BR102021016393A2

BR102021016393A2 - Sistema de shearografia para inspeções submarinas

Info

Publication number: BR102021016393A2
Application number: BR102021016393-3A
Authority: BR
Inventors: Fabiana Dias Fonseca Martins; Eduardo César Cordeiro Vieira; Mauro Eduardo Benedet; Sergio Damasceno Soares; Daniel Pedro Willemann; Armando Albertazzi Gonçalves Junior; Claudio Ramos Schmitz; Filipe Zanini Broetto; Ana Lucia Fampa Seabra Dalmeida; Analucia Vieira Fantin
Original assignee: Petróleo Brasileiro S.A. - Petrobras; Universidade Federal De Santa Catarina - Ufsc
Priority date: 2021-08-18
Filing date: 2021-08-18
Publication date: 2023-02-28
Also published as: US20230056235A1

Abstract

A presente invenção propõe utilização da técnica de shearografia em um sistema para a inspeção não-destrutiva de reparos de material compósito aplicados a tubulações metálicas submersas.
O sistema de shearografia da invenção é caracterizado por compreender pelo menos um módulo de visão e iluminação (MVI) (1), pelo menos um módulo de fixação (MF) (2), pelo menos um módulo de excitação (MET) (3), pelo menos um módulo de comando e potência (MCP) (4), e um computador (5).
O sistema proposto pode ser fixado ao duto reparado por meio de mergulhadores ou ROVs e o controle da inspeção pode ser realizado totalmente a partir da plataforma ou embarcação de apoio na superfície.

Description

SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção está baseada no desenvolvimento de um sistema de shearografia especialmente projetado para a realização de inspeções submersas de dutos revestidos em material compósito.

[0002] O sistema proposto pode ser fixado ao duto reparado por meio de mergulhadores ou ROVs e o controle da inspeção pode ser realizado totalmente a partir da plataforma ou embarcação de apoio na superfície.

Descrição do Estado da Técnica

[0003] A shearografia é uma técnica interferométrica já utilizada no setor do petróleo para a inspeção de reparos em compósitos aplicados a tubulações metálicas. Porém, até o momento, sua utilização foi restrita a ambientes secos (não submersos). Mesmo em ambientes secos, a aplicação de sistemas de medição interferométricos fora do laboratório não é simples, pois em campo tais sistemas estão expostos a agentes perturbadores, sobre os quais não se tem nenhum controle. Dessa forma, o desenvolvimento de sistemas de inspeção robustos e capazes de operar adequadamente em campo é muito importante. A pesquisa e o aperfeiçoamento das técnicas interferométricas, no sentido de torná-las robustas e capazes de operar em condições de trabalho mais agressivas, como em uma plataforma de petróleo, no chão de fábrica, ou outro ambiente hostil, tem-se tornado cada vez mais importante.

[0004] O termo “shearografia” (do inglês, shearography) é atribuído a uma técnica interferométrica que usa laser e processamento de imagens para medir o campo de deformações na superfície da estrutura inspecionada. Ao contrário das demais técnicas interferométricas, a shearografia pode ser aplicada em campo, longe das bancadas isoladas de laboratório. Tem sido muito usada para revelar defeitos em estruturas e painéis compósitos, especialmente na indústria aeroespacial. A superfície a ser inspecionada é iluminada com laser e sua imagem inicial adquirida. Um determinado tipo de carregamento (térmico, por vibrações e variação de pressão - positiva ou negativa) é aplicado na parte inspecionada, provocando o surgimento de um campo de deformações na sua superfície. Uma segunda imagem é então adquirida e numericamente combinada com a primeira. Após o processamento das imagens, o campo de deformações na superfície é revelado na forma de franjas de interferência. A presença de defeitos no interior do material compósito é mapeada como descontinuidades no campo de deformações, o que é visualmente identificável.

[0005] Os resultados obtidos a partir das tecnologias desenvolvidas nos últimos anos, e dos trabalhos realizados em campo, motivaram a expansão da shearografia a novas aplicações na indústria de Petróleo e Gás. A inspeção submarina de compósitos é, sem dúvidas, um campo de grande interesse para a Petrobras, mas poucas soluções são ainda viáveis. Esse cenário motivou o desenvolvimento de um novo sistema de shearografia, inédito mundialmente, capaz de inspecionar, em ambiente subaquático, reparos compósitos em dutos rígidos. Portanto, o sistema de shearografia proposto nesta patente permite realizar, de forma automatizada, medições com shearografia em ambiente subaquático.

