Trabalho apresentado no XXVI CONAEND

Congresso Nacional de Ensaios Não-Destrutivos e Inspeção

ENGº RODRIGO GAYA

ENGº ATTÍLIO BRUNO VERATTI

APLICAÇÃO DA TÉCNICA TERMOGRÁFICA NA INSPEÇÃO DE ESTRUTURAS AERONÁUTICAS

1. Introdução

1.1. Técnica Termográfica

1.2. Compósitos

1.3. Técnicas de Inspeção

2. Desenvolvimento

2.1. Metodologia

2.2. Descrição do Equipamento

2.3. Ajustes e Condições para a Inspeção

2.4. Arranjo Estrutural

2.5. Convenção de Localização

2.6. Características Termográficas

3. Execução

3.1. Resultados

3.2. Análises

4. Comparação das Técnicas

5. Conclusão

6. Autores

Índice

1. INTRODU1. INTRODUÇÇÃOÃO

Com a crescente aplicação dos compósitos na indústria aeronáutica, faz-se necessário que novas técnicas de inspeção sejam aplicadas, de forma a permitir que as estruturas constituídas por este materiais, sejam adequadamente inspecionadas.

De uma modo geral, as superfícies primárias de vôo – ailerons, lemes e profundores, e carenagens aerodinâmicas são constituídas por compósitos estruturais (laminados sólidos e painéis em sanduíche).

As aeronaves mais modernas, tais como B787, terão a fuselagem constituída por Plásticos Reforçados por Fibra de Carbono (CFRP), de modo que os programas de inspeção e análise de danos, têm de contemplar técnicas de END capazes de identificar danos tais como delaminações, descolamentos e a presença de umidade.

As aeronaves A310, têm o leme constituído por um painel com camadas de fibra de carbono, orientadas sobre as direções 0°, 45° e 90°, reforçadas por um núcleo de poliamida (NOMEX) na configuração de favo de mel (honeycomb).

1. INTRODU1. INTRODUÇÇÃOÃO

Devido ao aprisionamento de umidade, através das furações dos parafusos de fixação, localizados no bordo de fuga e no bordo de ataque, e dos pontos de fixação da ferramenta de remoção, um extenso programa de inspeção foi definido pela Airbus, uma vez que estes pontos de umidade quando não detectados, levam ao descolamento das camadas e do núcleo, afetando a segurança de vôo. Uma aeronave modelo A310 jáperdeu o leme em vôo, em função deste tipo de dano.

Em função desta questão do leme da frota A310, as técnicas de ultra-som, raio-X e termografia têm sido utilizadas, com o objetivo de detectar descolamentos e pontos de umidade.

O presente trabalho demonstra as vantagens da técnica termográfica sobre o Raio-X, bem como um novo campo de aplicação para a primeira.

1. INTRODU1. INTRODUÇÇÃOÃO

1.1. Técnica Termográfica

A termografia infravermelha é a ciência de aquisição e análise de informações térmicas, a partir de dispositivos de obtenção de imagens infravermelhas, sem

contato.

1. INTRODU1. INTRODUÇÇÃOÃO

1.2. Compósitos

Compósito é qualquer material multifásico que exiba uma proporção significativa das propriedades de ambas as fases constituintes, de tal modo que é obtida uma melhor combinação de propriedades.

O reforço destes materiais é feito a partir de fibras, que apresentam alta resistência àtração, enquanto a matriz que apresenta ductilidade, tem a função de proteger e unir as fibras, permitindo uma distribuição uniforme de tensões da matriz para as fibras, resultando no material reforçado.

Os compósitos são divididos em três categorias: reforçados por partículas, reforçados por fibras e os estruturais, sendo estes subdivididos em laminados sólidos e painéis em sanduíche.

1. INTRODU1. INTRODUÇÇÃOÃO

1.2. Compósitos

Figura bFigura a

Compósitos Estruturais. (a) Laminado Sólido; (b) Painel em Sanduíche

A ilustração abaixo mostra exemplos de compósitos estruturais.

1. INTRODU1. INTRODUÇÇÃOÃO

1.3. Técnicas de Inspeção

Dentre as diversas técnicas de END disponíveis, algumas se destacam no que se refere aos compósitos. Para a inspeção dos lemes da frota A310, a identificação de umidade é feita através da utilização da Termografia e do Raio-X. Delaminações e descolamentos são identificados por meio do Tap test e Ultra-som.

Tap Test : - utilizada para identificar delaminações e descolamentos´;

Ultra-som : utilizada para detectar descolamentos e delaminações;

Termografia : utilizada para detectar pontos com presença de umidade e pontos houve injeção de resina.

Raio-X : utilizada para detectar pontos com presença de umidade, pontos onde houve injeção de resina e reparos existentes.

