O QUE É TESTE DE EMISSÃO ACÚSTICA? UM GUIA DEFINITIVO

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O teste de emissão acústica (AE) é uma técnica de teste não destrutivo  que detecta e monitora a liberação de ondas ultrassônicas de estresse de fontes localizadas quando um material se deforma sob estresse.

O termo teste de emissão acústica (AET) se refere ao processo de detecção e registro de EA usando equipamento especializado. AET é um tipo de teste não destrutivo (NDT) que tem vários usos, incluindo garantir a integridade estrutural dos vasos, monitorar a qualidade da solda e muito mais. O processo envolve o uso de sensores para detectar AE e, em seguida, converter as ondas em sinais elétricos para que possam ser registradas. Você pode então analisar os resultados para avaliar a condição de um material e localizar quaisquer defeitos. As informações registradas podem fornecer informações potencialmente valiosas sobre a origem e a importância de um defeito em uma estrutura.

Existem vários métodos ligeiramente diferentes usados para teste de emissão acústica. Alguns dos métodos principais incluem:

  • Triagem global:  Um método é usado para triagem de todos os componentes e envolve o aumento dos níveis de tensão para ligeiramente acima do normal usando gradientes térmicos ou de pressão para revelar risers de tensão e rachaduras. Por exemplo, você pode aumentar a pressão em um reator para 110% da pressão operacional máxima típica. O aumento da pressão deve revelar defeitos ativos que não são aparentes em condições normais de operação, mas provavelmente continuarão a piorar com o tempo.
  • Monitoramento durante as condições normais de operação:  Outro método envolve o monitoramento de falhas conhecidas ou a detecção de falhas desconhecidas que não podem ser facilmente descobertas aumentando os níveis de estresse. Com este método, os sinais AE resultam da progressão do dano real ou da propagação da fissura. Por exemplo, você pode  monitorar tambores de coque ao  longo do tempo quanto a rachaduras por fadiga induzida termicamente. Nesse método, em vez de aumentar artificialmente a carga para fins de teste, você usa o AET para  monitorar uma embarcação quanto à progressão de danos significativos .
  • Testes de prova:  O objetivo de um teste de prova é mostrar que uma determinada estrutura pode suportar cargas até uma determinada quantidade. No teste, você aumenta a carga para a quantidade necessária. Se for bem-sucedido, o teste não registrará nenhuma emissão significativa.
  • Testes de falha:  Um teste de falha visa determinar a carga na qual uma estrutura começa a falhar. Envolve o aumento gradual da carga até que o sistema comece a registrar as emissões que indicam que a falha está começando a ocorrer.
  • Testes de fadiga: os testes de  fadiga envolvem a aplicação de uma carga cíclica a uma estrutura para estimar sua vida útil.

Como é realizado o Emissão acústica?

O teste de emissão acústica funciona por meio da montagem de pequenos sensores em um componente em teste. Os sensores convertem as ondas de estresse em sinais elétricos, que são retransmitidos para um PC de aquisição para processamento. As ondas são captadas quando o componente é submetido a um estímulo externo, como altas pressões, cargas ou temperaturas. Conforme o dano aumenta no componente, há uma maior liberação de energia. As taxas em que a emissão acústica é detectada, a atividade, e a intensidade da emissão acústica, o loudness, são monitorados e usados para avaliar a integridade estrutural e para monitorar a integridade dos componentes.

A emissão acústica pode ser considerada como minúsculos terremotos que ocorrem no material. A técnica monitora globalmente um componente em busca de defeitos, permitindo que grandes estruturas e máquinas sejam monitoradas durante a operação com o mínimo de interrupção, ao contrário dos testes destrutivos. Ao usar vários sensores, as fontes de emissão acústica (e, portanto, os danos) podem ser localizadas. Por meio da análise de sinal, a presença de diferentes mecanismos de origem também pode ser determinada.

Existem dois métodos de teste de EA: transiente e contínuo. O método transiente captura bursts de AE que excedem um limite (nível de intensidade) e extrai recursos como amplitude de pico, energia do sinal e duração do burst. Esses recursos são então usados para avaliar a condição do componente em teste. Este método é adequado para testar estruturas quanto a defeitos, como rachaduras.

O método contínuo captura todos os AE dentro de um período de tempo definido, por exemplo, 1/10 de segundo. Em seguida, recursos como nível de sinal médio e valores de raiz quadrada média (RMS) são extraídos. Este método é adequado para aplicações onde há muito fundo AE ou a amplitude AE é baixa, por exemplo, ao testar caixas de engrenagens ou detectar vazamentos.

O teste de emissão acústica pode ser conduzido em um laboratório, bem como em condições de campo, em durações relativamente curtas, como algumas horas, e em durações mais longas, como alguns meses. Os métodos de retransmissão de dados sem fio tornam possível analisar os dados remotamente.

