Ensaios não- destrutivos

Setor petroquímico lidera crescimento do uso de testes para indicar a presença de

defeitos físicos em máquinas que trabalham em condições críticas

JOSÉ PAULO SANT'ANNA

Ganha força no Brasil, nos últimos anos, a utilização dos ensaios não-destrutivos (END). Definidos como prática de inspeção que verifica a existência ou não de defeitos em materiais acabados ou semi-acabados, sem que tais materiais tenham qualquer prejuízo em suas características físicas, químicas, mecânicas ou dimensionais, eles vem sendo cada vez mais aproveitados como importantes ferramentas de manutenção pelos profissionais especializados. 

Duas funções dos ensaios são apontadas com destaque pelos especialistas. Uma delas é a da avaliação, feita de forma periódica, das condições físicas de equipamentos que trabalham em situações críticas - caso de caldeiras, vasos de pressão, reatores e trocadores de calor, entre outros. Em alguns casos, essas avaliações podem ser feitas durante o pleno funcionamento de tais equipamentos, o que torna a operação bastante ágil e de baixo custo. 

Os testes também são muito aplicados pelas indústrias que fornecem produtos onde as falhas de alguns de seus componentes podem comprometer a segurança dos usuários. É o caso das indústrias automobilística e aeronáutica, que checam os principais componentes de motores e outras peças específicas, como as usadas nos mecanismos de trens de pouso ou as destinadas às turbinas dos aviões.

O crescimento do uso dos ensaios não-destrutivos é capitaneado, no mercado nacional, pela indústria petroquímica, onde um acidente em qualquer equipamento pode provocar conseqüências drásticas aos funcionários das unidades e ao meio ambiente. João Conte, diretor-executivo da Associação Brasileira de Ensaios Não-Destrutivos (Abende), também aponta o crescimento da importância dada aos testes pelas indústrias química e siderúrgica. 

"Nesses setores os testes são feitos de forma adequada, com pessoal bem treinado e equipamentos calibrados", orgulha-se o dirigente. Conte adverte, no entanto, que em outros segmentos ainda falta maior conscientização sobre os perigos da falta de uma política rigorosa de manutenção. "As indústrias metalúrgica e de fundições no Brasil encontram-se entre as que precisam investir mais em manutenção", exemplifica. 

Cuca Jorge

Conte: ainda consciência a alguns setores

Mais usados - Em comparação grosseira, podemos afirmar que o "controle da qualidade" que o médico faz de um corpo humano ao recomendar exames preventivos aos pacientes, é o mesmo aplicado na indústria, só que em equipamentos e produtos. Nesse cenário, os ensaios-não destrutivos são similares a alguns dos exames mais utilizados na medicina para a detecção de doenças. Vários são os testes disponíveis, entre os quais os mais utilizados são os de líquido penetrante, partículas magnéticas, ultra-som e radiografia (raios X e gama). Não por acaso, os dois últimos também encontram-se entre os exames mais utilizados para a detecção de doenças em hospitais. 

Outros ensaios também são realizados na indústria, de acordo com as características dos materiais ou equipamentos a serem avaliados e da análise e precisão desejadas. Para que gerem resultados satisfatórios os testes precisam seguir critérios de aceitação definidos por normas de segurança internacionais e serem conduzidos por pessoal treinado e qualificado. Muitos requerem o uso de equipamentos devidamente calibrados. 

Defeitos externos - O ensaio não-destrutivo mais utilizado pela indústria é o de líquidos penetrantes, teste químico que tem como objetivo detectar defeitos nas superfícies dos materiais isentos de porosidade, como metais ferrosos e não-ferrosos (alumínio e outras ligas metálicas), cerâmicas, vidros, certos tipos de plásticos ou materiais organo-sintéticos. Essa técnica tem como vantagem poder ser utilizada mesmo em equipamentos que se encontram em pleno funcionamento. "A maior parte das rupturas encontradas nos materiais surgem da superfície para

dentro", explica Clayton Oliveira, gerente de produto da ITW Chemical, empresa detentora da marca Magnaflux, uma das maiores produtoras mundiais de produtos químicos e acessórios para a realização dos ensaios de líquidos penetrantes e partículas magnéticas. "Uma rachadura imperceptível a olho nu no corpo de uma caldeira, se não for descoberta a tempo, transforma-se em uma trinca que pode provocar sua explosão", exemplifica o técnico. Por isso, esse equipamento precisa ser analisado de forma periódica e, quando detectada alguma falha, essa tem que ser reparada antes que atinja as dimensões de risco previstas pelas normas de manutenção.

