Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T05:04:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 340515.pdf: 8133982 bytes, checksum: 634b46fd07501afc6d7b9b42ee4b7f11 (MD5) Previous issue date: 2016 / Inspeções realizadas com técnicas interferométricas, como a shearografia, vêm se tornando cada vez mais difundidas na indústria, principalmente na indústria aeroespacial e de petróleo e gás. Essas técnicas vêm sendo cada vez mais aplicadas em campo, porém ainda com alguma limitação, visto que ao levar o sistema de medição para fora do laboratório, o mesmo ficará exposto a fatores hostis sobre os quais não se tem controle. O desenvolvimento ou melhoramento das técnicas interferométricas, com o objetivo de torná-las robustas e capazes de operar sobre condições de trabalho mais agressivas, como em chão de fábrica ou ambientes hostis, tem-se tornado cada vez mais importante. A shearografia é uma técnica que apresenta bons resultados em campo, mas a configuração interferométrica atual continua sendo sensível a alguns fatores como a vibração.Este trabalho apresenta o desenvolvimento de três configurações de interferômetros para aplicação em shearografia. As três configurações utilizam polarização como meio para o deslocamento de fase. Este trabalho descreve e discute cada uma das configurações e seus princípios. Além dos testes em bancada, testes em ambiente com vibração foram também realizados. Obtiveram-se duas configurações robustas e flexíveis para ambientes hostis, principalmente frente aos efeitos das vibrações.<br> / Abstract: Inspections with interferometric techniques, such as shearography, are becoming increasingly widespread in the industry, especially for inspections in the aerospace and oil and gas industry. These techniques are being increasingly applied in the field. However still with some limitations, because bringing interferometric systems out of the lab, it will be exposed to many environmental factors that are normally not controlled. The development or improvement of interferometry techniques, in order to make them robust and capable of operating on more aggressive working conditions, such as in floor manufacture or harsh environments, has become increasingly important. Shearography is an intrinsically robust interferometric technique that is able to work in the field, but there are limits. The current interferometry configuration remains sensitive to factors such as vibration.The current work presents three interferometers configurations for use in shearography systems. The three configurations employ polarization for phase shifting. This work describes their principles and discusses each one of the three settings. In addition, their evaluations using a vibration induced test bench were also conducted. The results pointed out two robust and flexible configurations convenient for harsh environments, especially when considering the effects of vibrations.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T18:05:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 270039.pdf: 8020501 bytes, checksum: fbcdb89faf6c354a7020a32af845d649 (MD5) / Este trabalho apresenta um estudo sobre a aplicabilidade da técnica óptica shearografia para caracterizar a localização e profundidade de defeitos em materiais compósitos. Foi desenvolvido através de experimentos controlados tendo como base conjuntos de corpos de prova contendo falhas artificiais quadradas, propositalmente introduzidas entre as lâminas de um material compósito fabricado com resina epóxi e fibras de vidro unidirecionais e cruzadas. Defeitos de diferentes tamanhos foram dispostos em diferentes profundidades ao longo da espessura do material. O principal tipo de carregamento utilizado foi do tipo vibracional associado às técnicas de Média-Temporal, com iluminação contínua do laser para se obter a resposta da amplitude de modulação através de franjas de interferência e à técnica com iluminação Estroboscópica de forma a conseguir mapas das diferenças de fases referentes à superfície analisada. Foram produzidos conjuntos de corpos de prova com e sem falha de adesão artificialmente provocada. As respostas em freqüência foram relacionadas às profundidades das diferentes falhas. As relações freqüência x profundidade apresentaram bom comportamento, conforme descrevem as bibliografias consultadas. Também foram comparados os resultados obtidos através do modelamento matemático com os obtidos experimentalmente. Os resultados alcançados neste trabalho são encorajadores e abrem as portas para novos estudos com outros tipos de falhas e materiais compósitos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-11-17T03:09:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 