[0006] Materiais compósitos estão sendo usados cada vez mais em vários segmentos industriais. O setor aeroespacial é o que mais utiliza esse tipo de material. Porém, indústrias do setor do petróleo, gás e energia acompanham essa tendência, principalmente em função da elevada relação resistência/peso, imunidade à corrosão, e possibilidade de aplicação “a frio” desses materiais. Na indústria do petróleo e gás, a possibilidade de aplicação a frio é muito atrativa, por eliminar a necessidade de isolar o ambiente e deixá-lo livre de riscos de combustão e explosão. Mais recentemente, a aplicação de compósitos para reparos de tubulações corroídas, interna ou externamente, pode ser realizada também em ambiente submerso. A utilização de materiais compósitos do tipo pre-preg com resinas ativadas por água facilita ainda mais a aplicação dos reparos em ambientes com chuva, úmidos e totalmente submersos. Pode-se ainda citar a vantagem de que esses reparos compósitos podem ser aplicados facilmente a diferentes diâmetros e tubulações e a estruturas com formas e geometrias irregulares, como por exemplo, nas conexões das tubulações.

[0007] Duas classes de aplicações para materiais compósitos são bem conhecidas na indústria do petróleo, gás e energia: reparos de materiais compósitos aplicados a estruturas metálicas e elementos estruturais inteiramente produzidos em materiais compósitos. A primeira envolve a aplicação de uma camada de material compósito sobre um elemento estrutural metálico, frequentemente uma tubulação, seja para servir como barreira â corrosão ou como reforço estrutural. A segunda classe envolve principalmente tubos e vasos de pressão inteiramente constituídos de materiais compósitos.

[0008] Na indústria do petróleo e gás, o histórico de falhas com materiais compósitos relaciona-se, predominantemente, a defeitos de montagem ou problemas durante a aplicação de revestimentos no campo. É o caso típico de reparos e revestimentos protetores de compósitos e das uniões entre tubos de materiais compósitos. Em ambos os casos, as condições de aplicação normalmente não são favoráveis, resultando em uma maior probabilidade de incidência de defeitos como: falhas de adesão (nas interfaces metal-compósito e compósito-compósito); delaminações (falhas de adesão entre as camadas do compósito); inclusões (presença de bolhas e corpos estranhos entre as camadas do compósito) e não homogeneidade na distribuição das fibras no compósito.

[0009] Em ambiente submerso, as dificuldades de aplicação são potencializadas pelo próprio ambiente em que o mergulhador se encontra. Já nas estruturas fabricadas totalmente em material compósito, pode também haver defeitos provenientes do processo de manufatura desses componentes.

[0010] Defeitos em revestimentos e em reparos protetores podem comprometer a eficácia da proteção ou do reforço estrutural. Se não detectados e corrigidos, defeitos em juntas e uniões de tubos compósitos podem evoluir e levar a falhas operacionais, acarretando risco de vazamento de produtos.

[0011] O uso de compósitos tem se mostrado uma excelente solução para o reparo de tubulações metálicas e, portanto, seu uso tem crescido em campo. Porém, a baixa oferta por serviços de inspeção específicos e eficazes fazem com que o uso do compósito seja ainda restrito. Consequentemente, a falta de inspeção faz com que muitos dos reparos sejam retirados e refeitos precocemente como medida de segurança, gerando maiores custos de produção. Portanto, no atual estado de emprego desses materiais é imperioso proceder ã inspeção dos revestimentos e reparos aplicados em campo, bem como das uniões e juntas de estruturas fabricadas inteiramente de material compósito.

[0012] A shearografia é uma técnica de ensaio não destrutivo capaz de localizar defeitos internos em materiais compósitos e tem sido amplamente utilizada para a detecção de delam inações e falhas de adesão. Essas são as falhas mais comumente encontradas nos reparos de material compósito.

[0013] Na última década, a shearografia passou a ter grande aceitação na indústria aeroespacial por ser um método de inspeção rápido, com baixo custo e, principalmente, eficaz. Sua aceitação e aplicação comercial na indústria do petróleo e gás também vem crescendo nos últimos anos, em função dos desenvolvimentos ocorridos nessa área.