2. DESENVOVLVIMENTO2. DESENVOVLVIMENTO

2.1. Metodologia

De modo a executar de forma correta e precisa a inspeção do leme, uma metodologia seguindo as diretrizes do manual de ensaios Não Destrutivos da Airbus (A310 NTM), bem como a experiência adquirida pelo corpo técnico da VEM, foi adotada, conforme os passos abaixo:

a) Execução em hangar;

b) Leme instalado na aeronave;

c) Aeronave posicionada fora do alcance de fluxos de ar com alta ou baixa

temperatura (manter a temperatura ambiente entre 10º C e 30º C (50º F - 86º F);

d) Minimizar a influência de fontes de calor adjacentes (reflexos);

e) Limpeza da superfície a ser inspecionada;

f) Identificação das áreas a serem inspecionadas;

2. DESENVOVLVIMENTO2. DESENVOVLVIMENTO

2.1. Metodologia

De modo a executar de forma correta e precisa a inspeção do leme, uma metodologia seguindo as diretrizes do manual de ensaios Não Destrutivos da Airbus (A310 NTM), bem como a experiência adquirida pelo corpo técnico da VEM, foi adotada, conforme os passos abaixo:

g) Delimitação da janela de inspeção;

h) Calibração do equipamento;

i) Aquecimento das áreas demarcadas;

j) Registro dos pontos com umidade;

k) Medida e análise termográfica;

l) Execução do reparo (se necessário).

2. DESENVOLVIMENTO2. DESENVOLVIMENTO

2.2. Descrição do Equipamento Utilizado

Equipamento utilizado: Câmera infravermelha FLIR ThermaCAM T400.

Características:

- Imagem em tempo real - FPA 320x250 pixels;

- Ajuste automático de amplitude e nível (level e span);

- Sensibilidade térmica < 0,07°C a 30°C;

- Faixa de medição de -20°C à 350°C;

- 6 palestas de cores

- Paleta sugerida para essa inspeção: cinza;

- Campo de visão mínimo: 24° x 18°, max. 34° x 25°

- Menor distância de foco: 500 mm;

2. DESENVOLVIMENTO2. DESENVOLVIMENTO

2.2. Descrição do Equipamento Utilizado

Equipamento utilizado: Câmera infravermelha FLIR ThermaCAM T400.

Características adicionais:

- Fusão de imagens (PIP)

- Gravação de Video Térmico

- Câmera digital 1,3 megapixel

- Capacidade de armazenamento; +1000 imagens

2. DESENVOLVIMENTO2. DESENVOLVIMENTO

2.3. Ajustes e Condições para Inspeção

- Ajuste de brilho e contraste: automático;

- Faixa de temperatura: -20°C à 100°C (-4°F à 212°F);

- Emissividade: ε = 1;

- Paleta de cores: Cinza (white hot);

- Manter a câmera perpendicular a área de inspeção, a

uma distância entre 800mm e 1000mm;

- Manter a área de inspeção dentro do campo de visão do

equipamento;

- Focalizar a imagem, utilizando uma borda, rebite ou

ponto de fixação (hoisting point);

2. DESENVOLVIMENTO2. DESENVOLVIMENTO

2.3. Ajustes e Condições para Inspeção

O objetivo deste processo é identificar, através do aquecimento da estrutura do leme, pontos onde existam anomalias térmicas, que caracterizem a umidade.

Em função da constituição do leme, é necessário um aquecimento gradual, que permita um contraste térmico, possibilitando a diferenciação entre umidade e adesivo, sem no entanto, ultrapassar a temperatura de 55 ºC (131º F).

As figuras a seguir, ilustram, respectivamente, a estrutura do leme e os cortes transversais das áreas a serem inspecionadas.

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2. DESENVOLVIMENTO2. DESENVOLVIMENTO

2.4. Arranjo Estrutural

Vista e estrutura do leme

2. DESENVOLVIMENTO2. DESENVOLVIMENTO

2.4. Arranjo Estrutural

Cortes transversais. (a) fixadores do bordo de fuga; (b) Hoisting points.

(a) (b)

2. DESENVOLVIMENTO2. DESENVOLVIMENTO

2.4. Arranjo Estrutural

Figura 5 - Cortes transversais. (c) Suportes; (d) Perfis em Z.

(c) (d)

2. DESENVOLVIMENTO2. DESENVOLVIMENTO

2.5. Convenção de Localização

De modo a organizar a execução das inspeções, o leme foi subdividido em quatro níveis, identificados por letras e números, conforme ilustrado abaixo.

Este sistema de coordenadas foi adotado para identificar e registrar as anomalias encontradas. Inspeções por Raio-X foram realizadas nos pontos com anomalias, de forma a corroborar os resultados da inspeção termográfica.

