Ensaio não destrutivo

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Denomina-se ensaio não destrutivo (END ou NDT em inglês nondestructive testing) a qualquer tipo de ensaio praticado a um material que não altere de forma e permanente suas propriedades físicas, químicas, mecânicas ou dimensionais.^[1] Os ensaios não destrutivos implicam um dano imperceptível ou nulo.

Ensaios não destrutivos representam um conjunto amplo de técnicas de análise utilizadas na ciência e na indústria para avaliar as propriedades de um material, componente ou sistema, sem causar danos, baseando-se na aplicação de fenômenos físicos tais como ondas eletromagnéticas, acústicas, elasticidade, emissão de partículas subatômicas, capilaridade, absorção e qualquer tipo de teste que não implique um dano considerável à amostra examinada.^[1]

Os ensaios não destrutivos são técnicas altamente valiosas, uma vez que permitem o controle das propriedades dos materiais, com economia de tempo e dinheiro, e permitem que o material testado volte intacto para o local de trabalho após a inspeção.^[2] Métodos comuns de END incluem ultrassom, partículas magnéticas, líquido penetrante, radiografia e ensaios por correntes de Foucault (correntes parasitas). END são uma ferramenta comumente usada em engenharia forense, engenharia mecânica, engenharia elétrica, engenharia civil, sistemas de engenharia, engenharia aeronáutica, medicina e arte.^[1]

Ensaios não destrutivos de tubos ou END tubular (em literatura em inglês Tubular NDT) são ensaios não destrutivos pela aplicação de várias tecnologias para detectar anomalias tais como corrosão e defeitos de fabricação e, tubos metálicos. As tubulações podem ser encontradas em equipamentos tais como caldeiras e trocadores de calor. Para conduzir um exame "in situ" (i.e. exame dos tubos na sua posição, onde eles estão instalados), a cobertura de uma abertura de manutenção é normalmente removida para permitir o acesso de um técnico aos tubos. Alternativamente, um feixe de tubos pode ser removido de um trocador de calor e transportado por uma empilhadeira para uma área de manutenção para um acesso mais fácil.

É possível calcular os módulos elásticos (módulo de Young, módulo de cisalhamento) e o coeficiente de Poisson através das frequências naturais de vibração do corpo de prova, sem que este sofra qualquer dano, através do chamado método dinâmico (um tipo de ensaio não destrutivo); ou através da velocidade do som, ensaio por ultra-som (pulso-eco). As frequências juntamente com as dimensões e massa, possuem uma relação unívoca com os módulos elásticos.

Os três modos principais de vibração são: vibração longitudinal, vibração flexional e vibração torcional. Os dois primeiros permitem o cálculo do módulo de Young, enquanto que o último possibilita a determinação do módulo de cisalhamento e do coeficiente de Poisson. O ensaio pode ser de:

• Excitação por impulso: no qual o corpo de prova sofre um leve impacto para que as vibrações mecânicas sejam geradas e um transdutor capta esta resposta acústica transformando-a em sinal elétrico de tal forma que as frequências de ressonância possam ser lidas.
• Varredura de frequência: neste ensaio o corpo de prova recebe um estímulo com frequência variável.

Ambos os métodos exigem que o corpo de prova seja apoiado em pontos nodais em acordo com as normas ASTM E-1875 ^[3] e E-1876.^[4]

No caso de corpos de prova no formato de barras de secção retangular, o módulo de Young, módulo de cisalhamento e coeficiente de Poisson podem ser obtidos da seguinte forma:^[4]

• Módulo de Young (${\displaystyle E}$):

${\displaystyle E=0,9465\left({\frac {mf_{f}^{2}}{b}}\right)\left({\frac {L^{3}}{t^{3}}}\right)T_{1}}$

${\displaystyle m}$ é a massa da barra, ${\displaystyle L}$ o comprimento, ${\displaystyle b}$ a largura e ${\displaystyle t}$ a altura; ${\displaystyle f_{f}}$ é a frequência de ressonância fundamental flexional e ${\displaystyle T_{1}}$ é um fator de correção para o modo fundamental flexional, obtido por:

${\displaystyle T_{1}=1+6,585(1+0,0752\mu +0,8109\mu ^{2})\left({\frac {t}{L}}\right)^{2}-0,868\left({\frac {t}{L}}\right)^{4}-\left({\frac {8,340(1+0,2023\mu +2,173\mu ^{2})\left({\frac {t}{L}}\right)^{4}}{1,000+6,338(1+0,1408\mu +1,536\mu ^{2})\left({\frac {t}{L}}\right)^{2}}}\right)}$

${\displaystyle \mu }$ é o coeficiente de Poisson.

