP01
Profundidade Alvéolar X Amplitude 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
)
0102030405060708090100
Am
pli
tud
e (d
B)
Prof. AlvéolarAmplitude (dB)
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)
RESULTADOS E DISCUSSÃO 78
GRÁFICO 33
Perda de espessura X Amplitude X Tempo – CP02
GRÁFICO 34
Perda de espessura X Amplitude X Tempo – CP03
Perda de Espessura X Amplitude 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
20
40
60
80
100
Am
pli
tud
e (d
B)
Perda de EspessuraAmplitude (dB)
Perda de Espessura X Amplitude 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
)
0102030405060708090100
Am
plit
ud
e (
dB
)
Perda de EspessuraAmplitude (dB)
RESULTADOS E DISCUSSÃO 79
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
RESULTADOS E DISCUSSÃO 80
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 versus Amplitude – CP02
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
Contagem Acumulada X Amplitude (dB) - CP02
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
RESULTADOS E DISCUSSÃO 81
GRÁFICO 38
Contagem Acumulada versus Amplitude – CP03
GRÁFICO 39
Contagem Acumulada versus Amplitude
Contagem Acumulada X Amplitude (dB) - CP03
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
RESULTADOS E DISCUSSÃO 82
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.
No gráfico da CP 02 nota-se uma distribuição acumulada dos sinais do parâmetro
amplitude entre 35 a 50dB. O parâmetro de contagem acumulada situa-se em torno
de 0 a 4.570.000.
No gráfico da CP 03 nota-se uma distribuição acumulada dos sinais do parâmetro
amplitude entre 35 a 45dB. O parâmetro de contagem acumulada situa-se em torno
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
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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 –
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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.
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Testing of Metals of Ferric Chloride Solution. In Annual Book of ASTM Standards.
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Conshohocken, PA, EUA, 1997. 658p. ISBN 0-8031-2373-6.
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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
METALOGRAFIA DOS CORPOS-DE-PROVA ENSAIADOS
IDENTIFICAÇÃO: CP 02
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
METALOGRAFIA DOS CORPOS-DE-PROVA ENSAIADOS
IDENTIFICAÇÃO: CP 03
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.
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