Os locais são identificados da seguinte forma:

D / E: Lado direito ou esquerdo da aeronave;

D / T: Região dianteira ou traseira do leme;

A - B: Região inferior (A) e superior (B) do nível 1;

C - D: Região Inferior (C) e superior (D) do nível 2;

E - F; Região inferior (E) e superior (F) do nível 3;

G - H: Região inferior (G) e superior (H) do nível 4.

2. DESENVOLVIMENTO2. DESENVOLVIMENTO

2.6. Características Termográficas

Em virtude da pintura decorativa do leme das aeronaves, diferentes tonalidades de cores e desenhos podem ser encontrados, o que requer uma avaliação da emissividade das superfícies, com o objetivo de determinar a influência das diferentes tonalidades de cores na medida final de temperatura. Tal avaliação é vista abaixo:

A fita adesiva, posicionada entre as duas tonalidades de

verde foi utilizada para definir se há uma diferença relevante na emissividade

das mesmas.

Cosntatação: Ambas superfícies são similares e

de alta emissividade.

2. DESENVOLVIMENTO2. DESENVOLVIMENTO

2.6. Características Termográficas

As anomalias são caracterizadas por regiões de maior inércia térmica e se apresentam como áreas de maior ou menor temperatura nos termogramas, durante os transientes provocados por ar aquecido.

3. EXECU3. EXECUÇÇÂOÂO

3.1. Resultados

DD1 - Lado direito - Área dianteira - Nível 1 - Exemplo de áreas integras.

3. EXECU3. EXECUÇÇÂOÂO

3.1. Resultados

DT1 - Anomalia encontrada no lado direito, área traseira, nível 1.

3. EXECU3. EXECUÇÇÂOÂO

3.1. Resultados

ET1 - Anomalia encontrada no lado esquerdo, parte traseira, nível 1.

3. EXECU3. EXECUÇÇÂOÂO

3.1. Resultados

ET1 - Anomalia encontrada no lado esquerdo, parte traseira, nível 1 - Detalhe.Video mostrando o processo de detecção dessa falha - não disponível na versão PDF.

3. EXECU3. EXECUÇÇÂOÂO

3.1. Resultados

ET2a - Primeira anomalia multipla encontrada no lado esquerdo, parte traseira, nível 2.

3. EXECU3. EXECUÇÇÂOÂO

3.1. Resultados

ET2b - Segunda anomalia multipla encontrada no lado esquerdo, parte traseira, nível 2.O video mostra o processo de detecção dessa falha - não disponível na versão PDF.

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3. EXECU3. EXECUÇÇÂOÂO

3.1. Resultados

ET3c - Terceira anomalia encontrada no lado esquerdo, parte traseira, nível 3.Na correlação de técnicas é mostrado o Raio X correspondente a esta anomalia.

3. EXECU3. EXECUÇÇÂOÂO

3.2. Análises

Os termogramas pertinentes aos pontos com anomalias térmicas foram gravados para posterior análise com o aplicativo QuickReport, da FLIR Systems.

Com o uso deste aplicativo, um processo de análise de imagens sobre os termogramas é realizado, com o objetivo de identificar os pontos mais críticos das áreas com anomalias.

De modo a corroborar e identificar com maior precisão, o número de células contaminadas e a área total afetada, os pontos com anomalias foram inspecionados por Raio-X, uma vez que esta técnica permite uma melhor definição da estrutura do núcleo do leme. A técnica de Raio-X também auxilia na diferenciação entre resina e umidade, em função de um melhor contraste.

A definição do prazo e processo de reparo do leme estão atrelados ao número de células contaminadas e a área máxima afetada.

No caso do presente trabalho, os resultados das inspeções termográficas e por Raio-X, mostraram correlação de 100%.

4. Compara4. Comparaçção de Tão de Téécnicascnicas

Conforme abordado durante as inspeções, as técnicas de termografia e Raio-X são utilizadas em conjunto, com o objetivo de identificar com precisão, pontos de compósitos estruturais com aprisionamento de umidade.

A técnica do Raio-x é mais antiga e é amplamente aplicada nos programas de inspeção de estruturas aeronáuticas, não limitada aos compósitos.

A técnica termográfica é relativamente nova no meio aeronáutico, revelando-se uma poderosa ferramenta para inspeção de estruturas constituídas por compósitos.

A Tabela I, resume de modo objetivo as vantagens e desvantagens entre as técnicas supracitadas.

