Ensaios não Destrutivos - Termografia

19 de outubro

Termografia

2009

O ensaio de termografia termografia basea-se na detecção de calor distribuído na superfície do objeto ensaiado, quando este estiver sujeito a tensões térmicas. A medição de temperatura é realizada pela detecção da radiação infravermelha emitida por qualquer corpo, equipamento ou objeto.

Ensaios Mecânicos

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FISP. Engenharia Mecatrônica – 5º Semestre ENSAIOS NÃO DESTRUTÍV DESTRUTÍVEIS EIS – TERMOGRAFIA Por:  Anderson S. Fraga Marcos R, Tavares Kleber Martins Felipe Rossi 

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Sumário

História _____________________ __________________________________ ________________________ ______________________ _______________________ _______________ ___ 4 Radiação Térmica ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 6 Leis da Radiação _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ 9 Radiação de Corpo Negro_________________________________________________________ Negro_________________________________________________________ 10 Irradiação ___________________________________ _____________________________________________________________________ __________________________________ 12

Descrição do Ensaio _______________________ ___________________________________ _______________________ ______________________ ______________ ___ 13 Inspeção de tubos de resina reforçada por fibras de vidro com termografia ________________ 15 15 Manutenção preditiva elétrica e mecânica m ecânica _________________________________________ ___________________________________________ __ 18

Preparação da Amostra _______________________________ ___________________________________________ _______________________ ______________ ___ 19 Resultados Típicos ______________________ __________________________________ _______________________ _______________________ ________________ ____ 21 Resultados – Termografia Ativa______________________________________ ____________________________________________________ ______________ 21 Resultados – Termografia Passiva __________________________________________________ __________________________________________________ 24 Aplicações _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 30

Custos ______________________ ___________________________________ ________________________ ______________________ _______________________ ______________ __ 40  Equipamentos______________________________________________________________ __________________________________________________________________ ____ 40 Locação _____________________________________ _______________________________________________________________________ __________________________________ 44 Treinamentos ______________________________ __________________________________________________________________ ____________________________________ 44

Comparação com Outros Ensaios ______________________ __________________________________ _______________________ _______________ ____ 47  Shearografia _______________________________ ___________________________________________________________________ ____________________________________ 47

REFERENCIAS _________________________ ____________ _________________________ _________________________ __________________________ _______________ __ 49

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História A natureza composta da luz branca foi demonstrada pela primeira vez por Newton, em 1664, quando decompôs a luz solar por meio de um prisma, projetando-a numa tela. A imagem alongada e colorida do Sol foi chamada por ele de espectro .

Em 1800, o astrônomo inglês William Herschel (1738 - 1822) repetiu a experiência de Newton, com a finalidade de descobrir qual das cores do arco-íris daria mais resultado no aquecimento do bulbo de um termômetro. Percebeu que o termômetro era aquecido pelo violeta, pelo azul e pelo vermelho. No entanto, o aquecimento era mais eficaz com o alaranjado e com o vermelho. Finalmente, percebeu que o bulbo do termômetro se aquecia ainda mais se fosse colocado na região escura que se estende além do extremo vermelho do espectro. Assim foi descoberta a radiação infravermelha.

A radiação eletromagnética infravermelha tem comprimento de onda entre 1 micrômetros e 1000 micrômetros. Ligeiramente mais longa que a luz visível, situa-se no espectro entre a luz vermelha e as microondas. Por ser uma onda eletromagnética não

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necessita de um meio para se propagar, pode se deslocar desl ocar no vácuo com a velocidade da luz. É assim que o calor viaja do Sol à Terra. Embora invisível, a radiação infravermelha pode ser percebida por suas propriedades de aquecimento. Quando um aquecedor elétrico é ligado, sente-se seu calor irradiado antes mesmo que a resistência comece a avermelhar-se. Se o olho humano fosse sensível a radiação r adiação de 10 micrômetros (a faixa fai xa de emissão mais comum de corpos à temperatura ambiente), não haveria necessidade de iluminação artificial, pois tudo seria brilhante durante o dia ou a noite. Os seres vivos se destacariam com nitidez por serem mais quentes e, portanto, mais brilhante que o ambiente. Apenas os objetos frios ficariam negros. Assim, sem o emprego de luz artificial, seria difícil descobrir qualquer coisa que estivesse no interior dos refrigeradores. Alguns animais, como as cobras, possuem uma "visão" de 10 micrômetros que lhe permite apanhar suas presas à noite. Esta habilidade de perceber objetos quentes no escuro apresenta um evidente valor militar e seu controle tem impulsionado muitas pesquisas sobre sistemas de detecção. Todos os objetos emitem radiação infraverm i nfravermelha. elha. A intensidade i ntensidade da radiação emitida depende de dois fatores: a temperatura do objeto e a capacidade do objeto de emitir radiação. Esta última é conhecida por emissividade. Existe uma lei da Física que diz que todos os materiais com uma temperatura acima do zero absoluto (-273º C) radiam calor. A radiação de calor significa o mesmo que radiação infravermelha. Quanto mais quente está o objeto, maior a radiação.

