Análise de Corrosão Superficial por Análise de Imagem Digital por Textura utilizando Câmara de ...

162 Pages·2017·3.79 MB·Portuguese

PROGRAMA FRANCISCO EDUARDO MOURÃO SABOYA DE
PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
ESCOLA DE ENGENHARIA
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE

Dissertação de Mestrado

Análise de Corrosão Superficial por Análise de
Imagem Digital por Textura utilizando Câmara de
Névoa Salina

GUSTAVO MELO DE LIMA

MARÇO DE 2017
GUSTAVO MELO DE LIMA

Análise de Corrosão Superficial por Análise de
Imagem Digital por Textura utilizando Câmara de
Névoa Salina

Dissertação de Mestrado apresentada ao
Programa Francisco Eduardo Mourão Saboya
de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
da UFF como parte dos requisitos para a
obtenção do título de Mestre em Ciências em
Engenharia Mecânica

Orientadores: Fabiana Rodrigues Leta (PGMEC/UFF)

UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE
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NITERÓI, 30 DE MARÇO DE 2017

Análise de Corrosão Superficial por Análise de Imagem Digital por
Textura utilizando Câmara de Névoa Salina

Esta Dissertação é parte dos pré-requisitos para a obtenção do título de

MESTRE EM ENGENHARIA MECÂNICA

Área de concentração: Termociências

Aprovada em sua forma final pela Banca Examinadora formada pelos professores:

Prof. FABIANA RODRIGUES LETA (D.Sc.)
Universidade Federal Fluminense
(Orientador)

Prof. MARCELLO FILGUEIRA (D.Sc.)
Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro – UENF

Prof. JUAN MANUEL PARDAL (D.Sc.)
Universidade Federal Fluminense

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Agradecimentos

À minha orientadora, a Professora Dra. Fabiana Leta e sua filha Letícia que souberam
dividir o pouco tempo comigo de forma extremamente eficiente, paciente, competente e
inspiradora.
Ao Professor Dr. Fernando Mainier pelas suas orientações sábias e serenas.
Ao Professor Dr. Flávio Feliciano pela grande ajuda com brilhantes idéias e soluções para
os problemas encontrados no meio do caminho.
Ao amigo e eterno Mestre Cláudio Makarovisky sempre com sábios e preciosos conselhos.
Aos meus queridos e adorados pais João e Waldênia pelo apoio moral que sempre me
deram e especialmente neste período de extrema dificuldade que passei.
A bolsista Laira de Oliveira que esteve sempre ao meu lado com extremo
comprometimento em ajudar e com a humildade de aceitar sugestões e a contribuí-las com
muitas delas.
Ao Dr Juan Pardal, Sérgio Souto pelo empréstimo dos equipamentos necessários para os
experimentos e pela paciência com as dúvidas que foram aparecendo ao longo desta
caminhada.
A Christine Reis do LMTA pela paciência, carinho e atenção com relação ao espeço e toda
estrutura cedido no laboratório, sem falar no apoio psicológico que fora me dado.
Instituto Federal Fluminense pelos auxílios concedidos.
À CAPES pelo financiamento da bolsa de mestrado no início deste trabalho.
A minha querida, amada e parceira esposa Deborah Bizelli e ao meu grande presente João
Gabriel. Sem eles nada disso teria acontecido. Miha gratidão à dupla da minha vida.
iv
R
ESUMO

