termografia ativa pulsada aplicada a juntas compósitas laminadas

TERMOGRAFIA ATIVA PULSADA APLICADA A JUNTAS

COMPÓSITAS LAMINADAS

Vitor Manoel de Araujo Silva

Projeto de graduação apresentado ao curso de

Engenharia de Materiais da Escola

Politécnica, Universidade Federal do Rio de

Janeiro, como parte dos requisitos

necessários à obtenção do título de

Engenheiro.

Orientadora: Gabriela Ribeiro Pereira

Rio de Janeiro

Fevereiro de 2014

iii

Silva, Vitor Manoel de Araujo

Termografia ativa pulsada aplicada a juntas compósitas laminadas/ Vitor Manoel de Araujo Silva – Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica, 2014.

x, 80 p.: il.; 29,7cm


Projeto de Graduação – UFRJ/ POLI/ Engenharia de Materiais, 2014.

Referências Bibliográficas: p. 76 - 80.

1.Termografia 2.Ensaios não-destrutivos 3. Juntas laminadas 4.Processamento de imagens

I. Pereira, Gabriela Ribeiro II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, UFRJ, Engenharia de Materiais. III. Termografia ativa pulsada aplicada a juntas compósitas laminadas.

iv

“O fardo é proporcional às forças, como a recompensa será proporcional à resignação e

à coragem.”

Allan Kardec

v

AGRADECIMENTOS

Quero agradecer imensamente aos meus pais Christino Áureo e Dayse Christina

por terem me dado tudo para que eu chegasse até este momento. Agradeço todos os

dias por ter vocês como pais e exemplos de vida.

Aos meus irmãos Christino (Chininho) e Davi por serem meus maiores amigos

além do Claus, Luca e meu padrasto Eugênio Belló por ser o grande parceiro que é para

mim.

À minha noiva e amor Fabiana Duarte que me acompanha dia e noite nesta

caminhada dando-me sempre seu carinho e seu amor para que tudo isto fosse o mais

suave possível. Agradeço muito também aos seus pais Virgínia e Flávio além do seu

irmão Junior que sempre estiveram muito presentes.

Meus avós Leacir da Silva e Cleir Canela da Silva pelo os quais sinto tanta

saudade devido à distância, mas que nunca deixaram de falar uma palavra de carinho

ou me abençoar mesmo que pelo telefone.

À todos os colaboradores do LNDC e em especial à pessoa que me acompanhou

e orientou de forma tão dedicada, Marcella Grosso. Obrigado pelos ensinamentos,

conselhos e sugestões. Todos ajudaram muito no meu crescimento.

Muito obrigado ao professor João Marcos Rebello e à professora Gabriela

Pereira pela orientação na iniciação científica e neste trabalho.

Aos meus amigos da cidade de Piraí-RJ pela amizade desde a infância, aos de

Niterói-RJ, aos da música e àqueles do grupo Metalmat Underground com os quais

dividi tantas risadas, conversas e momentos de alegria.

vi

Sumário

1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................... 1

2. REVISÃO TEÓRICA .................................................................................................. 3

2.1 MATERIAIS COMPÓSITOS ............................................................................... 3

2.1.1 FIBRAS ......................................................................................................... 4

2.1.2 MATRIZES ................................................................................................... 5

2.1.3 PROPRIEDADES E APLICAÇÕES ............................................................ 6

2.1.4 MÉTODOS DE FABRICAÇÃO .................................................................. 7

2.1.4.1 HAND LAY-UP ..................................................................................... 7

2.1.4.2 PULTRUSÃO ....................................................................................... 8

2.1.4.3 ENROLAMENTO FILAMENTAR...................................................... 9

2.1.5 COMPÓSITOS LAMINADOS .................................................................. 11

2.1.6 JUNTAS COMPÓSITAS ........................................................................... 12

2.2 ENSAIOS NÃO-DESTRUTIVOS...................................................................... 15

2.2.1 ENSAIOS NÃO-DESTRUTIVOS EM MATERIAIS COMPÓSITOS ..... 16

2.2.1.1 INSPEÇÃO VISUAL ......................................................................... 16

2.2.1.2 RADIOGRAFIA ................................................................................. 16

2.2.1.3 ULTRASSOM..................................................................................... 17

2.2.1.4 EMISSÃO ACÚSTICA ...................................................................... 18

vii

2.2.1.5 TERMOGRAFIA ................................................................................ 19

2.3 FORMAS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR ............................................... 20

2.3.1 CONDUÇÃO .............................................................................................. 20

2.3.2 CONVECÇÃO ............................................................................................ 20

2.3.3 RADIAÇÃO INFRAVERMELHA ............................................................ 21

2.4 EMISSIVIDADE ................................................................................................ 24

2.5 MODALIDADES DA TERMOGRAFIA ATIVA ............................................. 26

2.5.1 TERMOGRAFIA PULSADA (PULSED THERMOGRAPHY) ................. 26

2.5.2 TERMOGRAFIA MODULADA (LOCK-IN) ............................................ 27

2.6 IMAGENS DIGITAIS ........................................................................................ 29

2.6.1 PROCESSAMENTO DE IMAGENS DIGITAIS ...................................... 30

2.6.1.1 HISTOGRAMA .................................................................................. 30

2.6.1.2 SEGMENTAÇÃO e LIMIARIZAÇÃO ............................................. 31

2.6.1.3 DETECÇÃO DE BORDAS ................................................................ 32

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................. 35

4. MATERIAIS E MÉTODOS ...................................................................................... 46

4.1 MONTAGEM DAS JUNTAS ............................................................................ 46

4.2 APARATO EXPERIMENTAL .......................................................................... 49

4.3 OBTENÇÃO DAS MELHORES CONFIGURAÇÕES DE ENSAIO ............... 51

4.3.1 MELHOR CONTRASTE A PARTIR DOS NÍVEIS DE CINZA.............. 51

viii

4.3.2 DESVIO PADRÃO COMO FORMA DE VERIFICAÇÃO ...................... 53

4.4 INSPEÇÃO DA JUNTA ..................................................................................... 54

4.5 DIMENSIONAMENTO ..................................................................................... 56

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................... 59

5.1 TEMPO DE AQUECIMENTO IDEAL ............................................................. 59

5.1.1 ANÁLISE DO DESVIO PADRÃO ............................................................ 64

5.2 DETECÇÃO DE DEFEITOS ............................................................................. 65

5.3 DIMENSIONAMENTO ..................................................................................... 72

6. CONCLUSÕES ......................................................................................................... 74

7. PROPOSTA PARA TRABALHOS FUTUROS ....................................................... 75

8. BIBLIOGRAFIA ....................................................................................................... 76

ix

Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte

dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro de Materiais.

Termografia ativa pulsada aplicada a juntas compósitas laminadas


Fevereiro/2014


Curso: Engenharia de Materiais

Os materiais compósitos apresentam-se como ótima alternativa para fabricação de

linhas de dutos para transporte de fluidos em plataformas de exploração de petróleo.

Apesar das vantagens como boa resistência à corrosão, tais tubulações necessitam de

conexões e é nesta etapa que é introduzida a maioria dos defeitos responsáveis por

falhas e vazamentos. Para avaliar essas descontinuidades, a termografia foi investigada

como possível ferramenta para inspeção por ser uma técnica sem contato, ausente de

emissões nocivas e capaz avaliar grandes áreas. O trabalho consistiu em obter o tempo

de aquecimento que potencializa a visualização dos defeitos em uma junta com defeitos

simulados. Em seguida, a inspeção de toda a junta foi realizada com o aquecimento

ideal, finalizando com o dimensionamento baseado no uso do filtro de laplace. Os

resultados mostram que a detecção é otimizada com pequenos tempos de aquecimento

sendo detectada a maioria dos defeitos simulados. Por outro lado, observa-se que os

filtros utilizados não trazem melhorias no dimensionamento como esperado.

Palavras-chave: Termografia, ensaios não-destrutivos, juntas laminadas, processamento

de imagens.

x

Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of

the requirements for degree of Engineer.

Pulsed thermography applied to laminated composite joints


February/2014

Advisor: Gabriela Ribeiro Pereira

Course: Materials Engineering

Composite materials are presented as great alternative for the manufacture of pipelines

for the transport of fluids in oil exploration platforms. Despite the advantages as good

corrosion resistance, such pipes need connections and at this stage is introduced most

of the defects that results in failures and leaks. To evaluate those defects, thermography

was investigated as a promising tool for inspection to be a non-contact technique,

absent of harmful emissions and able to assess large areas. The work consisted in

obtaining the heating time which enhances the visualization of defects in a joint with

simulated defects. Then, the entire joint inspection was performed with the optimal

heating, ending with the measure of defects using laplacian filter. The results show that

the detection is optimized with small heating times allowing the detection of most

simulated defects. However, it is observed that the filters used in the measure stage do

not bring improvement as expected.

Keywords: Thermography, nondestructive testing, laminated joints, image processing

1

1. INTRODUÇÃO

Dutos de polímero reforçado por fibra de vidro, GFRP (glass fiber reinforced polymer)

na sigla em inglês, vêm sendo empregados cada vez mais nas indústrias petroquímicas,

dessalinizadoras e indústrias de energia durante as últimas duas décadas, sendo

especialmente eficazes para aplicações offshore [1].Isso se deve principalmente às

vantagens que os compósitos apresentam frente ao aço, material mais utilizado, as quais

são: elevada resistência mecânica específica, alta resistência à corrosão e baixa

densidade [2, 3]. Porém, a exploração de todo esse potencial só é possível se houver

ferramentas capazes de detectar a presença de descontinuidades nestes componentes as

quais podem causar danos à operação dos mesmos. Para evitar paradas e, portanto,

perda de produtividade, os ensaios não destrutivos são os mais indicados para serem

empregados.

Para unir os dutos feitos de compósitos, basicamente dois tipos de união vêm sendo

utilizados os quais são: junta ponto-e- bolsa e juntas laminadas. A técnica de junção e

os materiais utilizados são determinados principalmente pelo tipo de aplicação e fatores

geométricos [4] sendo importante a investigação da modalidade que melhor se aplica a

cada uma dessas. Neste sentido, pesquisas iniciais [3, 5] focaram na capacidade de

detecção de defeitos nas luvas do tipo ponto-e-bolsa além de descontinuidades

presentes na interface do adesivo utilizado. Somando-se a isso, outros trabalhos além de

se valerem de ensaios para detecção dos defeitos de mesma natureza utilizaram ainda

simulações computacionais a fim de prever o limite de detecção das descontinuidades

[6, 7]. Embora a evolução das pesquisas tenha sido notória para juntas do tipo ponto-e-

bolsa, há uma escassez de estudos envolvendo a inspeção não destrutiva de juntas

laminadas.

O potencial de algumas técnicas não destrutivas em GFRP laminado vem sendo

investigado entre as quais podemos citar a emissão acústica [8], a radiografia [9], o

ultrassom [5, 10] e a termografia [11, 12, 13]. Esta última bastante promissora por não

requerer contato ou preparo da superfície, além da análise ocorrer por áreas e não

ponto-a-ponto como o ultrassom [4]. Estes trabalhos visam à detecção de defeitos em

laminados de uma maneira geral, desde aqueles aplicados para cascos de embarcações

2

bem como em aeronaves, porém não aplicados especificamente em juntas de tubos para

o transporte de fluidos.

Após uma extensa revisão da literatura pode-se concluir a falta de trabalhos

especializados na área de não-destrutivos versando sobre as juntas laminadas. Existem

estudos a respeito deste tipo de união como demonstrado por Peck et al [14], porém o

foco principal do mesmo consiste em relacionar o número de camadas utilizadas para

formar a união com o grau de cura do polímero e suas propriedades mecânicas finais,

como resistência à fratura. Isto é feito através de ensaios destrutivos como flexão em

quatro pontos o que não seria uma ferramenta possível para utilização em componentes

já em serviço.

A ausência de estudos sobre o assunto representa uma barreira à utilização deste tipo de

material frente aos tubos metálicos utilizados hoje em dia, mesmo com os riscos que

estes últimos podem sofrer em relação a danos de corrosão.

Portanto, com o objetivo de fornecer um método efetivo para inspeção destas juntas, a

termografia é proposta para estudo por ser facilmente empregada em materiais de alta

emissividade, como é o caso de compósitos.

3

2. REVISÃO TEÓRICA

2.1 MATERIAIS COMPÓSITOS

Os materiais compósitos são aqueles constituídos por pelo menos duas fases distintas.