COR VIOLETA AZUL VERDE AMARELO LARANJA VERMELHO

COMPRIMENTO 380 – 450 nm 450 – 495 nm 495 – 570 nm 570 – 590 nm 590 – 620 nm 620 – 750 nm

FREQUENCIA ~ 790 – 680 THz ~ 680 – 620 THz ~ 600 – 530 THz ~ 530 – 510 THz ~ 510 – 480 THz ~ 480 – 405 THz

Espectros de cores

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 Radiação Térmica Propriedades gerais da radiação térmica O fenômeno de radiação térmica desempenhou um papel de destaque na história da física, pois foi na tentativa descrevê-lo teoricamente que Max Planck introduziu a sua famosa constante, cuja presença pr esença tormou-se o marco de uma nova física, a física quântica. Podemos constatar a existência da radiação térmica ao aproximarmo-nos de uma brasa incandescente. Mesmo se o ar ao nosso redor estiver frio, percebemos um aquecimento da nossa pele. Nesta situação, a maior parte do calor que nos atinge não se propaga por convecção no ar, e sim na forma for ma de radiação eletromagnética. Também percebemos esta radiação na cor avermelhada adquirida pelo carvão ao queimar. O carvão é normalmente preto, ou seja não reflete a luz, mas ao alcançar uma temperatura suficientemente alta, passa a emitir na parte visível do espectro uma quantidade de radiação suficiente para observação. Se observarmos o aquecimento de um pedaço de ferro com uma fonte intensa de calor, por exemplo uma forja, poderemos notar, além do rápido aumento com a temperatura da quantidade de radiação emitida, uma modificação na cor do objeto: após tornar-se vermelho, o objeto passará a adquirir uma cor branca ou até azulada. Isto indica que a distribuição da radiação em comprimento de onda desloca-se com o aumento da temperatura para valores menores. Equivalentemente, a distribuição da radiação em freqüência desloca-se para valores maiores. O fato de existir uma correlação entre temperatura e emissão de radiação não é em si surpreendente. Afinal, de acordo com a visão corpuscular da matéria, temperatura é uma medida da agitação randômica das partículas. Como as partículas que constituem a matéria possuem cargas e cargas em movimento acelerado emitem radiação, o fenômeno de radiação térmica é qualitativamente entendível na luz da teoria clássica. Porém, como veremos, esta teoria revela-se incapaz de fornecer uma descrição quantitativa aceitável.

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Le i i d e  e P l la   an   nc  c  k  k  ,  Le i i d e  e W i ie   en   n 

C o  o  or   rp  p   o n   o n e  eg  g  r   ro  o   

Relação da distribuição espectral da radiação térmica com a temperatura

As duas últimas propriedades citadas são descritas mais quantitativamente por leis  fenomenológicas . 





A lei de Wien 2, afirma que a freqüência 

max  para

a qual a radiância espectral  alcança o seu valor máximo aumenta proporcionalmente proporcionalmente à temperatura :

A lei de Sefan 3 - Boltzmann  Boltzmann 4  estipula que a potência total emitida por unidade  de área - ou seja, a integral da radiância espectral sobre todas as freqüências, é  proporcional à quarta potência da temperatura :

A constante , conhecida como constante de Sefan , vale

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Teoria de Planck  Para sanar o problema enfrentado pela teoria clássica, erá necessário modificar no mínimo um dos dois ingredientes no cálculo da radiância espectral. Por ser uma simples contagem, o cálculo do número n(v) de ondas por unidade de volume e de intervalo de freqüência dificilmente poderia ser modificado. Tornava-se inescapável uma modificação no cálculo da energia média E(v) de uma onda de dada freqüência. Fica claro que para levar a uma radiância espectral em accordo com os fatos freqüência  com as experimentais, esta energia média deve ser uma função da freqüência com seguintes características: 



 já que a teoria clássica descreve adequadamente o limite de baixa freqüência do espectro, o resultado clássico deve ser válido neste limite:

  já que o número de ondas cresce com a freqüência mas a radiância espectral tende a zero, é necessário que a energia média também tenda a zero suficientemente rapidamente - neste limite:

Para entendermos que tipo de hipótese a respeito da energia de uma onda eletromagnética poderia levar a tal comportamento, precisamos entender um pouco melhor o procedimento utilizado na mecânica estatística estatística para calcular a energia média de um componente físico qualquer - partícula ou onda - num sistema em equilíbrio térmico à temperatura T. A probabilidade de obter-se o valor E numa medida da energia de um componente de tal sistema possui uma forma universal , a famosa distribuição de  Boltzmann,

onde A é uma constante de normalização , ajustada de maneira que a soma ou integral da probabilidade sobre todos os valores possíveis seja igual à unidade. Na física clássica, a energia é uma variável contínua e deve-se na verdade interpretar pC(E) dE como a probablidade de obter um valor da energia no dE]]. O subscrito C serve para lembrar que trata-se do caso clássico. A intervalo [E, E + dE constante AC correspondente é determinada pela condição

que leva a

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Podemos verificar que o cálculo da energia média a partir desta distribuição de probabilidade leva ao resultado já discutido:

onde realizemos uma integração por parte e usemos o resultado anterior.Assim, se a energia for uma variável contínua, não há como escapar do resultado clássico. Planck percebeu que o mesmo cálculo poderia levar ao comportamento desejado se a energia  fosse quantizada em múltiplos inteiros de um quantum que seja uma função  adequada da freqüência :

 Leis da Radiação

Le i i d e  e S t te  e  f f a   an  n   - - B   Bo  o   l l t  tz  z  m   ma  a  n   nn  n    : 