[0014] A técnica de inspeção por shearografia desta invenção, pode impedir que reparos ainda íntegros sejam substituídos reduzindo, portanto, os custos de manutenção, e aumentando a proteção de receita por lucro cessante, evitando-se paradas para substituição de trechos submarinos, ou intervenções operacionais.

[0015] O produto desta invenção define um sistema destinado à realização de inspeções não destrutivas com shearografia em revestimentos de material compósito aplicados a tubulações metálicas situadas em ambientes totalmente submersos ou na ZVM (Zona de Variação de Marés) - ambientes com possibilidade de ocorrência de corrosão severa nas estruturas metálicas. Outras estruturas compósitas também poderão ser inspecionadas nestes ambientes.

[0016] Ο sistema proposto na invenção poderá ser fixado ao duto reparado por meio de mergulhadores ou ROVs e o controle da inspeção é realizado totalmente a partir da plataforma ou embarcação de apoio na superfície.

[0017] O documento não patentário “Sistemas de Shearografia para Inspeção de Grandes Áreas Verticais Revestidas por Materiais Compósitos” revela 2 (dois) sistemas de shearografia para inspeção, sendo um deles manual, e outro para futura utilização em conjunto com um robô atuado por cabos. O sistema compreende módulo de aquisição de imagens, módulo de iluminação laser, módulo de carregamento, módulo de controle e potência, módulo de carregamento térmico, e módulo estrutural. Apesar de apresentar shearografia para inspeção, o documento, porém, não possui uma estrutura de fixação adequada para ser encaixada em uma tubulação que se deseja inspecionar, como a presente invenção.

[0018] O documento CN101418875B revela um dispositivo especial de posicionamento e fixação para uma máquina automática de ligação de flanges de tubos submersos. O dispositivo de fixação, revelado em CN101418875B, difere do módulo de fixação proposto pela invenção.

[0019] O documento US20040165176A1 revela um instrumento portátil de ensaio não destrutivo, o qual utiliza shearografia por fases de alta velocidade e tensão de vácuo para produzir imagens de defeitos em juntas, danos por impacto, ou delaminação, em estruturas metálicas ou compostas. O instrumento é especialmente útil na inspeção de grandes áreas onde apenas o acesso externo é viável, tais como em grandes aeronaves, veículos espaciais, barcos, ou estruturas de engenharia civil com múltiplas linhas de ligação. US20040165176A1 difere da presente invenção por não revelar um sistema de inspeção por shearografia capaz de realizar operações submersas.

[0020] Diante das dificuldades presentes no Estado da Técnica, para soluções de inspeções submersas em dutos revestidos com material compósito, este não possui as características únicas desta invenção que serão apresentadas detalhadamente a seguir.

Objetivo da invenção

[0021] É um objetivo da invenção realizar inspeções não destrutivas com shearografia em revestimentos de material compósito aplicados a tubulações metálicas situadas em ambientes totalmente submersos ou na ZVM (Zona de Variação de Marés) - ambientes com possibilidade de ocorrência de corrosão severa nas estruturas metálicas.

[0022] Outro objetivo da invenção consiste em realizar inspeções em outras estruturas compósitas, também em ambientes totalmente submersos ou na ZVM.

[0023] É ainda um objetivo da invenção contribuir para que as estruturas de material compósito possam ter seus ciclos de vida prolongados, diminuindo os custos de manutenção e operação.

Descrição Resumida da Invenção

[0024] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção propõe a utilização da shearografia para a inspeção não-destrutiva de materiais compósitos em ambiente subaquático. Os bons resultados preliminares alcançados levaram á proposição de um projeto que tem como objetivo geral o desenvolvimento de tecnologias (equipamentos e procedimentos) que viabilizem a aplicação eficaz da shearografia na inspeção não-destrutiva de reparos de material compósito aplicados a tubulações metálicas submersas.

[0025] O Sistema de shearografia para inspeções submarinas, objeto desta invenção, é caracterizado por compreender pelo menos um módulo de visão e iluminação laser (MVI) (1), pelo menos um módulo de fixação (MF) (2), pelo menos um módulo de excitação térmica (MET) (3), pelo menos um módulo de comando e potência (MCP) (4), e um computador (5).

