Por Alessandro Aparecido Sancovicei
Nas indústriais atuais sejam elas químicas, petroquímicas, siderurgicas,
papel-celuloses, metalúrgicas, alimentícias, entre outras, os vasos de pressão
são fundamentais nos processos industriais que contenham fluidos a serem
armazenados ou de passagem.
Os vasos de pressão são equipamentos na maioria das vezes cilíndricos que podem
ser horizontais ou verticais, são construídos em aço-carbono e suas ligas, aço
inoxidável, polipropileno, fibra de vidro ou qualquer outro material resitente
à pressão e as condições exigidas pelo processo a ser submetido. Os vasos de
pressão servem para armazenar fluidos gasosos ou líquidos ou ainda combinações
dos dois estados líquido/gasoso. Devido as variações de pressão, temperatura e
fluido a ser armazenado os vasos de pressão quando não são corretamente
projetados ou inspecionados, tornam-se componentes perigosos colocando em risco
as pessoas envolvidas e o meio ambiente. Devido a este alto índice de
periculosidade e para minimizar os impactos ambientais o ministério do trabalho
brasileiro criou a norma regulamentadora NR 13, que classifica estes
equipamentos de acordo com seu potencial de risco, fornece parâmetros de
treinamento para operadores deste tipo de equipamento e parâmetros para
inspeção e manutenção periódica.
De acordo com a NR 13 os vasos de pressão são classificados em categorias
segundo o tipo de fluido e o potencial de risco que apresentam, conforme
demonstrado na tabela abaixo.
A NR 13 estabeleceu ainda uma tabela de paradas obrigatórias para inspeção,
mesmo que aparentemente o vaso esteja operando normalmente, vide tabela abaixo
que demonstra as inspeções/verificações que devem ser feitas de acordo com a
categoria do vaso.
As inspeções internas e externas impostas pela NR 13 necessitam, em alguns
casos, de ensaios não destrutivos como auxiliar para detecção de possíveis
falhas que a olho nú seriam impossíveis de serem detectadas, aumentando assim a
confiabilidade e segurança dos vasos de pressão.
Ensaios não destrutivos
São ensaios que não destroem nem modificam as propriedades do material
ensaiado, podendo ser executados na maioria das vezes em peças,
matérias-primas, equipamentos acabados e/ou semi acabados.
O objetivo primordial dos ensaios não destrutivos ou ends, como são mais
conhecidos, é determinar a qualidade do material sob o ponto de vista de
aceitação ou rejeição. Os ends podem de maneira qualitativa e/ou quantitativa
determinar características físicas, químicas e metalúrgicas dos materias e
equipamentos testados, fornecendo assim subsídios diretos e/ou indiretos para
aprovação, reprovação ou simplesmente fornecendo dados para reavaliação da vida
útil de um determinado equipamento ou material.
Existe uma vasta gama de ends que podem ser utilizados mais, os mais comuns
são: ensaio visual, ensaios por liquido penetrante, partículas magnéticas,
radiografia/gamagrafia e ultrassom estes ensaios são utilizados na maioria das
vezes para detectar descontinuidades nos mais variados processos de
fabricação (laminados, forjados, fundidos, soldados, usinados, etc) ou
até mesmo descontinuidades geradas pelos mecanismos de deteriorização de
elementos/equipamentos em uso que são ruptura sob tensão estática, ruptura
frágil, fadiga, corrosão, corrosão sob-tensão, fadiga associada a corrosão,
fragilização por hidrogênio, fluência, deformações, entre outros.
Ensaio visual
O ensaio visual é o mais simples de todos os ends e consiste em utilizar a
visão de forma direta ou com auxílio de lentes ou lupas de aumento ou mesmo de
forma remota com auxílio de videoscópios ou boroscópios, para fazer uma
avaliação preliminar das condições superficiais de um elemento ou equipamento.
Líquido penetrante
O líquido penetrante ou lp é um ensaio que utiliza como fundamento a
propriedade de capilaridade dos líquidos, que é a capacidade destes penetrarem
em pequenos oríficios ou fendas até mesmo na posição sobre-cabeça. O ensaio de
lp detecta com facilidade descontinuidades como pequenas trincas e
porosidades ou qualquer outro tipo de descontinuidade superficial desde que
esta esteja aberta à superfície promovendo a entrada do penetrante na
descontinuidade e ápos outras etapas seja revelada com uma emulsão apropriada
designada de revelador.
Partículas magnéticas
Os ensaios por partículas magnéticas são muito utilizados para detecção de
descontinuidades superficiais e sub-superficiais (logo abaixo à superfície),
este end baseia-se na propagação de um campo magnético em materiais
ferromagnéticos, se existirem descontinuidades nestes materias será criado um
campo de fuga na descontinuidade gerando assim um pequeno campo magnético
“imã” na região da descontinuidade onde é aplicada as partículas
magnéticas “pó metálico ferroso” que pode ser de várias cores para contrastar
com a superfície, esta partícula ferrosa se acumula nas regiões onde são
formados os campos de fuga evidenciando uma descontinuidade.