W =  T4

A emissividade representa a capacidade de emissão  dos corpos reais reais (0 200Hz) para a maior parte part e das aplicações . Várias metodologias de estimulação térmica podem ser empregadas, cada qual com suas características e limitações próprias, porém, seu detalhamento não faz parte do escopo deste trabalho. Importante destacar que nem todos os defeitos detectáveis pela técnica ativa serão observados em tempo real, isto é, durante a aquisição dos termogramas. Há limites dimensionais de defeitos (tamanho e profundidade relativa) a partir dos quais torna-se necessário o emprego de algoritmos de tratamento de imagens para que os defeitos sejam percebidos nos termogramas. Estes limites dependem do material e podem ser determinados analiticamente. Sabe-se que temperatura medida em cada ponto da imagem termográfica é uma função das propriedades térmicas do material e a sua variação no tempo. Este princípio tem sido utilizado para desenvolver os algoritmos capazes de avaliar a profundidade dos defeitos detectados, de modo que as diferenças existentes sejam apresentadas em termos de contraste na imagem . Ainda Página 16

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assim, a técnica ativa apresenta limitações em sua detectabilidade que não serão discutidas aqui. Porém, mesmo sem o emprego de análises matemáticas e tratamento de imagens, a simples inserção controlada de calor em uma amostra de GRP, dentro de uma dada faixa de espessuras, pode ser suficiente para aumentar a detectabilidade da termografia, com a observação dos defeitos diretamente através da termocâmera. Observou-se ainda que, mesmo com o emprego de termografia passiva, compósitos de base polimérica submetidos a esforços mecânicos apresentarão gradientes térmicos detectáveis em função da distribuição de tensões. São estes dois fatores os tópicos salientados neste trabalho. 1.3. Metodologia de Teste  Cada amostra foi posicionada a 600mm do termovisor, experimentando ciclos de aquecimento diferenciados em função da espessura. Como referências partiram-se de valores recomendados. As imagens (termogramas) foram tomadas durante o resfriamento em intervalos de tempo distintos. Após a aquisição dos termogramas os corpos de prova eram submetidos a resfriamento forçado com ar comprimido por 5minutos, para posterior aquecimento e repetição do processo. Como fonte térmica utilizou-se um soprador de ar quente de 1200W, gerando um círculo de 80ºC com Ø50mm. As técnicas de aquecimento adotadas foram reflexão  – fonte térmica e termovisor posicionados no mesmo lado da amostra - e transmissão  – fonte e termovisor em lados opostos (figura 6). As amostras com furos foram observadas pelo lado convexo (superfície oposta aos furos) central e lateralmente, enquanto que as com degraus somente o foram pelo lado convexo posição central.

(a)

(b) Figura 6 – Técnicas de reflexão (a) e transmissão(b)

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 Manuten Manutenção ção preditiva elétrica e mecânica SINOPSE  Todos os ensaios e inspeções têm de obedecer e respeitar as normas regulamentadoras de segurança e do respectivo objeto de estudos estas estabelecem critérios a serem adotados como padrão, sendo assim alcançando melhores resultados. As normas para inspeção termográfica no setor elétrico são a NR-10, que estabelece critérios de segurança na realização de trabalhos t rabalhos em instalações elétricas, NBR 15424 que define os termos utilizados no método de ensaio não destrutivo de termográfica e a NBR 15572 que se constitui em um guia para inspeção de equipamentos elétricos e mecânicos relacionados às responsabilidades do usuário final e do termografista. Demais normas criam critérios de avaliação para analises dos termogramas, (ou seja, imagens retiradas de um termovisor). As informações relativas à distribuição e aos valores de temperatura permitem uma análise confiável a respeito das condições operacionais dos equipamentos e componentes, possibilitando a programação de intervenções, ou mesmo a determinação do momento crítico em que não haverá mais condições de postergar a correção de anormalidades. A análise dos resultados é praticamente imediata, visto que as imagens térmicas tendem a ser de fácil interpretação. O fato de não haver necessidade de contato é outro ponto muito positivo, já que praticamente nenhuma preparação de superfície de observação é exigida, e a segurança do inspetor é garantida. Esta característica não intrusiva permite a continuidade operacional, sem impacto na produção por conta das atividades de inspeção. É necessário que o inspetor tenha acesso direto para visualizar a superfície de ensaio; portanto, não será possível obter informações a respeito de componentes internos que não sejam diretamente observáveis, mesmo que a interface entre a câmera e o objeto seja uma placa de material transparente à luz visível, como vidro ou acrílico. O exemplo dessas limitações são painéis blindados, contatos e comutadoras de transformadores. Outras dificuldades são as limitações que as normas e procedimentos de segurança requerem, ressaltando que os equipamentos têm de estar em operação ou energizados. É necessário que haja atenção com o problema de reflexos, umidade relativa e velocidade do vento. Em espaços abertos, os resultados são sensíveis às variações das condições atmosféricas. Na inspeção de fornos, a presença de depósitos de cinza aderidos nas paredes dos tubos pode acarretar interpretações errôneas. O inspetor precisa ter um profundo conhecimento sobre o equipamento e suas condições de operação. Como a variável de interesse é extremamente dinâmica (temperatura), a calibração dos termovisores torna-se bastante

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complexa, fazendo com que o Ensaio Termográfico tenha características fortemente qualitativas.