• Módulo de cisalhamento (${\displaystyle G}$):

${\displaystyle G={\frac {4mf_{t}^{2}}{bt}}\mathbb {R} }$

${\displaystyle f_{t}}$ é a frequência de ressonância fundamental torcional e ${\displaystyle R}$ um fator dependente da relação entre a largura e altura da amostra igual a:

${\displaystyle R=\left({\frac {1+\left({\frac {b}{t}}\right)^{2}}{4-2,521{\frac {t}{b}}\left(1-{\frac {1,991}{e^{\pi }{\frac {b}{t}}+1}}\right)}}\right)\left(1+{\frac {0,00851n^{2}b^{2}}{L^{2}}}\right)-0,060\left({\frac {nb}{L}}\right)^{\frac {3}{2}}\left({\frac {b}{t}}-1\right)^{2}}$

• Com o valor do módulo de Young e o módulo de cisalhamento temos o coeficiente de Poisson (${\displaystyle \mu }$) (no caso de materiais isotrópicos):

${\displaystyle \mu =\left({\frac {E}{2G}}\right)-1}$

Estes cálculos são válidos para corpos de prova no formato de barras de secção retangular. Geometrias diferentes exigem equações diferentes.^[4]

Referências

1. José Carlos A. Cintra, Nelson Aoki, Cristina de H. C. Tsuha, Heraldo Luiz Giacheti, Fundações: ensaios estáticos e dinâmicos; Oficina de Textos, 2013, ISBN 8-579-75161-6
2. S. R. Daniewicz, J. C. Newman, K. Schwalbe, Fatigue and Fracture Mechanices, Volume 34, ASTM International, 2005, ISBN 0-8031-3487-8 ISSN 1040-3094 (em inglês)
3. C. M. Hudson, Thomas P. Rich, Case Histories Involving Fatigue and Fracture Mechanics: A Symposium, Edição 918 , ASTM International, 1986 ISBN 0-803-10485-5 (em inglês)
4. Donald Maxwell Brunette, Titanium in Medicine: Material Science, Surface Science, Engineering, Biological Responses, and Medical Applications , Springer Science & Business Media, 2001 ISBN 3-540-66936-1 (em inglês)
5. Basic Rubber Testing, ASTM International ISBN 0-8031-3358-8 (em inglês)
6. Charles Hellier (2003). Handbook of Nondestructive Evaluation. McGraw-Hill. ISBN 0-07-028121-1 (em inglês)
7. ASTM International, ASTM E1316-13a: Standard Terminology for Nondestructive Examinations (2013), ASTM International doi:10.1520/E1316-14 (em inglês)
8. ASTM International, EN 1330: Non-destructive testing. Terminology. Nine parts. Parts 5 and 6 replaced by equivalent ISO standards. ISBN 0-580-28390-9 (em inglês)
9. ISO 12706: Non-destructive testing. Penetrant testing. Vocabulary] (2009) (em inglês)
10. ISO 12718: Non-destructive testing. Eddy current testing. Vocabulary (2008) (em inglês)
11. Paul E. Mix, P.E., E.E., Introduction to Nondestructive Testing: A Training Guide , John Wiley & Sons, 2005 ISBN 0-471-71913-7 (em inglês)

• «Módulos Elásticos: Visão Geral e Métodos de Caracterização» (PDF) 
• «Técnica de excitação por impulso» 
• «Técnica de varredura de frequência» 
• «ABENDI - Associação Brasileira de Ensaios Não Destrutivos e Inspeção» 

• Portal da ciência
• Portal da tecnologia

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