A primeira é chamada de matriz, a qual envolve a outra que é o reforço. Cada uma

delas têm uma função que juntas atingem propriedades que não seriam alcançadas de

maneira independente. Geralmente, o reforço, como a nomenclatura sugere, é a fase

responsável por suportar as solicitações mecânicas impostas ao material [15]. Já a

matriz, é a fase que está em contato direto com o ambiente e deve ter as propriedades

suficientes para preservar a integridade do reforço, como resistência à umidade e à

corrosão além de ser a fase que está em contato direto com as solicitações mecânicas

[16]. A fim de que a matriz transfira de modo eficaz os esforços nela impostos deve

haver uma região bem conhecida e controlada que é a interface entre a matriz e o

reforço. É de fundamental importância que está ligação seja bem feita e é um dos

principais fatores para a boa operação do compósito.

Os compósitos apresentam vantagens muito evidentes que são sua alta resistência

mecânica específica [2], baixa densidade [2] além de elevada resistência à corrosão [2].

Para fins de comparação, o aço AISI 1020 normalizado apresenta uma densidade de

7,8.103 kg/m3 e um limite de resistência à tração em torno de 450MPa, já o GFRP

possui uma densidade de aproximadamente 1,9.103 kg/m3 com um limite de resistência

à tração de até 516MPa para uma fração de fibras de 0,48 dispostas na forma de tecido

biaxial [17]. Portanto, apenas com materiais já existentes pode-se ter resistências

mecânicas mais altas que o aço. Uma grande vantagem dos compósitos é que suas

propriedades podem ser previstas por relações que levam em conta a propriedades

individual de cada um proporcionalmente à fração volumétrica dos mesmos. Essas

relações são as chamadas regra das misturas direta e inversa. Propriedades como

módulo de elasticidade, coeficiente de Poisson e densidade são dadas por estas

relações. Colocando maior quantidade de qualquer uma das fases é possível otimizar as

propriedades para a aplicação que se deseja. Dessa forma, antes mesmo da fabricação

do material é possível predizer quais propriedades este terá, o que não é possível fazer

na fabricação, por exemplo, das ligas metálicas.

4

2.1.1 FIBRAS

Os tipos de reforços utilizados para fabricar materiais compósitos são os mais variados

possíveis, dentre eles: partículas, flocos, whiskers, fibras contínuas e descontínuas

podendo ser de material cerâmico, metálico ou polimérico [18]. Porém, quando o

objetivo é obter um material com alta resistência mecânica e elevada rigidez as fibras

são as mais adequadas.

As fibras de vidro têm sido um dos reforços mais comuns empregados para reforço de

matrizes poliméricas. Além dela existem ainda as fibras de Kevlar, boro, carbeto de

silício, carbono e alumina, consideradas em aplicações mais nobres, devido às suas

propriedades superiores e elevado custo. Vale ressaltar que a versatilidade que as fibras

têm é baseada em três características principais das mesmas [19]:

1 - O pequeno diâmetro das fibras, em torno de 10 a 20 microns, permite que ela tenha

uma resistência mecânica mais próxima da teórica (onde o material não possui

defeitos). Isto porque quanto menor é o seu tamanho menor é chance de existir

imperfeições no material. Esta relação pode ser ilustrada pela figura 1.

Figura 1. Variação da resistência à tração de fibras de sisal com seu diâmetro [20]

adaptado.

2 – A razão de aspecto (comprimento/diâmetro) é alta o suficiente para permitir uma

alta transferência de carregamento da matriz para a fibra.

Res

istê

ncia

à tr

ação

méd

ia (

MP

a)

Diâmetro médio (mm)

5

3 – Grande flexibilidade que é uma função do alto módulo de elasticidade e pequeno

diâmetro das fibras. Pode ser demonstrado que a flexibilidade é altamente sensível ao

diâmetro, como abaixo:

(1)

(2)

(3)

Sendo 1/MR a medida de flexibilidade, é possível ver que pequenas reduções de

diâmetro causam um aumento muito expressivo na flexibilidade. Isto explica o fato de

o vidro, apesar de ser um material muito rígido no formato plano, é bastante flexível na

forma de fibras, possibilitando a fabricação dos compósitos em formas complexas.

Fibras de vidro comuns têm em torno de 50-60% de SiO2 além de outros óxidos como

óxidos de cálcio, boro, sódio, alumínio e ferro, por exemplo. Existem três tipos de

fibras fabricadas atualmente e designadas pelas letras E, C e G. A letra E refere-se à

eletrical insulator, em inglês, devido à capacidade de o vidro ser isolante elétrico além

de possuir boa resistência mecânica e elevado módulo de Young. Já a letra C vem de

corrosion (corrosão) por conta de sua boa resistência a corrosão. Por fim, S quer dizer

sílica content devido à grande quantidade de sílica existente, o que promove maior

resistência a temperaturas elevadas em comparação a outros vidros. É importante

ressaltar que fibras de vidro do tipo E representam mais de 90% da produção de fibras

contínuas, apesar da maior parte de seu uso não ser relacionado às propriedades

elétricas e sim mecânicas já que também apresentam bons valores de resistência

mecânica e elevado módulo de elasticidade, além de baixo custo [15].

2.1.2 MATRIZES

Assim como para as fibras, as matrizes podem ser tanto poliméricas, quanto metálicas

ou cerâmicas. No entanto, para as aplicações mais comuns e quando se deseja baixo

custo, são as matrizes poliméricas que encontram maior espaço. Um dos fatores para o

baixo custo é a facilidade de processamento que o polímero tem. Em baixas

6

temperaturas, ao redor de 100 – 200 graus Celsius é possível dar a forma desejada a

uma matriz polimérica.

Dentre a variedade de matrizes, as mais utilizadas são de poliéster ou epoxy [18]. Suas

vantagens incluem boa resistência à absorção de água, resistência ao ataque químico, ao

envelhecimento e são também as mais baratas. Geralmente, as resinas de epoxy custam

um pouco mais que as de poliéster, porém apresentam a vantagem de menor contração

após a cura e alta formação das ligações cruzadas, que são responsáveis pela elevada

resistência mecânica destas resinas, chamadas de termofixas. Além disso, são mais

aderentes às fibras de vidro [18].

2.1.3 PROPRIEDADES E APLICAÇÕES

Fibras de vidro vêm sendo bastante utilizadas como reforço de resinas poliéster, epoxy

e resinas fenólicas devido a sua comercialização em diversas formas e baixo custo,

como pode ser visto na tabela 1.

Tabela 1. Comparação entre os preços das fibras utilizadas em engenharia [17].

Fibra de vidro

(tipo E)

Fibra de carbono

(alto módulo de

Young)

Fibra de kevlar 149

Faixa de preço

(R$/kg) 2,82 – 5,63 72,3 – 86,8 155 - 386

Os polímeros reforçados por fibra de vidro são comumente chamados de GFRP, glass

fiber reinforced polymer, e vêm sendo utilizados desde os anos 60 para construção de

embarcações. Outrossim, aplicações com maiores requisitos mecânicos também têm

utilizado o GFRP como tanques para estocagem de fluidos, vasos de pressão e dutos

para transporte de fluidos [18].

7

2.1.4 MÉTODOS DE FABRICAÇÃO

Abaixo serão relacionados os principais métodos de fabricação de compósitos. Dois

deles como o enrolamento filamentar e hand lay-up são aqueles empregados na

fabricação do duto e das juntas laminadas, respectivamente.

2.1.4.1 HAND LAY-UP

Este processo é conhecido por sua simplicidade e baixo custo na fabricação de

compósitos laminados uma vez que não necessita de grandes investimentos em

equipamentos, sendo muito utilizado na fabricação de cascos para embarcações [21,22].

A fabricação por esse processo se inicia com a aplicação de um desmoldante na

superfície que servirá como molde a fim de facilitar a retirada da peça após a cura do

polímero. Em seguida, sucessivas camadas de fibras são aplicadas. Entre uma camada e

outra o polímero em estado líquido é aplicado de forma a impregnar todas as fibras. A

espessura final é determinada pela quantidade de camadas aplicadas e a cura se dá tanto

na temperatura ambiente como dentro de uma estufa, dependendo da resina escolhida

para servir de matriz. Um ponto a ser ressaltado é que os compósitos produzidos desta

forma podem apresentam uma fração volumétrica de fibras em torno de 40% e há

grandes chances da ocorrência de bolhas de ar no material se a finalização com um rolo

não for bem realizada. A figura 2 ilustra um pouco deste processo.

8

Figura 2. Processo hand lay-up. Aplicação da resina com o pincel e retirada de bolhas

de ar com o rolo [23].

2.1.4.2 PULTRUSÃO

Este é um método de fabricação muito utilizado para a fabricação de peças com seção

transversal constante. Os produtos mais comuns produzidos por pultrusão são

componentes estruturais como bastões sólidos, tubos ocos, chapas planas além de

diversos tipos de vigas. Mais recentemente, vêm sendo desenvolvido processos de

pultrusão que permitam a produção de peças com seção transversal variável bem como

componentes curvos [16].

Em aplicações comerciais, as resinas de poliéster e epoxy são as mais comuns. A última

menos que a primeira, pois o epoxy demanda maior tempo de cura e não se solta

facilmente da matriz. Além de termofixos, são utilizados também termoplásticos e entre

eles está o PEEK.

O processo funciona da seguinte forma: um carretel de fibras contínuas é puxado,

passando por um banho de resina com temperatura controlada. A velocidade com que

9

as fibras são puxadas é monitorada para garantir que a resina molhe por completo as

fibras. No banho, existe além da resina que servirá de matriz, agentes de cura,

colorantes e retardantes de fogo. Após esta etapa, o conjunto fibra resina continua a ser

puxado e passa por um pré-formador, onde o compósito começa a tomar sua forma

definitiva. Nesta etapa, as fibras que eventualmente estão formando bolos embaraçados

são alinhadas. Depois do pré-formador, o conjunto atravessa uma matriz que dará o

formato final da peça. Finalmente, são cortados na dimensão desejada [16].

2.1.4.3 ENROLAMENTO FILAMENTAR

A técnica de enrolamento filamentar (filament winding) é aquela mais adequada para

fabricação de componentes de revolução ou axissimetricos como são os tubos. Neste

processo, as fibras são imersas em um banho de resina, a qual deve ser bem controlada

a fim de que não cure antes de as fibras serem colocadas nas posições definitivas.

Depois do banho, as fibras são guiadas e enroladas ao redor de um mandril rotatório,

como é ilustrado na figura 3. Após a cura em temperaturas acima da ambiente, o tubo

está curado ou solidificado (no caso de matrizes termoplásticas) na forma desejada e o

mandril é então retirado [22]. As principais vantagens deste método são: um elevado

controle da fração volumétrica de fibras, boa uniformidade de distribuição além de alta

produtividade [3].

10

Figura 3. Técnica de enrolamento filamentar [24] adaptado.

A posição relativa entre as fibras melhorará as propriedades em certas direções. No

caso de dutos, a direção mais crítica é a radial, onde a tensão que se desenvolve

radialmente é sempre o dobro da longitudinal para uma mesma pressão interna. Assim,

as fibras têm de estar dispostas de forma a garantir que o reforço seja maior na direção

radial do duto. As relações que mostram as tensões em um duto podem ser descritas nas

equações 4 e 5, a seguir:

(4)

(5)

Onde:

σr = tensão na direção radial do duto [MPa]

P = pressão interna [MPa]

11

R = raio interno [m]

t = espessura da parede [m]

= tensão na direção longitudinal do duto [MPa]

2.1.5 COMPÓSITOS LAMINADOS

A produção de compósitos laminados consiste na disposição de sucessivas camadas de

reforço, geralmente na forma de fibras, impregnadas por polímero. As camadas são

dispostas com as fibras orientadas de diversas formas de modo a obter uma

versatilidade em propriedades físicas e mecânicas [15].

As aplicações mais simples destes materiais são em embarcações [21], pranchas de

surfe e piscinas, onde não há grandes requisitos de solicitações mecânicas. Porém à

medida que são explorados e estudados, tais materiais vêm ganhando novos usos e são

largamente aplicados no ramo aeroespacial, onde os requisitos de ausência de defeitos

são mais rígidos e é onde se concentra a maior parte do estudo da termografia em

compósitos laminados [4, 9, 13].

A figura 4, a seguir, mostra a disposição das camadas para a fabricação de um

compósito laminado. Neste caso, cada camada é um tecido de fibras unidirecionais que

são dispostas em ângulos distintos umas das outras, o que resulta em uma estrutura

quasi-isotrópica. Os ângulos relativos estão no lado esquerdo da figura.

12

Figura 4. Exemplo de um compósito laminado [25].

2.1.6 JUNTAS COMPÓSITAS

Na construção de linhas de dutos de aço é inevitável a introdução de juntas que ligam

seções de dutos umas às outras. Isto não é diferente no caso dos dutos compósitos. A

geometria, a técnica de junção e os ângulos das mesmas são definidos por diversos

fatores, incluindo o tipo de material utilizado, os fluidos e o ambiente no qual o sistema

estará exposto além do uso final que será dado à este sistema [14].