335899.pdf: 4325105 bytes, checksum: 62042345f2ad8748d71bc67cf0b48e20 (MD5) Previous issue date: 2015 / Nos últimos anos vem sendo frequente a utilização de materiais compósitos em revestimentos de tubulações, tanques e costados de navios para proteção anticorrosiva e reforço estrutural. Entretanto, é necessário assegurar que o material compósito, geralmente plástico reforçado com fibra de vidro (PRFV) ou carbono (PRFC), desempenhe sua função com eficiência. Entre as técnicas utilizadas para avaliação da integridade e eficiência da adesão desses materiais, destaca-se a inspeção por shearografia, técnica não-destrutiva que utiliza interferometria laser para detecção de defeitos. Através da shearografia, é possível detectar falhas de adesão e delaminações indicando casos críticos onde uma intervenção por parte da equipe de manutenção é necessária. No entanto, a inspeção de grandes áreas revestidas por materiais compósitos, costuma ser um processo lento o que resulta em custos elevados. Dessa forma, a movimentação automatizada do sistema de shearografia por meio de um robô atuado por cabos mostra-se uma alternativa viável para redução de custos envolvidos no processo e aumento de produtividade. Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de dois sistemas de inspeção com shearografia, sendo o primeiro um sistema que pode ser acoplado a um robô atuado por cabos para a inspeção completa de uma área revestida por material compósito e o segundo um sistema para a inspeção manual em situações em que não existe a necessidade de inspecionar toda a área revestida. Para comparação e validação dos resultados obtidos com os dois sistemas, foram utilizados: (a) um terceiro sistema de inspeção previamente validado pela equipe de inspeções do Labmetro/UFSC, (b) um corpo de prova com defeitos introduzidos artificialmente e (c) um dispositivo desenvolvido para simular as forças de tração encontradas nos cabos de um sistema robotizado. Nos ensaios realizados em laboratório, foi possível detectar os defeitos presentes no corpo de prova com resultados equivalentes ao sistema de referência utilizado para comparação.<br> / Abstract : Nowadays, composite materials have being used as coatings for pipes, tanks and vessels sidewalls for corrosion protection and structural reinforcement. However, it is necessary to ensure the composite integrity, usually glass-fiber reinforced plastic (GFRP) or carbon-fiber reinforced plastic (CFRP), to perform their task efficiently. The inspection by shearography is a non-destructive technique that uses laser interferometry to evaluate the integrity of these materials. Through shearography, bonding failures and delamination can be detected, indicating critical cases where intervention by the maintenance staff is required. However, the inspection of large areas coated with composite materials, is usually a slow and costly process. Thus, the use of a robotic system driven by cables to move a shearography system on the coated area is shown as a feasible alternative to reduce costs involved in the process and increase its productivity. This work presents the development of two shearography inspection systems. The first is a system that can be coupled to a cable-driven robot for total inspection of an area coated with composite material and the second a system for manual inspection in situations where is not necessary to inspect all the coated area. The following tools were used for comparison and validation of the results obtained with the two systems: (a) a third inspection system previously validated by the inspections team of Labmetro/UFSC, (b) a specimen with artificially introduced defects and (c) a device developed to simulate the forces involved in a robotic system driven by cables. In tests, was possible to detect the defects present in the specimen with equivalent results to the system used for comparison.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-raduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2018-01-23T03:15:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345602.pdf: 8579741 bytes, checksum: c68001a901d05714eed3bddaad5934f3 (MD5) Previous issue date: 2017 / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma nova configuração de sistema de shearografia com sensibilidade radial e avalia sua aplicabilidade para inspeção de falhas de adesão em uniões flangeadas de tubos de material compósito. A inspeção é realizada a partir da superfície interna do tubo onde o flange está colado. O sistema utiliza dois espelhos cônicos. Com 90° de ângulo de ponta, o espelho cônico primário tem a função de promover a visualização da superfície interna a ser inspecionada. O espelho cônico secundário, com 178° de