Avaliação de dois tipos de medição na detecção da condição interna da madeira por ultrassom

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1 Avaliação de dois tipos de medição na detecção da condição interna da madeira por ultrassom Chiara Barros Secco, Raquel Gonçalves, Domingos Guilherme Pellegrino Cerri e Fernando Augusto Franco Batista, Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola, Laboratório de ensaios não destrutivos, Campinas, SP. cbsecco@hotmail..com, raquel@agr.unicamp.br, dgpcerri@terra.com.br e fernandobatista_19@msn.com Resumo: Para diferentes aplicações o conhecimento da condição interna da madeira ou da árvore é fundamental. Métodos acústicos são muito utilizados na detecção de defeitos internos. No caso do ultrassom a propagação de ondas é afetada pela presença de materiais com diferentes características de impedância acústica, acarretando variação na velocidade de propagação da onda. O objetivo desse trabalho foi avaliar a eficiência de dois tipos de medição na detecção de ocos utilizando a variação da velocidade de propagação de ondas de ultrassom como parâmetro. Para atingir esse objetivo foram ensaiados 3 discos de Eucalyptus Citriodora, com ocos naturais, utilizando dois tipos de medição em eixos paralelos (malha) e por difração. Esses dois tipos de medição se diferenciam em termos de posicionamento dos transdutores. Os ensaios foram realizados utilizando equipamento de ultrassom (USLab) e transdutores exponenciais de 45 khz. Para os dois tipos de malha foi possível elaborar imagens nas quais o oco foi identificado. A malha de difração apresentou melhor precisão na detecção de defeitos menores tais como fissuras e rachaduras. Palavras-Chave: eucalyptus citriodora, propagação de ondas, ocos, ensaio não destrutivo. Abstract: The knowledge of the intern condition of the wood or of the tree, is fundamental for different applications. Acousticc methods are very used in the detection of internal defects. In the case of the ultrasound, the wave propagation is affected by the presence of materials with different characteristics of acoustic impedance, causing variation in the velocity of wave propagation. The objective of this work was to evaluate the efficiency of two measurement types in the detection of hollows using the variation of the velocity of wave propagation as parameter. To reach this objective 3 disks of wood of the Eucalyptus Citriodora, with natural hollow, was testing using two measurement types in parallel axes (matrix) and for diffraction. Those two measurement types differ in terms of positioning of the transducers. The tests were accomplished using ultrasound equipment (USLab) and exponential transducers of 45 khz. The both types of measurements allow the identification of the hole. The diffraction presented results more accurate for detection of the small defects like a cracks or fissures. Keywords: eucalyptus citriodora, wave propagation, hollow, non-destructive testing. 1

2 1. Introdução As patologias em árvores quase nunca estão visíveis, de forma que é fundamental o uso de métodos que permitam avaliar a condição interna de troncos. No entanto, os equipamentos existentes são importados e, em grande parte, de alto custo, inviabilizando o uso na avaliação de florestas ou árvores urbanas. Esse trabalho é parte de pesquisa visando o desenvolvimento de tecnologia nacional que vem sendo realizada no Laboratório de Ensaios Não Destrutivos (LabEND) da Faculdade de Engenharia Agrícola da UNICAMP. Wang et al. (2004) (2) concluíram que a velocidade de propagação de ondas em sólidos com defeitos diminui porque a onda contorna o defeito, fazendo com que o tempo de propagação aumente. Para demonstrar a viabilidade do uso do ultrassom na detecção de zonas internas deterioradas em árvores Bucur (2005) (1) utilizou uma tora de Beech (Fagus grandifolia) com 0,55 m de diâmetro com uma zona interna deteriorada. Medições de tempo de propagação das ondas nos troncos foram realizadas em três níveis 0,36 m, 0,84 m e 1,38 m a partir do solo. Em cada nível foram realizadas 16 medições de tempo de propagação em dois eixos (x e y), considerando uma grade de aproximadamente 4 cm, gerando um total de 120 medições na tora. Os resultados permitiram identificar a que a região central da árvore possuía uma grande zona deteriorada o que foi confirmado posteriormente com o corte da árvore. Dessa forma Bucur (2005) (1) conclui que esse tipo de malha é adequada para o controle e a detecção de defeitos em árvores florestais e jardins públicos, bem como para postes de madeira e outros elementos estruturais. Por outro lado Divos e Szalai (2002, citado por Wang et al. 2007) (3) indicam diferentes arranjos nas medições de propagação de ondas (difração), que, segundo eles, permitem a detecção de defeitos internos menores por aumentarem a precisão de leitura. Nesse contexto, esse trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência de dois tipos de malha de medição na detecção de ocos em discos de Eucalipto (Eucalyptus Citriodora) por meio de imagens geradas utilizando a variação da velocidade de propagação de ondas de ultrassom (tomografia ultrassônica). 2. Material e métodos Para os ensaios foram utilizadas três discos de Eucalyptus Citriodora obtidos de postes, da CPFL Energia, que haviam sido removidos da rede. Os discos tinham cerca de 240 mm de diâmetro e 30 mm de espessura e possuíam ocos decorrentes de apodrecimento. O equipamento de ultrassom utilizado foi o USLab, comercializado pela AGRICEF Soluções Tecnológicas e desenvolvidoo em parceria com a equipe do Laboratório de Ensaios Não Destrutivos LabEND da Faculdade de Engenharia Agrícola FEAGRI, da Universidade Estadual de Campinas UNICAMP. Os ensaios foram realizados utilizando-se transdutores exponenciais de freqüências de 45 khz. Nos discos de Eucalyptus Citriodora foram desenhadas a malha de 30 mm x 30 mm, em direções perpendiculares, denominada de malha XY (fig. 1a) e a malhaa denominada de difração (fig. 1b). No caso da malha XY os transdutores eram posicionados em faces opostas e de forma que a onda percorresse cada uma das linhas perpendiculares e, no caso da malha de difração o transdutor emissor era posicionado em um ponto fixo, enquanto o transdutor receptor ia sendo mudado em cada um dos demais pontos, de forma que os tempos de propagação das ondas foram obtidos em cada faixa de medição representada na fig. 1b. A malha de difração utilizou 8 pontos de medição. Após os ensaios, os valores de velocidades foram calculados utilizando-se os tempos de propagação das ondas em cada ponto da malha de medição, e compilados em coordenadas para serem utilizados no programa computacional. Para interpolação dos dados foi utilizado o método IDW (inverso da distância), tanto para malha XY como para a difração. O software utilizado para a geração das imagens foi o Arcview. 2