Existem no mercado alguns tipos de juntas que vêm sendo utilizadas para dutos

compósitos utilizados na indústria do petróleo. São elas as juntas Quick-Lock®, Taper-

Taper®, Double O-ring ou Key-Lock

®, juntas ponto-e-bolsa (luva de colar), junção

através de flanges [26] e as juntas laminadas, foco do estudo. A primeira é empregada

em linhas com diâmetro de até 16”, enquanto a Taper-Taper® para diâmetros entre 16”

e 40” ou quando a tubulação estiver trabalhando sob altas pressões, nas figuras 5 e 6

estão ilustrações da Quick-Lock® e

Taper-Taper®, respectivamente.

É apresentado também um exemplo da junção Double O-ring na figura 7 e na figura 8

uma ligação feita através de flanges para casos onde é necessário desmonte da linha

para acesso interno ou quando a mesma será trocada de lugar.

13

Figura 5. Junta do tipo Quick-lock® [27]

Figura 6. Junção do tipo Taper-Taper® [27]

14

Figura 7. Junção Double O-Ring [26]

Figura 8. Junta através de flanges [26]

Figura 9. Visão interna de uma junta do tipo ponto-e-bolsa [5]

Na figura 9, acima, está uma vista interna de uma junta ponto-e-bolsa e, por último, na

figura 10, pode-se ver um exemplo da fabricação de uma junta laminada, produzida

pelo método de hand lay-up:

15

Figura 10. Fabricação de uma junta laminada.(a) retirada da camada de tinta do duto

além de gorduras e outros materiais indesejados. (b) Aplicação de resina para

alinhamento dos dutos. (c) Colagem para alinhamento das partes (d) Fabricação das

lâminas. (e) Colocação das lâminas na posição definitiva. (f) Finalização com a

passagem de um rolo a fim de evitar bolhas de ar [14].

2.2 ENSAIOS NÃO-DESTRUTIVOS

Os ensaios não-destrutivos envolvem um conjunto de atividades dentre as quais estão a

inspeção, o teste e a avaliação com o objetivo de caracterizar o material ou identificar

irregularidades, descontinuidades ou defeitos, bem como dimensioná-los. A partir de

medições, é possível avaliar a qualidade de componentes fabricados, estimar a vida útil

de equipamentos e determinar se descontinuidades podem ou não ser toleradas. Vale

lembrar que, apesar das palavras “descontinuidades” e “defeitos” serem normalmente

empregadas como sinônimos, elas têm conotações diferentes em uma linguagem

técnica. A descontinuidade é uma região com ausência de material, porém é algo que

não acarreta problemas como perda de propriedades mecânicas. Já os defeitos são

imperfeições que representam risco de falha para o material ou ocasionam quedas de

propriedades nos mesmos [28]. O critério que define um ou outro é geralmente

estabelecido antes do início da avaliação, de modo que toda descontinuidade que

ultrapasse tal limite será considerada como um defeito.

16

Os ensaios não-destrutivos podem ser divididos em áreas distintas, tais quais:

• Detecção e avaliação de defeitos

• Avaliação e detecção de vazamentos

• Metrologia

• Localização de descontinuidades

• Caracterização da microestrutura

• Medição de propriedades mecânicas e físicas

• Avaliação dinâmica de tensões e deformações

• Determinação de composição química

Os ensaios não-destrutivos mais difundidos são: líquido penetrante, partícula

magnética, ultrassom, radiografia, correntes parasitas, emissão acústica, termografia e

testes hidrostáticos [28].

2.2.1 ENSAIOS NÃO-DESTRUTIVOS EM MATERIAIS

COMPÓSITOS

Os ensaios não-destrutivos mais práticos para a utilização em compósitos são: inspeção

visual, ultrassom, radiografia, emissão acústica além da termografia [29, 30].

2.2.1.1 INSPEÇÃO VISUAL

A inspeção visual é uma das formas mais simples e barata de inspeção não-destrutiva

uma vez que a principal ferramenta é o olho humano. Apesar de conceitualmente ser

simples, ela necessita de um inspetor bem treinado, e pode trazer informações valiosas

a respeito da integridade do material, como por exemplo, a uniformidade e paralelismo

das fibras, mudanças abruptas na seção transversal e desalinhamento de componentes

unidos por juntas [29]. Em laminados, por sua vez, delaminações que afloram na borda

do componente também podem ser identificadas.

2.2.1.2 RADIOGRAFIA

Nas técnicas radiográficas, o material é analisado através da introdução de feixes de

raios X ou raios γ. Para se obter raios-X, um filamento é aquecido resultando em

17

produção de elétrons que são acelerados por uma alta tensão contra um alvo geralmente

de tungstênio. Os elétrons ao serem freados na colisão interagem com a nuvem

eletrônica dos átomos de tungstênio liberando energia na forma de ondas na frequência

dos raios X. No caso de raios γ apesar se ter energia similares àquelas dos raios X, sua

geração não ocorre devido a interação de nuvens eletrônicas, mas sim a partir do

decaimento radioativo do núcleo de radioisótopos. A vantagem sobre os raios X é que

não há necessidade uma fonte de alta tensão para o seu uso, possibilitando portabilidade

da fonte radioativa. Porém, seu incoveniente é que uma fonte não emite um espectro

contínuo de frequências, limitando-se apenas a picos discretos [31].

O uso da radiografia consiste em colocar o material de teste entre a fonte radioativa e

um filme ou placa capaz de ser sensibilizada pela radiação nas frequências do ensaio.

Basicamente, o feixe após atravessar o material tem diferentes intensidades devido a

absorções distintas em áreas sadias e áreas defeituosas. Na radiografia convencional,

após a sensibilização do filme, haverá regiões mais claras que outras, possibilitando a

detecção [16].

2.2.1.3 ULTRASSOM

Outro método não-destrutivo é o ultrassom onde são utilizadas ondas sonoras de alta

frequência (1 -25MHz) geradas através de um cristal piezelétrico inserido no cabeçote

de inspeção. O cristal é excitado com um pulso elétrico e, ao se restringir sua expansão,

são geradas ondas mecânicas na frequência desejada. A fim de que estas ondas se

propagem no material é necessário utilizar um meio de contato entre a peça e o

cabeçote, geralmente água. Ao entrar no material, tais ondas sofrem atenuações e

reflexões ao encontrar irregularidades. Parte da onda que é refletida retorna para o

cabeçote fazendo o piezelétrico converter a energia mecânica em um pulso elétrico que

é mostrado como um pico na tela do aparelho de ultrassom. Se este pico ultrapassar o

limiar preestabelecido durante a fase de calibração do ensaio, será considerado como

um defeito. Os métodos a seguir são comumente utilizados em compósitos [16].

Pulso-eco: Neste método, os ecos provenientes da interface entre o material e o

transdutor, de descontinuidades ou da interface oposta, são captados pelo próprio

transdutor ou por um transdutor de recepção colocado do mesmo lado do primeiro. Os

18

ecos captados são mostrados na tela como picos no eixo vertical. Sabendo-se a

velocidade da onda dentro do material é possível fazer uma relação da profundidade do

defeito, já que no eixo horizontal há uma escala de tempo [16].

Transmissão-recepção: É necessário ter acesso aos dois lados do componente, de modo

que um cabeçote emita ondas e o outro apenas detecte-as. Uma vez que ondas

interrompidas pela presença de irregularidades são atenuadas em relação àquelas que

viajam sem interrupção, picos menores e maiores serão mostrados na tela [16].

2.2.1.4 EMISSÃO ACÚSTICA

A emissão acústica refere-se às tensões elásticas transientes geradas no material devido

à liberação de energia sonora a partir da formação ou propagação de defeitos. Para

metais, são exemplos de emissão acústica a deformação plástica localizada, iniciação e

propagação de trincas. Já no caso dos compósitos, ela acontece por microtrincamento

da matriz, descolamento fibra/ matriz, delaminação, puxamento e quebra de fibras [16].

As emissões acústicas geradas são detectadas por um arranjo de sensores piezelétricos

instalados na superfície do material. A função destes é detectar o deslocamento da

superfície causado pelas ondas originadas nos lugares defeituosos. Através de uma

instrumentação apropriada, são gerados sinais elétricos que são amplificados e

gravados para posterior análise. Vale ressaltar que nos compósitos as ondas sofrem

muitas atenuações, portanto o ideal é utilizar sensores que sejam capazes de captar

ondas de frequências baixas (20-111 KHz), isto porque a frequência menor sofre

atenuação inferior e viaja maiores distâncias. Os sensores de alta frequência são

utilizados juntamente a outros sensores em áreas onde se tem maior probabilidade de

emissão [16].

O uso da emissão acústica demanda experiência e treinamento para o tratamento de

sinais visto que existe grande possibilidade da geração de ruídos devido a eventos

externos. Sua aplicação em compósitos contempla inspeção de compósitos laminados

[8], tanques e vasos de pressão de GFRP além de fatores de processo como temperatura

de cura do polímero, taxa de resfriamento, flexibilidade da matriz e orientação das

fibras [16].

19

2.2.1.5 TERMOGRAFIA

A termografia é uma técnica utilizada para se obter a temperatura de um componente

ou para detecção de defeitos na superfície ou abaixo dela [32]. Na detecção de defeitos,

seu princípio de funcionamento reside no fato de os materiais serem capazes de emitir

radiação na frequência do infravermelho. Ao existir descontinuidades, o fluxo de calor

é alterado localmente, causando regiões de diferentes temperaturas na superfície do

material. A superfície, por sua vez, terá um padrão de emissão infravermelha distinto

entre locais sadios e defeituosos levando a regiões de diferentes temperaturas nas

imagens termográficas [33].

Baseado no modo de excitação térmica, a termografia pode ser dividida em duas

modalidades: termografia passiva e a ativa. Na termografia passiva, o material possui

diferenças de temperaturas suficientes para que sejam reconhecidas pela câmera, não

sendo necessário o aquecimento ou resfriamento dele. Ela é normalmente utilizada em

casos de manutenção preditiva de equipamentos elétrico/eletrônicos desde motores,

disjuntores, linhas de transmissão e isolantes elétricos até hardwares de computadores.

É muito comum nestes casos ocorrer sobreaquecimento localizado de algumas partes,

de modo que nas imagens aparecem pontos quentes [33].

Na indústria de manufatura a termografia passiva é uma ferramenta valiosa para o

monitoramento em tempo real de processos de soldagem [34, 35, 36] processos de

produção de componentes por laminação e papel. Temperaturas diferentes daquelas

normais de produção podem indicar anormalidades na produção. Isso permite que o

problema seja descoberto precocemente, facilitando a tomada de decisão [33].

Outra aplicação interessante está na medicina. A temperatura do corpo humano é algo

bastante importante para o perfeito funcionamento do organismo. Portanto, mudanças

na temperatura da pele podem indicar disfunções que tenham origem vascular,

ortopédica, neurológica, reumatológica ou dermatológica. Durante os últimos vinte

anos esta forma não invasiva e rápida de medição da temperatura do corpo tem sido

bem aceita não só na medicina humana, mas também na veterinária auxiliando na

prevenção de doenças e ajudando nos diagnósticos [33].

20

Ao contrário do modo passivo, a termografia ativa é nomeada assim pois necessita de

aquecimento ou resfriamento a fim de que se obtenha significativas diferenças de

temperatura e as descontinuidades possam ser reveladas [32]. Dentro da termografia

ativa, existem algumas modalidades sendo as de maior relevância para o trabalho a

termografia ativa pulsada (pulsed thermography) e termografia ativa modulada (lock-in

termography), que serão detalhadas mais a frente.

2.3 FORMAS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

O calor é o nome que se dá à energia que está em “trânsito”. Em outras palavras, ele

existe se houver diferença de temperatura entre um ponto e outro, de modo que para

que eles atinjam o equilíbrio térmico, a energia seja transferida de um corpo para o

outro. Esta transferência se dá sempre do objeto de alta temperatura para o de

temperatura menor e cessa quando eles estão à mesma temperatura, cessando, portanto,

o calor [33].

2.3.1 CONDUÇÃO

A condução é uma das formas de transferência de calor que ocorre entre sólidos que

estão em contato ou entre pontos do mesmo corpo quando existe um gradiente de

temperatura entre eles [33].

A equação que governa a transferência de calor por condução em (W/m2) no caso

unidimensional pode ser expressa como abaixo, pela Lei de Fourier [33]:

(6)

Onde:

k – condutividade térmica do material [W.m-1. K-1]

2.3.2 CONVECÇÃO

Ocorre devido à movimentação de massa em líquidos e gases. Um fluido de maior

temperatura se torna menos denso, pois seus átomos ou moléculas estão mais distantes

para uma mesma unidade de volume. Portanto, este tende a subir e o mais frio desce,

21

proporcionando troca de calor entre eles. Se um sólido estiver em contato com um

fluido também haverá troca de calor entre os mesmos, de acordo com a equação abaixo

[33].

