Correntes Eddy

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    ENSAIO POR CORRENTES EDDY

    FEUP DEMM EMAT -2013

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    Introduo

    Este mdulo tem o objectivo de fornecer a informao geral sobre mtodo de ensaio no destrutivo por correntes Eddy (Correntes Induzidas, Correntes Foucaut)

    Inspeco por correntes Eddy (CE) um dos muitos mtodos de ensaio que usam como base o princpio do electromagnetismo que ocorre nos materiais condutores de electricidade.

    Outros ensaios como Ensaio por Campo Remoto, Fuga de Fluxo e Rudo Barkhaauson tambm usam o mesmo princpio.

  • 3

    Resumo

    Induo Electromagntica

    Produo de correntes Eddy (CE)

    Aplicaes em Inspeco

    Equipamento utilizado em inspeco por CE

    Sondas/Bobines

    Instrumentao

    Padres de Referncia

    Vantagens e Limitaes

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    Induo Electromagntica

    As CE so criadas atravs de um processo chamado induo electromagntica.

    Quando uma corrente elctrica alternada percorre um condutor, tal como um fio de cobre, cria-se um campo magntico em torno do mesmo condutor.

    Este campo magntico expande-se medida que a intensidade de corrente alternada aumenta e colapsa se a corrente se reduz a zero.

  • 5

    Induo Electromagntica (cont.)

    Se existir um outro condutor na vizinhana deste campo magntico varivel, ocorrer o efeito inverso, ou seja o Campo Magntico Varivel que atravessa o 2 condutor, causa no mesmo uma corrente induzida, chamada Corrente Eddy.

    Fluxo de corrente

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    Produo de CE

    CE so correntes induzidas que fluem com forma circular. O nome deriva do efeito similar conhecido de fluxos de retorno de gases e liquidos em torno de obstculos, em ingls eddies.

    Tambm so designadas por Foucaut em literatura francesa.

    Sonda de ensaio

    Correntes Eddy

    Corrente

    Fluxo rpido

    Correntes Eddies

  • 7

    Produo de CE (cont.)

    Para gerar a CE so usadas sondas.

    O interior destas formado por uma bobina de fio condutor elctrico.

  • 8

    Produo de CE (cont.)

    ento ligada uma corrente alternada bobine a uma frequncia escolhida prpria para o tipo de verificao e realizar.

  • 9

    Produo de CE (cont.)

    Forma-se em torno da bobine um campo magntico dinmico, ( varivel) com expanses e colapsos sucessivos ( entre mximo e zero)

  • 10

    Produo de CE (cont.)

    Quando um material elctricamnte condutor colocado na vizinhana do campo magntico varivel da bobine, ocorre a induo, formando-se correntes Eddy no material.

  • 11

    Produo de CE (cont.)

    A CE que flui no material forma o seu prprio

    campo magntico ( secundrio) que se ope ao

    campo magntico primrio formado pela corrente

    alternada na bobine.

  • 12

    Produo de CE (cont.)

    Este processo de induo electromagntica pode ocorrer entre vrias centenas a vrios milhes de vezes por segundo dependendo a frequncia usada no ensaio.

  • 13

    Pro

    fun

    dad

    e

    Densidade da CE

    Pro

    fun

    did

    ad

    e

    Densidade da CE

    Baixa Frequncia

    Baixa condutividade

    Baixa permeabilidade

    Alta frequncia

    Alta condutividade

    Alta permeabilidade

    Penetrao

    Padro

    (Profundidade

    de Pele)

    37 %

    Densidade da CE

    superfcie

    Produo de CE (cont.)

    As CE so mais intensas superfcie do material e diminuem na profundidade. A profundidade onde a intensidade da CE smente 37% em relao intensidade ocorrida superfcie denominada como penetrao padro da CE ou profundidade de pele da CE. Esta profundidade varia com a frequncia da sonda, condutividadde elctrica do material e permeabilidade do material.

  • 14

    Variveis de ensaio

    Existem trs caractersticas relativas amostra a ensaiar que afectam a intensidade das CE induzidas.

    A condutividade elctrica do material

    A permeabilidade magntica do material

    A quantidade de material slido que fica na vizinhana da bobine.

    As informaes sobre a intensidade das CE relativas pea em ensaio so determinadas monitorizando as mudanas na voltagem e /ou corrente que ocorrem na bobine da sonda.

