APLICAÇÃO DA TÉCNICA DE TERMOGRAFIA ATIVA NA INSPEÇÃO NÃO-DESTRUTIVA DE TAMBORES DE REJEITO NUCLEAR
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- Emanuel Barateiro Conceição
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1 APLICAÇÃO DA TÉCNICA DE TERMOGRAFIA ATIVA NA INSPEÇÃO NÃO-DESTRUTIVA DE TAMBORES DE REJEITO NUCLEAR Alunos: Igor Szczerb e Ivan Ramalho Tonial Orientador: Marcos Venicius Soares Pereira Introdução Para começar o estudo, foi realizada uma visita nas instalações para uma familiarização com os equipamentos que seriam utilizados. Além disso, foi necessário realizar os exames solicitados de modo a ser permitido entrar no local onde estão localizados os rejeitos nucleares. Posteriormente, se inspecionou os tambores contendo os materiais de rejeitos nucleares, assim seria possível identificar se os tambores haviam sofrido algum tipo de corrosão. Para isso utilizou-se um equipamento de termografia ativa para capturar imagens do espalhamento térmico ao redor de cada tambor. Baseado nas imagens obtidas foi possível analisar o grau de corrosão interna dos tambores inspecionados. Objetivos Evitar a contaminação do meio ambiente pelo material radioativo contido nos tambores de rejeito, através da inspeção dos mesmos, e se necessário, a encapsulação em outros tambores. Metodologia A primeira visita a usina nuclear teve o intuito de demonstrar como manusear o equipamento, o qual estava temporariamente instalado em uma sala para testes. A segunda visita continuou a demonstração do manuseio do equipamento. Agora focando em pontos mais específicos como salvar as imagens obtidas e como deveria enumerar as diferentes posições dos tambores inspecionados. Outra visita serviu para realizar os exames que indicam o nível de radioatividade o qual a pessoa já possui normalmente. Além desse tiveram exames de vista e de sangue. Realizados os exames é fornecido um equipamento que mede o nível de radiação total que a pessoa foi exposta, uma vez que existe um limite máximo para esse nível num determinado período de tempo. Após todos os processos de entendimento do funcionamento de equipamento, podemos realizar analise das imagens tiradas dos tambores de rejeitos nucleares guardados. Os tambores que foram analisados estão apresentados na Figura 1, de forma que existem 2 tipos de tambores, um verde (Figura 1a) e outro amarelo (Figura 1b).
2 (a) (b) Figura 1 Tambores adotados no trabalho. Foram retiradas amostras dos tambores verde e amarelo (Figura 2), para que fossem produzidas descontinuidades nas amostras de furação. Na figura 3 pode-se ver melhor essas descontinuidades, e na Figura 4 vemos as paredes residuais das amostras após a furação. Feito isso, pode-se realizar a calibração e os testes do equipamento. (a) amostra verde (b) amostra amarela Figura 2 - Amostras retiradas dos tambores.
3 Figura 3 - Diâmetros (mm) adotados na furação das amostras. Figura 4 - Espessura residual de parede (%) após furação das amostras. Foi utilizado um dispositivo de termografia ativa para teste das amostras, que consistia de fonte de aquecimento (dois flashes), câmera de infravermelho e um computador para aquisição e tratamento de dados. As superfícies das amostras foram divididas em quatro áreas de inspeção por termografia ativa, de forma que todos os possíveis defeitos contidos nos tambores fossem detectados no mínimo uma vez (Figura 5). A Figura 6 apresenta, esquematicamente, o dispositivo de inspeção.