(7)

Onde:

Ts - temperatura da superfície [K]

Tf – temperatura do fluido [K]

hcv – coeficiente de transferência de calor por convecção [W.m-2.K-1]

2.3.3 RADIAÇÃO INFRAVERMELHA

Sendo a radiação infravermelha a forma de transferência de calor que permite a

aplicação da termografia, ela será explorada com mais detalhes nesta seção.

Sabe-se que todos os corpos existentes possuem átomos que estão vibrando em torno da

sua posição de equilíbrio. Esse movimento, por sua vez, produz ondas eletromagnéticas

que serão mais intensas à medida que a agitação aumentar. As ondas produzidas por

este fenômeno resultam na chamada radiação infravermelha, que tem esse nome por

sua frequência ser abaixo daquela para o vermelho (na faixa do visível). Essas

frequências se localizam entre o vermelho (com comprimento de onda em torno de

0,7µm) até aquelas de microondas (em torno de 1mm de comprimento de onda). Esta

faixa está indicada na figura 11, referente ao espectro eletromagnético. O infravermelho

é ainda subdividido em outras três regiões que são o infravermelho próximo, com

comprimentos de onda menores que 1µm e infravermelho distante, maiores que 1µm. É

importante ressaltar ainda que a radiação infravermelha tem o mesmo comportamento

da luz visível, ou seja, viaja em linha reta, é refletida, absorvida, refrata, interfere e se

propaga com velocidade também de aproximadamente 3.108 ms-1 [33] .

A partir do estudo da radiação, surgiram leis importantes e que servem para

quantificação da energia emitida por um corpo. A primeira delas é a Lei de Planck, a

22

qual fornece a taxa de emissão infravermelha por unidade de área de um corpo negro a

certa temperatura [32, 33]:

Esta lei é geralmente representada através do gráfico da figura 12, onde é possível

observar a taxa de energia emitida variando de acordo com o comprimento de onda.

Um ponto importante é observar que para cada temperatura existe um comprimento de

onda no qual a taxa de emissão é a maior possível. Tais picos podem ser relacionados

por uma reta que é obtida pela derivação da equação de Planck e tem a seguinte

fórmula, chamada Lei de Wien [32]:

(8)

Pode-se observar pelo gráfico da figura 12 e através da equação 8 que para a

temperatura de 6000K, equivalente à temperatura da superfície do sol, o comprimento

de onda que permite a taxa máxima de emissão é de 0,5 µm, ou seja, no centro da faixa

de luz visível [32].

Outra relação importante para o estudo da radiação é a Lei de Stefan-Boltzmann, a qual

é obtida a partir da integração da Lei de Planck para todos os comprimentos de onda

possíveis [32]. Através dela é possível estimar o fluxo de energia emitida (W/m2),

como na equação 9, abaixo, para corpos cinzas (aqueles com emissividade menor que

1) [33]:

W = εBT4 (9)

23

Onde:

W = intensidade da taxa de emissão de energia radiante [W/m2]

ε = emissividade

B = constante de Stefan-Boltzmann [5,7.10-8 W. m-2.K-4]

T = temperatura absoluta [K]

Figura 11. Espectro eletromagnético [28] adaptado.

Comprimento de onda (λ) µm.

Visível

Raios γ

Raios x Ultravioleta

Infravermelho

Radiação térmica

Microondas

Violeta Vermelho Verde

24

Figura 12. Gráfico de Planck [3]

2.4 EMISSIVIDADE

Um dos principais fatores para que a termografia possa ser empregada é a emissividade

do material.

A emissividade é um parâmetro que diz sobre o quanto de energia a superfície do

material pode emitir. O valor de emissividade é expresso como a razão entre a energia

total que um dado material emite, na forma de ondas eletromagnéticas, a certa

temperatura, comparada com a energia que o corpo negro emite à mesma temperatura.

O corpo negro é uma fonte hipotética de radiação que emite a máxima energia possível,

além de ser capaz de absorver toda radiação que incide sobre ele [33]. Assumindo a

emissividade do corpo negro como 1 (um), todos os outros materiais existentes terão

um valor na faixa entre 0 e 1. Portanto, quanto maior for o valor de emissividade dos

25

materiais, maior quantidade de energia chega ao detector da câmera termográfica,

facilitando a aplicação da técnica.

É importante ressaltar que a emissividade é um fenômeno associado à superfície dos

materiais, dependendo da sua condição e composição. Peças de superfícies polidas e

brilhantes têm valores de emissividade menores que superfícies rugosas. Além disso, a

cor é um fator importante no valor de emissividade: superfícies de cor preta possuem

maior emissividade que outras cores. Inclusive, pintar a superfície de preto é um

artifício utilizado quando se deseja aumentar e uniformizar a emissividade [30, 37],

porém apenas nos casos em que isto não represente prejuízos ao material.

Um ponto a ser ressaltado é que variações de emissividade em uma mesma peça podem

causar diferenças de temperatura quando observadas pela câmera. Isto ocorre porque a

câmera, para converter os dados de radiação em temperatura, leva em conta o valor de

emissividade do material, que é previamente fornecido pelo operador como um valor

constante. Se, portanto, a emissividade varia, haverá mudanças falsas de temperatura já

que a quantidade de energia que chega ao detector não é mais compatível com a

emissividade fornecida no início do ensaio [33].

A tabela 2 traz o valor de emissividade de alguns materiais, inclusive dos compósitos,

mostrando que a elevada emissividade deles viabiliza a aplicação da técnica.

26

Tabela 2. Valores de emissividade [33] adaptado.

Material Emissividade

Alumínio, ouro, prata, bronze e estanho

(altamente polidos)

0,002 – 0,04

Alumínio, cobre, estanho, zinco

(levemente oxidados)

0,2 – 0,4

Aço, ferro, cobre e alumínio (altamente

oxidado)

0,6 – 0,85

Porcelanas e plásticos 0,8 – 0,95

Pinturas vermelhas, vidro e plásticos

translúcidos, compósitos com fibra de

vidro

0,85 – 0,95

Compósitos com fibra de carbono 0,9 – 0,97

Concreto 0,92

Pele humana 0,98

2.5 MODALIDADES DA TERMOGRAFIA ATIVA

2.5.1 TERMOGRAFIA PULSADA (PULSED THERMOGRAPHY)

A termografia pulsada consiste, basicamente, em aquecer o material por um período

curto de tempo desde milissegundos (no caso de metais que têm alta condutividade) até

alguns segundos como se faz para plásticos e compósitos. A avaliação ocorre durante o

período de resfriamento do material, ou seja, no regime transiente através da aquisição

de uma sequência de imagens feita por uma câmera termográfica.

Este é um modo da termografia muito utilizado devido ao tempo de aquecimento ser

curto e não ser suficiente para alterar as propriedades do material inspecionado [32].

O que ocorre, na prática, é que logo após o aquecimento, a temperatura do material cai

rapidamente devido à trocas de calor por condução, convecção e radiação. No entanto,

27

defeitos causam um distúrbio na condução da onda térmica dentro do material. Assim,

regiões sadias e defeituosas resultarão em áreas de diferentes temperaturas na

superfície, sendo este gradiente o mecanismo de detecção [32]. Um ponto interessante a

ser ressaltado é que se o defeito for mais profundo, mais tempo ele levará para ser

observado além de aparecer com um contraste menor que aqueles mais rasos. Isto

ocorre porque há maior quantidade de material no trajeto entre o defeito e a superfície,

por onde o calor pode fluir lateralmente. Como uma primeira aproximação tem-se nos

itens a) e b):

a) o tempo de observação (t) varia de acordo com a equação 10 [32]:

(10)

Onde:

z = profundidade do defeito [m]

α = difusividade térmica do material [m2/s]

b) o contraste (c), por sua vez, comporta-se como a equação 11, abaixo:

(11)

2.5.2 TERMOGRAFIA MODULADA (LOCK-IN)

Nesta modalidade, utiliza-se um aquecimento modulado que pode ser obtido através de

lâmpadas halógenas acopladas a um amplificador e um gerador de funções para obter-

se uma onda senoidal. Após penetrar no material, a onda térmica pode sofrer reflecções

ao encontrar descontinuidades, uma vez que as condições para a propagação mudam.

As ondas refletidas, por sua vez, interferem com as ondas da superfície, resultando em

um campo de temperatura oscilante em regime estacionário, que é remotamente

monitorado pela câmera por conta de sua emissão infravermelha [32, 38]. O termo

lock-in está relacionado à necessidade de se monitorar a mesma frequência daquela que

foi excitada observando a dependência de tempo entre elas.

28

A partir da onda térmica reconstruída, são geradas imagens de amplitude e fase para

cada frequência modulada, através do algoritmo da Transformada de Fourier. Esses

dois tipos de imagens são, portanto, utilizadas para obter informações sobre o material

abaixo da sua superfície. Sendo as imagens de fase relativas ao tempo de propagação da

onda térmica, o que é pouco sensitivo a características superficiais, como aquecimento

irregular, além de interferências externas [21].

Um ponto importante a ser ressaltado é que a profundidade que a onda térmica

consegue atingir é inversamente proporcional à frequência modulada, de modo que

menores frequências possibilitam visualizações de defeitos mais profundos [21, 32].

No entanto, o tempo de ensaio pode aumentar muito, sendo em alguns casos inviável.

Para visualizar-se melhor a relação entre frequência e profundidade de penetração tem-

se a relação a seguir [33]:

(12)

Sendo:

μ = profundidade atingida [m]

α = difusividade térmica [m2/s]

= frequência modulada [s-1]

Suas aplicações principais são para investigar descolamento de revestimento, danos por

impacto, inclusões, placas de compósitos de fibra de carbono laminados e madeiras

laminadas [38].

29

2.6 IMAGENS DIGITAIS

Uma imagem digital é uma função discretizada f(x, y) tanto em coordenadas espaciais

quanto em brilho (intensidade de cinza). Os pares (x, y) identificam a posição espacial

enquanto o valor da função refere-se ao brilho naquele ponto. Cada ponto representa

um elemento da imagem e é chamado de pixel, como abreviação de picture element

[39].

Outra forma de representar uma imagem digital pode ser através de uma matriz mxn,

onde cada combinação de índice i e j representa a posição de um pixel e o valor do

elemento corresponde à sua intensidade de cinza. Na figura 13 pode-se observar um

exemplo de uma matriz NxN de onde foi retirada uma amostra menor de 10 x 10, na

qual cada elemento tem um valor de intensidade de cinza. O elemento a11, por exemplo,

possui um valor de 52 em intensidade de cinza.

Figura13. Imagem de satélite de tamanho NxN de onde retirou-se um trecho de

tamanho 10x10 com seus valores de intensidade de cinza [40].

30

2.6.1 PROCESSAMENTO DE IMAGENS DIGITAIS

O processamento de imagens digitais teve início em 1920, quando foi construído um

sistema que era capaz de transmitir informações entre Nova Iorque e Londres, chamado

Bartlane. Naquela época, os sistemas conseguiam reproduzir imagens com 5 níveis

diferentes de intensidade, passando logo depois para 15. No entanto, apenas na década

de 60 esta área teve grande crescimento devido ao programa espacial norte-americano e

o desenvolvimento de computadores digitais. Desde aquela época até hoje, o

processamento de imagens vem sendo introduzido como uma ferramenta poderosa em

diversas áreas como: medicina, biologia, sensoriamento remoto, segurança e automação

industrial [41].

2.6.1.1 HISTOGRAMA

O histograma é uma representação de quantos pixels contém determinado nível de

cinza, podendo também ser estendido para imagens RGB. Esta apresentação é de forma

gráfica, como no gráfico da figura 14. No eixo horizontal estão os níveis de cinza

enquanto no eixo vertical a quantidade de pixels ou a percentagem deles que estão a

certa intensidade.

Figura 14. Níveis cinza e a porcentagem de pixels que possuem determinada

intensidade [41].

31

Através do histograma é possível tirar conclusões sobre as imagens. Por exemplo, se a

maioria dos pixels estiver nos níveis mais altos de cinza, a imagem é predominante

clara. Analogamente, se muitos pixels estão em níveis baixos de cinza a imagem é mais

escura, portanto os dois casos são imagens de baixo contraste. A imagem com bom

contraste é aquela com pixels distribuídos por todos os níveis de cinza [41].

2.6.1.2 SEGMENTAÇÃO e LIMIARIZAÇÃO

A segmentação transforma uma imagem com diferentes níveis de cinza em uma

imagem binária, onde o objeto de interesse fica destacado em relação ao restante da

imagem. Porém, antes é necessária a etapa de limiarização.

