Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:55:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328997.pdf: 12083628 bytes, checksum: d77530944b0286906102e770e698109e (MD5) Previous issue date: 2014 / A termografia pulsada (TP) é uma técnica promissora para a avaliação não-destrutiva de materiais. O protocolo de inspeção consiste na aplicação de um pulso térmico no espécime e monitorar a resposta térmica da superfície via radiação infravermelha (IV). Descontinuidades internas aparecem na sequência térmica como "hot spots" ou padrões térmicos irregulares, os quais são prodruzidos por alterações na taxa interna de difusão de calor. Apesar de ser uma das técnicas mais usadas e atrativas para a avaliação não-destrutiva, sua aplicação apresenta grandes desafios especialmente durante a inspeção de materiais anisotrópicos. 'Blurring', a perda de visibilidade devido aos efeitos da condução lateral de calor e a não-uniformidade produzida durante a excitação térmica representam as maiores limitações da TP. Esta tese é focada na otimização da inspeção por TP em laminados compósitos. Para tal propósito, foi desenvolvido um modelo termo-numérico para a análise da resposta térmica da material devido a presença de defeitos internos. Um estudo paramétrico foi desenvolvido com o objetivo de estudar o impacto do aquecimento não-uniforme, da intensidade da radiação e da geometria dos defeitos em vários parâmetros informativos da inspeção por TP. Uma análise das três técnicas mais usadas para o tratamento de sinais termográficos foi realizada e os seus desempenhos foram avaliados em função da relação sinal-ruído no ponto de maior contraste entre região com defeito e região sem defeito. Neste trabalho foi desenvolvida uma nova técnica de processamento e análise de imagens térmicas. A nova técnica - baseada no método de regressão dos mínimos quadrados parciais (PLSR) - decompõe a sequência térmica em variáveis latentes, permitindo assim a separação das diversas fontes de ruído que afetam a qualidade das imagens. A partir deste método de correlação foi desenvolvido um modelo empírico para a quantificação da profundidade e tamanho lateral dos defeitos empregando dados experimentais. Ambos os métodos - de tratamento de sinais e quantificação de defeitos - foram analisados e comparados com técnicas tradicionais, apresentando uma melhoria substancial na relação sinal-ruído e na precisão no processo de inversão de profundidade e forma dos defeitos.<br> / Abstract: Pulsed thermography (PT) is a novel and promissory technique for the nondestructive and evaluation (NDT&E) of materials. The inspection protocol consists in pulse heating the specimen while monitoring the resulting thermal response via infrared (IR) radiation. Subsurface discontinuities appear as transient hot spots or irregular thermal patterns in the thermogram sequence, which are produced by the alterations in the internal heat diffusion fluxes. In spite of being one of the most used and attractive methods for the NDT&E, its application still presents challenges specially when inspecting anisotropic materials. 'Blurring', the lost of defect visibility due to the effects of lateral heat conduction and the non-uniform heating produced during the application of the thermal excitation, represent the major drawbacks of PT. This thesis is focused on the optimization of the PT inspection of laminated composites. A thermal-numerical model is developed in order to analysis the thermal response of the material due to the presence of subsurface defects. A parametric study was performed aiming to study the impact of the effects of non-uniform heating, irradiation density and defects geometry on several informative variables of the PT inspection. An in-depth analysis of three of the most used PT sinal processing techniques was carried out and their performance was evaluated in terms of the signal-to-noise (SNR) at maximum signal contrast. In this work was also developed a new promissory technique for the processing and analysis of thermographic data. The new method - based on partial least squares regression (PLSR) - decomposes the thermal sequence into latent variables, allowing to separate several sources of noise affecting the quality of the images. From the statistical correlation method an empirical model was developed for the quantification of the depth and lateral size of defects using experimental data. Both methods - for the signal processing and for the inversion of depth and lateral size - were analyzed and compared with traditional techniques, achieving a substantial improvement in the signal-to-noise ratio and in the accuracy in the prediction results of depth and lateral size of the defects.

[pt] A confiabilidade metrológica da medição de elevadas temperaturas em processos industriais é importante para a segurança, qualidade e as características de produtos de diversas indústrias do Brasil. Devido ao fato de que a rastreabilidade dos resultados de uma calibração de termômetro de radiação infravermelha, utilizado para a medição de processos industriais, é assegurada pelo Inmetro (Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial) até 1500 graus Celsius, e levando-se em consideração que as condições de calibração em laboratórios são normalmente diferentes das de medição na indústria, um procedimento foi desenvolvido e validado nesta dissertação para analisar a confiabilidade da mesma em temperaturas mais elevadas (1750 graus Celsius), estimando-se os valores de erros sistemáticos e de incerteza de medição da temperatura em um forno industrial. / [en] The accuracy of high temperature measurement in industrial processes is important for safety reasons and product quality and specification in different industries. Due to the fact that the traceability of temperature measurement by infrared thermometers, as used in industrial processes, is only assured by Inmetro (National Institute for Metrology, Standards and Industrial Quality) up to 1500 Celsius Degree, and considering that the calibration conditions in laboratory are normally different from measurement conditions in industry, a procedure in the dissertation was developed and validated to analyze the accuracy of higher temperature measurement (1750 Celsius Degree), estimating systematic errors and uncertainty of measurement of temperature in a industrial furnace.