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Medição de espessura de parede de tubos de caldeira a vapor com transdutores EMAT


Aparelhos recomendados:
Medidor de espessura 38DL PLUS
EPOCH 6LT,EPOCH 1000,ouEPOCH 650

Cenário

As altas temperaturas de cerca de 800 °C encontradas dentro das caldeiras a vapor podem provocar a formação de um tipo específico de óxido de ferro duro e quebradiço, chamado magnetita, na superfície interna e externa dos tubos da caldeira de aço. A presença da camada de óxido na parte externa dos tubos pode interferir nas medições ultrassônicas de espessura de parede que usam transdutores comuns de elementos duplo, isto por que uma superfície muito áspera pode impedir o acoplamento do som e porque a espessura do óxido é adicionada à espessura do metal. No entanto, como o próprio nome indica, a magnetita é magnética, e essa propriedade permite a utilização da sonda EMAT (transdutor acústico eletromagnético), como a sonda E110-SB. As sondas apresentam várias vantagens em comparação com as sondas piezoelétricas convencionais de dois elementos: não é preciso remover a camada de óxido, a espessura da camada não é adicionada à espessura da parede e as medições podem ser feitas com muita rapidez sem a necessidade de utilizar acoplantes líquidos. A principal limitação da sonda EMAT de magnetostricção é que ela só funciona quando a camada está presente e vinculada à parte externa do tubo da caldeira. Além disso, a espessura mínima mensurável da parede e a precisão não são tão boas quanto a que pode ser conseguida com as sondas duplas convencionais; as sondas EMAT são praticamente insensíveis às pequenas cavidades internas. Por estes motivos, as sondas EMAT são usadas com frequência para realizar levantamentos rápidos da espessura inicial da parede, então as sondas duplas podem ser utilizadas para analisar, de maneira mais aprofundada, as áreas de preocupação.

Teoria do funcionamento

Existem dois tipos de sondas EMAT utilizadas pela indústria de END. As conhecidas como EMAT de Lorentz não precisam da presença da camada de óxido, mas precisam de uma energia de condução bem elevada. As sondas EMAT de magnetostricção, como a E110-SB da Olympus, precisam da camada, mas elas funcionam com níveis de potência bem mais baixos, típicos dos medidores portáteis por ultrassom e dos detectores de defeitos. A sonda de magnetostricção possui um ímã potente permanente e uma bobina que atua como um eletroímã quando excitado pelo pulso do aparelho de teste, conforme observado na figura 1. O magneto permanente gera um campo magnético perpendicular em relação à superfície da camada (Bs na figura abaixo), enquanto o campo dinâmico gerado pelo eletromagneto (Bd) faz com que a camada seja puxada para fora e para dentro radialmente, como a bobina é pulsada, como mostrado na figura 2. Este movimento gera uma onda de cisalhamento com incidência normal na camada que então se propaga pelo aço. Basicamente, a camada age como um elemento ativo da sonda para gerar o pulso sonoro. A frequência do pulso sonoro varia à medida que a espessura do óxido muda, aumenta quando o óxido se torna mais fino e diminui quando fica mais espesso. Com o acúmulo da camada tipicamente fina, a frequência será de aproximadamente 5 MHz. O processo também funciona no sentido inverso para gerar uma voltagem no elemento quando o eco da onda de cisalhamento vibra na camada.


Figura 1 — Seção transversal de uma EMAT típica


Figura 2 — Método da geração da onda sonora

Como a própria camada é um transdutor, a rugosidade da camada não é um problema para o acoplamento, e não é adicionada à medida da espessura. A sonda EMAT gera uma onda de cisalhamento, então a velocidade dela deve ser calibrada para 3.240 m/s, aproximadamente, no aparelho, para aço carbono. A precisão da medição típica com o transdutor E110-SB EMAT é de ±0,25 mm, com espessura mínima mensurável de ao menos 2,0 mm, dependendo das propriedades do material.

Procedimentos de configuração e medição

A qualidade dos ecos ultrassônicos nas aplicações com EMAT depende, em parte, da consistência da camada de óxido, que pode variar de um ponto a outro em um determinado tubo da caldeira. Se não é possível obter ecos úteis em um ponto, tente um outro ponto próximo. Além disso, o transdutor E110-SB possui um obstáculo ajustável que varia a distância entre a face da sonda e a superfície do tubo da caldeira. Ajustar a distância deste obstáculo ajuda a otimizar a resposta do eco em muitos casos.


(a) Medidor 38DL PLUS®: o transdutor E110-SB é usado com o medidor de espessura 38DL PLUS juntamente com um adaptador 1/2XA/E110 que reconhece a sonda e filtra a passa-alta adicionada necessária para condicionamento do sinal apropriado. Quando o adaptador está conectado, o medidor selecionará automaticamente a configuração de EMAT padrão DEFM1-EMAT/E110. Como qualquer configuração de calibração, para uma maior precisão, a calibração de dois pontos (velocidade/zero) deve ser realizada em padrões de referência conhecida, espessa e fina. Se esses padrões não estiverem disponíveis, as configurações padrões podem ser utilizadas como ponto de partida. O ganho do aparelho e o eco em branco podem ser ajustados, conforme a necessidade, para otimizar a detecção do eco. Com a configuração EMAT padrão, o medidor 38DL PLUS exibirá uma onda retificada completa. Uma forma de onda típica é exibida abaixo, figura 3.



Figura 3 — Forma de onda EMAT típica retificada
Para uma visualização mais detalhada da configuração da forma da onda, que pode ser útil em medições muito difíceis, selecione a opção de exibição RF no menu de configuração do medidor. Uma forma de onda RF típica em uma medição EMAT é mostrada na figura 4.


Figura 4 — Forma de onda EMAT RF típica


(b) EPOCH 6LT, EPOCH 1000 ou EPOCH 650: A configuração inicial típica para EMAT e a forma de onda na série de detectores de defeitos EPOCH é mostrada na figura 5. Observe que o filtro passa-banda deve sempre ser usado para filtrar baixas frequências de ruído associado às EMAT. Além disso, como a frequência da onda de cisalhamento varia de acordo com a espessura da camada de óxido, a frequência da onda quadrada do EPOCH deve ser ajustada conforme a necessidade para otimizar a resposta do eco.


Figura 5 — Parâmetros da configuração básica: velocidade, 0,1280 pol./µs; zero, 0,650 µs; energia, 400 V; amortecimento, 50 Ω; frequência do pulso, 5,0 MHz; filtro, 1,5–8,5 MHz.

Olympus IMS

ProductsUsedApplications
Os EMAT são transdutores de elemento único que utilizam o efeito magnetostritivo para transmitir e receber ondas de ultrassom.
O EPOCH 650 é um detector de defeitos por ultrassom convencional com uma excelente performance de inspeção e pode ser utilizado em uma ampla variedade de aplicações. Esse aparelho robusto e intuitivo é a extensão do popular detector de defeitos EPOCH 600, mas com mais recursos.

O versátil medidor 38DL PLUS™ pode ser usado com transdutores de elemento duplo para a medição da espessura de tubos corroídos e para medições de espessura muito precisas de materiais finos ou multicamadas com um transdutor de elemento único. 

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