A primeira etapa do teste consiste em uma cuidadosa limpeza da área a ser avaliada. A operação tem como finalidade retirar resíduos de óleos, graxas ou outras sujeiras que possam obstruir a abertura dos defeitos existentes. Em seguida, são aplicados na superfície os líquidos penetrantes, a maioria dos quais são feitos à base de óleos minerais, conforme o caso aditivados com cargas de tensoativos aniônicos. Esses líquidos apresentam uma tensão superficial muito baixa, o que permite sua entrada em ranhuras com dimensões minúsculas. Eles também são aditivados com corantes, em geral vermelhos ou fluorescentes. 

"Os líquidos podem ser aplicados por pincéis, aerossóis, ou pistolas", informa Maria Izabel Gebrael, diretora da Metal-Chek, empresa nacional cujos produtos competem palmo a palmo com os da Magnaflux. Quando é necessária a análise de grandes lotes de peças - caso dos testes feitos na linha de produção das bielas dos motores dos automóveis - são construídos tanques de imersão, que permitem maior produtividade no ritmo de realização dos ensaios.

DESCRIÇÃO DAS FOTOS

Um corpo de provas com a superfície limpa e seca (1) recebe uma camada de líquido penetrante ( 2) e depois é levado com água. È aplicado,então, o revelador ( 4), que exterioriza  as imperfeições da superfície (5)

Fotos de Cuca Jorge

A terceira etapa prevê a aplicação dos reveladores, cargas brancas de alto poder de absorção, que têm como finalidade destacar os locais nos quais os líquidos penetrantes preencheram as trincas presentes na superfície. 

Depois é feita uma limpeza final, com água ou solvente, dependendo do material e da geometria das superfícies avaliadas. Os defeitos, então, se tornam perceptíveis a olho nu (quando são utilizados líquidos com corantes vermelhos) ou sob o efeito de luz ultravioleta (no caso dos que contém corantes fluorescentes). "A escolha do corante depende das condições nas quais são realizados os testes", explica Oliveira.

Cuca Jorge

Oliveira: maioria dos defeitos surge na superfície

 

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Defeitos internos - A fadiga dos materiais ou o ataque de produtos químicos que permanecem em contato com o interior dos equipamentos podem provocar o surgimento de rachaduras internas nas paredes de determinados materiais. Três ensaios são muito utilizados para detectar tais defeitos. Os de partículas magnéticas são ideais para captar problemas que se encontram próximos da superfície. Já os testes de ultra-som ou radiografia captam descontinuidades surgidas nas regiões mais distantes das paredes das superfícies avaliadas. 

DESCRIÇÃO DAS FOTOS

Corpo de prova (1) recebe o líquido com partículas magnética (2), que revela os defeitos da superfície (3)

Fotos de Cuca Jorge

O teste de partículas magnéticas tem caráter físico-químico e é indicado para a avaliação de materiais como fundidos de aço ferrítico, forjados, laminados, extrudados, soldas e peças que sofreram usinagem ou tratamento térmico (porcas e parafusos), entre outros. Sua aplicação, similar à da verificada no caso dos líquidos penetrantes, se inicia com a limpeza da superfície seguida pela aplicação de um líquido dotado com partículas de óxido de ferro ou de ferro micronizado e corantes. 

Em seguida, com a ajuda de um aparelho, a região submetida à avaliação é magnetizada por equipamentos adequados. Para isso são muito utilizadas máquinas portáteis conhecidas como yokes, indicadas para uso em equipamentos que se encontram em funcionamento, ou equipamentos de magnetização estacionários, dirigidos a ensaios seriados ou em laboratório. Com a magnetização, as regiões onde existem defeitos são indicadas pela concentração de partículas magnéticas. A exemplo do que ocorre com os líquidos penetrantes, essas concentrações são visíveis a olho nu, quando os corantes usados no líquido com partículas são vermelhos, ou com a ajuda de luz ultravioleta, quando os corantes são fluorescentes.

"O ensaio de ultra-som é, sem sombra de dúvida, o método não-destrutivo mais utilizado e o que apresenta o maior potencial de mercado para a detecção de falhas internas nos materiais", revela Hermann Schubert, gerente de vendas da GE Inspection Technologies, especializada no fornecimento de aparelhos e acessórios para testes de ultra-som e raios-X. A empresa foi criada no final do ano passado, quando a multinacional GE adquiriu da Agfa seu departamento de aparelhos e filmes de uso industrial. 