Preparação da Amostra 2. Procedimento Experimental – Termografia Ativa 2.1. Corpos de Prova 

Primeiramente foram testadas 03 calhas de ∅152,4mm(6”) e 03 de ∅50,8mm(2”), de resina epóxi reforçada por fibras de vidro (ERFV). As espessuras nominais nominais são de 5,05 e 7,85mm, respectivamente. Para cada diâmetro, uma das amostras contém furos de fundo chato e as outras duas apresentam degraus de espessura. As calhas - ∅6” e ∅2”com furos, 1 e 2, são apresentadas na figura 1. Ambas têm 120mm de comprimento. A figura 2 mostra um croqui caracterizando as duas calhas; a tabela I apresenta as combinações diâmetro/espessura remanescente.

(a) (b) Figura 1 - Amostras contendo Furos : (a)calha 1; (b)calha 2. (b)

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Figura 2 – Croqui das calhas 1 e 2

Tabela - Dimensionamento dos furos

Coluna

Ø (mm)

Esp.(mm) Ø6”

Esp.(mm) Ø2”

2.2.Termocâmera 

Características Termovisor

Campo de visão v isão (lente) 24°Hx18° 24°Hx18°V/30cm V/30cm (35mm) Resolução espacial (IFOV) 1,3mrad Sensibilidade Sensibil idade térmica (NEDT) 0,08°C 0,08°C à 30° 30 °C Freqüência da imagem (Hz) 50/60 Tipo de detector FPA 320x240pixels Visual 640x480pixels Faixa espectral (μm) 7,5 à 13

Faixa de temperatura (°C) "-40 à 500 Precisão (repetibilidade) 2% ou 2°C (o maior) Temp de trabalho (°C) "-15 à 50 " Temp de armazenamento (°C) "-40 à 70 " Umidade 10 à 95%

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1

2

3

4

5

15 10 5

15 10 5

15  10  5 

20

20 

4,5

3,5

2,5

4,8

1,5 

7.2

5,6

4,0

7,6 

2,4 

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Resultados Típicos  Resultados – Termografia Ativa Calhas 1 e 2 - ø 6” 6” e ø2” com furos

As figuras 3 a 6,respectivamente mostram os resultados para a calha de Ø6”, obtidos por reflexão e transmissão, t ransmissão, em diferentes posições de observação.

Figura 3 e 4 - Termogramas obtidos da amostra de Ø6”, posição convexa central, reflexão: Após 2s de resfriamento e após 12s.

Figura 5 e 6 - Termogramas obtidos da amostra de Ø6” posiç ão convexa central, transmissão.Após 2s de resfriamento e após 16s.

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As figuras 6 a 9 respectivamente mostram os resultados para a calha de Ø2”, obtidos por reflexão e transmissão,na tr ansmissão,na posição posição convexa central.

Figura 7 e 8 - Termogramas obtidos da amostra de Ø2”, posição convexa central, reflexão.Após 2s de resfriamento e após 16s .

Figura 9 e 10 - Imagens térmicas obtidas da amostra de Ø2”, posição convexa central,transmissão: )Após 2s de resfriamento e após 16s.

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A tabela mostra os furos de fundo chato detectados e visualizados em cada termograma apresentado nas figuras 8 a 12 para duas amostras. Furos Figura

Técnica

Tempo de resfriamento/posição

Amostra

Quantidade Ø(mm)

2s/central 3e4

5e6

7e8

9e10

15

2.5

12s/central

10

2.5

2s/central

10

2.5,3.5,4. 5

15

2.5,3.5,4.5

16s/central

5

2.5,3,5

2s/central

15

4,0

16s/central

10

4,0

2s/central

15

4.0,5.6

10

4.0

Reflexão

Transmissão

Esp. Remanescente (mm)

6”

2s/central

6”

Reflexão

2”

Transmissão

2”

16s/central

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2

8

2

4

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 Resultados – Termografia Passiva OBJETOS DE ANALISE  Componentes Térmicos  Este segmento talvez seja a maior inovação em termos de análise e inspeção termográfica, incluindo-se aqui os isolamentos térmicos dos circuitos principais e secundários, purgadores, caldeira auxiliar e válvulas de alivio e segurança. São esses equipamentos que resultam em grande parte pela perda de eficiência do ciclo térmico. Nesses casos é possível identificar falhas de isolamento térmico, estimar a espessura de revestimentos, falha de purgadores e passagem de válvulas. Cabe ressaltar que existem outras técnicas que permitem a identificação de falhas nos equipamentos acima mencionados, mas nenhuma aponta para uma relação custo x benefício tão elevada quanto à inspeção e análise termográfica. Componentes do Sistema Elétrico  45,9° 45, 9°C AR02 : 34,1°C

45

AR01 : 47,9°C

40

35

30

25

22,2° 22, 2°C

Este segmento é composto por disjuntores, chaves, barramentos e conexões elétricas que muitas vezes provocam paradas na operação ou interrupções no fornecimento de energia elétrica as distribuidoras.