3 3. Desultados e discussão As fig. de 2 a 7 apresentam algumas das imagens geradas utilizando-se as variações de velocidade de propagação nos discos de Eucalyptus Citriodora. As faixas de variação de velocidade foram de aproximadamente 300 m.s -1, valor também obtido no estudo de Bucur (2005) (1). As cores estão associadas às faixas de velocidade, tanto na malha XY quanto na malha de difração. Estudos anteriores permitiram obter a associaçãoo entre a faixa de velocidade e o grau de deterioração, de forma que, com a faixa de velocidade obtida é possível saber o que as cores representam na imagem. As regiões da peça onde não há deterioração são representadas pela cor verde escuro e verde claro. A cor amarela e vermelha representa regiões onde a madeira apresenta algum nível de deterioração. A cor amarela indica região com pequenos defeitos, tais como rachaduras ou redução da resistência devido ao apodrecimento de região adjacente e, a cor vermelha indica região efetivamente com presença de oco. Para os dois tipos de malha foi possível verificar a existência de um oco no disco, retratando a condição real. A posição e a dimensão exata do oco não foram representadass por nenhum tipo de malha, mas isso já era esperado porque o software utilizado não era o ideal para esse tipo de aplicação. Além disso, não foi feito nenhum tratamento dos dados utilizando-se algoritmos, os quais poderiam incluir informações sobre a madeira, permitindo maior precisão da localização e dimensão dos ocos. A malhaa de difração permitiu melhor visualização da área afetada por trincas ou rachaduras do que a malha XY. Isso pode ser visto pela maior proporção de região amarela que aparecee nas imagens de um mesmo disco paraa as duas malhas. Observando-se os discos reais verifica-se que as regiões amarelas da malha de difração realmente representam as áreas com presença de fissuração e rachaduras, as quais certamente estão afetadas em termos de resistência. Apesar de não ter sido possível obter a localização e a dimensão exata do oco o método já seria útil em avaliações de árvores, pois indicaria que o tronco possui um oco, que o oco não é circular e que se inicia no centro, mas se expande para as proximidades da borda. Essas informações já seriam suficientes para uma tomada de decisão, em função do tipo de situação (árvore florestal, árvore urbana, postes etc.) Figura 2 Disco 3 de Eucalyptus Citriodora com malha de medição em X e Y. Figura 3 Disco 3 de Eucalyptus Citriodora com malha de medição em difração. 3

4 Figura 4 Disco de Eucalipto 4 (Eucalyptus Citriodora) com malha de medição em X e Y. Figura 5 Disco 4 de Eucalyptus Citriodora com malha de medição em difração. Figura 6 Disco 5 de Eucalyptus Citriodora com malha de medição em X e Y. Figura 7 Disco 5 de Eucalyptus Citriodora com malha de medição em difração. 4. Conclusões As imagens geradas, embora apresentem imprecisões em relação a localização e dimensão exata dos ocos, permitiram concluir que as duas malhas (XY e difração) podem ser utilizadas para a avaliação de árvores utilizando ultrassom. A malha de difração apresentou maior precisão na localizaçãoo de defeitos menores tais como trincas e rachaduras. 4

5 5. Referências (1) Bucur, V. (2005). Ultrasonic techniques for nondestructive testing Ultrasonics. v. 43, p of standing trees. (2) Wang, X; Divos, F; Pilon, C; Brashaw, B. K.; Ross, R. J.; Pellerin, R. F. (2004) Assessment of decay in standing timber using stress wave timing nondestructive evaluation tools: A guide for use and interpretation. United States Department of Agriculture, USA, 12p. (3) Wang, X; Carter, P.; Ross, R. J.; Brashaw, B. K. (2007) Acoustics assessment of wood quality of raw forest materials. Forest Products Journal, 57, n.5, p

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