O método do ultra-som é aplicado por meio de aparelhos portáteis que podem ser operados em equipamentos que se encontram em funcionamento e permite a

verificação de regiões de soldas, e em materiais ferrosos e não-ferrosos, ligas metálicas, vidro e borracha, entre outros. O teste detecta os defeitos a partir do fenômeno de reflexão de pulsos ultra-sônicos - ondas acústicas com freqüências acima do limite audível. Esses pulsos são gerados e transmitidos por transdutores especiais, que são encostados ou acoplados nos materiais em teste. Esses transdutores são ligados a aparelhos que transformam os sinais sonoros captados em sinais eletrônicos, legíveis com a ajuda de medidores. Nos equipamentos modernos, esses sinais eletrônicos são captados em computadores que permitem a descrição rápida e precisa das características das falhas detectadas. 

A radiografia foi o primeiro método de END introduzido na indústria para descobrir e quantificar defeitos internos em materiais. O método está baseado na mudança de atenuação da radiação eletromagnética (raios-X ou gama), causada pela presença de descontinuidades internas, quando a radiação passar pelo material e deixar sua imagem gravada em um filme, sensor radiográfico ou em um intensificador de imagem. Seu campo de aplicação inclui, entre outros, o ensaio em soldas de chapas para tanques, navios, oleodutos e plataformas off-shore, além de uma vasta aplicação em peças fundidas. 

Cuca Jorge O uso da radiografia, quando pode ser substituído, enfrenta algumas resistências por parte dos profissionais de manutenção. "Para se avaliar um equipamento, é preciso que esse esteja parado, o que limita seu uso. Trata-se, também, de um processo que precisa de ser cercado de uma série de cuidados, para não gerar problemas de saúde nos operadores causados pela radiação", justifica Schubert. Aparelhos de ultra-som portáteis da GE

 

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Outros ensaios - Vários outros tipos de ensaios não-destrutivos são aplicados pela indústria, porém em menor escala e com objetivos específicos. Um deles é a inspeção termográfica, técnica que se utiliza de raios infravermelhos para medir temperaturas ou observar padrões diferenciais de distribuição de temperatura. Ela permite a obtenção de informações relativas à condição operacional de um componente, equipamento ou processo. Na indústria química, o ensaio otimiza o processo e o controle dos reatores, e torres de refrigeração, e monitora vazamentos de

vapor, entre várias outras aplicações.

Uma das ameaças mais comuns nas áreas industrial e de transportes é o vazamento de produtos perigosos, sejam eles gases inflamáveis ou líquidos (muito presentes na indústria petrolífera), armazenados em tanques ou recipientes, ou transportados por veículos automotores ou tubulações. Para evitar esse problema, os ensaios de estanqueidade têm sido largamente empregados em testes de componentes, sejam eles pressurizados ou não. Tais ensaios são aplicados a partir de vários métodos, como os que prevêem a medição de pressão ou vácuo com alta precisão ou a detecção de vazamento por meio de fluido frigorígeno ou de gás hélio.

O ensaio de emissão acústica é baseado na detecção de ondas acústicas emitidas por um material em função de uma força ou deformação aplicada nele. Caso esse material tenha uma trinca, descontinuidade ou defeito, a sua propagação irá provocar um efeito sonoro detectado pelo profissional de manutenção. O método não é utilizado para determinar o tipo ou tamanho das descontinuidades em uma estrutura, e sim para registrar a evolução dos defeitos durante a aplicação de tensões para as quais a estrutura estará sujeita. É muito usado para monitorar cilindros que contém gás sob pressão e para a realização de testes hidrostáticos e pneumáticos em vasos de pressão, entre outras aplicações.

Por meio de um campo magnético gerado por uma sonda ou bobina alimentada por corrente alternada realizam-se os testes chamados de correntes parasitas (induzidas). O fluxo dessas correntes depende das características do metal e por meio dele são detectadas trincas ou descontinuidades superficiais. Utilizado, entre outras aplicações, para detectar trincas de fadiga ou corrosão em componentes de trocadores de calor, caldeiras e outros equipamentos submetidos a grandes esforços, é um método limpo, rápido e de baixo custo operacional, mas requer tecnologia e prática na realização e interpretação dos resultados.

O ensaio conhecido como análise de vibrações mecânicas é indispensável na detecção prematura de anomalias, como falta de balanceamento das partes rotativas, desalinhamento de juntas e rolamentos, excentricidade, interferência, erosão localizada, abrasão, ressonância e folgas, entre outras. Ele é aplicado a partir do acoplamento de um sensor piezoelétrico no mancal ou chassi da máquina ou componente em questão. Esse sensor, acoplado a um aparelho, indica a quantidade e direção da vibração detectada.