ângulo de ponta, produz o deslocamento lateral radial das imagens. O conceito foi desenvolvido e um protótipo construído e testado. Primeiramente, foram analisados dois corpos de prova tubulares de aço, revestidos internamente com materiais compósitos e tendo defeitos artificiais conhecidos, para testar a capacidade do sistema em detectá-los com sensibilidade radial. Após a validação do sistema, foram analisadas duas uniões flangeadas, sendo uma de referência, sem defeitos, e outra com defeitos artificiais, simulando falhas de adesão com diferentes dimensões. Em ambos os casos foi aplicado o carregamento térmico através de um soprador de ar quente na superfície externa da união. O sistema apresentou bons resultados em todos os corpos de prova inspecionados, sendo capaz de detectar as falhas de adesão presentes na união com defeitos artificialmente inseridos. Os resultados obtidos experimentalmente nesse trabalho são promissores e abrem uma nova frente para inspeções com shearografia.<br> / Abstract : This work presents the development of a new shearography system with radial sensitivity and evaluates its applicability for detecting adhesion flaws on internal surfaces of flanged joints of composite material pipes. The inspection is performed from the inner surface of the tube where the flange is adhered. The system uses two conical mirrors. At 90° cone angle, the primary conical mirror has the function of promoting the visualization of the internal surface to be inspected. The secondary conical mirror, with 178° cone angle, produces a radial lateral displacement of the images. The concept was developed and a prototype built and tested. First, two tubular steel specimens, internally coated with composite materials and having known artificial defects were analyzed to test the ability of the system to detect them with radial sensitivity. After the validation of the system, two flange joints were analyzed, one of them being a reference, without defects, and another one with artificial defects, simulating adhesion failures with different dimensions. In both cases the thermal loading was applied through a hot air blower on the outer surface of the joint. The system presented good results on all inspected specimens, being able to detect adhesion flaws present in the flanged joints with artificially inserted defects. The results obtained experimentally in this work are promising and open a new front for inspections with shearography.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-06-25T21:32:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 304241.pdf: 2330165 bytes, checksum: bbdac72555fd5064b34442d6b96fb169 (MD5) / As indústrias do petróleo e derivados, e químicas em geral têm mostrado interesse crescente na aplicação de revestimentos e componentes construídos de materiais compósitos, principalmente por sua imunidade à corrosão. Sua aplicação, feita em campo, muitas vezes em condições não ideais, pode apresentar alguns defeitos, que devem ser detectados e corrigidos. A shearografia é uma técnica óptica interferométrica capaz de detectar estes defeitos em materiais compósitos quando sobre estes é aplicado um carregamento, normalmente térmico. Apresenta bons resultados quantitativos. A quantificação das dimensões, profundidades e severidade de defeitos não é fácil. Depende de experiência e julgamento do inspetor. O presente trabalho contribui desenvolvendo e avaliando um caminho não subjetivo para extrair informações quantitativas dos defeitos. Foi desenvolvido um procedimento usando shearografia com excitação térmica e um software especialmente desenvolvido para quantificar as dimensões laterais e profundidades de defeitos presentes em materiais compósitos. Uma base de dados foi formada com defeitos de forma geométrica quadrada artificialmente produzidos e inseridos em diferentes profundidades de corpos de prova. Para avaliar os resultados, defeitos quadrados foram quantificados em um corpo de prova independente, levando a resultados promissores para defeitos próximos à superfície. As limitações, potencialidades e próximos passos do caminho desenvolvido são discutidos no trabalho. / The oil and gas and chemicals industries have shown increasing interest in applying coatings and components made of composite materials, mainly due to its immunity to corrosion. Its application on the field, often in non-ideal conditions, can present some defects, which must be detected and corrected. Shearography is an optical interferometric technique capable of detecting defects composite in response to an external loading, usually produced by heating. It provides quite good qualitative results. By the other hand, extracting quantitative features, like