Breve Descrição dos Desenhos

[0026] A presente invenção será descrita com mais detalhes a seguir, com referência ás figuras em anexo que, de uma forma esquemática e não limitativa do escopo inventivo, representam exemplos de sua realização. Nos desenhos, têm-se:

- A Figura 1 ilustrando a representação esquemática de um sistema de inspeção com shearografia;
- A Figura 2 ilustrando a configuração geral do sistema de shearografia para inspeções não-destrutivas em reparo de material compósito em ambiente submarino, objeto desta invenção;
- A Figura 3 ilustrando componentes internos do Módulo de Visão e Iluminação (MVI) da presente invenção;
- A Figura 4a ilustrando o sistema da invenção posicionado sobre um tubo de 6 polegadas. A Figura 4b ilustrando detalhes da parte inferior do sistema, com o Módulo de Fixação (MF) projetado para uso com cintas/ou catracas;
- A Figura 5 ilustrando detalhes do sistema da invenção, vistas superior (5a) e lateral (5b);
- A Figura 6 ilustrando detalhes do Módulo de Visão e Iluminação (MVI), com a disposição do interferômetro e dos lasers diodo;
- A Figura 7 ilustrando o Módulo de Fixação (MF) com movimentação automatizada do cabeçote de inspeção por meio de guias lineares, numa estrutura projetada para fixação por cintas;
- A Figura 8 ilustrando o modelamento em 3D do sistema de inspeção encaixado a um tubo de 6 polegadas revestido com material compósito;
- A Figura 9 ilustrando o detalhamento do Módulo de Controle e Potência (MCP);
- A Figura 10 ilustrando resultados de shearografia obtidos com o protótipo da invenção em ambiente submerso. Medições realizadas com diferentes níveis de excitação e variação de pressão positiva.

Descrição Detalhada da Invenção

[0027] Abaixo segue descrição detalhada de uma concretização preferida da presente invenção, de cunho exemplificativo e de forma nenhuma limitativo. Não obstante, ficará claro para um técnico no assunto, a partir da leitura desta descrição, possíveis concretizações adicionais da presente invenção ainda compreendidas pelas características essenciais e opcionais abaixo.

[0028] A presente invenção define um sistema para a realização de inspeções não destrutivas utilizando a técnica de shearografia em reparos de material compósito aplicados a tubulações metálicas situadas em ambientes totalmente submersos ou na ZVM (Zona de Variação de Marés),ou em outras estruturas compósitas nos mesmos ambientes. A shearografia é uma técnica que pode ser executada durante a operação de um poço e sem impactos em sua produção.

[0001] O sistema de shearografia desta invenção permite realizar, de forma automatizada, medições com shearografia em ambiente subaquático. Através de um dispositivo de fixação mecanizado, a técnica empregada é capaz de executar uma varredura otimizada da estrutura sob investigação.

[0002] O sistema proposto poderá ser fixado ao duto reparado por meio de mergulhadores ou ROVs e o controle da inspeção é realizado totalmente a partir da plataforma ou embarcação de apoio na superfície.

[0003] Os módulos funcionais de um sistema típico do Estado da Técnica para inspeção com shearografia são mostrados de forma esquemática na Figura 1. O módulo de iluminação (B) é responsável por iluminar a peça a ser inspecionada (E) com luz laser e com os ângulos adequados. O módulo de captação da imagem (C) contém o interferômetro, lentes apropriadas e uma câmera. O módulo de carregamento (D), por sua vez, aplica sobre a parte inspecionada (E) um carregamento (térmico ou mecânico) para produzir um campo de deformações na superfície da peça inspecionada. Através de uma interface com um computador (A), o software coordena as ações dos módulos de iluminação, aquisição e excitação e armazena os resultados. Igualmente importante é o procedimento de inspeção, que, para cada tipo de defeito e tipo de estrutura a ser inspecionada, determina o padrão, a intensidade do carregamento a ser aplicado, e a forma de interpretar os resultados da inspeção.

[0004] Ο sistema de shearografia para inspeções submarinas da presente invenção é composto basicamente pelos seguintes componentes: Módulo de Visão e Iluminação Laser (MVI) (1), Módulo de Fixação (MF) (2), Módulo de Excitação Térmica (MET) (3), Módulo de Comando e Potência (MCP) (4), e computador (laptop) (5). A representação dos componentes está ilustrada na Figura 2.

