Avaliação das características construtivas de transdutores acústicos eletromagnéticos para comunicação através de paredes metálicas

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013.Metodologias de prevenção a acidentes em oleodutos são bastante procuradas por empresas que trabalham no ramo do petróleo e gás. Hoje, a prevenção contra acidentes é feita principalmente com a ajuda de equipamentos denominados PIGs (Pipeline Inspection Gauges), que percorrem o trajeto feito pelo produto transportado procurando por falhas estruturais nas paredes das tubulações. Porém, os dados coletados por estemétodo são tratados apenas de maneira off-line, após a remoção do PIG da tubulação. No intuito de tornar o processo de prevenção contra acidentes mais rápido e dinâmico, o presente trabalho propõe o estudo das características construtivas de transdutores acústicos eletromagnéticos (EMATs - Electromagnetic Acoustic Transducers), que acoplados a pontos específicos das tubulações, e também aos PIGs, agilizarão o processo de detecção de falhas e de manutenção das tubulações, pois permitirão uma maior rapidez na coleta e tratamento dos dados adquiridos pelos PIGs. Este tipo de transdutor é composto por uma bobina, alimentada alternadamente, e um imã, que fornece um campo magnético estático. A interação entre corrente de Foucault, gerada pela bobina na parede da tubulação, e o campo magnético estático induz na parede metálica ondas ultrassônicas de intensidade proporcional à corrente aplicada na bobina e ao campo magnético incidente na superfície do material. Uma série de testes foram realizados para verificar a influência da espessura da trilha da bobina do transdutor para geração do sinal ultrassônico, bem como, a distância entre trilhas, a corrente aplicada, a quantidade de campo magnético, o lift-off (distância do transdutor à parede metálica) e o desalinhamento entre emissor/receptor. Os resultados dos testes são apresentados em forma degráficos, que de maneira simples ilustram a influência de cada variável parageração do sinal acústico. Também são apresentados resultados de testes realizados com transdutores que compartilham diferentes tipos de ondas, longitudinal/transversal, onde a realização da comunicação se mostrou viável. <br>Abstract : Methodologies to prevent accidents in oil pipelines are very searched by oil and gas companies. Currently, the preventive measures against accident are specially carried out with equipment named PIGs (Pipeline Inspection Gauges), which go through the way of the transported product looking for structural damages on the pipe walls. However, the data gathered by this method are only analyzed in an off-line manner, i.e., after removing the PIG from pipe. Therefore, in order to make the process to prevent accident faster and more dynamic, this paper aims to study the constructive characteristics of Electromagnetic Acoustic Transducers (EMATs) that, once connected to both specific parts in the pipes and PIGs, will improve the process to detect fails and repair the pipes. Such transducer is composed of an AC coil and a magnet (which provides a static magnetic field). The interaction between the eddy current, generated by the coil no the pipe wall, and the static magnetic field induces ultrasound waves on the metallic walls of proportional intensity to the current applied to both coil and magnetic field around the material surface. Several tests were carried out to verify the influence of the transducer coil thickness path in order to generate an ultrasound signal, as well as the distance among the paths, the applied current, the magnetic field strength, the lift-off, and the misalignment of transmitter and receiver. The test outcomes are presented in graphic representation clearly showing the influence of each variant to the acoustic signal generation. There is also the presentation of outcomes related to tests carried out with transducers sharing different types of waves (longitudinal/transversal), in which the communication was viable