A inspeção por meio do ensaio visual é o primeiro ensaio

não-destrutivo aplicado em qualquer tipo de peça ou componente e está freqüentemente associado a outros ensaios. Trata-se de um importante recurso na verificação de alterações dimensionais, padrão de acabamento superficial e na observação de descontinuidades superficiais visuais em materiais e produtos em geral, tais como trincas, corrosão, deformação, alinhamento, cavidades, porosidade, montagem de sistemas mecânicos e muitos outros. Simples e de baixo custo operacional, o método, ao contrário do que possa parecer, requer técnica apurada e obedece a sólidos requisitos básicos que devem ser conhecidos e corretamente aplicados.

A inspeção visual de peças ou componentes que não permitem o acesso direto interno para sua verificação (regiões dentro de blocos de motores, turbinas, bombas , tubulações e outras) hoje se utiliza de fibras óticas conectadas a espelhos ou microcâmeras de TV com alta resolução, além de sistemas de iluminação especiais, que permitem a aparição de imagens em monitores de TV. A solução é conhecida como técnica de inspeção visual remota. 

Grandes usuários - Um paradigma de empresa que adota o uso dos ensaios a partir de políticas de manutenção rígidas é a Petrobrás, que desenvolveu uma série de normas próprias baseadas na norte-americana Asme. Para realizar os testes em suas várias unidades, a empresa se utiliza de um expediente bastante comum na indústria: a terceirização de serviços. Uma grande parceira da estatal no campo da manutenção é a Manserv, empresa responsável pela manutenção de equipamentos como fornos, caldeiras e trocadores de calor, entre outros, em várias refinarias.

"Esses equipamentos trabalham em condições muito críticas de temperatura e pressão e não podem apresentar qualquer tipo de falha sob o risco de provocarem graves acidentes. Nosso trabalho é o de mantê-los em perfeito funcionamento e o uso dos ensaios não-destrutivos é vital para que isso ocorra", revela Flávio Luiz Gallas Fontenelle, gerente de engenharia de manutenção da Manserv. De acordo com o gerente, o segredo para que isso ocorra sem sobressaltos é traçar um plano de manutenção que acompanhe de forma periódica as condições dos equipamentos, em especial em suas regiões mais sensíveis. "É o caso das regiões nos locais onde se encontram os pontos de solda, mais sujeitos a falhas", exemplifica. 

Gigante do setor de insumos para fertilizantes, a Ultrafértil,

empresa que conta com oito unidades fabris espalhadas em quatro Estados brasileiros e 2,8 mil funcionários, acaba de alcançar um feito. Duas de suas plantas, as das cidades de Piaçaguera-SP e Araucária-PR conseguiram em fevereiro o certificado de Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos (SPIE), fornecido pelo Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás (IBP). As duas fábricas são as que possuem equipamentos que operam em condições mais críticas. A de Araucária, conta com uma caldeira com capacidade de produção de vapor de 260 toneladas por hora de vapor e nada menos do que 515 vasos de pressão. Já a de Piaçaguera tem três caldeiras com capacidade de produção de 40 toneladas por hora de vapor cada e 229 vasos de pressão. 

Cuca Jorge

Rodrigues Neto: Ultrafértil atende norma NR 13

Os procedimentos adotados pelo departamento de manutenção da empresa são planejados passo a passo e têm início na aquisição dos materiais utilizados. 

"Quando compramos um lote para a realização do teste de líquidos penetrantes, só estocamos os produtos depois de anotar todas as suas características. Se houver qualquer problema com as peças avaliadas pelo produto no futuro, saberemos sua procedência de forma exata", exemplifica Rodrigues Neto. O gerente também destaca a autonomia dada aos responsáveis pela manutenção. "Nossos técnicos são muito treinados e, dentro de sua rotina, têm total liberdade para realizar os ensaios no momento que julgarem necessário", acrescenta. 

 

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As condições desfavoráveis nas quais trabalham as caldeiras, vasos de pressão, reatores, torres e trocadores de calor também preocupam os fabricantes de tais equipamentos. 

Cuca Jorge É o caso da CBC Indústrias Pesadas, subsidiária no Brasil da Mitsubishi Heavy Industries, que conta com uma equipe de 12 funcionários especializados na aplicação e avaliação de ensaios não-destrutivos. Eles são responsáveis pela realização de ensaios em praticamente todos os equipamentos fabricados. "Além de atendermos às normas internacionais, atendemos a algumas exigências complementares pedidas pelos nossos clientes", revela Jarbas Lombardi, chefe de produção da empresa. 