dimensions, depth and severity of defects, is not easy. It depends on experience and judgment of the inspector. The present work developed and evaluates a non-subjective procedure using shearography to extract quantitative information about the defects. The procedure involves thermal excitation, specially developed software and an algorithm to estimate dimension and depths of defects present in composite materials. As a first step, a database was formed with data extracted from square-shaped defects artificially produced and placed at different depths of a set of specimens. To evaluate the results, square defects were quantified in an independent specimen, leading to promising results for quantitative evaluation of defects near the surface. Limitations, potential and the next steps are also discussed.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-06-25T21:20:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 305256.pdf: 5596023 bytes, checksum: 38500f359f8eddab763bc793ca3ad4f9 (MD5) / Ao buscar maior produção, diminuição de custos e melhor atendimento aos requisitos ambientais, o crescente panorama da indústria nacional do petróleo vem investindo ao longo dos anos em pesquisa e desenvolvimento em novas técnicas de inspeção de suas estruturas. Assim, gera-se um grande desafio para os especialistas da área para atender tais necessidades. Esta dissertação apresenta o desenvolvimento conceitual de um sistema de inspeção óptica de revestimentos internos em material compósito aplicado em fundos e costados de tanques metálicos para armazenamento de petróleo e seus derivados. A Shearografia é a técnica de medição óptica utilizada, onde esta, através de um módulo de formação de imagem, iluminação e carregamento, é capaz de detectar imperfeições internas no material inspecionado. Foi confeccionado um corpo de prova simulando uma parede interna de tanque, com revestimento em material compósito, portando defeitos artificiais implantados. Foram sequencialmente desenvolvidos dois protótipos de sistemas de medição, protótipo de avaliação e módulo difrativo compacto, com capacidade de medição de grandes áreas. Ensaios em laboratório e em campo foram realizados. No ensaio em campo foi possível identificar defeitos desconhecidos no revestimento. Nos ensaios em laboratório foi possível identificar os defeitos inseridos artificialmente pelo lado interno e pelo lado externo do corpo de prova. Os resultados obtidos neste trabalho encorajam fortemente a futura prestação de serviços em escala comercial na área de inspeção de compósitos no setor do petróleo. / In order to achieve lower costs and better meet environmental requirements, the oil industry has invested over the years in research and development of new nondestructive techniques for composite materials inspection. Consequently, it generates a great challenges for the specialists to meet requirements like reliability and speed of the inspection process. This work presents the conceptual development of an optical system for non-destructive inspection of internal composite material coatings applied on flat bottoms and walls of metal tanks for storage of petroleum and its derivatives. Shearography is the optical technique used to detect internal flaws in the inspected coating. A specimen coated with composite material has been built to simulate an inner wall of a tank in which artificial defects have been inserted. Two prototypes of a shearography system have been designed and built. Their capacity to inspect large areas of the coating has been evaluated. Tests in the laboratory and field have been carried out and the achieved results are shown. The results obtained in this work encourage the application of shearography system able to provide services on a commercial scale to meet future demands of the oil industry.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:06:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 325931.pdf: 4103751 bytes, checksum: 2c2d48bcddccc7e5eb9bd9d9502a4621 (MD5) Previous issue date: 2013 / A técnica de shearografia é um método de ensaio interferométrico capaz de identificar falhas ou defeitos em materiais compósitos. A presença de defeitos é revelada pela resposta da superfície do material a um carregamento externo, normalmente térmico ou por variação de pressão. Regiões com defeitos apresentam anomalias nos campos de deformações que são detectadas em imagens com franjas de interferência. O sucesso da aplicação da inspeção com shearografia em campo decorre da sua elevada sensibilidade para medir campos de pequenas deformações e sua relativa imunidade a perturbações, principalmente, por tolerar níveis moderados de vibrações. Como na maioria das técnicas