Tecnologia de Varredura Ultrassônica da ABS Aumenta Segurança em Inspeções de Cascos de Navios

Um mercado que o ABS Group visa para sua tecnologia de varredura ultrassônica para materiais compósitos é a indústria de reparo de barcos, onde pode avaliar danos ou defeitos que não podem ser vistos na superfície. (Imagem: Getty Images)

Evolução da Tecnologia de Inspeção Marítima

Construtores navais não tinham a opção de fibra de vidro quando o American Bureau of Shipping (ABS), sem fins lucrativos, foi estabelecido há 160 anos para ajudar a proteger vidas e propriedades nos mares. Felizmente, a tecnologia para ajudar a garantir melhor a segurança de embarcações oceânicas também evoluiu muito nesse tempo, em parte porque as pessoas se tornaram uma espécie espacial.

O ABS Group of Companies Inc. de Spring, TX, uma subsidiária da ABS que fornece soluções de gestão de risco e estende serviços técnicos marítimos a embarcações menores como iates e barcos de pesca, agora adotou uma tecnologia desenvolvida para inspecionar o escudo térmico da espaçonave Orion da NASA e a está oferecendo para avaliar cascos de embarcações feitos com materiais compósitos avançados.

Desafio dos Materiais Compósitos

Uma varredura ultrassônica bruta de um bloco de Avcoat, a resina epóxi no escudo térmico da espaçonave Orion, fornece pouca informação útil (topo). Extensivo processamento de sinal que a Aerospace Corporation desenvolveu para a NASA, no entanto, consegue detectar defeitos como uma ligação ausente e um "descolamento beijo" — um ponto onde as superfícies se encontram mas não estão ligadas entre si (baixo). (Imagem: NASA)

Navios com mais de 53 metros exigem a resistência de um casco metálico. Como o metal conduz som facilmente, estes podem ser inspecionados usando varredura ultrassônica tradicional, que envia som de alta frequência no material e detecta danos identificando irregularidades nos ecos retornados ao dispositivo. Embarcações menores podem economizar peso com cascos compósitos, frequentemente feitos de camadas de fibra de vidro, resina epóxi ou fibra de carbono, mas esses materiais absorvem e amortecem o som, tornando-os muito mais difíceis de avaliar com tecnologia ultrassônica.

"Olhamos para indústrias que já eram mais avançadas em sua capacidade de detectar defeitos em materiais não metálicos, e a indústria aeroespacial realmente lidera esse setor", disse Nick Obando, Diretor de Gestão de Integridade de Ativos do ABS Group.

Origem Aeroespacial da Tecnologia

A economia de peso fornecida por materiais compósitos, bem como inspeções confiáveis para garantir segurança, estão entre as prioridades mais altas para a NASA e outros projetistas de espaçonaves. Então, quando a agência espacial escolheu um novo método de construção para o escudo térmico do módulo Orion, seus engenheiros precisavam de uma técnica de inspeção que pudesse ajudar a garantir sua integridade. Eles acabaram recorrendo à empresa de P&D sem fins lucrativos Aerospace Corporation para criar uma nova tecnologia ultrassônica para examinar compósitos — uma que também acabaria atendendo às necessidades do ABS Group e sua clientela menor e mais leve.

Um mercado potencial para inspeção de material compósito está em plataformas offshore, onde vasos de pressão compósitos danificados podem representar um perigo, e materiais compósitos poderiam reparar melhor tubos e estruturas de topo se houvesse uma maneira de testar sua integridade. (Imagem: Getty Images)

Desenvolvimento para o Escudo Térmico Orion

Orion é a espaçonave que levará astronautas à Lua e de volta sob as missões Artemis da NASA nos próximos anos. Seu escudo térmico a protegerá no retorno, enquanto atravessa a atmosfera terrestre gerando temperaturas de até 2.760 °C. O escudo seria originalmente feito injetando Avcoat, uma resina epóxi leve usada anteriormente no escudo térmico da cápsula Apollo, nas células de uma estrutura de favo de mel. No entanto, quando um escudo de teste foi construído, rachaduras se formaram em algumas costuras, então a NASA e a contratada Lockheed Martin decidiram colar blocos de Avcoat diretamente na base do escudo.