Configurando o Equipamento

Para testar um pequeno componente, você só pode usar um sensor de emissão acústica. Normalmente, no entanto, vários sensores são usados e espalhados pela superfície do objeto. Isso ocorre, em parte, porque diferentes sensores podem captar diferentes características de sinal para o mesmo evento de emissão, especialmente em estruturas complexas. Ao configurar sensores, normalmente é ideal que cada área de interesse  esteja dentro da faixa acústica de pelo menos três sensores . Frequentemente, um padrão de triângulos ou retângulos é usado para configurar os sensores.

Também é importante usar um acoplador de fluido para ajudar o sensor a obter um sinal mais forte, o que ele faz aumentando a área de superfície que está transmitindo a força. Vários tipos de acopladores fluidos podem ser usados, incluindo resinas, graxas e selantes. Diferentes tipos de acopladores podem funcionar melhor em diferentes aplicações. Os acoplamentos também podem ajudar a unir o sensor à superfície, e fita, fixadores magnéticos, molas ou outros itens são usados para proteger ainda mais os sensores.

Os sensores são conectados a um pré-amplificador de baixo ruído e um amplificador principal, bem como a equipamentos eletrônicos adicionais usados para filtrar e isolar o som. Esses dispositivos ajudam a tornar a leitura mais clara e fácil de analisar com precisão. A blindagem também é importante para reduzir o ruído elétrico. Os sensores e outros equipamentos são conectados por meio de cabos coaxiais a um computador que registra as leituras.

Executando o Teste

Após a configuração do equipamento, o teste é iniciado aplicando a carga necessária. Por exemplo, o teste pode exigir o aumento da pressão em um vaso ligeiramente acima da pressão normal de operação. O sistema também pode continuar a operar normalmente se o objetivo do teste for monitorar o desempenho em condições normais de operação.

Assim que o teste começar, o sistema AET registrará qualquer EA acima de um limite pré-determinado, junto com a hora exata em que ocorreu. O sistema registrará dados relacionados à contagem de emissões, comprimento do sinal, amplitude de pico, intensidade de emissão e outros parâmetros escolhidos. A distância entre a fonte de emissão e o sensor afeta a intensidade de emissão registrada, portanto, a intensidade registrada por vários sensores costuma ser calculada para ajudar a estimar a intensidade de cada emissão.

Várias técnicas podem ser usadas em testes de emissão acústica. A configuração ideal do equipamento e o processo de teste dependem do tipo de estrutura testada, do material testado, do tipo de teste conduzido e de outros fatores.

Analisando os resultados

Assim que o teste for concluído, os resultados são analisados. Como alternativa, para alguns tipos de testes, você pode conduzir análises enquanto o teste está ocorrendo. A análise consiste em procurar a ocorrência de EA, medir a taxa de cada emissão e determinar a localização de eventuais defeitos. Com os modernos sistemas de computação, os resultados do teste aparecem na forma de gráfico, o que ajuda na interpretação dos resultados. Medindo o tempo de chegada de um sinal AE para cada sensor, você pode determinar a localização do defeito usando a triangulação. Depois de localizar a falha, você pode realizar uma inspeção adicional ou começar a tomar medidas para corrigir a falha.

Quais são as aplicações dos testes de emissão acústica?

Assim que o teste for concluído, os resultados são analisados. Como alternativa, para alguns tipos de testes, você pode conduzir análises enquanto o teste está ocorrendo. A análise consiste em procurar a ocorrência de EA, medir a taxa de cada emissão e determinar a localização de eventuais defeitos. Com os modernos sistemas de computação, os resultados do teste aparecem na forma de gráfico, o que ajuda na interpretação dos resultados. Medindo o tempo de chegada de um sinal AE para cada sensor, você pode determinar a localização do defeito usando a triangulação. Depois de localizar a falha, você pode realizar uma inspeção adicional ou começar a tomar medidas para corrigir a falha.

Quais são as vantagens do AET?