interferométricas, a shearografia necessita de métodos de medição de fase para extrair resultados, assim torna-se necessária a utilização de um deslocamento de fase previamente controlado. Visando o constante aprimoramento da técnica de shearografia, buscou-se com este trabalho avaliar a substituição de um atuador piezelétrico (PZT), utilizado como deslocador de fase no arranjo óptico da técnica de shearografia desenvolvido no LABMETRO, por um retardador variável de cristal líquido (LCVR). Pretende-se com esse estudo encontrar uma nova opção de dispositivo capaz de eliminar os efeitos indesejáveis causados pelo PZT, como instabilidades provocadas por vibrações mecânicas, e aumentar a velocidade de resposta do deslocador de fase. Uma bancada de testes foi desenvolvida com o propósito de avaliar as principais características dos dois deslocadores de fase e assim compará-los. Além dos testes quantitativos para comparação dos dois deslocadores de fase, foi realizado um estudo de caso utilizando a técnica de shearografia. O estudo de caso, realizado com corpos de prova contendo defeitos previamente conhecidos, compara qualitativamente os resultados obtidos. Por último, uma proposta de configuração mais simples e compacta de um interferômetro que utiliza um dispositivo de cristal líquido para deslocar a fase é apresentada.<br> / Abstract : The shearography technique is an interferometric method which is able to identify faults and defects in composite materials. The defects can be identified by material surface response to an external load commonly, thermal loads or pressure changes. Regions on material surface with defects present anomalies in the deformation field which are detected by fringe pattern images. The success of the application of shearography technique inspection in real conditions lies on its high sensibility to measure fields of small deformations and its relative perturbations immunity, especially for tolerating moderate levels of vibrations. As well as most interferometric techniques to obtain results shearography needs methods for phase measurements, thereby it is necessary to use a controlled phase shifter. In order to improve shearography technique this work intended to evaluate the substitution of a piezoelectric actuator (PZT), using as a phase shifter in the optical scheme of the shearography technique developed in LABMETRO/UFSC, by a Liquid Crystal Variable Retarder (LCVR). The goal of this research is to find a new device setup able to eliminate the undesirable effects caused by PZT like instability caused by mechanical vibrations, moreover increase the response velocity of the phase shifter. An experimental study was performed aiming to evaluate the main characteristics of both phase shifters and thus comparing one to each other. Furthermore, an experimental study using the shearography technique was performed, the experimental study was based on samples having well-defined defects. Finally, a proposal of a simpler and compact interferometric configuration, which uses a liquid crystal device to shift phase, is presented.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-08-08T04:04:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345603.pdf: 9039933 bytes, checksum: 15676c27bb4320465e064d085b0d0e03 (MD5) Previous issue date: 2016 / Com importantes aplicações nos mais diversos setores industriais, os materiais compósitos têm encontrado sua aplicação também na indústria petroquímica. A fabricação de tubos e componentes de tubulação, bem como, a utilização de material compósito em reparos de estruturas metálicas são, atualmente, as aplicações mais difundidas neste setor. Defeitos na fase de montagem de tubulações de compósito e na aplicação dos reparos em campo são predominantes no histórico de falhas destes materiais na indústria do petróleo e gás. Neste contexto, torna-se imprescindível o desenvolvimento de equipamentos e métodos capazes de inspecionar estas estruturas de compósito. A prática da inspeção contribui para minimizar a probabilidade de ocorrência de danos causados por um eventual colapso nas tubulações das instalações petroquímicas. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de inspeção capaz de avaliar tanto a qualidade de reparos compósitos aplicados em tubulações metálicas com trincas, ranhuras ou degradadas pela ação de corrosão, como também a qualidade de adesão de juntas tipo ponta e bolsa em tubulações de compósito. Um sistema modular com múltiplos sensores a laser, utilizando a técnica interferométrica shearografia, foi projetado e fabricado. Os resultados deste trabalho mostram que é possível inspecionar, de forma rápida e em uma única etapa, toda região perimetral de uma junta adesivada ou de um reparo de compósito. O método de inspeção proposto é não destrutivo e pode ser executado durante a operação da linha, sem impacto na sua produção. Experimentos aprofundados, com diferentes módulos do equipamento, permitiram avaliar de forma criteriosa o desempenho do sistema visando a sua aplicação em campo e o aumento da segurança deste setor industrial.