"Ao fazer isso, eles criaram uma situação onde essa linha de ligação se tornou crítica", disse William Prosser, Técnico Fellow para Avaliação Não Destrutiva no Centro de Engenharia e Segurança da NASA no Centro de Pesquisa Langley da agência em Hampton, VA. "E eles não tinham uma boa maneira de testá-la porque a resistência da ligação era maior que a resistência do material Avcoat, então não podiam fazer testes de tração como faziam com as telhas do ônibus espacial."

O Centro de Engenharia e Segurança mantém redes de especialistas que se estendem além da NASA e acontecem de incluir Shant Kenderian, Diretor do Departamento de Processamento de Materiais da Aerospace Corporation e do Laboratório de Avaliação Não Destrutiva da empresa.

Quando Prosser entrou em contato com Kenderian em 2015, a Aerospace Corporation já estava experimentando uma tecnologia que tinha potencial para resolver o problema. A contratação recente Toby Case trouxe consigo tecnologia avançada de varredura que havia desenvolvido como estudante de pós-graduação, e a equipe demonstrou que ela podia realizar uma verificação pontual simples em uma amostra do escudo térmico. "Mas fazer uma varredura grande em escala de produção é um nível completamente diferente de robustez", disse Kenderian.

Técnicos no Centro Espacial Kennedy terminam a aplicação de blocos de Avcoat, uma resina epóxi leve, no escudo térmico do módulo de tripulação Orion. Para examinar a ligação dos blocos ao escudo, a NASA recorreu à Aerospace Corporation para desenvolver um sensor ultrassônico que pudesse detectar defeitos no material ou sob ele, apesar de sua resistência ao som. (Imagem: NASA)

Refinamento e Validação

O que se seguiu foram dois anos de refinamento das técnicas de foco e processamento de sinal, e até mesmo do hardware, até que um usuário pudesse varrer manualmente uma grande área de materiais compósitos e obter uma imagem clara de qualquer dano ou defeito sob a superfície. "Todos esses truques ou etapas de processamento de sinal que aplicamos, cada etapa melhorou o sinal cada vez mais até ficar claro", disse Kenderian. "Esse nível de desenvolvimento todo aconteceu sob financiamento da NASA."

Engenheiros da NASA e da Lockheed Martin também estiveram envolvidos no esforço, especialmente quando chegou a hora de testar e validar a tecnologia. "E então tivemos que realmente traduzir isso em um sistema que pudesse ser usado no hardware de voo real no Centro Espacial Kennedy pelos inspetores", disse Prosser. "E essa foi outra atividade significativa."

Comercialização e Aplicações Marítimas

A Aerospace Corporation recebeu uma patente sobre a técnica no final de 2019, e não demorou muito para o ABS Group aparecer, licenciando a tecnologia no início de 2021 e lançando-a como serviço comercial no ano seguinte. "Pelo que sei, somos os primeiros a trazer uma verdadeira capacidade de avaliar através da espessura desses compósitos não metálicos para a indústria marítima", disse Obando.

Ele disse que a empresa visa três principais tipos de usuários: fabricantes e varejistas, ambos os quais podem usar a tecnologia para garantia de qualidade, e oficinas de reparo que precisam avaliar danos ou defeitos. "Está tentando proteger todas as partes envolvidas, com melhor garantia sobre a integridade do ativo durante e após a fabricação", disse Obando. O fabricante ou revendedor pode garantir melhor a qualidade, e os clientes podem ter mais fé em sua compra. Ele também observou que seguradoras podem ter uso para essas inspeções minuciosas.

Mas ele disse que a empresa ainda está trabalhando para determinar outros nichos que pode preencher na indústria náutica e além. "Estamos entusiasmados com a tecnologia", disse Obando. "Então, agora é realmente sobre traduzir esse entusiasmo para nossos clientes para dizer: 'Ei, achamos que isso pode ajudar você, pode nos mostrar onde há um caso de uso para isso nesta indústria que é realmente mal servida?'"

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