Medidores de Espessura Ultrassônicos: Tipos, Usos e Vantagens

POR Pedro Coelho

Publicado: sábado, 30 de dezembro de 2023

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Os medidores de espessura ultrassônicos são dispositivos que usam tecnologia ultrassônica para medir a espessura de materiais como aço, plástico, cerâmica e vidro. Eles são ideais para medir os efeitos da corrosão ou erosão em tanques, tubulações ou qualquer estrutura onde o acesso seja limitado a um lado.

Os medidores de espessura ultrassônicos podem medir a maioria dos materiais de engenharia, incluindo plásticos, metais, compostos metálicos, borracha e materiais corroídos internamente.Eles são projetados para medir a espessura de substratos metálicos (ferro fundido, aço e alumínio) e não metálicos, desde que tenham superfícies superior e inferior relativamente paralelas.

Como funcionam os medidores de espessura ultrassônicos

Os medidores de espessura ultrassônicos são dispositivos que usam ondas sonoras de alta frequência para medir a espessura de materiais sólidos, como metais, plásticos, madeira, vidro e cerâmica. Eles funcionam emitindo um pulso ultrassônico que atravessa o material e é refletido pela superfície oposta. O tempo que o pulso leva para ir e voltar é proporcional à espessura do material. O medidor de espessura ultrassônico calcula a espessura usando a velocidade do som no material e o tempo de trânsito do pulso.

Eles trabalham medindo com muita precisão o tempo que leva para um pulso ultrassônico viajar através de um material e refletir de volta do lado oposto.

Os medidores de espessura ultrassônicos podem medir a espessura de forma não destrutiva e geralmente são usados para determinar a espessura de um material onde um inspetor só tem acesso a um lado da peça, como um cano ou tubo, ou onde a medição mecânica simples é impossível ou impraticável devido ao tamanho da peça ou limitações de acesso.

Os medidores de espessura ultrassônicos são úteis para avaliar a qualidade e a integridade dos materiais, detectar defeitos, corrosão ou desgaste, e verificar a conformidade com as especificações. Eles também permitem medir a espessura de materiais sem danificá-los ou removê-los do seu lugar. Além disso, eles podem medir a espessura de materiais que são inacessíveis por outros métodos, como tubulações, tanques, navios ou estruturas submersas.

Tipos de medidores de espessura ultrassônicos

Existem vários tipos de medidores de espessura ultrassônicos disponíveis no mercado. A escolha de qual medidor de espessura ultrassônico usar dependerá do material de teste e do nível de precisão necessário para uma determinada medição de espessura. Aqui abaixo estão alguns dos tipos de medidores de espessura ultrassônicos disponíveis:

Medidor de espessura com transdutores de contato: Estes são os tipos mais comuns de medidores de espessura ultrassônicos. Eles são projetados para serem usados em superfícies planas e requerem um agente de acoplamento, como óleo ou água, para transmitir a onda ultrassônica do transdutor ao material de teste. Os transdutores de contato são ideais para medir a espessura de materiais com superfície lisa.

Medidor de espessura com transdutores de linha de atraso: são usados para medir a espessura de materiais que possuem uma superfície áspera ou curva. Eles usam uma linha de atraso para proteger o transdutor de danos e para garantir que a onda ultrassônica seja transmitida em um ângulo consistente. Os transdutores de linha de atraso são ideais para medir a espessura de materiais como ferro fundido, que podem ser difíceis de medir com precisão com outros tipos de transdutores.

Medidor de espessura com transdutores de imersão: são usados para medir a espessura de materiais que estão imersos em um líquido. Eles são frequentemente usados na indústria aeroespacial para medir a espessura das asas de aviões e outros componentes. Os transdutores de imersão são ideais para medir a espessura de materiais de difícil acesso, como o interior de um tubo ou tanque.

Medidor de espessura com transdutores de elemento duplo: são usados para medir a espessura de materiais finos, como canos e tubos. Eles usam dois transdutores que são colocados em lados opostos do material de teste para fornecer uma medição mais precisa. Os transdutores de elemento duplo são ideais para medir a espessura de materiais com menos de 0,25 polegadas de espessura.

Medidores de precisão: são projetados para medições de alta precisão e são frequentemente usados em ambientes de laboratório. Eles são mais caros do que outros tipos de medidores de espessura ultrassônicos.

Medidores de corrosão: são projetados para medir a espessura de materiais que foram corroídos ou erodidos. Eles são frequentemente usados na indústria de petróleo e gás para medir a espessura de dutos e tanques de armazenamento.

No geral, a escolha do transdutor dependerá do nível de precisão necessário para uma determinada medição de espessura e do tipo de material que está sendo testado. Os transdutores de contato são ideais para medir a espessura de materiais com superfície lisa, enquanto os transdutores de linha de atraso são ideais para medir a espessura de materiais com superfície rugosa ou curva.

Os transdutores de imersão são ideais para medir a espessura de materiais imersos em um líquido, e os transdutores de elemento duplo são ideais para medir a espessura de materiais finos, como canos e tubos.