Radiografia e gamagrafia
As descontinuidades internas são checadas com os ensaios radiográfico e
gamagrafia, que consiste na absorção diferenciada das radiações ionizantes que
podem ser os raios x e os raios y, que são os tipos de radiações comumente
utilizados nestes ensaios, tanto os raios x como os raios y são ondas
eletromagnéticas de altíssimo poder de penetração e comprimentos de onda muito
pequenos de aproximadamente 1/10000 o comprimento de onda da luz visível.
A diferença entre os raios x e os raios y é que os raios x são produzidos
artificialmente pela aceleração de elétrons em um tubo de alto vácuo, onde um
filamento de tungstênio é excitado com uma voltagem alta produzindo os raios x,
por sua vez os raios y são produzidos por isótopos naturais encontrados na
natureza, os mais utilizados são o irídio, o cobalto e o selênio, essa
radiações conseguem atravessar os materiais que podem ser metálicos ou não
metálicos e “imprimir” um filme radiográfico que irá registrar variações de
“densidade radiográfica” diferenciadas, ou seja, regiões no material analisado
onde a absorção dessa energia é menor, o filme apresentará uma área mais
escurecida, regiões com maior absorção dessa energia, o filme ficará mais
claro. Geralmente ao se analisar uma determinada região mais escurecida no
filme radiográfico, apura-se evidências de descontinuidades internas, que podem
ser vazios internos ou inclusões não metálicas.
Ultrassom
Os ensaios de ultrasom são amplamente utilizados para verificação de
descontinuidades internas e superficiais. Estes ensaios baseiam-se na
introdução de ondas mecânicas de alta frequência no interior de materias
metálicos, não metálicos, ferrosos e não ferrosos. As ondas mecânicas podem ser
geradas e introduzidas de várias formas dentro do material em análise, o método
mais comum de geração é por efeito piezoelétrico, que é a capacidade de certos
materiais de converterem energia mecânica em energia elétrica e vice-versa,
estes materiais são chamados de cristais piezoelétricos ou popularmente
chamados de cabeçotes, estes cristais podem ser de quartzo, titanato de bário,
sulfato de lítio, etc.
O equipamento de ultrasom funciona como um “sonar”, emitindo um pulso elétrico
para o cabeçote (transdutor) que vibra o cristal com uma determinada
frequência, introduzindo no interior do material vibrações mecânicas
“ultrassons”, que se propaga com uma determinada velocidade e frequencia,
existindo alguma descontinuidade no material analisado, essa vibração vai se
chocar com essa descontinuidade ou interface e parte dessa energia mecânica vai
retornar para o transdutor como uma reflexão com as mesmas características de
propagação (velocidade e frequencia), neste caso o efeito é o inverso e a vibração
mecânica de retorno faz vibrar o transdutor que gera um pulso elétrico de
intensidade proporcional a enegia de retorno, mostrando na tela do aparelho
duas imformações importantes para interpretação deste sinal, a distância
percorrida pelo som neste trajeto até a descontinuidade, e a intensidade deste
sinal ou amplitude que está diretamente ligada com o tamanho da descontinuidade
ou da energia refletida por esta descontinuidade, com estas informações
conseguimos estimar o tamanho das descontinuidades e posicionamento da mesma,
no ensaio de ultrassom existem ainda basicamente 3 tipos de ondas que podem ser
introduzidas, ondas longitudinais, transversais e superficiais cada uma tem
suas próprias característica e a escolha de cada tipo de onda vai depender do
tipo de descontinuidade que se deseja detectar.
Determinação do ensaio a ser utilizado
A escolha dos melhores ensaios a serem utilizados nas inspeções periódicas é
determinada por diversas variáveis e fatores a serem definidos e analisados
como: mecanismo de deterioração atuante no equipamento; dimensões da parte do
equipamento que se deseja inspecionar; tipo de descontinuidade mais provável
atribuída ao mecanismo de deterioração; características superficiais do local a
ser inspecionado e propriedades metalúrgicas do material, estas variáveis podem
determinar qual o tipo de end mais indicado para o ensaio, podendo ainda ser
utilizado uma conjugação de ends para atender a inspeção propriamente dita. A
tabela da página 18 faz uma sugestão entre correlação usual, mecanismos de
deterioração, tipo de descontinuidade e “end” mais adequado.
Os ends aplicados em inspeções periódicas em vasos de pressão são
imprescindíveis para correlacionar o grau de qualidade do equipamento, e o
estado físico e estrutural que o mesmo se encontra, assim como para determinar
e programar os reparos ou reavaliação da vida útil do mesmo. A não aplicação de
ends ou a aplicação incorreta nos pontos onde atuam estes mecanismos de
deteriorização podem gerar uma grande incerteza na utilização do vaso de
pressão ou até mesmo graves acidentes, por exemplo, uma trinca superficial se
não for devidamente corrigida pode se propagar, aprofundando-se internamente no
material e podendo causar até vazamentos ou rompimentos, acasionando consequencias
irreparáveis posteriormente.
