A EMISSÃO ACÚSTICA E A AVALIAÇÃO DE INTEGRIDADE DE EQUIPAMENTOS INDUSTRIAIS

[pic 1]

 PHYSICAL ACOUSTICS SOUTH AMERICA

Av.  Brig. Faria Lima 1982, 9 andar, CEP 1451-000, São Paulo, SP  Tel: [phone] Fax: [phone]

www.pasa.com.br            email: [e-mail].r

[pic 2]

EMISSÃO ACÚSTICA E A AVALIAÇÃO DE INTEGRIDADE DE EQUIPAMENTOS INDUSTRIAIS

Com o intuito de esclarecer a conceituação da aplicação do ensaio de emissão acústica dentro do contexto da  avaliação de integridade de equipamentos industriais, a seguir são encontrados comentários relacionados  a metodologia atualmente adotada.

Como é do conhecimento do profissionais da área de inspeção, a avaliação de integridade não se resume na aplicação de uma única técnica, mas sim na combinação de diversos métodos de inspeção de forma a criar um panorama que possa traduzir a condição de integridade.  A técnica de ultrassom, seja ela automatizada ou não, é parte do escopo do serviço que deve ser aplicado tendo a capacidade de caracterizar e dimensionar descontinuidades dentro do material. A técnica ultrassônica possuí limitação quanto à detecção de descontinuidades superficiais. Por este motivo é que a inspeção necessita ser complementada através do ensaio de partículas magnéticas, este sim sensível à detecção de descontinuidades superficiais. Por outro lado, o ensaio de partículas magnéticas não possuí capacidade de inspecionar internamente o material. Assim a combinação destes dois ensaios é que permite a caracterização e dimensionamento de descontinuidades tanto superficial quanto internamente ao material.

Entretanto estas duas técnicas são ensaios de aplicação localizada, ou seja, o material necessita ser pesquisado ponto-a-ponto. Como é impraticável a varredura total do equipamento, a alternativa utilizada é o método de inspeção por amostragem nas soldas, mesmo assim necessitando de um grande envolvimento de horas-homem para inspeção. Esta amostragem pode ser otimizada com a introdução do método de ultrassom automatizado, porém com as mesmas limitações quanto a não detecção de defeitos superficiais.

Com a introdução da técnica de emissão acústica e a mecânica da fratura, ambas aliadas a disciplina de materiais (metalurgia), novos conceitos sobre critérios de avaliação foram introduzidos na atividade de inspeção de equipamentos, proporcionando a aplicação de técnicas voltadas à detecção de defeitos estruturais associados a mecanismos de degradação, ao invés da simples detecção de descontinuidades.

É neste aspecto a maior contribuição e vantagem da aplicação da técnica de emissão acústica, ou seja, proporcionar uma avaliação global do equipamento em serviço, sobre o enfoque da presença de defeitos comprometedores da integridade estrutural, localizando áreas nas quais devam ser aplicados ensaios complementares de ultrassom e partículas magnéticas com o objetivo de orientar a manutenção corretiva. Em particular o método automatizado é de singular importancia quando o dimencionamento da descontinuidade é fator crítico para a mecanica da fratura.

O fluxograma de avaliação de integridade atualmente adotado é encontrado abaixo, sintetizando uma atitude preditiva  de inspeção, minimizando ou eliminando a retirada de equipamentos de serviço  por motivos pertinentes a atividade de inspeção.

 

  [pic 3]

Exemplo desta conceituação pode ser encontrada nos recentes documentos emitidos por diversas entidades, como no caso do documento API BRD 581 – Risk-Based Inspection, sobre o tema da inspeção baseada em risco. Em última análise a presença de danos significativos em equipamentos industriais tem como resultante o surgimento de fissuramentos e trincas.

Dos mecanismos existentes, os que geram defeitos do tipo trinca são os mais difíceis de identificação e os de maior preocupação por parte dos profissionais da área de inspeção de equipamentos