[0005] Além de mostrar os componentes básicos do sistema de shearografia para inspeções submarinas da presente invenção, a Figura 2 também representa a inspeção de um revestimento compósito com defeito (6) aplicado a uma tubulação metálica (7). Esta tubulação também pode conter defeitos em sua parede metálica (7), como perda de espessura ou furo passante (também representados na Figura 2; a linha da esquerda indica a perda de espessura na parede do duto e a linha da direita indica o furo passante).

[0006] O Módulo de Visão e Iluminação (MVI) (1) é um invólucro metálico hermético e contém, no seu interior, o dispositivo de visão e 2 (dois) dispositivos de iluminação laser. O MVI (1) é também conhecido como cabeçote de inspeção. Possui conexão com o MCP (4) através de um cabo elétrico umbilical (12). O umbilical é responsável pelas seguintes conexões: alimentação do Módulo de Excitação Térmica (MET) (3), que pode gerar calor por meio de lâmpadas ou por meio de dispositivo de indução, alimentação da câmera digital, e alimentação e recebimento dos sinais dos sensores e de todos os dispositivos eletroeletrônicos contidos no MVI (1).

[0007] O MVI (1) é montado no Módulo de Fixação (MF) (2) através de parafusos. O MF (2) é acoplado â tubulação a ser inspecionada (7) por meio de cintas de carga com catraca quando operado por mergulhadores. Já na operação com ROVs, um sistema de pinças mecânicas acionado por motor prende o sistema de inspeção ao duto revestido.

[0008] Quando o Módulo de Excitação Térmica (MET) (3) operar com variação de pressão positiva, será utilizada uma mangueira adicional para pressurização da tubulação ou do vaso de pressão a inspecionar. Caso a pressão da linha ou do vaso de pressão possa ser variada pela equipe da planta de produção, e sem prejuízos ã operação, o sistema de pressurização externo não se fará necessário.

[0009] O Módulo de Comando e Potência (MCP) (4) é a ponte entre os componentes que operam em ambiente seco e os componentes submersos do sistema. O MCP (4) é conectado à rede elétrica e fornece toda a energia necessária ao sistema de inspeção, incluindo o laptop (5). O laptop (5) é conectado ao MCP (4) por meio de um cabo GigE, cuja finalidade é alimentar a câmera de vídeo digital e transmitir as imagens de shearografia capturadas durante o procedimento de inspeção.

[0010] Após o setup inicial dos parâmetros de inspeção, realizado remotamente via software a partir da superfície, o procedimento de inspeção utilizando shearografia para a análise não-destrutiva do reparo compósito pode ser dividido nas seguintes etapas:

a) Posicionamento e fixação do sistema de shearografia em frente à área de inspeção;
b) Aquisição da imagem do estado de referência;
c) Aplicação do carregamento para excitação do reparo investigado;
d) Aquisição da imagem da estrutura no estado deformado;
e) Processamento das imagens adquiridas com apresentação das imagens finais com os Mapas de Franjas (também conhecidos como Mapas de Diferença de Fase).

[0011] O MVI (1), representado na Figura 2 e esquematizado na Figura 3, é então composto pelos seguintes componentes: Interferômetro de shearografia (8) composto por câmera digital, interferômetro, e motores para ajuste remoto do ângulo entre os espelhos, que provocam o deslocamento lateral das imagens adquiridas nas direções X/Y, vertical e horizontal, lasers diodo expandidos e com temperatura controlada (9), ângulo de iluminação do laser diodo, juntamente com ângulo de visão da câmera (21), janela óptica para visualização da área de inspeção (10), invólucro metálico hermético (11), e conector para cabo umbilical (12). Adicionalmente, ο MVI (1) também possui sensores internos (14) para detecção de umidade ou entrada de água, medição de temperatura e sensor de pressão ou profundidade, botão de comunicação (15) para avisar à superfície de que o sistema está em instalação, ou pronto para fazer a inspeção (através de indicadores coloridos na tela do software nas cores amarelo e verde, respectivamente), botão de emergência (16) que desliga o equipamento e acende um sinalizador vermelho na tela do software, indicando que a inspeção foi cancelada e que os mergulhadores estão retornando à superfície, LED azul (17) na parte externa do MVI (1), que se mantém acesa para indicar que o equipamento pode ser ajustado ou ser reposicionado em outra área a ser inspecionada, e permanece desligada durante a realização da medição. Todo o sistema de comunicação por LEDs pode ser substituído por uma IHM (Interface Homem Máquina), a qual possibilita o envio de mensagens escritas, além da sinalização por cores.