A limiarização envolve um processo que resulta em separar a imagem em duas classes:

o fundo e o objeto de interesse. O processo consiste em, a partir da análise do

histograma, estabelecer um nível de cinza chamado (T), que será o limiar. Pixels com

valores de cinza maiores ou iguais ao valor de (T) serão convertidos em branco e o

restante deles em preto. Ao final, haverá apenas uma imagem de fundo preto com

objetos de interesse brancos [41].

De forma matemática, esta técnica de processamento de imagem consiste em, a partir

de uma imagem com níveis de cinza f(x,y) fornecer um resultado como abaixo:

g(x,y) = 1 se f(x,y) ≥ T

0 se f(x,y) < T

O processo é simples de ser implementado quando o histograma apresenta dois picos e

um vale, de forma que o limiar (T) é o nível de cinza correspondente ao vale.

As figuras 15 e 16 apresentam um exemplo de imagem original com seu histograma e a

imagem segmentada:

32

Figura 15. Imagem original (a) e seu histograma (b) [41].

Figura 16. Imagem segmentada (c) e o limiar escolhido (d), indicado pela seta no eixo

horizontal do histograma [41].

2.6.1.3 DETECÇÃO DE BORDAS

Em processamento de imagem, existem algumas técnicas que são capazes de realçar

regiões de interesse como linhas ou bordas. Quando a aplicação está voltada para a

detecção de defeitos é interessante o realce das bordas destas regiões a fim de melhorar

a detecção de regiões defeituosas. Para isto, existem dois filtros espaciais bastante

utilizados que são baseados no gradiente da intensidade luminosa f(x,y) ou no

laplaciano da mesma [41].

Matematicamente, podem ser representados como abaixo:

33

(a) Gradiente ou primeira derivada;

(13)

(b) Laplaciano ou segunda derivada;

(14)

Ao serem aplicados nas imagens, estes operadores são aproximados por “máscaras” de

tamanhos quadrados, as quais percorrem toda a imagem fazendo operações discretas e

atribuindo o resultado da operação ao valor do pixel central, como no caso de uma

máscara 3x3.

Nas figuras 17 e 18 pode-se, a partir de uma imagem original, ver o resultado da

aplicação do operador laplaciano de máscaras 3x3 e 5x5:

Figura 17. Imagem original [41].

34

Figura 18. A figura da esquerda é o resultado do laplaciano 3x3 e a outra do laplaciano

5x5 [41].

Uma característica do laplaciano é o fato de ser capaz de detectar bordas em qualquer

direção. Porém possui uma desvantagem de ser sensível a ruídos [30, 41].

35

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Os compósitos têm apresentado uma grande participação em diversos seguimentos da

indústria pelo fato de apresentarem propriedades interessantes como baixa densidade,

alta resistência mecânica e boa resistência a corrosão. Seu ganho de espaço no mercado

demanda uma eficiente forma de garantir a qualidade destes materiais e a termografia

entra como uma promissora ferramenta para isto. Sendo o objeto deste estudo os

compósitos laminados, serão apresentadas pesquisas realizadas com a termografia

nesses materiais.

Um estudo da termografia aplicada a esta seara está no trabalho desenvolvido por

Tashan et al [42]. Seu interesse foi estudar a capacidade da termografia ativa pulsada e

da lock-in em detectar defeitos de adesão entre o compósito e a superfície do substrato,

de aço e concreto, no caso. Foram utilizadas amostras com tecidos de CFRP além de

laminados do mesmo material. Os defeitos simulados consistiram em áreas sem resina

epoxy, outras com diferença de espessura e uma terceira com uma delaminação. Um

exemplo dos materiais utilizados está na figura 19, mostrando um exemplo dos corpos

de prova 1 (figura 19(b)) e 2 (figura 19(c)). A figura 19 (b) mostra o corpo de prova

apenas com áreas deixadas sem resina abaixo de um tecido de CFRP. Já na figura 19

(c) foram deixadas áreas descoladas abaixo de CFRP laminado de uma e duas camadas.

Nos ensaios foram utilizados além de aquecimentos distintos, diferentes distâncias

entre as lâmpadas e os corpos de prova.

36

Figura 19. (a) Esquema do corpo de prova em concreto com defeitos simulados (b)

corpo de prova 1 e (c) corpo de prova 2 [42] adaptado.

A metodologia usada para avaliar a capacidade de detecção baseou-se em observar o

sinal térmico durante o resfriamento de cada defeito, que, em última análise, é

diretamente proporcional ao contraste térmico. Os resultados dos corpos de prova que

utilizaram a termografia ativa pulsada mostraram-se bons para a detecção de defeitos

em laminados, com seu máximo sinal térmico ocorrendo logo após o término do

aquecimento. Apesar disto, a detecção em tecidos é em torno de três vezes mais fácil

que em laminados, de acordo com os sinais térmicos. Já as amostras que se valeram

tanto da termografia pulsada quanto da lock-in, é possível afirmar que defeitos de falta

de adesão resultam em sinais térmicos maiores na primeira do que na segunda

modalidade. A vantagem da lock-in reside no fato de ser possível detectar o defeito por

Corpo de prova de concreto

37

até um minuto, enquanto que na pulsada o máximo contraste desaparece dentro de 20s.

Portanto, conclui-se que a detecção de defeitos na interface de colagem é influenciada

pelo modo de aquecimento, tempo da excitação e posição da fonte, uma vez que na

mesma placa a diferença de temperaturas entre duas regiões, uma na borda e outra no

centro foi de até 5ºC.

Trabalhos anteriores como o de Giorleo et al [11] também já vinham estudando a

termografia pulsada e a lock-in em compósitos laminados, porém desta vez em GFRP.

Neste caso, os autores propuseram um estudo que comparou a habilidade das técnicas

citadas na detecção de defeitos simulados através da introdução de pedaços de

alumínio, cortiça e Teflon®. A metodologia utilizada foi traçar uma linha que

atravessasse os defeitos sendo que para a termografia pulsada foi analisada diferença de

temperaturas ao longo dessa linha e para a lock-in, diferenças de ângulo de fase.

É possível afirmar, pois, que a termografia lock-in é menos influenciada por agentes

externos como radiações provenientes de outros corpos, aquecimento não homogêneo e

variações da emissividade. Além disso, a termografia lock-in é capaz de estimar a

profundidade dos defeitos de forma direta apenas sabendo-se da frequência de

excitação e da diferença de fase, algo que só é possível para a pulsada com algum

processamento subsequente. No entanto, a depender dos requisitos de qualidade a

pulsada é mais interessante especialmente quando não é necessário saber a

profundidade exata dos defeitos e deseja-se maior velocidade de inspeção.

Os compósitos laminados podem também encontrar aplicação prática como reparos em

chapas de alumínio 2024-T3, utilizadas na fuselagem de aviões. Esta é a investigação

principal de Genest et al [4], na qual lâminas de CRFP foram coladas em chapas de

alumínio e ensaios termográficos foram realizados a fim de avaliar a qualidade da

ligação entre o reparo e o substrato metálico. Neste estudo, aliadas à termografia

pulsada, utilizaram-se técnicas de processamento de imagem.

Os estudos foram feitos em duas configurações diferentes. Na primeira, pedaços de

Teflon® foram colados na interface substrato/reforço a fim de simular regiões

descoladas, enquanto na segunda, o reparo foi colado de forma a, durante a fadiga, o

descolamento iniciar-se numa região conhecida. Após a aquisição das imagens pela

termografia pulsada, foram utilizados algoritmos da termografia de fase pulsada (PPT)

38

e da reconstrução do sinal termográfico (TSR), para se chegar a uma conclusão de qual

metodologia é melhor para este tipo de análise.

Nos resultados as duas metodologias retornaram imagens turvas, com pouca definição

de contornos, como mostra a figura 20 para os resultados da termografia de fase

pulsada (PPT). Nem mesmo a imagem de primeira derivada da TSR leva a resultados

satisfatórios. Diante disto, a PPT foi escolhida como uma metodologia mais eficaz, pois

apesar de não ter retornado imagens bem definidas apresenta a vantagem de que

defeitos a diferentes profundidades podem ser representados numa mesma imagem.

Figura 20. Imagens de fase (a) sem defeitos, (b) descolamento simulado à ¼ da largura,

(c) descolamento à ½ da largura e (d) descolamento simulado em toda a largura. [4]

Após a escolha da PPT, utilizou-se a subtração de imagens a fim de melhorar os

contornos dos defeitos. Esta metodologia consiste em subtrair imagens de uma imagem

base (imagem de uma amostra livre de defeitos). O resultado disso é a eliminação de

ruídos provenientes, por exemplo, de fontes externas. Após a subtração, obtém-se

imagens onde se pode ver claramente a região de má ligação entre o reparo compósito e

a placa de alumínio, como mostra a figura 21.

Na segunda configuração de corpo de prova, submetida à fadiga, após 300.000 ciclos é

possível observar a presença de uma região descolada utilizando novamente a PPT com

subtração de imagens. Este último corpo de prova foi submetido ainda a um ensaio de

39

ultrassom que mostrou resultados bem consistentes com aqueles encontrados pela

termografia. A conclusão obtida é que a termografia de fase pulsada com subtração de

imagens é eficiente na detecção de descolamentos de compósitos laminados aplicados a

chapas de alumínio. Sendo a termografia tão eficiente quanto o ultrassom neste caso,

ela se sobressai em relação ao outro método por ser uma inspeção de áreas, o que

confere rapidez ao processo.

Figura 21. Imagens de fase da (a) imagem base (média de 4 imagens), (b) descolamento

simulado à ¼ da largura, (c) descolamento simulado à metade da largura e (d)

descolamento simulado de toda a largura [4].

Voltando para a análise de GFRP laminado, Montanini et al [21] estudou a capacidade

da termografia lock-in em detectar defeitos nos laminados de grande espessura (em

torno de 9mm), utilizados para a fabricação de embarcações. Isto é particularmente

interessante para este trabalho visto que essas espessuras estão próximas da espessura

final das juntas laminadas investigadas.

Para o estudo foram preparadas três placas de GFRP pela técnica de lay-up manual

contendo, cada uma, seis camadas de tecido de fibra de vidro impregnadas por resina

poliéster, numa espessura final de 9mm. Tais placas foram numeradas de um a três. A

de número um foi utilizada para avaliar o limite de detecção em relação à profundidade

40

do defeito. Para isto, cinco filmes quadrados de Teflon® com 10mm de lado (l) foram

feitos e colocados a profundidades que variaram desde 1,5mm até 7,5mm, em

intervalos de 1,5mm. Na placa de número dois, avaliou-se a influência da razão de

aspecto na detecção dos defeitos. Foram feitas geometrias distintas sendo elas: circular,

triangular, retangular e quadrada. Foram fabricados dois defeitos de cada geometria, um

deles colocado a 1.5mm de profundidade e outro a 3mm. Por fim, no corpo-de-prova

três foram feitas indentações com quatro cargas diferentes sendo elas: 16kN, 17kN,

18kN e 19kN. Este último corpo de prova se distingue dos demais pelo fato de haver

uma camada de gel branco revestindo sua superfície, material normalmente utilizado

para dar um acabamento de qualidade a iates de luxo. A disposição dos defeitos e suas

geometrias podem ser vistas através da figura 22.

Figura 22. Esquema das placas laminadas de polímero reforçado por fibra de vidro (a)

GFRP1 com cinco defeitos artificiais iguais a diferentes profundidades; (b) GFRP2

com defeitos artificiais de formas distintas em duas linhas de profundidades diferentes;

(c) GFRP3 com quatro indentações obtidas através de cargas compressivas [21].

41

Para os ensaios conduzidos no corpo-de-prova número um, foram obtidas imagens de

fase na escala de cinza no modo de reflexão. Nelas é possível observar, apesar do

modesto contraste, que defeitos até a profundidade de 6mm podem ser detectados.

Esta profundidade foi conseguida diminuindo-se a frequência de modulação (o que

implica numa maior penetração da onda térmica). Porém, frequências menores ainda

não foram capazes de revelar o defeito mais profundo, de 7.5mm. Pelo contrário, a

menor frequência acabou por esconder defeitos antes detectados, devido à difusão

lateral do calor. Vale lembrar ainda que menores frequências aumentam o tempo de

ensaio podendo levar a um espalhamento do calor por todo o volume da peça,

diminuindo o contraste.