<br> / Abstract : Composite materials are widely applied in several industrial sectors, including the oil and gas industry. The use of fiber reinforced plastic pipes and fittings as well as the use of composite material to protect or repair corroded metal structures and parts are currently the most widespread applications in this sector. In the oil and gas industry, defects in composite materials can arise during the pipe assembly stage and the application of the repairs in field. In this context, it is essential to develop equipment and methods to inspect these composite structures. The practice of inspection helps to minimize the probability of damage occurrence caused by a possible collapse in the pipelines or other parts of petrochemical plants. This work presents the development and evaluation of an inspection system able to assess both the quality of composite repairs applied to metal pipes degraded by corrosion, as the quality of adhesion of composite bell-and-spigot joints. A modular system with multiple laser sensors using shearography, an interferometric optical technique, was designed and manufactured. The results of this study show that it is possible to inspect, quickly and in one step, the entire perimeter of a bonded joint or a composite repair. The proposed inspection method is non-destructive and may be performed during line operation without impact on production. Careful experiments with different equipment modules have been carried out to evaluate the system performance, aiming its application in field and the safety increasing in the oil and gas industry.

[pt] A integridade de tubulações é um dos aspectos-chave para a operação segura e eficiente das estruturas offshore. Falhas em tubulações podem resultar em consequências econômicas e ambientais significativas, tornando a gestão da integridade de tubulações uma prioridade importante para a indústria. Uma das ferramentas mais eficazes para gerenciar tubulações em serviço é através de testes não destrutivos (NDT, na sigla em inglês). Neste estudo, inspeções de ultrassom e shearografia foram realizadas em tubulações metálicas com reparos compósitos ao longo de aproximadamente dois anos e seus resultados foram comparados. As amostras de tubos de aço com reparos compósitos foram submetidas a pouco mais de 13.500 horas de envelhecimento acelerado por névoa salina, em três diferentes temperaturas. As amostras foram removidas das câmaras de névoa salina em intervalos regulares e inspecionadas usando aparelhos de inspeção em campo. Os resultados mostraram que ambas as técnicas forneceram resultados consistentes entre cada inspeção, embora nem sempre fossem consistentes entre si. Mapas comparando as detecções e a precisão de cada técnica foram fornecidos. A viabilidade de cada técnica como ferramenta de campo para monitorar a integridade das tubulações também foi avaliada com resultados positivos. Além disso, uma metodologia de Arrhenius modificada foi proposta como um primeiro passo para prever a propagação de danos a longo prazo. / [en] Pipeline integrity is one of the key aspects for safe and efficient operation of offshore structures. Pipeline failures can result in significant economic and environmental consequences, making pipeline integrity management a top priority for the industry. One of the most effective tools for managing in-service pipelines is non-destructive testing (NDT). In this study, ultrasound and shearography inspections were performed on composite pipeline repairs over the course of approximately two years and their results were compared. The test samples evaluated were steel pipes with composite repairs and were submitted to just over 13,500 hours of salt-spray accelerated ageing, under three different temperatures. Test samples were removed from the salt-spray chambers at regular intervals and inspected by using field inspection apparatus. The results showed that both techniques provided consistent results between each inspection, although not always being consistent with each other. Maps comparing detections and accuracy of each technique were provided. The feasibility of each technique as a field tool for monitoring pipeline integrity was also evaluated with positive results. Furthermore, a modified Arrhenius methodology was proposed as a first step towards predicting long-term damage propagation.