[0012] O MVI (1) é acoplado ao MF (2) por meio de parafusos. O MF (2) é o responsável por garantir a estabilidade das distâncias ópticas de todo o sistema sobre a estrutura inspecionada. É fabricado com chapas metálicas dobradas (de alumínio e aço inoxidável) e outros componentes mecânicos usinados em aço inoxidável e materiais poliméricos. Anodização do tipo dura nas peças de alumínio e anodos de sacrifício são utilizados como medidas anticorrosão. A base do MF (2) possui 3 (três) unhas (de alturas ajustáveis) (23-Figura 4b), que servem como pontos de apoio e garantem maior estabilidade a todo o sistema, mesmo em superfícies irregulares. As unhas são apoios pontiagudos que impedem o escorregamento do sistema de inspeção sobre o reparo.

[0013] O MF (2) pode ser travado sobre a estrutura inspecionada (7) por meio de duas cintas de amarração com catracas ou por meio do acionamento de 2 (dois) motores (no caso do uso de ROVs) em um sistema de pinças com pinhão-cremalheira que se adapta à tubulação. Diferentes conjuntos de pinças devem ser utilizados dependendo do diâmetro da tubulação a ser inspecionada. O menor conjunto de pinças é capaz de se acoplar rigidamente a tubulações revestidas com diâmetro variando de 6 a 14 polegadas. Para diâmetros entre 14 e 22 polegadas, o conjunto de pinças deve ser trocado e, assim, sucessivamente, com o aumento do diâmetro da tubulação. No caso do acoplamento com cintas e catracas, não há restrição de diâmetros, partindo-se de 4 polegadas. Porém, até o momento, não há mecanismo para manipulação das cintas por meio dos ROVs, obrigando o uso do acoplamento com cintas aos mergulhadores.

[0014] O MF (2) pode conter chapas ou proteções laterais (18), com o objetivo de desviar correntes de água da área de medição, pois o fluxo exagerado de água pode diminuir a qualidade das imagens adquiridas com o sistema de shearografia submarino. O sistema possui flutuadores (19) dimensionados para deixar todo o equipamento com flutuabilidade neutra e facilitar o trabalho dos mergulhadores ou do ROV. Um conjunto de LEDs de luz branca (13) é instalado no MF (2) para auxiliar na captura da imagem original da superfície inspecionada e na montagem do equipamento de inspeção na tubulação.

[0015] Para as inspeções das estruturas localizadas nas ZVMs, devido às variações do nível do mar nestas áreas, instala-se um invólucro metálico (20) que envolve todo o sistema de inspeção e a área inspecionada. Este invólucro será preenchido com água de forma a cobrir totalmente o sistema de shearografia durante o momento da inspeção na ZVM. Neste tipo de inspeção, 0 sistema de shearografia deve permanecer totalmente submerso para que o nível de água entre o MVI (1) e a estrutura inspecionada (7) permaneça constante - condição imprescindível para as inspeções com shearografia.

[0016] O MET (3) também é instalado no MF (2). A excitação térmica de estruturas metálicas reparadas com compósito pode ser realizada de duas maneiras: por meio de lâmpadas, ou por meio de bobinas de indução. No primeiro tipo, lâmpadas são fixadas fora da zona de visão da câmara e com seus focos de aquecimento apontados para a área de inspeção. No segundo tipo, a bobina de indução é posicionada sobre a área de inspeção (em frente ao MVI (1)) e ativada para excitar termicamente ο metal sob o compósito. Após realizada a excitação, a bobina é removida da frente do MVI (1) para que as imagens de shearografia sejam capturadas. A bobina de indução deve ser colocada e removida por meio de um par de guias lineares (22- Figura 8) automatizado, tornando-se parte integrante do MF (2).

[0017] O MCP (4) contém toda a eletrônica necessária para o controle do sistema de shearografia subaquática. Contém o conector principal do umbilical (12), drivers e demais componentes eletroeletrônicos como conectores USB, tomadas elétricas, botão de emergência, e ventoinhas para resfriamento dos componentes internos. O MCP (4) é montado em uma mala fabricada em propileno com alta resistência, à prova d’água. É o elo entre o laptop (5) (ambiente seco) e o ambiente submarino.