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Componentes Eletromecânicos  Aqui trataremos de mais uma nova área de aplicação da termográfica, onde é possível em conjunto com outras tecnologias, aumentar a confiabilidade dos equipamentos com a conjugação da analise vibracional e da tribologia. Compõem este segmento bombas, motores elétricos, geradores, onde podemos verificar as condições dos mancais, acoplamento e enrolamentos. Em todos os itens acima a técnica da termografia desempenha um importante papel na localização de falhas e quantificação de perdas 58,6° 58,6 °C

AR01: 5 9,4°C

50

LI01

40

30

26,6° 26,6 °C

Critérios de Avaliação do Sistema Elétrico  A detecção termográfica de um componente elétrico defeituoso baseia-se na identificação de uma anomalia térmica no sistema. Na maioria dos casos essa anomalia é uma elevação de sua temperatura t emperatura em função de um aumento anormal de sua resistência ôhmica devido a ocorrência de oxidação, corrosão ou falta de contato. Dessa forma, um componente defeituoso se apresenta como um ponto quente em comparação com o ambiente ou outros componentes similares em bom estado. Menos freqüentes, mas não menos importantes, são os casos nos quais o componente defeituoso se revela por estar frio em relação aos demais (no caso de ter havido interrupção no circuito). Para serem efetivas, as inspeções devem ser realizadas nos períodos de maior demanda, quando os pontos deficientes da rede tornam-se mais evidentes. Os componentes mais freqüentemente inspecionados são: conectores, chaves seccionadoras, barramentos, fusíveis, grampos, disjuntores, bancos de capacitores, transformadores de corrente e de potência. Os parâmetros a serem analisados fazem parte da metodologia desenvolvida por um dos autores (Eng.Attílio Bruno Veratti), a qual foi adotada como norma pela Petrobrás  – Petróleo Brasileiro (N-2475) e, por considerar a Máxima Temperatura Admissível (MTA) para cada componente, excede os padrões de segurança da norma norteamericana MIL-STB-2194 SH. São os seguintes os parâmetros considerados: considerados: - Correção de Carga e Vento: nem todas as medições são realizadas em condições ideais (100% de carga e sem vento). Para tanto são realizados cálculos que permitem projetar a temperatura para tais condições, prevendo situações mais adversas. A Usina Nuclear de Angra I adota um modelo avançado de correção de temperatura através do cálculo da potência dissipada pelo componente através dos mecanismos de radiação e convecção.

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- Critério de Classificação de

Componentes Aquecidos (CFCA) 

Detectados em níveis de gravidade: correlacionando a temperatura medida com a Máxima Temperatura Admitida (MTA) para o referido componente. - Classificação da Abrangencia da falha 

Classificando em três níveis a maneira como a falha afeta a Planta: Local:: falha não compromete a operação ou segurança da Planta Local Setorial:: falha afeta em parte a operação ou segurança da Planta Setorial Global:: falha grave que afeta a operação ou segurança de toda a Planta Global

- Classificação de Risco ao Sistema Produtivo  Correlacionando-se a Gravidade e a Abrangencia das falhas obtém-se o Risco ao Sistema Produtivo, principal parâmetro para a tomada de decisões quanto às intervenções a serem realizadas. -  Análise

Estatística para identificação dos Componentes que Apresentaram Maior  Índice de Problemas:  Permitindo a análise das causas das falhas e a tomada de decisões quanto a necessidade de maior freqüência nas inspeções ou troca do fornecedor do componente. A redução ou eliminação desse defeito aumentará a confiabilidade da instalação como um todo, fator imprescindível para um programa efetivo de qualidade total. - Levantamentos de séries históricas objetivando a análise da evolução do número de ocorrências ao longo de um período, bem como como da tendência tendênci a resultante. A tendência Mede a eficácia do programa de inspeções implantado, caso não se obtenha um resultado decrescente as causas deverão ser identificadas. Página 26

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OBS : As temperaturas dos painéis podem variar entre 12 oC (instalações refrigeradas para computadores) e 70 oC (montagens próximas a fornos ou estufas). Como exemplo de norma nessa área podemos citar a NBR6808 (baseada na IEC-439/73) que especifica uma temperatura máxima de 40 oC (umidade relativa máxima 50%)

Considerações Técnicas Operacionais  temperatura -São considerados “pontos quentes” as partes dos circuitos que apresentam temperatura superior a Máxima Temperatura Admissível para o funcionamento funcionamento em regime contínuo de cada componente componente ou “parte de circuito elétrico ou eletrônico” em inspeção. Assim,

cada componente pode apresentar valores diferentes de MTA. Esses valores podem ser obtidos através de normalização n ormalização disponível ou fornecidos pelos fabricantes. - Os valores de MTA genericamente podem ser considerados de 60° para cabos isolados em Subestações ou redes de distribuição de energia elétrica ou 70° para as demais aplicações e 90° para conexões. As medições finais são corrigidas em função da temperatura ambiente e para a condição de carga nominal. Critérios Propostos para a Viabilização da Termografia  Para se viabilizar a ferramenta da termográfia para a planta em operação de telecomunicações, foram propostas algumas variações na operacionalização de seu processo conforme apresentadas a seguir: a) Temperatura Máxima Corrigida: Calculada em função da temperatura absoluta medida do componente, tensão nominal, temperatura ambiente b) Temperatura Máxima: Referese ao valor absoluto da temperatura máxima máxima corrigida aceitável para o componente. c) Delta de Temperatura: Refere-se à diferença entre a Temperatura Máxima Corrigida do componente subtraída da temperatura de um componente similar de referência. d) Nos pontos identificados como anormalidades, ou seja, elevações de temperatura cujo delta supere os 10° C são realizadas medições de corrente elétrica dos respectivos circuitos sob avaliação e de outros equivalentes cuja condição de funcionamento é normal e que serviram como referência.