Com o objetivo de estimar a profundidade da delaminação, um modelo baseado no

contraste de fase normalizado foi escolhido. Ao utilizá-lo, é possível determinar para

cada região defeituosa uma frequência limite onde ocorre a primeira aparição do defeito

(chamada de threshold frequency). Nessa frequência, é onde o contraste normalizado

atinge o contraste liminar, definido por equação específica, de modo que o defeito só é

detectado se o contraste normalizado for maior que o contraste limiar. De posse da

frequência limiar, há outra equação que relaciona essa à profundidade do defeito “z”

através de uma constante B que depende do material. Dessa forma, é possível estimar a

que profundidade a delaminação está. Os cálculos mostram que a técnica é capaz de

detectar até uma profundidade relativa (z/l) de 0.6 com 10% de precisão, onde “l” é o

lado de um defeito quadrado.

Do estudo sobre a razão de aspecto, observa-se que todos os defeitos foram revelados a

certa frequência. No entanto, o contraste de fase foi muito pequeno para permitir o

reconhecimento da forma dos defeitos. Além disso, defeitos a certas profundidades

desaparecem a frequências muito baixas, chamadas frequências cegas. Nestes corpos-

de-prova os resultados mostraram que a frequência limiar, consequentemente a

estimativa da profundidade, tem influência tanto do tamanho quanto da razão de

aspecto da delaminação.

No último estudo realizado, que diz a respeito da detecção de danos por impacto sob

um revestimento de gel, foi utilizada a termografia lock-in tanto no modo transmissão

quanto reflexão. No primeiro modo, os defeitos foram claramente identificados apesar

42

de um ruído significante presente. Um dimensionamento dos defeitos foi realizado

através do gráfico ângulo de fase versus o comprimento que passa pelo diâmetro dos

defeitos e os resultados obtidos no modo transmissão apresentaram um erro de

aproximadamente 1,1%. Já no modo reflexão, os defeitos do lado esquerdo tiveram

comportamentos opostos daqueles do lado direito. Tal efeito pode ser explicado pelo

fato de que para evitar excessiva reflexão por conta do revestimento, as lâmpadas foram

posicionadas fazendo um ângulo de aproximadamente 30° com o eixo da câmera

(colocada normal à superfície do corpo de prova). Portanto, devido à geometria das

impressões, distorções na radiação de resposta são produzidas levando a maiores erros

percentuais do dimensionamento no lado direito em relação ao esquerdo. Além disso,

quando comparado ao modo transmissão, os ruídos aqui são maiores.

Pode-se destacar então, que a termografia lock-in é efetiva na detecção de defeitos em

compósitos espessos de GFRP, no entanto possui suas limitações. No caso específico

aplicado a embarcações, o revestimento de gel torna a medida da radiação e o

dimensionamento dos defeitos mais difícil uma vez que, entre outros fatores, possui

baixa emissividade. O melhor modo de avaliar os defeitos neste caso é por transmissão.

Além disso, outra conclusão importante é que para uma área defeituosa a

detectabilidade melhora quando a razão de aspecto aumenta, aproximando-se de um.

Assim, defeitos de formato circular e quadrados são mais facilmente detectados do que

retangulares e alongados os quais têm razão menor.

Quanto à inspeção propriamente em dutos de GFRP pode-se destacar o estudo

realizado por Vijayaraghavan et al [1], onde seu interesse se concentrou na detecção de

delaminações tanto experimentalmente como através da simulação pelo método dos

elementos finitos.

Para isto foram, inicialmente, construídos quatro dutos de GFRP sendo introduzidas

delaminações em apenas três deles. A localização, o tamanho e profundidade das

mesmas são aqueles representados na figura 23 e nas tabelas 3 e 4, a seguir:

43

Figura 23. Visão do tubo (medidas em mm) [1] adaptado.

Delaminações

a) Diagrama esquemático

b)Visão do duto

44

Tabela 3. Localização das delaminações [1] adaptado.

Nº do tubo Localização das delaminações ao longo do tubo em mm

a b c d e

2 80 90 85 80 75

3 60 60 100 85 105

4 40 100 100 125 45

Tabela 4. Tamanhos e profundidades das delaminações [1] adaptado.

Nº da delaminação Tamanho Profundidade da delaminação

Tubos 2 e 4 Tubo 3

1 15mm2 2mm 1mm

2 20mm2 2mm 2mm

3 25mm2 2mm 3mm

4 30mm2 2mm 4mm

Para a simulação, foi construído um modelo computacional simulando o formato do

tubo com as delaminações inseridas. Tal modelo e a simulação em si foram realizados

no software ANSYS com parâmetros como: condutividade térmica, densidade e

capacidade térmica obtidos a partir de tabelas existentes para cada material, sendo eles:

fibra de vidro, resina epoxy e Teflon® (para simular as delaminações). No entanto,

como o material do duto é a mistura da fibra com a resina, foi necessário calcular os

parâmetros que resultam da união entre os dois, utilizando as regras das misturas direta

e inversa.

Com o objetivo de validar os resultados da simulação, uma linha foi traçada ao longo

de todo o comprimento do tubo incluindo os defeitos tanto para a simulação quanto

para o experimento. O resultado demonstrou que as duas abordagens foram

consistentes, com diferenças de temperaturas de apenas 2ºC, em média, entre elas. Esta

diferença pode ser associada ao fato de na simulação não haver ruídos, os quais podem

estar presentes durante o experimento devido à reflexão de outros corpos. O formato do

45

perfil de temperaturas é também uma forma de comparar as abordagens, o que

demonstrou tendências iguais para um mesmo corpo-de-prova.

O dimensionamento dos defeitos revelou que para os tubos 2 e 4, os quais tinham

defeitos de mesma área à mesma profundidade, o aumento da área causou uma

diminuição do erro relativo, porém os valores percentuais para os erros no tubo 2 são

maiores que para o 4 tanto na parte experimental quanto na simulação, isto porque a

espessura dos defeitos no último é maior que aquela no primeiro. Para o tubo 3, pode-se

notar um maior erro relativo à medida que se aumenta a profundidade dos defeitos. Isso

pode ser explicado pelo fato de quanto mais profundo menor é o seu contraste térmico

(∆T =Tregião com defeito – Tregião sadia), consequentemente, prejudicando o dimensionamento.

Por fim, foi estudada a relação do contraste térmico com a profundidade e a espessura

da delaminação. Foi possível concluir que o um aumento na profundidade do defeito

decresce o contraste térmico numa relação polinomial de terceiro grau. Portanto, para o

mesmo material, sob as mesmas condições de aquecimento pode-se estimar a

profundidade dos defeitos apenas sabendo o contraste térmico, que pode ser obtido

diretamente dos ensaios.

Para o estudo da espessura, é possível observar que os defeitos com maior espessura

apresentam maior contraste térmico, o que pode ser explicado pelo conceito de

resistência térmica de um defeito. Segundo ele, quanto maior a espessura da

descontinuidade, mais ele se opõe à passagem de calor, resultando em pontos com

temperaturas mais altas.

46

4. MATERIAIS E MÉTODOS

4.1 MONTAGEM DAS JUNTAS

Os dutos foram fabricados através do método de enrolamento filamentar com resina

epoxy e reforço na forma de fibras de vidro. Já a junta foi feita pelo método de hand

lay-up com matriz de poliéster e fibras de vidro em diferentes orientações. O processo

de fabricação das juntas está de acordo com o procedimento da Fiberbond [43],

responsável pela fabricação das mesmas. As figuras seguintes exemplificam como é a

montagem das mesmas.

Inicialmente, duas seções de dutos são colocadas lado a lado e entre elas é inserida

resina epoxy apenas com o objetivo de mantê-las alinhadas, como pode ser visto na

figura 24, abaixo:

Figura 24. Alinhamento inicial das partes que serão unidas

Em seguida, as lâminas que formarão as juntas são confeccionadas à parte para depois

serem aplicadas nas suas posições corretas. São ao todo sete camadas de fibra de vidro

com diversas configurações como fibras unidirecionais, ortogonais entre si e sem

47

orientação definida. Entre cada camada de reforço é aplicada a resina poliéster ainda

líquida até a formação das sete camadas. Isto pode ser visualizado na figura 25:

Figura 25. Processo para fabricação das lâminas através do método de hand lay-up

Depois, o conjunto formado pelas camadas é colocado na sua posição definitiva, em

torno da junção entre os dutos, como na figura 26, abaixo. É utilizado ainda um rolo

que tem a finalidade de retirar bolhas de ar, as quais são bastante comuns e prejudiciais

para a vida útil do componente.

Figura 26. Colocação das lâminas e retirada de bolhas de ar remanescentes.

Com o objetivo de proteger a junta contra umidade e substâncias que podem acelerar a

corrosão, é aplicado um véu de fibras de vidro com poliéster, como se vê na figura 27:

48

Figura 27. Aplicação do véu

Após o tempo necessário para a cura completa do polímero a temperatura ambiente, são

realizadas medidas de dureza Barcol a fim de verificar se está de acordo com os

parâmetros do procedimento adotado. A figura 28 mostra como essas medidas foram

feitas:

Figura 28. Medidas de dureza

Na figura 29, é demonstrada a última etapa do processo que consiste na aplicação de

um revestimento polimérico com a função de selar a junta, aumentando sua proteção

contra agentes externos. Para a termografia, essa tinta potencializa a aplicação da

técnica uma vez que a cor preta aumenta a emissividade da superfície.

49

Figura 29. Aplicação de revestimento que finaliza o processo.

Durante o processo de fabricação foram simuladas descontinuidades inseridas nos

passos das figuras 25 e 26. Os defeitos foram feitos através da colocação de fitas de

acetato (polímero com propriedades térmicas bem distintas do restante do material).

Tais inclusões simulam delaminações que ocorrem quando uma camada se descola da

outra além de falta de adesão, quando não ocorre contato efetivo entre as lâminas e a

superfície do duto. As delaminações foram inseridas entre as camadas de compósito, a

fim de simular diferentes profundidades. Já a falta de adesão, na superfície do duto.

Foram deixadas também descontinuidades abertas à superfície e bolhas de ar entre as

mantas. Estas últimas são as descontinuidades mais frequentes de ocorrerem e a

detecção das mesmas é de grande importância.

4.2 APARATO EXPERIMENTAL

Todo o estudo foi realizado com a modalidade de termografia ativa pulsada utilizando

duas lâmpadas halógenas, uma câmera infravermelha FLIR SC 5600, além um

computador e um módulo capaz de controlar as lâmpadas. A câmera é controlada por

um software já fornecido pelo fabricante e nele é possível inserir parâmetros como

frequência, emissividade do material e condições do ambiente como umidade e

temperatura. Além disso, existe um segundo programa onde é possível inserir o tempo

de aquecimento e potência das lâmpadas utilizadas (potência nominal de 3400 W para

cada lâmpada). Na Figura 30, a disposição do ensaio pode ser vista de forma clara.

As duas lâmpadas são dispostas a uma distância de 0,4m do corpo-de-prova e o fluxo

de calor calculado que chega à superfície da amostra é de aproximadamente 5000W/m2,

encontrado por simulação computacional.

50

Figura 30. Disposição do ensaio

Para os ensaios, a junta é disposta em frente a câmera e as lâmpadas do mesmo lado da

câmera, na modalidade chamada reflexão, como mostra a figura 30. Além disso, é

colocada uma cobertura a fim de diminuir a incidência de radiação infravermelha

proveniente de fontes externas ao ensaio. Esta cobertura foi retirada apenas para a

realização da fotografia da figura 31, a seguir.

A junta que foi utilizada para o todo o trabalho foi a junta denominada JT4 (junta 4),

com 6” de diâmetro interno, onde existiam defeitos simulados de diversos formatos e

profundidades.

51

Figura 31. Detalhe da junta, lâmpadas e câmera.

4.3 OBTENÇÃO DAS MELHORES CONFIGURAÇÕES DE

ENSAIO

Diante do fato deste tipo de junta ser recente e não existir sequer trabalhos a respeito da

inspeção das mesmas por termografia, o primeiro passo foi investigar quais as melhores

configurações de ensaio para otimizar a inspeção. Baseado em artigos lidos a exemplo

de Tashan et al [42], conclui-se que os parâmetros mais importantes são: modo de

excitação, tempo de aquecimento e posição da fonte. Para este estudo, o parâmetro

variado foi apenas o tempo de aquecimento sendo eles de 10s, 20s, 30s, 40s e 50s.

Através do software Altair®, que é fornecido pelo fabricante da câmera, foram

coletadas e armazenadas sequências de 1440 quadros para cada tempo de aquecimento.

4.3.1 MELHOR CONTRASTE A PARTIR DOS NÍVEIS DE CINZA

Após a obtenção da sequência, é necessário convertê-la em um formato compatível

com o programa de processamento de imagens ImagePro®, o que foi feito passando do

formato original “.ptw” para “.avi”. Os frames foram convertidos mantendo suas

características de aquisição originais, sem compressão.

52

As imagens obtidas, as quais estavam no formato RGB, foram convertidas para tons de

cinza para facilitar o processamento.