    As variaes da intensidade da CE mudam a impedncia elctrica (Z) da bobine.

  • 15

    Variveis de ensaio (cont.)

    R ~

    XL

    Bobine

    Ensaio

    Impedncia (Z) em uma bobine o somatrio dos efeitos de oposio ao fluxo de corrente. No caso da bobine, Z composto pelo efeitos de resistncia ( R )e indutncia (XL) Definies:

    Resistncia Oposio ao fluxo de corrente resultando na transformao de energia elctrica em energia calorfica ou outra.

    Indutncia (XL) Resistncia passagem da corrente alterna (CA) devido induo electromagntica da bobine

    Impedancia (Z) A oposio combinada passagem de corrente resultante da indutncia e resistncia.

    Em bobine CA, a induo do campo magntico de uma espira da bobine causa uma corrente secundria em todas as outras espiras.A corrente secundria ope-se corrente primria

    Corrente induzida

    (do C.Mag varivel)

    Campo Magntico

    (da corrente primria)

    Corrente primria

    Corrente induzida

    ope-se

    corrente primria

  • 16

    Aplicaes em Inspeco

    Uma das maiores vantagens das CE como Ensaio No Destrutivo a variedade de inspeces que podem ser efectuadas.

    Vamos descrever apenas alguns exemplos da capacidade do ensaio.

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    Medio de espessuras de

    materiais possivel medir espessuras com algumas

    limitaes.

    Apenas uma % da CE se podem formar em um dado volume do material.

    Os materiais de maior espessura suportam maior % de CE que os mais finos.

    A intensidade ( quantidade) de CE pode ento relacionar-se com a espessura do material.

    Correntes Eddy

    Campo magntico

    Da sonda

    Material

    Em ensaio

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    Medio de Espessuras (cont.)

    CE normalmente usado em aeronutica para

    detectar perda de material por corroso ou eroso.

  • 19

    Medio de Espessuras (cont.)

    Inspeco por CE usada extensivamente para inspeco de tubulares de equipamentos na indstria de produo de energia e petroqumicas, para controlo da corroso e eroso.

  • 20

    Deteco de Fissuras

    Deteco de fissuras uma das principais aplicaes das CE. As fissuras causam uma modificao do sinal, por interrupo das linhas circulares da corrente e enfraquecem a sua intensidade. Estas mudanas podem ser detectadas para a localizao e definio da descontinuidade.

    Campo magntico

    Da bobine da sonda

    Campo

    Magntico

    Oriundo das CE

    Correntes Eddy

    Fissura

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    Deteco de Fissuras (cont.)

    Inspeco por CE excepcionalmente bem dirigida para a deteco de fissuras especialmente se se revelarem superfcie.

    Fissuras

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    Deteco de Fissuras (cont.)

    Exemplo de uso de CE na verificao de fissuras em jante de aviao usando uma sonda especial para adaptao geometria da zona a inspeccionar.

    Fissuras

  • 23

    Deteco de Fissuras (cont.)

    Zonas de esforo, como furos de pernos ou rebites de aperto, so normalmente favorveis formao de fissuras de fadiga em servio. Sondas suportadas por pistolas rotativas so usadas para diminuir o tempo de inspeco. A foto direita indica uma seco do furo. Cada linha horizontal representa uma rotao da sonda. Um sinal vertical indica fissura.

    Sinais de fissuras

  • 24

    Medio de Revestimentos

    No Condutores Revestimentos no condutores quando em substratos condutores, podem ser medidos com elevada preciso usando CE. ( por vezes preciso maior que 0,001%)

    Material Base

    Condutor

    Revestimento

    No Condutor

    Correntes Eddy

    O revestimento desloca a sonda do condutor (substrato) enfraquecendo o sinal e intensidade da CE.

    Esta reduo de intensidade pode ser relacionada directamente com a espessura do revestimento.

  • 25

    Medio de Revestimentos

    No Condutores (cont.) A foto da esquerda mostra um painel de avio pintado a ser inspeccionado em relao espessura da tinta. direita, o ecran digital do equipamento mostra os diferentes sinais obtidos pela medio de oito pontos de diferente espessura da tinta sobre a liga de alumnio.