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Inspeção Termográfica em Componentes Eletromecânicos. Motores Elétricos 

Na inspeção de motores elétricos a termográfia é utilizada de modo conjugado com outras técnicas na avaliação do estado operacional desses equipamentos. Os aquecimentos detectados com a utilização de sistemas infravermelhos são provocados por aumento da resistência elétrica (mau contato ou sobrecarga), atrito (falta de lubrificação) e vibração. Dadas suas características de velocidade, a termográfica permite a verificação de grande número de equipamentos em curto

espaço de tempo. É importante ressaltar que termográfia e análise de vibração são técnicas de inspeção que operam complementarmente. Muitas vezes, o componente pode ser retirado de operação por exceder os limites de temperatura sem que tenha excedido os limites de vibração. Em outras ocasiões ocorre o contrário. Normalmente os trabalhos técnicos sobre a inspeção de motores costumam apresentar como limites de temperatura os constantes nas normas sem uma correlação com dados práticos, obtidos em campo.  – Classe de Isolamento  Elevação de Temperatura  T emperatura  –

O limite de temperatura depende do tipo de material empregado. Para fins de normalização, os materiais isolantes e os sistemas sistemas de isolamento i solamento (cada um formado pela combinação de vários materiais) são agrupados em CLASSES DE ISOLAMENTO, cada qual definida pelo respectivo limite de temperatura, ou seja, pela maior temperatura que o material pode suportar continuamente continuamente sem que seja afetada sua vida útil normal. As classes de isolamento utilizadas em máquinas elétricas e os respectivos limites de temperatura conforme NBR 5116, são os seguintes:

Classe A (105°C) Classe E (120°C) Classe B (130°C) Classe F (155°C) Classe H (180°C)

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Limites de Temperatura (°C) A

E

B

F

H

Temperatura Temperat ura ambiente (°C) (°C)

40

40

40

40

40

Elevação de temperatura (°C) (°C)

60

75

80

100

100

5

5

10

15

15

105

120

155

180

Classe de isolação

Diferença entre o ponto mais quente e a temperatura temperatu ra média(°C) média(°C) Temperatura Temperat ura do ponto mais quente (°C) (°C)

130

Aquecimento do Rolamento, Mancais e Acoplamentos  86,0° 86, 0°C 80 AR01: *84,7° *84,7°C C AR02:5 0,6°C LI01

60

40

26,3° 26, 3°C

A potência útil fornecida pelo motor na ponta do eixo é menor que a potência que o motor absorve da linha de alimentação, isto é, o rendimento do motor é sempre inferior a 100%. A diferença entre as duas potências representa as perdas que são transformadas em calor, o qual aquece o enrolamento e deve ser dissipado para fora do motor, para evitar que a elevação de temperatura seja excessiva.

Os limites de temperatura para de mancais variam grandemente de acordo com o tipo de mancal (rolamento ou deslizamento) e o tipo de lubrificação adotado. Em mancais de deslizamento de grande porte (laminadores, por exemplo), não só a temperatura, mas também atribuições de temperaturas são levadas em conta.

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  Aplicações Construção Civil: •

Localização de fugas caloríficas;

•

Estudo de perdas energéticas através de paredes;

•

Detecção de problemas de isolamento;

•

Localização de umidades internas;

I

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Indústria Automotiva:

•

Análise das características térmicas de motores;

•

Estudo do aquecimento dos travões;

•

Controlo dos sistemas de descongelação ;

•

Análise de aquecimento dos faróis;

•

Verificação de temperaturas em pneus;

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Fornos e Refratários: •

Estudo da espessura das paredes do refratário;

•

Controlo de temperatura em fornos;

•

Localização de fugas de calor;

•

Estudo do funcionamento de queimadores;

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Eletrônica: •

Distribuição de temperatura em circuitos impressos;

•

Inspeção e controlo de qualidade de placas;

•

Análise térmica de placas de circuito impresso;

•

Detecção e localização de curtos-circuitos;

•

Controlo de especificações na recepção de componentes; componentes;

,

,

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Industriais: •

Controlo de qualidade dos produtos;

•

Monitorização térmica do processo;

•

Medida de temperatura dos produtos em cada fase;

•

Ajustes de maquinaria de produção;

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Medicina: •

Determinação de problemas circulatórios;

•

Localização de infecções ocultas;

•

Análise de danos musculares;

•

Estudo de problemas de locomoção;

•

Medicina veterinária;

,

,

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Aeronáutica: •

Estudos de estruturas tipo sandwich ou ninho de abelha;

•

Análise do comportamento térmico de pás;

•

Caracterização térmica de reatores;

•

Localização de infiltrações de água;

•

Estudos em túnel de vento;

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Vigilância e Segurança: •

Visão noturna;

•

Vigilância aérea;

•

Combate a incêndios;

•

Controlo de tráfego marítimo;

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Dispositivos mecânicos: •

Análise de aquecimento em chumaceiras;

•

Detecção de aquecimento por fricção;

•

Estudo de aquecimento de escovas;

•

Determinação do estado de bobinas;

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Instalações elétricas: •

Localização de sobre aquecimentos nos contatos e conexões dos interruptores;

•

Detecção de aquecimentos nos bornes de transformadores;

•

Estudo dos radiadores de refrigeração dos transformadores para localização de obstruções;