Com a sequência de imagens em tons de cinza, é possível traçar uma linha em cima de

uma região defeituosa e analisar o perfil de intensidades de cinza com a ferramenta line

profile. O objetivo é saber como se comporta a intensidade em função dos pixels numa

linha horizontal. A figura 32 é uma figura de um line profile.

Figura 32. Exemplo do line profile

Além do perfil de intensidade de forma gráfica, a ferramenta é capaz de retornar um a

planilha em Excel® onde consta a posição de cada pixel e seu respectivo valor de

intensidade. A fim de analisar qual o melhor tempo de aquecimento, a metodologia foi

obter qual tempo de aquecimento proporcionava o maior contraste. Em outras palavras,

isto significa procurar qual tempo de aquecimento resulta, nas imagens, a maior

diferença entre a intensidade máxima e a mínima.

Para cada aquecimento os passos foram os seguintes:

• A cada tempo de aquecimento, obter o perfil de intensidade de cinza em

intervalos de 10 em 10 frames apenas durante o resfriamento.

• Salvar cada distribuição de intensidades de cinza em formato “.hst” para ser

aberta como uma planilha no software Excel®.

53

• Fazer uma normalização das intensidades de cinza com a finalidade de obter um

intervalo entre 0 e 1, facilitando a comparação dos resultados.

• Encontrar a máxima e a mínima intensidade para cada frame e fazer a diferença

entre esses valores

• Achar qual frame possui a maior diferença (intensidade máx- intensidade mín)

As diferenças foram calculadas para cada frame e colocadas em um gráfico de

dispersão que mostra o seu comportamento. Como os frames foram coletados em

intervalos de 10, poderia haver um frame intermediário que resultasse na maior

diferença. Portanto, os pontos foram aproximados por uma função polinomial de

terceiro grau a qual descreve bem o comportamento esperado para o contraste nestes

ensaios. Seu comportamento deve ser, após o desligamento das lâmpadas, de aumento

das diferenças seguida de uma queda após ultrapassar um máximo, que é o ponto de

interesse. Após os gráficos prontos, as maiores diferenças para cada aquecimento foram

obtidas a partir da leitura deste ponto máximo de cada curva.

Ao final, restará o melhor frame de cada sequência, totalizando cinco. Dentre eles,

aquele que possuir a maior diferença será relacionado como o aquecimento que otimiza

a inspeção, ou seja, o melhor tempo de aquecimento.

4.3.2 DESVIO PADRÃO COMO FORMA DE VERIFICAÇÃO

A fim de corroborar os resultados obtidos a partir da análise anterior, foi realizado um

estudo de como é o comportamento do desvio padrão na distribuição de intensidades

em cada frame. Para isto, a linha do line profile foi inserida nas imagens de forma que

tivesse um tamanho de 140 pixels. Metade destes pixels foi deixada dentro do defeito e

a outra metade para fora, na região sadia. Como o objetivo é ter uma grande diferença

entre as intensidades dentro e fora do defeito, o melhor tempo de aquecimento será

aquele que resultar em imagens com maiores desvios padrões possíveis.

O desvio padrão foi calculado também a partir do Excel®, com fórmula já

preestabelecida pelo programa.

54

4.4 INSPEÇÃO DA JUNTA

Após a obtenção do melhor tempo de aquecimento, toda a junta foi inspecionada para

se avaliar a capacidade de detecção da termografia neste tipo de junta. Na figura 33,

abaixo, está uma fotografia da junta utilizada e como foi feita a divisão a fim de se

realizar a inspeção. No lado esquerdo da junta, os defeitos foram inseridos entre as

lâminas de compósitos e no outro, direito, foram colados defeitos na superfície do duto.

Figura 33. JT4 dividida em lado esquerdo e lado direito.

A junta foi ainda dividida visualmente em 6 regiões de modo que a janela de inspeção

fosse capaz de captar a área entre estas divisões. Num primeiro momento foi

inspecionado todo o lado direito e em seguida o lado esquerdo. A tabela 5, a seguir

mostra como os defeitos foram dispostos na JT4, qual é o formato de cada um além das

suas razões de aspecto, parâmetro importante para a detecção.

LADO DIREITO LADO ESQUERDO

55

Tabela 5. Localização e características dos defeitos simulados – JT4

Número Quantidade

de defeitos Localização

Comprimento

(C) [cm]

Largura

(L) [cm]

Razão

de

aspecto*

(L/C)

Forma

LADO DIREITO

1 1

Superfície

do duto

10 1,8 0,2 Retângulo

2 1 10,2 1,8 0,2 Retângulo

3 1 1,7 1,6 0,9 Círculo

4 1 1,8 1,8 1,0 Quadrado

5 1 1,8 1,8 1,0 Quadrado

6 1 0,9 0,9 1,0 Quadrado

7 1 1 0,8 0,8 Quadrado

LADO ESQUERDO (entre mantas)

8 1 Entre 1ª e

2ª 8 1,6 0,2 Retângulo

9 1 Entre 2ª e3ª 8 1,6 0,2 Retângulo

10 1 Entre 3ª e


11 1 Entre 4ª e

5ª 1,6 1,6 1 Quadrado

12 1 Entre 5ª e

6ª 1,6 1,6 1 Quadrado

13 1 Entre 6ª e


*Calculada de acordo com Montanini et al [21].

56

4.5 DIMENSIONAMENTO

O dimensionamento foi realizado após a limiarização e segmentação para as imagens

originais e com filtro laplaciano de máscaras 3x3, 5x5 e 7x7. O objetivo de se usar o

filtro foi para realçar a borda dos defeitos, permitindo um dimensionamento mais

acurado.

Para cada imagem, na escala de cinza, foi utilizado o histograma com o objetivo de

escolher o limiar e a partir dele realizar a segmentação. Foram dimensionados os

defeito 3 e 4 (colados na superfície do duto) além do defeito 13 (entre mantas). Para

cada defeito haviam quatro imagens sendo uma delas a original e as outras três com os

filtros laplaciano de 3x3, 5x5 e 7x7. A partir da imagem de cinza, o histograma foi

obtido e escolhido o nível que serviria como limiar. Um exemplo do histograma

utilizado pode ser visto na figura 34, abaixo:

Figura 34. Histograma da imagem original

No lado direito da figura pode-se ver que há um vale seguido de um pico, indicando

que há certa quantidade de pixels com valores próximos ao branco (valor de 255 em

níveis de cinza na escala de 8 bits). Devido às características do ensaio, sabe-se que

defeitos são pontos quentes o que se traduz em níveis altos na escala de cinza. Portanto,

o vale é escolhido como valor limiar e tudo acima (defeito) será branco na segmentação

e o resto (região sadia) será preto (valor 0 em níveis de cinza).

57

Após a limiarização e com a imagem segmentada, foi utilizada a ferramenta do

ImagePro® denominada CountSize. A função da mesma é agrupar os pixels que têm o

valor referente ao branco e medir as características deles, as quais podem ser escolhidas

previamente. No caso dos defeitos 4 (quadrado) e 13 (retangular) optou-se por

dimensionar o comprimento dos mesmos, já para o defeito 3 (circular) a característica

dimensionada foi o diâmetro médio. Nas figuras 35 e 36, são demonstradas,

respectivamente, uma imagem segmentada e uma tabela que retorna a dimensão

desejada. Os pixels que foram agrupados recebem um número, e este número serve de

referência para, na tabela, encontrar os valores medidos. No caso do exemplo, a área de

interesse é a de número 8 sendo este número realçado na tabela com o valor de

diâmetro médio.

Figura 35. Exemplo de uma imagem segmentada

58

Figura 36. Tabela que contém os diâmetros médios dos padrões reconhecidos

59

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1 TEMPO DE AQUECIMENTO IDEAL

A seguir, são apresentados os resultados do estudo para o melhor tempo de

aquecimento nas juntas analisadas. O estudo relacionado a este item foi realizado em

torno da detecção do defeito de número 3, relacionado na tabela 5.

A figura 37 apresenta o resultado para o tempo de aquecimento de 10s. No eixo x, está

o número do frame após o aquecimento. O frame de número zero corresponde ao

quadro captado no instante seguinte ao desligamento das lâmpadas. Já no eixo y, é

mostrada, para cada termograma, a diferença entre a intensidade máxima de cinza e a

mínima. Além disso, foi inserido no canto inferior direito um pequeno quadro com a

equação de terceiro grau utilizada para aproximar os pontos bem como o valor de

R2(coeficiente de correlação), o qual fornece o valor de quão boa é a aproximação pela

curva. Quanto mais próximo de um, melhor será a aproximação. O polinômio de

terceiro grau foi escolhido pois fornece uma boa descrição do comportamento esperado

para o contraste nestes ensaios de acordo com Tashan et al [42].

Figura 37. Diferença vs termogramas durante o resfriamento para 10s de aquecimento.

60

Na figura acima é possível observar que os pontos, para cada frame, seguem uma

tendência de subida e descida passando por um único pico.

Pode-se observar ainda que a aproximação utilizada foi bem próxima do

comportamento real dos pontos, obtendo um coeficiente de correlação de 0,957.

Em relação ao frame de melhor contraste, observa-se que o de número 200 assume este

papel, apresentando uma diferença de 15% entre a intensidade máxima e a mínima.

Como a taxa de aquisição da câmera é de 4Hz para todos os ensaios, pode-se fazer uma

conversão rápida em tempo na escala de segundos e encontrar que o contraste máximo

foi atingido em 50s após o desligamento das lâmpadas. É particularmente importante

saber o tempo em que ocorre o contraste máximo, pois a partir deste resultado, pode-se

reproduzir o ensaio em outra ocasião utilizando-se tempos de aquisição diferentes.

Em seguida, na figura 38, está o comportamento para o aquecimento de 20s que

novamente mostra uma tendência de subida seguida de descida passando por um pico.

A aproximação pelo polinômio continua sendo eficaz, com o valor de R2 de 0,90. No

entanto, o contraste máximo é menor caindo para 12% e ocorrendo no termograma de

número 120, aos 30s após o desligamento das lâmpadas.

Figura 38. Diferença vs termogramas durante o resfriamento para 20s de aquecimento

61

Na figura 39, para o aquecimento de 30s, os pontos começam a apresentar um

comportamento mais irregular e a tendência da curva que antes era observada nos

gráficos anteriores já não é mais vista nesta figura. Além disso, pode-se ver que o valor

do coeficiente de correlação é um valor muito abaixo de 1 demonstrando que a curva

que descrevia de modo satisfatório o comportamento considerado bom para o contraste

já não é bem representativa neste caso. É importante observar também que o valor

máximo da curva é menor ainda que os aquecimentos anteriores.


No aquecimento de 40s, representado na figura 40, observa-se que os pontos para cada

frame apresentam um comportamento bem irregular no início do resfriamento,

apresentando uma queda no contraste para depois então subir.

Pode-se observar neste gráfico que o valor da máxima diferença obteve valor levemente

superior ao aquecimento de 30s, em torno de 1%. Vale lembrar que as aproximações de

terceiro grau para os aquecimentos de 30s e o de 40s apresentaram valores de

62

coeficiente de correlação baixos ( R2 = 0,385 para 30s e R2 = 0,464 para 40s) o que

influencia no ponto máximo da curva e a comparação se o aquecimento de 40s é mais

eficaz que o de 30s fica prejudicada.


Para o último aquecimento de 50s, há uma queda intensa no contraste logo no início do

resfriamento, como mostra a figura 41.

63


Este comportamento começa a dar sinais significativos no aquecimento de 40s e se

torna muito mais pronunciado neste último caso podendo ser explicado por um

aquecimento excessivo. Logo assim que as lâmpadas são desligadas, ou seja, no frame

de número zero, a transferência de calor por convecção cessa e haverá certo contraste já

que o defeito está mais quente que sua vizinhança, pelo fato de no defeito haver o

polímero de propriedades diferentes além de certa quantidade de ar, que é mau

condutor de calor. Instante depois, devido à temperatura excessiva do defeito, começa

uma difusão lateral do calor, deixando agora a vizinhança numa temperatura próxima à

do defeito, o que resulta em níveis de cinza próximos (entre defeito e imediações) e faz

o contraste naquele instante cair. Como o material no entorno conduz calor melhor que

o defeito, ele logo é capaz de abaixar a temperatura localmente e o contraste volta a

subir. Após atingir o máximo, cai novamente.

Um resumo dos resultados obtidos pode ser obtido como a seguir na tabela 6:

64

Tabela 6. Resultados do contraste em função do tempo de aquecimento

Aquecimento (s) Frame de maior

contraste

Tempo para o

maior contraste (s) Contraste (%)

10 200 50,0 15,0

20 120 30,0 12,1

30 150 37,5 8,9

40 300 75,0 9,5

50 550 137,5 8,7

Como é possível observar, o tempo de aquecimento que levou ao melhor contraste foi o

de 10s.