    Aumento da Espessura da tinta

  • 26

    Monitorizao da Variao da

    Condutividade e Permeabilidade. A inspeco por CE sensivel s mudanas nas propriedades elctricas e magnticas do material, nomeadamente condutividade elctrica e permeabilidade magntica. Esta sensibilidade permite estabelecer mtodos de triagem e inspeco para :

    Identificao de materiais Escolha de materiais Avaliao de efeitos do calor nos materiais Medio de espessuras de revestimentos de

    clads

    Determinao da profundidade de endurecimento

    Monitorizao de Tratamentos Trmicos

  • 27

    Equipamento

    O equipamento para uso em CE muito diversificado.

    Deve seleccionar-se caso a caso tendo em vista o desejado.

    No mnimo, so necessrios trs componentes para um exame capaz :

    Instrumentao

    Sondas

    Padres de Referncia

  • 28

    Instrumentao - Medidores

    Medidores de CE so os mais simples usados em CE.

    So de duas categorias :

    digitais ou analgicos.

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    Medidores Digitais

    So tpicamente concebidos para um s tipo de medio, como por exemplo condutividade ou espessura de revestimento no condutor.

    Estes medidores tm uma preciso mais elevada que os analgicos.

  • 30

    Medidores Analgicos

    Os medidores analgicos podem ser usados para diversos tipos de inspeco tais como : Deteco de fissuras Espessuras de materiais Espessuras de revestimentos condutores ou no condutores.

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    Medidores Analgicos (cont.)

    A visualizao pode estar calibrada ou no.

    A escala calibrada tem um factor de escala inerente que relaciona a propriedade a medir pelo instrumento, como por exemplo condutividade.

    A escala no calibrada tpicamente nais flexivel permitindo uma maior variedade de ensaios.

    No entanto este tipo de equipamentos necessitam de dados para extrapolao quantitativa de resultados nos diversos ensaios.

  • 32

    Equipamentos Portteis

  • 33

    Equipamentos Portteis (cont.)

    Estes equipamentos pertencem a outra categoria e apresentam os dados da inspeco sob a forma de um diagrama plano de impedncia.

    No diagrama de impedncia, a impedncia total mostrada por representao dos componentes de resistncia e indutncia em sistema de eixos a 90 entre si.

    Esta representao tem a vantagem de distinguir e identificar as duas variveis do ensaio que podem afectar os resultados. Resistncia R

    Ind

    ut

    nc

    ia X

    No Magntico

    Magntico

    Alumnio

    Ao

    Ar

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    Equipamentos Portteis(cont.)

    Os equipamentos de CE modernos, normalmente so digitais, oferecendo a possibilidade de um ensaio com simples ou dupla frequncia. Os instrumentos com frequncia dupla ( dual), so capazes de efectuar sequencialmente o ensaio com duas freequncias diferentes na mesma sonda:

    Sinal da mesma fissura gerado por

    frequncias diferentes

    Maior

    frequncia Menor

    frequncia

  • 35

    Equipamentos Portteis(cont.)

    Muitos equipamentos digitais de CE tm sada srie RS232 para interligao a impressora ou / e computador bem como registos de sinal. Estes equipamentos tm memria RAM que permite apresentar mais tarde os sinais obtidos da inspeco.

  • 36

    Instrumentos de CE Multi

    Frequncia

  • 37

    Instrumentos de CE Multi

    Frequncia (cont.) Instrumentos Multi Frequncia so referidos

    normalmente como capazes de efectuar inspeces com bobines em duas ou mais frequncias sequencionalmente ou simultneamente.

    So usados extensivamente para inspeco de tubulares em centrais trmicas, indstrias qumicas e petroqumicas.

    So capazes tambm de suportar 4 ou mais sondas ligadas a sistema computorizado de conduo do ensaio e anlise de dados.

  • 38

    Instrumentos de CE Multi

    Frequncia (cont.) Vantagens da inspeco com multifrequncias:

    Permite aumentar a informao da inspeco por operao de sondagem. ( varrimento)

    Permite comparar os sinais da mesma descontinuidade para diferentes frequncias.

    Permite misturar frequncias que ajudam a reduzir ou eliminar fontes de rudos de fundo.

    Muitas vezes aumentam a capacidade de deteco, interpretao e dimensionamento de descontinuidades.

  • 39

    Instrumentos de CE Multi

    Frequncia (cont.) Exemplo de ecran em inspeco com equipamento

    multifreqncias.

    Grfico c/ representao

    Das

    descontinuidades

    Dados da impedncia

    da mesma indicao

    a 4 freq diferentes

  • 40

    Sondas de CE

  • 41

    Sondas de CE (cont.)