•

Detecção de conexões mal apertadas;

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Custos  Equipamentos Segue a descrição de alguns equipamentos fornecidos pelo mercado: Termovisor – Nova infraREM SC80



Visor colorido de alta resolução LCD 2,5”, articulado



Memoria flash interna com capacidade de ate at e 1000 imagens



Coneccao USB para transferencia com computador



Saída de video composto



02 ( duas ) baterias recarregaveis de Lítio com autonomia de 2,5 horas cada



Software Reporter Standard



Manual de operação

Especificacao tecnica: 

Faixa espectral 8 até 14 1 4 microns;



Faixa de temperatura -20 ºC até + 250 ºC, com opção de 600°C e de 1000°C, conforme especificação solicitada;

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

Precisão de medição +/- 2%;



Medição de temperatura por até 03 pontos móveis pela tela/ imagem;



Busca automática do ponto mais quente, com definição de área de procura;



Peso de 0,7 Kg com bateria acoplada internamente; internamente;

A Nova InfraREM SC80 é um sistema infravermelho portátil produto de solicitações e acompanhamento acompanhamento das necessidades de mercado que utiliza o sistema de última geração g eração de detectores FPA sem refrigeração (uncooled microbolometer). Com o novo conceito, o aparelho proporciona uma inspeção de extraordinária nitidez permitindo captar os problemas de modo claro e preciso. Para documentação e pós-processamento do ponto quente (eventual problema) ela possui o Software Reporter Standard e saída USB para transferência de até 1.000 imagens para o PC, com dados e informações inclusas, sistema radiométrico com resolução de 14bits. Este mesmo software oferece a possibilidade de salvar os arquivos para o formato JPEG para envio e apresentação das informações obtida em campo.

Preço : R$ 21.025.00 * Prazo de entrega : 30 dias após a entrega do pedido Treinamento Incluso.

* Preco com base no dia 23/09/2009 válido até 23/10/2009.

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Termovisor - InfraREM SC180



Câmera digital de 640 x 480 pixels integrada



Visor LCD colorido de alta alt a resolução, articulado e com fechamento para proteção do display;



Memória SD com capacidade de até 1 Gigabytes, expansível para até 2 gigabytes;



Opcionalmente Sistema Bluetooth para gravação de voz sem fio;



Software Reporter Standard;



Saída de vídeo composto sistema;



02 (duas) baterias recarregáveis de lítio com autonomia de 3,0 horas cada;

Especificações Técnicas: 

Lente padrão de 20º x 15º (16 mm), com opção de ser montada com a lente para médias e longas distâncias como a telescópica de 2x de 14° e para um campo de visão mais amplo é oferecido a lente grande angular de 28°;



Faixa espectral 8 até 14 microns;



Faixa de temperatura -20 ºC até + 250 ºC, com opção até 600°C e 1000°C



Precisão de medição +/- 2%;



Medição de temperatura por até 03 pontos móveis pela tela/ imagem;



Busca automática do ponto mais quente, com definição de área de procura; Página 42

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

Peso de 0,5 Kg com bateria acoplada internamente; internamente;



Armazenamento Armazenamento digital, com gravação do arquivo radiométrico com resolução de 16 bits, permitindo pós-processamento e análise das imagens através do Software Reporter Standard incluso, com emissão de relatório salvando no formato Word; W ord;



Opção de Gravação de voz a ser registrado através do sistema Bluetooth(comunicação Bluetooth(comunicação sem fio); fio) ;



Alimentação por bateria recarregável de Lítio, acoplada internamente i nternamente em compartimento selado e com autonomia de 2,5 horas;

A InfraREM SC180 é um sistema si stema infravermelho portátil com recursos inovadores como câmera digital acoplada e opcionalmente comentário de voz através do sistema Bluetooth – comunicação comunicação sem fio. O equipamento oferece vantagens em relação ao similares nacional sem agregar grande custo no preço pr eço final. Seu projeto conta com o sistema si stema de última geração de detectores de fabricação francês, os UFPA´s sem refrigeração (uncooled microbolometer), de marca Ulis. Com o novo conceito, o aparelho proporciona uma inspeção de extraordinária nitidez permitindo captar os problemas de modo claro e preciso. Atendendo às aplicações rotineiras da manutenção preditiva a um custo baixo a sua portabilidade permite ser transportada pela planta para inspeção a qualquer momento momento sem haver preocupação com poeira ou respingos, cumprindo os padrões da norma IP54, operando em ambientes industriais hostis. Mesmo sendo mais portátil, ela possui as mesmas condições de imageamento imageamento térmico, tér mico, oferecendo segurança e confiabilidade nos dados apresentados. apr esentados. Para documentação e pós-processamento do ponto quente (eventual problema) ela possui o Software Reporter Standard e saída USB para transferência de até 1.000 imagens para o PC, com dados e informações inclusas, sistema radiométrico com resolução de 16 bits. Este mesmo software oferece a possibilidade de salvar os arquivos para o formato JPEG para envio e apresentação das informações obtida em campo. Além dos recursos comentados acima, ela permite abrir as imagens salvas no aparelho para serem analisadas e visualizadas no LCD. A presença pr esença do Laser para identificação dos componentes possibilita mais segurança, evitando o uso de objetos para sinalização do equipamento com aquecimento aqueci mento

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Preço : R$ 31.992.00 * Prazo de entrega : 30 dias após a entrega do pedido. Treinamento Incluso

* Preco com base no dia 23/09/2009 válido até 23/10/2009.