[0018] Após realizada a instalação do sistema de shearografia submarina na estrutura (7), a iluminação laser é acionada. A superfície da estrutura inspecionada reflete a luz laser na direção do cabeçote de inspeção (MVI (1)). A luz laser (9) refletida pela superfície do compósito (6) entra no MVI (1) através de uma lente objetiva e é projetada no sensor de imagem digital, após passar pelos componentes ópticos do interferômetro de shearografia (8). A obtenção dos mapas de shearografia é realizada através do software de inspeção, especialmente programado para processar as imagens adquiridas e revelar a presença dos defeitos detectados. O resultado da inspeção pode apresentar a localização de um defeito específico, ou o percentual de área defeituosa em relação à área total inspecionada.

[0019] Os itens representados nas Figuras 2 e 3 são, de forma sequencial:

1 - Módulo de Visão e Iluminação Laser (MVI) ou cabeçote de inspeção;
2 - Módulo de Fixação (MF);
3 - Módulo de Excitação Térmica (MET);
4 - Módulo de Comando e Potência (MCP);
5 - Computador (Laptop);
6 - Reparo em material compósito com defeito interno;
7 - Tubulação Metálica com furo passante;
8 - Interferômetro de shearografia;
9 - Laser Diodo expandido e com controle de temperatura;
10 - Janela Óptica;
11 - Invólucro Metálico Hermético;
12 - Conector e Cabo umbilical;
13 - Conjunto de LEDs de luz branca;
14 - Sensores: Umidade, Temperatura e Pressão distribuídos no sistema;
15 - Botão de comunicação;
16 - Botão de emergência;
17 - LED indicador de Inspeção em Andamento;
18 - Proteção contra correntes de água;
19 - Flutuadores;
20 - Invólucro ZVM;
21 - Representação dos ângulos de visão e iluminação.

[0020] As Figuras 4a e 4b, 5a e 5b, e 6 apresentam os modelos tridimensionais do atual projeto mecânico do sistema desta invenção para inspeções com shearografia em ambiente submerso.

[0021] O sistema desta invenção posicionado sobre um tubo de 6 polegadas é representado na Figura 4a. A Figura 4b ilustra detalhes da parte inferior do sistema com o Módulo de Fixação (MF(2)) projetado para o uso com cintas ou catracas.

[0022] Detalhes do sistema da invenção são representados nas Figuras 5a e 5b, com vistas frontal (5a) e superior (5b).

[0023] Detalhes do módulo de visão e iluminação (MVI) do sistema desta invenção estão representados na Figura 6 mostrando, respectivamente, a disposição do interferômetro e dos lasers diodo.

[0024] O Módulo de Fixação (MF) (2) é representado na Figura 7, com movimentação automatizada do cabeçote de inspeção (1) por meio de guias lineares, numa estrutura projetada para fixação por cintas.

[0025] Na Figura 8 pode ser observado o modelamento em 3D do sistema de inspeção encaixado a um tubo de 6 polegadas revestido com material compósito.

[0026] O Módulo de Controle e Potência (MCP) pode ser visto com detalhes na Figura 9, onde estão ilustrados uma fonte de 24V (F), o driver (circuito controlador) do laser (G), o driver do motor de passo (H) e placas de aquisição de dados (I) e (J). O motor de passo é responsável pela movimentação do sistema de inspeção (MVI (1)) sobre o duto.

[0027] Por fim, na Figura 10 estão ilustrados os resultados de shearografia obtidos com o protótipo desta invenção em ambiente submerso. As medições foram realizadas com diferentes níveis de excitação e variação de pressão positiva.