Lombardi: ensaios são vitais para a manutenção

O teste mais utilizado é o de líquidos penetrantes, apontado como fundamental para garantir a qualidade das regiões mais críticas dos equipamentos, em especial naquelas onde ocorrem trabalhos de solda. Mas também são realizados muitos testes com partículas magnéticas e de ultra-som, além de, conforme o

caso, serem realizados testes de estanqueidade, correntes parasitas e de análise de vibrações. A empresa também conta com um laboratório equipado com um sofisticado aparelho de raios-X, onde as condições internas das paredes de muitas peças são constantemente conferidas. 

Investimentos - A ausência de números confiáveis sobre o mercado dos ENDs dificulta o cálculo de sua evolução. Mas alguns sintomas do crescimento são evidentes. Um deles é o dos investimentos realizados pelas duas principais empresas fabricantes brasileiras dos produtos voltados para a realização dos dois testes mais aplicados pela indústria: os de líquidos penetrantes e partículas magnéticas.

A ITW, que até o final do século importava todos os produtos da linha Magnaflux que comercializava no Brasil, há quatro anos passou a contar com uma fábrica localizada no município do Embu-SP. Trata-se de uma das cinco unidades que a empresa mantém no mundo para a fabricação de tais produtos e que tem como objetivo, além de atender o mercado nacional, exportar para os demais países da América do Sul. 

Em março, a empresa concluiu um investimento de US$ 100 mil, que permitiu multiplicar por cinco sua capacidade de produção. "Com o investimento passamos a ter capacidade instalada de 45 mil litros por dia de líquidos penetrantes e de 27 mil litros por dia de concentrado de partículas magnéticas", informa Oliveira. A multinacional também oferece uma linha completa de equipamentos para a realização dos dois testes. "Oferecemos equipamentos importados ou fabricados no Brasil a partir de acordos realizados com terceiros", explica o gerente de produto.

Com os investimentos, um dos objetivos da ITW é brigar pela liderança do mercado nacional com a Metal-Chek, empresa nacional que ocupa o primeiro posto na venda de produtos e equipamentos para os dois testes. 

Há 22 anos no Cuca Jorge

mercado, a Metal-Chek produz uma vasta gama de líquidos penetrantes e concentrados de partículas magnéticas, além de ser a representante exclusiva no Brasil da Sherwin, outra gigante mundial do setor. "Alguns produtos da Sherwin, especialmente os dirigidos para a indústria aeronáutica, apresentam especificações especiais e não vale a pena, para nós, produzi-los aqui", revela Maria Izabel. 

Maria Izabel: existem três formas de aplicar os líquidos

Entre os projetos da Metal-Chek, encontra-se um projeto de ampliação. Para tanto, a empresa já adquiriu um terreno ao lado de sua fábrica em São Paulo. "Acreditamos que há um potencial de demanda crescente para os nossos produtos", revela a diretora. De acordo com andar da carruagem, será definido o tamanho dos investimentos. "Meu projeto é de que possamos aumentar nossa capacidade em até 40% este ano", diz. 

Quem também demonstra otimismo com o futuro do mercado dos END é Schubert, da GE Inspection Technologies. "Nosso objetivo é de quadruplicar o faturamento de nossas vendas em quatro anos", aposta. 

Cuca Jorge Para isso, conta

com um trunfo importante: o desenvolvimento da tecnologia. "Acho que existe um forte potencial de mercado proporcionado pelo surgimento de aparelhos de ultra-som bem mais compactos e eficientes, que se utilizam de tecnologia digital. Um de nossos objetivos é convencer os clientes das vantagens de substituir os modelos mais antigos, analógicos, ainda muito utilizados no Brasil", justifica. 

Schubert: ultra-som tem grande potencial de mercado

Schubert também aposta na adoção de leis mais rigorosas no País, que tornem os testes obrigatórios em várias aplicações. "Nos países mais avançados, existem leis que exigem que todas as rodas de alumínio utilizadas em automóveis precisam ser testadas. Exigências desse tipo tomadas por nossas autoridades proporcionariam um grande avanço para o uso dos ensaios não-destrutivos no País", exemplifica. Enquanto não surgem tais leis, outro nicho pode ser explorado. "As vendas de produtos brasileiros para o exterior estão crescendo e as indústrias que exportam precisam atender às exigências legais dos países importadores", explica o gerente de vendas. 

 

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