Vantagens e Desvantagens dos Medidores de Espessura Ultrassônicos

Como já vimos acima, os medidores de espessura ultrassônicos são ferramentas essenciais em diversas indústrias, desde a construção civil até a indústria automobilística. Eles permitem que os profissionais avaliem a espessura de uma parede sem a necessidade de destruição ou desmontagem.

No entanto, como qualquer tecnologia, eles têm suas vantagens e desvantagens. Neste parte do texto, exploraremos ambos os aspectos, fornecendo uma visão equilibrada e abrangente desses dispositivos úteis. Vamos começar com a análise de suas vantagens:

• São rápidos e precisos: os medidores de espessura ultrassônicos podem obter resultados em questão de segundos, com uma precisão de até 0,01 mm. Eles também podem medir a espessura de materiais com revestimentos ou pinturas, sem afetar a medição.
• São portáteis e fáceis de usar: os medidores de espessura ultrassônicos são geralmente pequenos e leves, podendo ser transportados e operados com uma só mão. Eles também possuem interfaces simples e intuitivas, que permitem ajustar os parâmetros de medição de acordo com o tipo de material e a faixa de espessura desejada.
• São não destrutivos e seguros: os medidores de espessura ultrassônicos não danificam nem alteram as propriedades dos materiais medidos, pois usam ondas sonoras que se propagam pelo material sem causar nenhum efeito adverso. Eles também não emitem radiação nem requerem contato direto com o material, o que reduz os riscos para o operador e o ambiente.

Já as suas desvantagens:

• São sensíveis a interferências: os medidores de espessura ultrassônicos podem ser afetados por ruídos externos, vibrações, temperaturas extremas, umidade ou poeira, que podem prejudicar a qualidade do sinal ultrassônico e comprometer a precisão da medição. Por isso, é importante realizar a calibração do equipamento antes de cada uso e verificar as condições ambientais do local de medição.
• São limitados pela geometria e pela acústica do material: os medidores de espessura ultrassônicos dependem da reflexão das ondas sonoras na superfície interna do material para determinar a sua espessura. Por isso, eles podem ter dificuldades para medir materiais com formas irregulares, curvas, côncavas ou convexas, ou com superfícies rugosas, corroídas ou oxidadas. Além disso, eles podem não funcionar bem com materiais que tenham baixa condutividade acústica, como madeira, borracha ou espuma.
• São relativamente caros: os medidores de espessura ultrassônicos são equipamentos sofisticados que requerem componentes eletrônicos avançados e sensores específicos para cada tipo de material. Por isso, eles têm um custo mais elevado do que outros métodos de medição de espessura, como o paquímetro ou o micrômetro.

Fatores que podem impactar na medição de espessura

Existem alguns fatores que podem impactar na precisão e na confiabilidade das medições realizadas com esses equipamentos. Alguns desses fatores são:

A qualidade do acoplamento entre o transdutor e a superfície do material. Para que as ondas sonoras se propaguem adequadamente, é necessário que haja um bom contato entre o transdutor e o material, sem bolhas de ar ou sujeira. Para isso, é recomendado o uso de um gel ou óleo de acoplamento, que preenche as irregularidades da superfície e facilita a transmissão do som.

 

A temperatura do material. A temperatura afeta a velocidade de propagação do som nos materiais, e consequentemente, a medição da espessura. Em geral, quanto maior a temperatura, menor a velocidade do som e maior a espessura medida. 

Por isso, é importante calibrar o medidor de acordo com a temperatura do material ou utilizar uma função de compensação de temperatura, se disponível no equipamento.

 

A rugosidade da superfície do material. A rugosidade é a variação da altura da superfície em relação a um plano de referência. Quanto maior a rugosidade, maior a dificuldade de obter um bom acoplamento entre o transdutor e o material, e maior a chance de ocorrerem reflexões indesejadas das ondas sonoras, que podem interferir na medição da espessura. 

Para minimizar esse efeito, é recomendado lixar ou polir a superfície do material antes da medição ou utilizar um transdutor com uma frequência mais baixa, que é menos sensível à rugosidade.

 

A homogeneidade do material. A homogeneidade é a uniformidade da composição e da estrutura do material. Quanto mais homogêneo o material, mais constante é a velocidade de propagação do som no mesmo.

Se o material for heterogêneo, como por exemplo, uma liga metálica com diferentes fases ou uma peça com defeitos internos, como trincas ou porosidades, a velocidade do som pode variar ao longo do material, causando erros na medição da espessura. Para evitar esse problema, é recomendado utilizar um medidor com uma função de correção de velocidade ou realizar uma calibração específica para cada tipo de material.

Referências

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• https://www.globalspec.com/ds/274/areaspec/style_delay_line (acessado em 01/12/2023)

Sobre o autor

Olá meu nome é Pedro Coelho, eu sou engenheiro químico, engenheiro de segurança do trabalho e Green Belt em Lean Six Sigma. Além disso, também sou estudante de engenharia civil, e em parte de minhas horas vagas me dedico a escrever artigos aqui no ENGQUIMICASANTOSSP, para ajudar estudantes de Engenharia Química e de áreas correlatas. Se você está curtindo essa postagem, siga-nos através de nossas paginas nas redes sociais e compartilhe com seus amigos para eles curtirem também :)