A tecnologia de varredura ultrassônica da ABS aumenta a segurança nas inspeções de cascos de navios

Um mercado que o Grupo ABS visa com a sua tecnologia de digitalização ultrassónica para materiais compósitos é a indústria de reparação de barcos, onde pode avaliar danos ou defeitos que não podem ser vistos na superfície. (Imagem:Getty Images)
Os construtores navais não tinham a opção de fibra de vidro quando a organização sem fins lucrativos American Bureau of Shipping (ABS) foi criada há 160 anos para ajudar a salvaguardar vidas e propriedades nos mares. Felizmente, a tecnologia para ajudar a garantir melhor a segurança dos navios oceânicos também percorreu um longo caminho nesse período, em parte porque as pessoas se tornaram uma espécie que viaja no espaço.

ABS Group of Companies Inc. de Spring, TX, uma subsidiária da ABS que fornece soluções de gerenciamento 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 marítimas feitas com materiais compósitos avançados.
Uma varredura ultrassônica bruta de um bloco de Avcoat, a resina epóxi do escudo térmico da espaçonave Orion, produz poucas informações úteis (acima). O processamento extensivo de sinais que a Aerospace Corporation desenvolveu para a NASA, no entanto, é capaz de detectar defeitos como uma ligação perdida e uma “desconexão em beijo” – um local onde as superfícies se encontram, mas não estão ligadas umas às outras (parte inferior). (Imagem:NASA)
Navios com mais de 175 pés exigem a resistência de um casco de metal. Como o metal conduz o som com facilidade, eles podem ser inspecionados usando a varredura ultrassônica tradicional, que envia som de alta frequência para o material e detecta danos detectando irregularidades nos ecos retornados ao dispositivo. Embarcações menores podem economizar peso com cascos compostos, geralmente 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.

“Observamos indústrias que já estavam mais avançadas em sua capacidade de detectar defeitos em materiais não metálicos, e a indústria aeroespacial está realmente liderando esse setor”, disse Nick Obando, Diretor de Gestão de Integridade de Ativos do Grupo ABS.

A redução de peso proporcionada pelos materiais compósitos, bem como as inspeções confiáveis para garantir a segurança, estão entre as maiores prioridades da NASA e de outros projetistas de espaçonaves. Assim, quando a agência espacial escolheu um novo método de construção para o escudo térmico do módulo Orion, os seus engenheiros necessitaram de uma técnica de inspeção que pudesse ajudar a garantir a sua integridade. Eles acabaram recorrendo à empresa de pesquisa e desenvolvimento sem fins lucrativos Aerospace Corporation para criar uma nova tecnologia ultrassônica para examinar compósitos – uma que também acabaria por atender às necessidades do Grupo ABS e de sua clientela menor e mais leve.
Um mercado potencial para a inspeção de materiais compósitos está em plataformas offshore, onde vasos de pressão compósitos danificados podem representar um perigo, e os materiais compósitos poderiam reparar melhor tubos e estruturas superiores se houvesse uma maneira de testar sua integridade. (Imagem:Getty Images)
Orion é a nave espacial que transportará astronautas à Lua e de volta no âmbito das missões Artemis da NASA nos próximos anos. O seu escudo térmico irá protegê-lo no seu regresso, à medida que atravessa a atmosfera da Terra, gerando temperaturas de até 5.000 °F. O escudo deveria ser originalmente feito injetando Avcoat, uma resina epóxi leve anteriormente usada para o escudo térmico da cápsula Apollo, nas células de uma estrutura em favo de mel. No entanto, quando um escudo de teste foi construído, formaram-se rachaduras em algumas costuras, então a NASA e a empreiteira Lockheed Martin decidiram colar blocos de Avcoat diretamente na base do escudo.

“Ao fazer isso, eles criaram uma situação em que essa linha de ligação agora se tornou crítica”, disse William Prosser, pesquisador técnico 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-lo porque a resistência da ligação era maior do que a resistência do material Avcoat, então eles não podiam fazer testes de tração neles como fizeram com as telhas de transporte.”

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

Quando Prosser contactou Kenderian em 2015, a Aerospace Corporation já estava a explorar uma tecnologia que tinha potencial para resolver o problema. A contratação recente, Toby Case, trouxe consigo tecnologia de digitalização avançada que desenvolveu quando era estudante de pós-graduação, e a equipe demonstrou que poderia realizar uma simples verificação pontual em uma amostra de escudo térmico. “Mas fazer uma grande varredura em escala de produção é um nível de robustez completamente diferente”, disse Kenderian.
Técnicos do Centro Espacial Kennedy terminam de aplicar blocos de Avcoat, uma resina epóxi leve, no escudo térmico do módulo da 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)
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 digitalizar manualmente uma grande área de materiais compósitos e obter uma imagem nítida de quaisquer danos ou defeitos abaixo da superfície. “Todos esses truques ou etapas de processamento de sinal que aplicamos, cada etapa melhorou o sinal cada vez mais até que ficou claro”, disse Kenderian. “Todo esse nível de desenvolvimento aconteceu sob o financiamento da NASA.”

Os 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 pelos inspetores no hardware de voo real do Centro Espacial Kennedy”, disse Prosser. “E essa foi outra atividade significativa.”

A Aerospace Corporation recebeu uma patente para a técnica no final de 2019, e não demorou muito para que o Grupo ABS ligasse, licenciando a tecnologia no início de 2021 e lançando-a como um serviço comercial no ano seguinte. “Portanto, até onde eu sei, somos os primeiros a trazer uma verdadeira capacidade de avaliação da espessura desses compósitos não metálicos para a indústria marítima”, disse Obando.

Ele disse que a empresa tem como alvo três tipos principais de usuários:fabricantes e varejistas, que podem usar a tecnologia para garantia de qualidade, e oficinas que precisam avaliar danos ou defeitos. “Está tentando proteger todas as partes envolvidas, com melhor garantia sobre a integridade do ativo durante a fabricação e pós-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 as seguradoras podem ter utilidade para essas inspeções completas.

Mas ele disse que a empresa ainda está trabalhando para determinar outros nichos que possa preencher na indústria náutica e além. “Estamos entusiasmados com a tecnologia”, disse Obando. “Então, agora o que importa agora é traduzir esse entusiasmo para nossos clientes e dizer:'Ei, achamos que isso pode ajudá-lo, você pode ajudar a mostrar onde há um caso de uso para isso neste setor que é realmente mal atendido?'”

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