TERMOGRAFIA RAIO-X

Realizada em tempo real e sem contato Realizada com contato, requerendo ainterrupção do processo

Menor HH associado, uma vez que umprofissional pode realizar as inspeções

Alto HH associado as inspeções, em virtudeno número de pessoas envolvidas para

posicionamento da película e manuseio doequipamento

O custo é vinculado à aquisição emanutenção do equipamento

Custo associado à aquisição e manutençãodo equipamento, película, revelador, câmera

de revelação.Minimização dos riscos do operador Exposição do operador à radiação

Identificação dos pontos com umidade,sem precisão de contornos

Identificação dos pontos com umidade,apresentando alta definição dos contornos

4. Compara4. Comparaçção de Tão de Téécnicascnicas

Tabela I - Comparação entre as técnicas Termográfica e Raio-X

4. Compara4. Comparaçção de Tão de Téécnicascnicas

Hoisting point No 1

Fluido

Adesivo

Raio X Infravermelho

4. Compara4. Comparaçção de Tão de Téécnicascnicas

ET3c - Terceira anomalia encontrada no lado esquerdo, parte traseira, nível 3.Raio X e Termograma.

5. CONCLUSÃO5. CONCLUSÃO

A termografia tem-se revelado uma poderosa ferramenta para a inspeção de estruturas aeronáuticas constituídas por compósitos, estando focada na detecção da presença de umidade. Ainda, esta técnica permite a visualização de reparos existentes, uma vez que o aquecimento da superfície revela dados da estrutura interna. Esta técnica é bastante viável, em função do baixo custo e HH associados àsua aplicação.

O Raio-X, cuja aplicação na inspeção de estruturas aeronáuticas, metálicas e compósitas, vem de longa data, apresenta-se como um complemento da técnica termográfica no que diz respeito à inspeção de compósitos, sobressaindo-se em relação à primeira quanto a melhor definição de contornos.

5. CONCLUSÃO5. CONCLUSÃO

Sua aplicação está focada na detecção da presença de umidade, permitindo ainda, a visualização de reparos existentes e estrutura interna. Esta é uma técnica cujo custo e HH são elevados em relação às outras técnicas (IR e UT).

O ultra-som, amplamente utilizado na inspeção de estruturas aeronáuticas, metálicas e compósitas, cobre um grande campo de atuação, variando desde àmedida de espessuras, detecção de rachaduras até a identificação de descolamentos e delaminações. Analogamente à termografia, apresenta um baixo custo e HH associados.

6. Autores6. Autores

Eng. Rodrigo Rio Novo Gaya Penha Valle

rodrigo.gaya@vem.aero

- Engenheiro Eletricista formado pela Universidade Veiga de Almeidaem 2002.

- 2002 a 2006 trabalhou na VEM (então VARIG Engenharia de Manutenção) nos setores Elétrica Instrumentos e Aviônica e Estruturas Aeronáuticas.

- Em 2007 atuou na EMBRAER na área de soluções e suporte para provisão de materiais.

- Termografista Nível I pelo ITC Suécia (norma 18436)

- Atualmente engenheiro de estruturas na VEM com experiência nas aeronaves B737 / 300/400/500, B767 200/300, DC10, MD11, B747 200, B707, B777, A300 e A310

- Responsável pela oficina de compósitos da VEM

6. Autores6. Autores

Eng. Attílio Bruno Veratti

abv@icontec.com.br

- Engenheiro Metalurgista formado pela FEI em 1977.- Especialista em sistemas termográficos com 29 anos de experiência e cursos na

Inglaterra, Holanda, Estados Unidos e Suécia pela Agema Infrared Systems, Cincinnati Electronics, Raytek e FLIR Systems.

- Implantou atividade de inspeções termográficas na empresa Optronics Sistemas Ópticos e Eletrônicos (representante AGEMA Infrared Systems), sendoposteriormente gerente de marketing da mesma.

- Autor do livro Termografia - Princípios e Aplicações (1984 e 1992).- Autor do CD "Termografia" primeiro trabalho multimídia no campo da Termografia

(1997).- Autor da metodologia que deu origem às normas Petrobrás N-2475 e Eletronuclear

PN-T12 para classificação de componentes elétricos aquecidos (reg. CONFEA 001-049/85).

- Acumula mais de 2710 inspeções termográficas, incluindo os mais diversos campos de aplicação e desenvolvimento da Termografia.

- Autor do livro “Procedimentos de Segurança em Inspeções Termográficas de Sistemas Elétricos” (2005).

- Atualmente diretor da empresa ICON Tecnologia e consultor de diversas empresas naárea de desenvolvimento de novas aplicações da Termografia.

- Responsável pelo site de pesquisa e banco de informações www.termonautas.com.br .- Termografista Nível II (2006) e Nível III (2007) pelo ITC – Boston, USA

(Norma ASNT SNT-TC-1).- Termografista Nível II (2008) pelo ITC - Estocolmo, Suécia (Norma ISO 18436) - Membro das Comissões de Certificação e Normalização da ABENDE.- Na área de cursos capacitou mais de 2000 profissionais no período 1980 a 2006, após

essa data atua como membro da equipe de Instrutores Licenciados do ITC Infrared Training Center, Estocolmo.