Claims

SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, caracterizado por compreender pelo menos um Módulo de Visão e Iluminação (MVI) (1), pelo menos um Módulo de Fixação (MF) (2), pelo menos um Módulo de Excitação Térmica (MET) (3), pelo menos um Módulo de Comando e Potência (MCP) (4), e um computador (5).
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser fixado ao duto reparado por meio de mergulhadores ou ROVs.
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo controle da inspeção ser realizado totalmente a partir da plataforma ou embarcação de apoio na superfície.
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo MCP (4) fazer a ponte entre os componentes que operam em ambiente seco e os componentes submersos do sistema.
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo MCP (4) ser conectado à rede elétrica e fornecer toda a energia necessária ao sistema de inspeção, incluindo o computador (5).
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo computador (5) ser conectado ao MCP (4) por meio de um cabo GigE, alimentando a câmera de vídeo digital e transmitindo as imagens de shearografia capturadas durante o procedimento de inspeção.
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo (MVI) (1) ser um invólucro metálico hermético que contém, no seu interior, o dispositivo de visão (10) e dispositivos de iluminação (9).
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelos dispositivos de iluminação (9) serem do tipo laser.
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo (MVI) (1) possuir conexão com o MCP (4) através de um cabo elétrico umbilical (12).
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo cabo elétrico umbilical (12) conectar a alimentação do Módulo de Excitação Térmica (MET) (3), a alimentação da câmera digital, e a alimentação e recebimento dos sinais dos sensores e de todos os dispositivos eletroeletrônicos contidos no MVI (1).
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo MET (3) gerar calor por meio de lâmpadas ou por meio de dispositivo de indução.
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo MVI (1) ser montado no MF (2) através de parafusos.
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pela base do MF (2) possuir unhas de alturas ajustáveis (23) como pontos de apoio para maior estabilidade do sistema.
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo MF (2) ser acoplado à tubulação a ser inspecionada (7) por meio de cintas de carga com catraca quando operado por mergulhadores.
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelas cintas de carga com catraca serem utilizadas em diâmetros de tubulação a partir de 4 polegadas.
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo MF (2) ser acoplado à tubulação a ser inspecionada (7) por meio de um sistema de pinças mecânicas com pinhão-cremalheira, acionado por 2 (dois) motores, que se adapta à tubulação quando operado por ROV.
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por possuir diferentes conjuntos de pinças, como por exemplo, um tipo para diâmetros de tubulação entre 6 e 14 polegadas, e outro tipo para diâmetros de tubulação entre 14 e 22 polegadas.
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela MF (2) possuir anodização dura nas peças de alumínio e anodos de sacrifício como medidas anticorrosão.
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo MF (2), opcionalmente, conter chapas ou proteções laterais (18) para desviar correntes de água da área de medição.
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo MF (2) possuir flutuadores (19) dimensionados para deixar todo o equipamento com flutuabilidade neutra e um conjunto de LEDs de luz branca (13) para auxiliar na captura da imagem original da superfície inspecionada e na montagem do equipamento de inspeção na tubulação.
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por utilizar uma mangueira adicional para pressurização da tubulação ou do vaso de pressão a inspecionar quando o MET (3) operar com variação de pressão positiva.
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo MVI (1) compreender os seguintes componentes: interferômetro de shearografia (8) composto por câmera digital, interferômetro, e motores para ajuste remoto do ângulo entre os espelhos, que provocam o deslocamento lateral das imagens adquiridas nas direções X/Y, vertical e horizontal, lasers diodo (9), lente de expansão do laser (21), e controle de temperatura, janela óptica para visualização da área de inspeção (10), invólucro metálico hermético (11), e conector para cabo umbilical (12), sensores internos (14) para detecção de umidade ou entrada de água, medidor de temperatura e sensor de pressão ou profundidade, botão de comunicação (15), botão de emergência (16), LED azul (17).
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado por todo o sistema de comunicação por LEDs poder ser substituído por uma IHM (Interface Homem Máquina) que possibilita o envio de mensagens escritas, além da sinalização por cores.
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por utilizar um invólucro metálico (20) que envolve todo o sistema de inspeção e a área inspecionada quando as inspeções das estruturas estão localizadas nas ZVMs.
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo invólucro metálico (20) ser preenchido com água de forma a cobrir totalmente o sistema de shearografia durante o momento da inspeção na ZVM (Zona de Variação de Marés).
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo MCP (4) compreender os seguintes componentes: conector principal do umbilical (12), drivers e demais componentes eletroeletrônicos como conectores USB, tomadas elétricas, botão de emergência, e ventoinhas para resfriamento dos componentes internos.
SISTEMA DE SHEAROGRAFIA PARA INSPEÇÕES SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo MCP (4) ser montado em uma mala fabricada em propileno com alta resistência e à prova d’água.