5.1.1 ANÁLISE DO DESVIO PADRÃO

A fim de diminuir a influência de erros causados por ruídos na análise anterior, foi feito

um estudo do desvio padrão até o tempo de aquecimento de 30s, já que os seguintes

apresentam resultados menores nos valores de diferença máxima e o comportamento do

contraste se mostrou irregular devido a um sobreaquecimento.

65

Figura 42. Desvio padrão da intensidade de cinza para cada frame no resfriamento

Com a visualização do gráfico da figura 42, acima, é possível corroborar que o tempo

de 10s é o melhor dentre os observados para se detectar defeitos em juntas laminadas.

Isto porque na maior parte do tempo o desvio padrão da distribuição de intensidades de

cinza são os maiores.

5.2 DETECÇÃO DE DEFEITOS

De acordo com a tabela 5, foram simulados defeitos na superfície do duto (lado direito

da junta) bem como entre as mantas de compósito (lado esquerdo da mesma). Após a

obtenção do tempo de aquecimento de 10s, o mesmo foi utilizado para inspecionar a

junta e analisar a capacidade de detecção da técnica.

Vale lembrar que nas imagens termográficas, a linha vertical que aparece é devido

apenas à divisão que foi feita entre lado esquerdo e lado direito da junta, a qual pode ser

visualizada na figura 33 da seção 4.4 Inspeção das juntas. Além disso, os defeitos

sempre serão regiões mais claras do que o restante da imagem.

66

Nas imagens seguintes são apresentados os resultados da detecção:

A primeira área inspecionada, denominada região entre 1 e 2, apresentou defeitos em

ambos os lados e a figura 43 mostra o resultado da inspeção para o lado esquerdo 43 (a)

e para o lado direito 43 (b). Do lado esquerdo, são visualizados três defeitos: uma

região mais clara na parte superior da figura, onde não havia sido simulado e foi

resultado do processo de fabricação. Os outros dois, na região central da imagem,

correspondem a um quadrado e uma fita colocados entre mantas.

Do lado direito (figura 43 (b)) foram introduzidos dois defeitos controlados, os de

número 3 e 5, porém apenas o primeiro foi encontrado que corresponde à região

circular próxima à linha central. Outro defeito que não havia sido introduzido

intencionalmente também aparece, mas com o contraste bem sutil.

(a) (b)

Figura 43. Imagens originais da região entre 1 e 2. (a) lado esquerdo e (b) lado direito

A região entre 2 e 3 foi a área inspecionada em seguida sendo a figura 44 o resultado

dessa inspeção. No lado esquerdo, figura 44(a), nenhum defeito simulado foi detectado,

apenas descontinuidades na borda indicando o final do véu utilizado para o

acabamento. Os defeitos de formato circular que aparecem são referentes ainda à região

anterior (entre 1 e 2). No lado direito, figura 44 (b), havia um defeito colado na

superfície do duto, o de número 2, que não foi detectado.

67

(a) (b)

Figura 44. Imagens originais da região entre 2 e 3. Lado esquerdo (a) e lado direito (b).

Para a região seguinte, denominada entre 3 e 4, a inspeção do lado esquerdo resultou na

detecção de uma borda na extremidade devido ao final do véu aplicado. Além disso,

existe uma tira na direção vertical que é referente a um dos defeitos retangulares que foi

simulado. A figura 45 (a), abaixo, mostra o que foi relatado.

Para o lado direito, figura 45 (b), pode-se enxergar quatro irregularidades próximas

umas das outras. Apenas as duas superiores pertencem à região entre 3 e 4 sendo as

outras duas da região seguinte. Dentre essas da região entre 3 e 4, o único defeito

simulado foi o de número 4, que é o da esquerda.

(a) (b)


68

As descontinuidades que aparecem nas figuras 46(a) e 46(b) são referentes à inspeção

realizada na região entre 4 e 5. Do lado esquerdo existe apenas a continuação da fita

que foi detectada na região anterior. Já do lado direito, estão os dois defeitos inferiores

que haviam sido detectados na imagem anterior, mas que pertencem na verdade a esta

região. São eles os defeitos 6 e 7 os quais têm formato de quadrados colados lado a

lado.

(a) (b)


A próxima região é a chamada entre 5 e 6 e o seu resultado está nas figuras 47(a) e

47(b). Na imagem do lado esquerdo aparece ainda parte da fita detectada nas duas

regiões anteriores além de uma descontinuidade central a qual tem o formato de lados

retos, se assemelhando a um quadrado. De fato, foram simulados defeitos entre mantas

nesta forma, levando à conclusão que esse é o defeito de número 11 ou 12 que são

idênticos, vide tabela 5. Já para o lado direito, não há defeitos detectados a não ser as

duas descontinuidades na parte superior da imagem as quais pertencem à região

anterior. Esse resultado já era esperado uma vez que não havia defeitos simulados nesta

região.

69

(a) (b)


Para a penúltima região, entre 6 e 7, são mostrados na figura 48 os resultados para cada

lado. O que há de novo aqui é a detecção de uma descontinuidade do lado esquerdo, na

figura 48 (a). Essa irregularidade, apesar dos lados arredondados, é referente a uma fita

retangular que foi colocada entre mantas. Dependendo da profundidade que o defeito

está, o calor pode difundir pelo material e resultar em defeitos com as bordas difusas.

No lado direito, figura 48 (b), havia um defeito simulado, de número 1, que não foi

detectado.

(a) (b)


70

Para a última região, entre 7 e 1, o defeito em formato de fita é detectado novamente

no lado esquerdo, agora com maior destaque como mostra a figura 49 (a). Para o lado

direito, figura 49 (b), é detectado um ponto mais claro próximo ao centro da junta, que

pode ser relativo ao excesso de resina deixado nesta região. No entanto, não existe

indicação que confirme a detecção desse último defeito já que sua forma é indefinida.

(a) (b)


71

Tabela 7. Resumo da detecção de defeitos

Número Localização Razão de

aspecto Forma Detectado?

1

Superfície

do duto

0,2 Retângulo Não

2 0,2 Retângulo Não

3 0,9 Círculo Sim

4 1,0 Quadrado Sim

5 1,0 Quadrado Não

6 1,0 Quadrado Sim

7 0,8 Quadrado Sim

8 Entre 1ª e 2ª 0,2 Retângulo Não

9 Entre 2ª e 3ª 0,2 Retângulo Sim


11 Entre 4ª e 5ª 1 Quadrado Sim

12 Entre 5ª e 6ª 1 Quadrado Sim


De acordo com a tabela 7, quase 70% dos defeitos foram detectados, demonstrando de

fato que a termografia pulsada é uma boa opção para se detectar defeitos nas juntas

laminadas. Para os defeitos colados na superfície do duto (defeitos de 1 até 7), foram

detectados aqueles de maior razão de aspecto que são os de formato circular e

quadrado. Isto esta de acordo com os estudos de Montanini et al [21] que relata a

maior facilidade de detecção dos defeitos quadrados e circulares em comparação com

os de forma retangular. Apenas o defeito de número 5, que tem alta razão de aspecto,

não seguiu essa tendência. Isto pode ser explicado por esta junta possuir diferenças de

espessura além das frações relativas de fibras e matriz não serem constantes por toda a

sua extensão, o que modifica as propriedades térmicas. Além disso, a termografia

pulsada é bastante sensível a aquecimentos irregulares, podendo dificultar a detecção de

certos defeitos como relata Maldague [32].

72

Para defeitos colocados entre mantas (números 8 até 13), apenas o defeito 8 não foi

detectado, em função, provavelmente de ser o mais profundo. Vale lembrar que a

primeira manta é a que está em contato direto com a superfície do duto, portanto as 1ª e

2ª mantas, onde está o defeito 8, é o local de maior profundidade.

5.3 DIMENSIONAMENTO

Após o procedimento descrito na seção 4.5, foram obtidas as dimensões dos defeitos 3,

4 e 13 tanto para as imagens originais quanto aquelas com filtros. Com o objetivo de se

saber a melhoria que os filtros resultam no dimensionamento, o mais importante foi

calcular o erro relativo produzido pelos filtros em relação ao dimensionamento feito

pela imagem original.

Foram escolhidos apenas os defeitos 3, 4 e 13 pois eram defeitos, nas imagens

termográficas, com formatos mais próximos aos simulados.

Tabela 8. Erros relativos no dimensionamento dos defeitos

Defeito

Medida

nominal

(cm)

Medida experimental (cm) Erros relativos (%)

Imagem

original 3x3 5x5 7x7

Imagem

original 3x3 5x5 7x7

3

(circular)

1,7 1,76 1,85 1,80 1,88 4 9 6 11

4

(quadrado)

1,8 2,02 2,08 2,06 2,33 12 16 14 29

13

(retangular)

8 6,96 7,12 7,11 5,83 -13 -11 -11 -27

Como mostra a tabela 7, para o defeito 3, a imagem que produziu menor erro no

dimensionamento foi a original, com apenas 4%. Todos os filtros aplicados para este

defeito mostraram piores resultados, sendo a máscara de 7x7 a pior de todas.

73

Para o defeito 4, o comportamento é semelhante ao anterior e a imagem original

continua sendo a melhor para dimensionar.

Finalmente, para o defeito 13, as máscaras de 3x3 e 5x5 mostraram uma melhoria em

relação à imagem original sendo novamente a de 7x7 a mais inadequada para o

dimensionamento. Vale aqui ressaltar que os sinais negativos na frente dos números

quer dizer que o defeito foi subdimensionado. Apesar da melhoria citada, a imagem

original tem erro relativo comparável às máscaras de 3x3 e 5x5, com diferença de

apenas 2%. Há de se atentar que se não houver um hardware dedicado ao

processamento de imagens, será muito trabalhoso e custará tempo a aplicação de filtros

deste tipo, podendo-se utilizar a imagem original para dimensionamento sem grandes

prejuízos nos resultados. Afinal, um erro de 13% significa aproximadamente 1 cm para

as dimensões do defeito estudado e dependendo da aplicação do componente isto não

representa grandes problemas, já que são utilizadas baixas pressões nestas tubulações

de compósitos.

Em relação ao fato de na maioria dos casos os filtros terem apresentado resultados

piores que a imagem original, pode-se explicar pelo fato de o filtro laplaciano ser muito

sensível à ruídos, como descrito na seção 2.6.1.3 Detecção de Bordas.

74

6. CONCLUSÕES

Pode-se concluir que o menor tempo de aquecimento investigado, ou seja, 10s foi

aquele que proporcionou a melhor visualização de defeitos. Ainda de acordo com os

mesmos autores, defeitos de falta de adesão como os defeitos 3 e 4 são melhores

detectados por termografia pulsada do que por lock-in, fornecendo, portanto, base para

seguir com novos estudos nestes defeitos utilizando a mesma técnica deste trabalho.

A partir do tempo de aquecimento ideal, foram feitos ensaios por toda a junta 4, onde

foi possível detectar diversos defeitos simulados. Aproximadamente 70% deles foram

revelados e foram favorecidos aqueles de maior razão de aspecto, o que está de acordo

com a pesquisa de Montanini et al [21]. Aqueles de menor razão foram detectados

quando colocados em menores profundidades, como os detectados do lado esquerdo da

junta.

Com relação ao dimensionamento, conclui-se que as imagens originais obtiveram

melhor desempenho que os filtros de Laplace já que apresentarem menores erros

relativos (entre 4% e 13%). Isto não significa que tais filtros sejam ineficazes no realce

de bordas, apenas necessitam de etapas precedentes de filtragem de ruídos antes de

serem aplicados. Ruídos e bordas têm características semelhantes que são variações

bruscas em intensidades de cinza. Logo, filtros que realçam bordas irão

automaticamente realçar ruídos, o que aconteceu neste trabalho e resultou no pior

desempenho deles.

75

7. PROPOSTA PARA TRABALHOS FUTUROS

Para fazer uma pesquisa mais extensa propõe-se realizar ensaios com tempos menores

de aquecimento, apesar de os valores de 10s já apresentarem resultados bons para a

detecção. Além disso, é interessante variar outros parâmetros como tempo de

integração, potência das lâmpadas e taxa de aquisição do vídeo.

Do ponto de vista da detecção, aconselha-se a utilização da técnica lock-in a fim de

diminuir a influência de aquecimento irregular e interferências externas, as quais são

prejudiciais na termografia pulsada.

Em relação ao dimensionamento, recomenda-se a utilização de operações de filtragem

de ruídos e posterior aplicação de filtros de Laplace ou mesmo filtros de 1ª derivada.

76

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termografia ativa pulsada aplicada a juntas compósitas laminadas