1. Mecanismos de afinamento, corrosão-sob-tensão, fluência, ataque pelo hidrogênio, fadiga, envelhecimento metalúrgico (de materiais - transformação de fases), corrosão-sob-isolamento
2. Afinamento: localizado ou generalizado (ensaios de IV e ME), de fácil identificação e sem limitação de tecnologia
3. Corrosão-sob-tensão: trincas em regiões mais tensionadas e em cordões de solda (LP, US, PM, EA). As regiões mais tensionadas não são óbvias, levando muitas vezes a inspeções generalizadas para a identificação de poucas ou nenhuma áreas de interesse.
4. Fluência: trincas em regiões mais tensionadas e em altas temperaturas (LP, PM, US, EA). Do mesmo modo que a corrosão-sob-tensão, atuando nas áreas mais tensionadas e de difícil identificação, levando a inspeções generalizadas.
5. Ataque pelo hidrogênio, especialmente atuante em determinadas condições de processo, quando os materiais são submetidos a condições superiores às constantes nas Curvas de Nelson. Muitos equipamentos operam em condições limítrofes ou acima das estabelecidas sem que haja conhecimento por parte dos profissionais de inspeção de equipamentos. Os ensaios devem ser realizados em cordões de solda, especialmente as soldas não aliviadas e soldas manuais (de bocais e conexões, por exemplo), procurando-se identificar o aparecimento de trincas.
6. Fadiga mecânica se pronuncia pelo aparecimento de trincas superficiais. As regiões de interesse para a inspeção são também as que apresentam os maiores níveis de tensões em função da ciclagem existente. Muitas vezes, as regiões de interesse são óbvias, como em regiões de transição, engastes, bocais de tubulações.
7. Fadiga térmica que ocorre em equipamentos ou peças de elevada espessura, é de difícil identificação pois as tensões que ciclam são uma função dos gradientes térmicos, que são de difícil visualização. As trincas são superficiais e diferentemente da fadiga mecânica, aparecem em poucos ciclos em função dos elevados valores de tensão. Assim, tornam-se obrigatórias inspeções generalizadas.
8. Corrosão-sob-isolamento por afinamento, se dá em regiões de maior acúmulo de umidade, de fácil identificação desde que removido o isolamento e sem limitação de tecnilogia.
9. Corrosão-sob-tensão-sob-isolamento (em aços inoxidáveis austeníticos, por exemplo) exige, entretanto, além da remoção do isolamento a realização de ensaios generalizados superficiais em extensas áreas para sua identificação.
10. Envelhecimento metalúrgico, levando a processo de fragilização (perda de tenacidade), a propagação de trincas e a deformações plásticas em serviço. Se dá inicialmente nas regiões com sobretemperatura e mais tensionadas, acarretando a necessidade de inspeções generalizadas para sua identificação ou acompanhamento.

COMO A EMISSÃO ACÚSTICA PODE AUXILIAR NA AVALIAÇÃO DE INTEGRIDADE  E INTEGRAR TEDENCIAS MODERNAS DE INSPEÇÃO

1. Conforme tabela mostrada no final do texto (API BRD 581 – Risk-Based Inspection), o grande potencial da emissão acústica é para a identificação de defeitos do tipo trincamento superficial ou sub-superficial, sendo um ensaio considerado como altamente eficiente, particularmente quando há propagação dos defeitos em operação (condição de maior interesse, já que desde a divulgação da Mecânica da Fratura as trincas ditas “estáveis” (notadamente muitas existentes são defeitos de fabricação) passaram a ser relegadas e não reparadas.
2. Os trincamentos superficiais são característicos de mecanismos de fadiga mecânica ou térmica, corrosão-sob-tensão, corrosão-sob-tensão-sob-isolamento, trincamentos por envelhecimento metalúrgico (em alguns casos), defeitos de soldagem (que muitas vezes podem antecipar a ocorrência de mecanismos de corrosão-sob-tensão, fadiga, ou fluência).
3. Os trincamentos sub-superficiais são característicos de mecanismos de fluência, ataque pelo hidrogênio, envelhecimento metalúrgico (em alguns casos) e da interação de defeitos de soldagem com condições operacionais específicas.
4. A emissão acústica além de poder identificar todos esses mecanismos de geração de trincas, possibilita realizar as inspeções com os equipamentos em operação.
5. Além disso, a emissão acústica é um atalho entre uma possível identificação de defeitos, seu dimensionamento, avaliação pela mecânica da fratura e o laudo final da integridade, sem necessariamente passar por todas essas etapas, reduzindo os custos de inspeção, os lucros cessantes (parada dos equipamentos para inspeção interna ou para reduzir sua temperatura para possibilitar uma inspeção externa), custos de liberação (aeração dos equipamentos, pessoal de apoio), custos de manutenção (abertura e fechamento dos equipamentos, montagem e desmontagem de andaimes, desmontagem de internos, limpeza dos equipamentos e de cordões de solda, reparos de defeitos de fabricação (quando feitos sem critério e sem a avaliação da mecânica da fratura).
6. Pior que tudo isto, é quando após uma inspeção tão custosa não se encontra qualquer tipo de defeito.
7. A emissão acústica possibilita hoje avaliar a integridade dos equipamentos industriais dentro dos princípios da mecânica da fratura, particularmente pela identificação de defeitos do tipo trinca que estejam ativos, com o mínimo custo possível, orientando, quando for o caso, a aplicação dos END’s da forma mais adequada de maneira a se obter os menores custos de inspeção e manutenção.

 

[pic 4]

Os comentários aqui expostos apresentam as tendências atuais  e a posição de destaque que a técnica de emissão acústica tem assumido, demonstrando a contribuição que veio proporcionar aos novos rumos da moderna inspeção e avaliação de equipamentos.