4 área 1 área 2 área 3 área 4 Figura 5 Esquema de inspeção da superfície frontal das amostras. Figura 6 Esquema do dispositivo de inspeção das amostras. A inspeção é disposta de três etapas diferentes, sendo que na primeira fase, denominada de ativação térmica, a superfície externa dos tambores é aquecida de forma uniforme por duas lâmpadas de alta potência durante um pequeno intervalo de tempo. A segunda parte, conhecida como reação térmica do material, o calor produzido pelas fontes de aquecimento propaga-se nas amostras inspecionadas e sua taxa de propagação sofre algumas alterações devido à existência de falhas ou por modificações nas propriedades térmicas do material. Nesta fase, é monitorada a propagação de calor ao redor da área analisada, por uma câmera de infravermelho, através de uma sequência de 100 a 400 imagens registradas, que são relacionadas com a distribuição térmica na superfície analisada em função do tempo. Na terceira e última etapa ocorre a análise dos dados, na qual a sequência de imagens é examinada para a obtenção das principais informações da
5 inspeção, como por exemplo: posição e geometria dos defeitos, como também das espessuras residuais da parede metálica e revestimento. Os resultados são apresentados com variações de cores na imagem de inspeção, como exemplificado na Figura 7, de forma que cada cor e intensidade indicam as dimensões e profundidades das descontinuidades nas superfícies internas nos tambores de rejeito. Como já mencionado, inicialmente, o equipamento foi montado em uma sala da Usina Nuclear de Angra dos Reis, para calibração e testes. A calibração foi realizada para obtenção das distâncias máximas e mínimas em que a superfície do tambor analisada deveriam se encontrar. Foi utilizada uma régua para se encontrar o foco da câmera, de forma que com um fundo branco a régua, em paralelo com a lente da câmera, era aproximada e afastada para que se pudesse chegar a um bom foco, isto é, se pudesse enxergar com clareza as escalas da régua. Após a calibração, o equipamento foi testado com placas amostrais de tambor, com defeitos já conhecidos. Nestes testes, foi possível observar que quanto maior a dimensão do defeito, maior era a clareza de indicação do mesmo. Desta maneira, quando o diâmetro das imperfeições fica muito pequeno, se torna impossível se identificar a descontinuidade pela técnica de termografia ativa. Foi possível também se notar que a razão disto é a influência da espessura de parede residual metálica, uma vez que defeitos com 50% de perda na espessura aparecem com mais intensidade do que os outros com perda de 10%. Figura 7 - Correlação entre imagem e profundidade do dano de corrosão. Conclusões Depois de analisar alguns resultados na fase de testes e calibração foi possível concluir que em função do volume de material retirado na furação das chapas, simulando defeitos de corrosão, houve uma eficácia diferenciada da técnica de termografia ativa na detecção dos diferentes defeitos existentes. Por exemplo, na imagem obtida pela câmera de infravermelho, a indicação da presença dos defeitos com 11 mm de diâmetro, é mais nítida do que a referente aos defeitos com 5mm de diâmetro. Nesta mesma imagem, nota-
6 se que houve também uma diferença de nitidez entre os defeitos de mesmo diâmetro. A razão disto é a influência da espessura de parede residual metálica, uma vez que defeitos com 50% de perda de espessura (direita) aparecem com mais intensidade do que os outros com perda de 10% (esquerda). O estudo permitiu a confirmação da especificação da técnica de termografia ativa nas inspeções de tambores de rejeitos nucleares das usinas nucleares de Angra1 e Angra2. Para este estudo, alguns experimentos foram realizados visando a possibilidade de detecção de regiões de corrosão nas paredes internas dos tambores e a avaliação da espessura residual de parede em tais regiões. Inicialmente, defeitos com diferentes volumes de degradação de material foram simulados em amostras retiradas de tambor verde e outro amarelo. Após a montagem de um dispositivo preliminar para os testes, os resultados obtidos nas inspeções comprovaram a eficácia da técnica de termografia ativa na detecção de uma quantidade significativa de defeitos em posições subsuperficiais de ambas as amostras. Neste estudo de viabilidade foi proposto um critério de detecção em função do tambor, espessura de parede e dimensão do defeito. Além disto, um algoritmo matemático permitiu uma classificação dos defeitos em função da profundidade de corrosão na parede metálica das amostras. Referências 1- AGUIAR, L. A. P. P. Automatização e aplicação da termografia ativa na inspeção de tambores de rejeitos radioativos. Rio de Janeiro. Projeto de Graduação, Departamento de Engenharia Mecânica, PUC-Rio, 2010, 54p.
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