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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
Orientadora: Gabriela Ribeiro Pereira
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
Vitor Manoel de Araujo Silva
Fevereiro/2014
Orientadora: Gabriela Ribeiro Pereira
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
Vitor Manoel de Araujo Silva
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
4ª 8 1,6 0,2 Retângulo
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
7ª 8 1,6 0,2 Retângulo
*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.
Figura 39. Diferença vs termogramas durante o resfriamento para 30s de aquecimento
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.
Figura 40. Diferença vs termogramas durante o resfriamento para 40s de aquecimento
Para o último aquecimento de 50s, há uma queda intensa no contraste logo no início do
resfriamento, como mostra a figura 41.
63
Figura 41. Diferença vs termogramas durante o resfriamento para 50s de aquecimento
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)
Figura 45. Imagens originais da região entre 3 e 4. Lado esquerdo (a) e lado direito (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)
Figura 46. Imagens originais da região entre 4 e 5. Lado esquerdo (a) e lado direito (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)
Figura 47. Imagens originais da região entre 5 e 6. Lado esquerdo (a) e lado direito (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)
Figura 48. Imagens originais da região entre 6 e 7. Lado esquerdo (a) e lado direito (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)
Figura 49. Imagens originais da região entre 7 e 1. Lado esquerdo (a) e lado direito (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
10 Entre 3ª e 4ª 0,2 Retângulo Sim
11 Entre 4ª e 5ª 1 Quadrado Sim
12 Entre 5ª e 6ª 1 Quadrado Sim
13 Entre 6ª e 7ª 0,2 Retângulo 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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