    A seleco de sondas crtica para uma correcta aquisio de dados.

    Factores a considerar: Requisitos de penetrao no material (superfcie

    versus sub-superfcie)

    Requisitos de sensibilidade

    Tipo de ligaes ao instrumento (h vrias hipteses)

    Compatibilidade de impedncia entre sonda e equipamento

    Tamanho da sonda (mais pequenas penetram menos no material)

    Tipo de sonda (absoluta, diferencial, reflexo ou hbrida)

  • 42

    Sondas de CE (cont.)

    Devido grande variedade de sondas em CE existem diferentes sistemas de classificao.

    O sistema mais comum : Sondas superficiais

    Sondas para dimetros interiores (I.D.) ou sondas de Bobbin

    Sondas para dimetros exteriores (O.D.) ou sondas circundantes

  • 43

    Sondas de CE (cont.)

    As sondas superficiais so bobines que esto tipicamente montadas e embebidas em envlucro de material plstico. Como o nome indica o tcnico move a sonda ao longo da superfcie da pea.

  • 44

    Sondas de CE (cont.)

    Algumas sondas superficiais so concebidas especficamente para deteco de fissuras em furaes. Estas tm configuraes que podem incluir sondas de arrasto, de anel e ocas..

  • 45

    Sondas de CE (cont.)

    As sondas superficiais podem ser de pequeno tamanho para permitir acesso a zonas restritas e confinadas.

    Sonda de dedo

  • 46

    Sondas de CE (cont.)

    Sondas para interiores (I.D.), tambm designadas por sondas bobbin, so bobines que normalmente se desenvolvem circunferencialmente em torno de um alojamento de plstico. Estas sondas foram primriamente concebidas para inspeco ao interior de tubulares.

    Par de espiras em

    torno de plstico

    Proteco em ao inox

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    Sondas de CE (cont.)

    Sondas para dimetros exteriores (O.D.) so bobines que circundam a circunferncia do alojamento cilndrico oco. So concebidas para que a pea deslize atravs do centro da bobine. Estas sondas aplicam-se na inspeco de vares, fios e tambm tubos.

  • 48

    Padres de Referncia

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    Padres de Referncia (cont.)

    Tendo em vista tornar prtica e fivel a inspeco por CE, devem ser gerados sinais de comparao atravs de peas de referncia ou padres, com descontinuidades ou propriedades conhecidas.

    Os padres de ref so normalmente fabricados com o mesmo material ou similar do material que se vai inspeccionar.

    Muitos e diferentes tipos de padres so concebidos, devido variedade do objectivo e geometria das inspeces a executar.

    Seguidamente apresentamos alguns exemplos de padres.

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    Padres de Referncia (cont.)

    Padres de espessuras usados para determinar o desgaste do material por eroso ou corroso.

    Escalas de diferentes espessuras

    Padro com pontos maquinados

    de profundidade crescente

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    Padres de Referncia (cont.)

    Padres de fissuras:

    Fissuras (entalhes) em furaes (EDM)

  • 52

    Padres de Referncia (cont.)

    Padro ASME de corroso em tubos:

    Furos e entalhes maquinados

    a diversas profundidades da parede do tubo

  • 53

    Padres de Referncia (cont.)

    Padres de material no condutor (Tinta) com vrias espessuras em substrato de alumnio.

  • 54

    Vantagens da inspeco por

    Correntes Eddy Muito sensvel a pequenas fissuras e outros

    defeitos

    Detecta defeitos superficiais e sub-superficiais

    Inspeco d resultados imediatos

    Equipamento tem elevado grau de portabilidade

    Este mtodo pode ser usado para detectar mais que um tipo de descontinuidade

    Preparao prvia da pea reduzida

    A sonda no necessita de contactar a pea

    Inspecciona formas complexas de diversos tamanhos em materiais condutores

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    Limitaes da Inspeco por

    Correntes Eddy Smente podem ser inspeccionados materiais

    condutores

    A superfcie tem que estar acessivel sonda

    Operadores requerem mais treini que para outras tcnicas

    O acabamento superficial e rugosidade podem interferir no ensaio

    Necessrio ter padres de referncia adequados

    Profundidade da penetrao limitada

    Descontinuidades como por exemplo laminagens apresentamdo-se paralelas ao plano das espiras da bobine no so detectveis

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