O AET pode ser usado para a detecção precoce de falhas e também para monitoramento em tempo real. É um método de teste de alta sensibilidade e oferece vantagens, incluindo:

  • Detecção precoce de danos:  como o AET detecta o crescimento de rachaduras e falhas e é um método de teste altamente sensível, ele pode detectar defeitos relativamente pequenos (micro) logo no início. Essa detecção precoce permite reparar falhas antes que causem problemas significativos.
  • Inspeção global e simultânea:  com AET, você pode inspecionar uma unidade ou sistema inteiro simultaneamente, incluindo vasos de pressão, reatores, tubulação e outros componentes. Isso resulta em um processo de teste mais eficiente e econômico e permite que você teste até sistemas grandes com relativa rapidez.
  • Não há necessidade de desligamento: o  AET geralmente pode ser executado em uma unidade enquanto ela está em operação, evitando a necessidade de desligamento. Você também pode executar AET durante uma sobrepressurização em serviço ou resfriamento programado. Evitar um desligamento pode reduzir os custos significativamente e ajudar a manter os níveis de produtividade consistentes.
  • Identificação apenas de defeitos ativos:  AET identifica apenas defeitos ativos – aqueles que estão crescendo. Esse recurso significa que apenas as falhas que provavelmente causarão problemas significativos no futuro são identificadas, enquanto fissuras estáveis e defeitos de fabricação antigos não são. Isso permite que você se concentre nas questões mais significativas, economizando tempo e dinheiro para sua empresa.
  • Indicação imediata de risco:  com AET, você obtém uma indicação imediata da força de um determinado componente e do risco de falha, permitindo que você responda rapidamente se necessário.
  • Interrupção mínima do isolamento:  Normalmente, apenas pequenos orifícios no isolamento são necessários para montar os sensores. Você também pode colocar sensores permanentes sob o isolamento.
  • Assistência para conformidade:  vários padrões reconhecem a AET e podem ajudar a garantir a conformidade com os regulamentos locais, estaduais e federais.
  • Custos reduzidos: O  uso de AET pode reduzir custos significativamente, evitando o tempo de inatividade, reduzindo o tempo de teste, exigindo interrupção mínima do isolamento e identificando apenas os defeitos que podem causar problemas significativos no futuro se não forem corrigidos.

Padrões AET

Várias organizações, incluindo organizações de padrões, organizações da indústria e agências governamentais, publicam padrões ou supervisionam regulamentos relacionados a testes de emissão acústica. Esses documentos oferecem orientação para a realização de AET. Conduzir AET de acordo com os requisitos desses documentos também pode ajudar as organizações a obter e manter a conformidade com os padrões e regulamentos relevantes. Algumas das organizações que publicam padrões e outros documentos relacionados à AET incluem:

  • A International Organization for Standardization (ISO):  ISO publicou  vários padrões relacionados a AET , que incluem padrões para calibração de sensores AE, classificação de fissuras ativas em estruturas de concreto e uso de AET para detecção de vazamentos.
  • A Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME): A  ASME lançou várias publicações que discutem AET e cobrem os requisitos para AET nos   Artigos 11, 12 e 13 da Seção V da ASME .
  • A Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM): A  ASTM também publicou vários padrões relacionados a AET, incluindo padrões para Monitoramento de Emissão Acústica de Estruturas Durante Estimulação Controlada, Monitoramento Contínuo de Emissão Acústica de Limites de Pressão Metálica, teste de dispositivos de pessoal aéreo  e muito mais.
  • O Comitê Europeu de Padronização (CEN): os  padrões CEN relacionados ao AET incluem padrões para testar  equipamentos de gás de petróleo liquefeito ,  calibrar transdutores AE  e testar  tubulações industriais metálicas .
  • A Associação Japonesa de Padrões (JSA):  JIS Z 2342: 2003  de JAS descreve métodos para teste de emissão acústica de vasos de pressão.
  • A American Society for Nondestructive Testing (ASNT):  ASNT SNT-TC1A  da ASNT descreve os requisitos para qualificação e certificação de pessoal em testes não destrutivos, incluindo AET.
  • O Comitê de Emissão Acústica de Plásticos Reforçados (CARP):  CARP publicou vários documentos sobre o uso de AET para testar tubulações, tanques, vasos de pressão e outros objetos feitos de plásticos reforçados.
  • O Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE): O  IEEE publicou o  PC57.127 / D10.0 , que é um guia para detectar e localizar EA devido a descargas parciais em reatores e transformadores imersos em óleo.
  • O Electric Power Research Institute (EPRI): O  EPRI publicou várias diretrizes, trabalhos de pesquisa e outros documentos técnicos relacionados ao AET, incluindo  diretrizes para avaliar tubulações de alta energia soldadas por costura .
  • O American Petroleum Institute (API):  API discute AET em vários documentos, incluindo  ANSI / API 510 , seu código de inspeção de vasos de pressão.
  • The Compressed Gas Association (CGA):  CGA’s  C-18  descreve métodos para requalificar tubos de aço sem costura usados para gás comprimido com AET.

Algumas das agências governamentais dos EUA que regulamentam, publicam padrões ou oferecem certificações relacionadas a AET incluem:

  • A guarda costeira dos EUA
  • Departamento de Transporte dos EUA (DOT)
  • Departamento de Energia dos EUA (DOE)
  • A Comissão Reguladora Nuclear dos EUA (NRC)
  • A Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA)

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