Ends para construção de vasos de pressão
Normalmente para determinação da fabricação de vasos de pressão os principais
parâmetros analisados e considerados do projeto são: a pressão que o mesmo
poderá suportar, o fluido e a compatibilidade química do mesmo com o material
de construção do vaso e o volume que este fluído vai ocupar, com estes
parâmetros determinados o projetista irá definir o material de construção,
espessura necessária para suportar uma dada pressão, temperatura e o
tamanho/diâmetro do vaso de acordo com seu volume.
Para fabricação de vasos de pressão a norma mais comumente utilizada é a norma
ASME (American Society of Mechanical Engineers) que estabelece parâmetros para
o projeto e construção e até os critérios de aceitação dos ends (ASME VIII), a
seção V trata somente de ensaios não destrutivos, a seção II é especificamente
sobre materiais de construção e a seção IX sobre qualificação de soldadores e
processos de soldagem.
A tabela acima demonstra os ends e suas respectivas normas aplicáveis à
matéria-prima de fabricação.
Cada processo descrito na tabela pode possuir descontinuidades decorrentes do
processo de fabricação, por exemplo as chapas quando laminadas podem apresentar
segregações ou dupla-laminação, chapas cladeadas: descolamentos, peças forjadas
podem apresentar trincas e dobras, entre outros problemas decorrentes do
processo de fabricação/transformação do material, os ends nestes casos são
aplicados para verificar a integridade destes materiais, comparando-os com
critérios de aceitação estabelecidos nas normas aplicáveis, aumentando assim o
grau de confiabilidade destes elementos.
De uma forma geral os vasos de pressão são construídos de chapas das mais
diversas ligas e matérias primas, essas chapas são conformadas (calandradas)
formando virolas que são unidas pelo processo de soldagem, assim como diversos
outros elementos que compõem os vasos de pressão como: pecoços de conexões,
flanges, tampos, tubulações, escadas, plataformas, etc. Este processo de
soldagem pode ser de forma manual ou automatizado, e devido a isto podem
ocasionar descontinuidades decorrentes deste processo como: faltas de fusão,
faltas de penetração, porosidades, inclusões metálicas (tungstênio), inclusões
não metálicas (escória), trincas, mordeduras, entre outras. As descontinuidades
presentes na solda de forma descontrolada diminuem a resistência mecânica da
mesma e podem gerar pontos de tensão e enfraquecimento da solda, por este
motivo os end são vastamente aplicados neste processo da fabricação, sendo
executados para a detecção das descontinuidades que são eventualmente
eliminadas ou reparadas, os ends normalmente aplicados em juntas soldadas de
vasos de pressão são: juntas de topo (emendas longitudinais de virolas e juntas
circunferências virolas com virolas e virolas com tampos) - primeiramente é
realizado um ensaio visual e dimensional nos chanfros e soldas acabadas,
detectando assim descontinuidades visuais, é comum realizar juntamente com o
ensaio visual o ensaio de lp (liquido penetrante) nos chanfros e passes de
solda de raiz, nas soldas acabadas de topo é realizado radiografia e/ou
ultrassom para a detecção de descontinuidades internas, costuma-se utilizar
também o ensaio de partículas magnéticas para a detecção de descontinuidades
superficiais não visiveis a olho nú e dificilmente detectadas pelo ensaio de
radiografia e ultrassom (microtrincas superficiais). Normalmente estes ensaios
de acordo com a criticidade do vaso de pressão são realizados em 100% das juntas
de topo soldadas com penetração total.
Para as demais juntas existentes que estão interligados diretamente com o vaso
de pressão, a tabela seguinte mostra os ensaios mais utilizados.
Desta forma concluímos que não existe um end melhor do que outro, a correta
aplicação e análise dos materiais e das aplicações submetidas é que determina o
ensaio ou ensaios mais adequados a serem utilizados, assim como podemos
observar que os vasos de pressão estão intrissicamente ligados com os ends
tanto na fase de fabricação como na inspeção em serviço, aumentando a
confiabilidade dos processos e materiais e contribuindo de forma fundamental
para a continuidade de processos que envolvam os vasos de pressão atuando de
forma direta e indireta na preservação da integridade de pessoas e do meio
ambiente.
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Alessandro
Aparecido Sancovicei
Formado em Tecnologia Mecânica pela Fatec-SP, exerce o cargo de Examinador
Assistente Pleno na Abendi Associação Brasileira de Ensaios Não Destrutivos e
Inspeção, qualificado em Ultrassom industrial Nível II e Líquidos Penetrantes
Nível II pelo SNQC/END, com mais de 10 anos de experiência em ensaios não
destrutivos já atuou em empresas como Bardella, BBL – Bureau Brasileiro
e Confab tubos. E-mail: ale_sancovicei@yahoo.com.br
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