 Locação Para locação de equipamentos equipamentos pela INFRARED SERVICE , para toda a Grande São Paulo, preço segue abaixo : Cameras InfraREM SC180 e SC80 Diaria : R$ 950,00, por 8 horas; hor as; 3 a 4 diarias por ano : R$ 900,00; 4 a 6 diarias por ano: R$ 880,00; Pagamento : ate 15 dias a execução do serviço.

 Treinamentos Proposta de treinamento fornecida for necida pela instituição INFRARED SERVICE , focalizado na manutenção preditivas dos equipamentos, com conteúdo programático do curso : 1

Teoria sobre calor, temperatura e Termografia

1.1

Energia Térmica

1.2

Termodinâmica

1.3

Fluxo de calor

1.4

Calor vs. Temperatura

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1.5

Medição de temperatura

1.6

Transferência de energia térmica

1.7

Quantificação de transferencia de energia térmica térmica

1.8

Mudança de estado

1.9

Calor latente

1.10 Condução 1.11 Condutividade e Resistência 1.12 Calor especifico 1.13 Convecção 1.14 Radiação 1.15 Quantificando a Radiação 1.16 Como a radiação se comporta 1.17 Transmissão da radiação 1.18 Cospos reais 2

Inspeção de sistemas elétricos

2.1

Inspecionando sistemas elétricos

2.2

Condições gerais para inspeções elétricas

2.3

Sistemas elétricos: o que verificar e onde

2.3.1 Linhas de transmissão 2.3.2 Sistemasde linhas de distribuição 2.3.3 Subestações 2.3.4 Instalações de geração de energia 2.3.5 Sistemas elétricos na própria planta 2.4

Considerações para medidas de temperaturas precisas em inspeções elétricas

2.5

Agora que você sabe que esta quente, o que fazer ?

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2.6

Qual a frequencia das inspeções ?

2.6.1 Qual a criticidadedo sistemas ? 2.6.2 “ Regras gerais do dedo polegar “ 2.6.3 Inspeções de aceitação 2.6.4 Antes de paradas paradas ou ou reparos programados 2.6.5 Depois de modificações de equipamento equipamento 2.6.6 Diagnostique problemas especiais 2.6.7 Monitore problemas e condições existentes 2.6.8 Avaliação de desempenho 2.7

Critérios usados na priorização dos problemas encontrados

2.7.1 Segurança 2.7.2 Perda de produção ou clientes 2.7.3 Criticidade

Cronograma do curso com duração de 16 horas, distribuidos em 8 horas de treinamento em sala de aula e 8 horas em campo. Material necessario para o treinamento sera disponibilizado pela INFRARED SERVICE , incluindo apostilas e Camera Termografica. Termografi ca. Treinamento In-Company: Preço fechado: R$ 5.545,00, treinamento para 6 (seis) pessoas com carga horária de 16 horas, divididos em 2 (dois) dias.

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Comparação com Outros Ensaios  Shearografia A shearografia é uma técnica interferométrica capaz de perceber pequenas deformações ocorridas nas superfícies dos materiais ocasionadas após a aplicação de um determinado carregamento. Apesar de ser uma técnica interferométrica e, por este motivo, de grande sensibilidade, sua principal vantagem é a sua capacidade de ser operada fora do ambiente laboratorial Na figura 1apresenta-se um exemplo de imagem obtida por shearografia utilizada na detecção de descolamentos em revestimentos compósitos em campo . A concentração de franjas, destacada na figura pela elipse, indica a presença de pequenas falhas de adesão na borda de uma manta compósita. co mpósita.

Figura 1- Resultado obtido em campo com shearografia Um sistema de shearografia é composto principalmente pelos seguintes módulos: visualização e aquisição de imagens (Cabeçote), iluminação e carregamento. carregamento.

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Figura - Configuração básica de um sistema de shearografia Na figura mostra-se o módulo de visualização e aquisição de imagens composto basicamente por uma câmera digital de alta resolução associada a alguns elementos ópticos e a iluminação da superfície através de um laser.

O tipo de carregamento a ser utilizado depende essencialmente da estrutura a ser analisada e pode ser térmico, t érmico, por vácuo, por pressão interna e até vibracional. O procedimento de inspeção por shearografia consiste em três passos fundamentais para a obtenção da imagem i magem com o resultado: a) Aquisição de imagem de referência da superfície da estrutura em análise; b) Aplicação do carregamento à estrutura em análise; análi se; c) Aquisição da imagem i magem da superfície da estrutura no estado deformado; d) Processamento das imagens e obtenção do resultado por meio de software específico.

Figura – Posicionamento da iluminação laser e do cabeçote de shearografia

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REFERENCIAS SITES www.ist.utl.pt www.flir.com www.furnas.com.br www.ufrgs.br www.utfpr.edu.br www.infraredservice.com.br www.componentes.com.br

Bibliografia Introdução ás ciências térmicas Auto; Frank W. Schmidt, Robert E. Henderson Carl H. Wolgemuth W olgemuth Editora: Edgard blucher Ltda. Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR 15424 NBR 15572 COTEQ 096 INSPEÇÃO DE TUBOS DE RESINA REFORÇADA POR FIBRAS DE VIDRO COM TERMOGRAFIA

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