Este trabalho apresenta a aplicação da metodologia de análise de corrosão superficial pela
utilização de técnicas de análise por textura possibilitando uma inspeção computacional.
Com o objetivo de analisar o comportamento da corrosão superficial do aço carbono ASTM
A-36, através da análise de textura, submerso em uma câmara de névoa salina ou salt spray.
A câmara de névoa salina foi construída e operada conforme a norma ASTM B117. As
características trabalhadas de textura foram à entropia, o coeficiente de Hurst, correlação,
energia, contraste e homogeneidade. As 4 ultimas características de texturas citadas
anteriormente dependem de uma outra ferramenta denominada de matriz de co-ocorrência.
O ensaio não destrutivo foi realizado em 4 dias captando imagens digitais através de uma
máquina fotográfica portátil. Esta câmara de névoa salina permite gerar um ambiente
extremamente severo, porém controlado com relação aos ataques corrosivos, pois se leva
em conta o comportamento do material na presença de cloreto de sódio, de temperatura e
pH pré-determinados. Este trabalho também foi capaz de analisar o comportamento de
curvas conhecidas como índice de degradação superficial (IDS) para cada uma das
características de textura citadas anteriormente. Este trabalho foi todo modelado no
software MatLab® para gerar os gráficos característicos de textura relacionados ao
tratamento das imagens digitais, já o software Mathematica® foi utilizado para gerar as
curvas de IDS de acordo com a equação de distribuição estatística conhecida como log-
normal. Através destes parâmetros foi realizada de forma satisfatória uma análise precisa
do comportamento da corrosão na superfície dos corpos de prova.
Palavras-chave: câmara de névoa salina, textura, inspeção, atmosfera corrosiva,
inteligência artificial.
v
A
BSTRACT
This paper presents the application of the surface corrosion analysis methodology using
texture analysis techniques, enabling a computer inspection, aiming at analyzing the
behavior of surface corrosion of ASTM A-36 carbon steel, through texture analysis,
immersed in a salt spray chamber. The salt spray chamber was built and operated as per
standard ASTM B117. The texture features which were worked on were entropy, Hurst
coefficient, correlation, energy, contrast and homogeneity. The last four texture features
mentioned above depend on another tool called “co-occurrence matrix”. The non-
destructive test was performed in 4 days, capturing digital images through a portable
camera. This salt spray chamber allows the generation of an environment that is extremely
severe, but controlled in relation to corrosive attacks, for it takes into account the behavior
of the material in the presence of sodium chloride, predetermined temperature and pH. This
paper was also able to analyze the behavior of curves known as the surface degradation
index (SDI) for each of the aforementioned texture characteristics. This paper was entirely
modeled using the MatLab® software in order to generate the characteristic texture
graphics related to the treatment of digital images. As for the Mathematica® software, it
was used to generate the SDI curves according to the equation of statistical distribution
known as log-normal. Using these parameters, a precise analysis of surface corrosion
behavior on specimens was satisfactorily performed.

Keywords: salt spray, texture, inspection, corrosive atmosphere, artificial intelligence

vi
LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Visão computacional e suas interações com as outras áreas do sistema de
imagem digital. ....................................................................................................................... 7!
Figura 2 - Comparação entre o sensor simples (sensores diretos) e o sistema de visão
(sensores indiretos) ................................................................................................................. 9!
Figura 3 - (a) Imagem de superfície de aço carbono com início de corrosão atmosférica. (b)
corrosão em estado intermediário. (c) corrosão em estado avançado. ................................. 13!
Figura 4 - Exemplos de texturas. .......................................................................................... 16!
Figura 5 - Imagem com abordagem Estatística .................................................................... 17!
Figura 6 - Imagem com abordagem Estrutural ..................................................................... 18!
Figura 7 - Figuras cobertas por quadrados grandes .............................................................. 24!
Figura 8 - Figuras cobertas por quadrados pequenos ........................................................... 24!
Figura 9 - Distâncias e ângulos considerados para medir a co-ocorrência o pixel da
coordenada (1,2) está 1px a 0° distânte do pixel da coordenada (1,1), o pixel (3,3) está 3px
a -45° e o pixel (4,1) está a 4px a -90°. ................................................................................ 32!
Figura 10 - Matriz de co-ocorrência de tons de cinza .......................................................... 33!
Figura 11 - Mecanismo de corrosão química ....................................................................... 39!
Figura 12 - Corrosão química ............................................................................................... 40!
Figura 15 - Mecanismo eletrolítico ...................................................................................... 44!
Figura 16 - Perfuração em trecho adutora de água potável por correntes de fuga ............... 44!
Figura 17 - Corrosão uniforme em chapa de aço carbono .................................................... 47!
Figura 18 - Corrosão por placas ........................................................................................... 48!
Figura 19 - Corrosão por placas em aço carbono ................................................................. 48!
Figura 20 - Rompimento do filme na corrosão por pite ....................................................... 50!
Figura 21 - Corrosão por pite em aço inox ........................................................................... 51!
Figura 22 - Corrosão por pite em aço inox AISI 304. .......................................................... 51!
Figura 23 - Processo autocatalítico de propagação de corrosão por pites em uma solução de
NaCl aerada. ......................................................................................................................... 52!
Figura 24 - Corrosão alveolar ............................................................................................... 53!
Figura 25 - Corrosão por fresta ............................................................................................. 55!
Figura 26 - Corrosão por fresta em solda descontínua ......................................................... 55!
Figura 27 - Suporte de forno tubular – cinzas contendo pentóxido de vanádio e sulfato de
sódio. ..................................................................................................................................... 57!
Figura 28 - Curva de concentração de cloretos vs distância em relação ao mar .................. 61!
Figura 29 - Taxa de corrosão do aço carbono relacionado a distancia do mar em Aracaju,
SE. ......................................................................................................................................... 62!
vii
Figura 30 - Hook up de uma salt spray cabinet. ................................................................... 65!
Figura 31 - Medição de pH da solução utilizada no experimento com pHmetro portátil. ... 67!
Figura 32 - Medição de pH da solução utilizada no experimento com papel tornassol. ...... 68!
Figura 33 - Teto removível inclinado à 15° apoiado sobre as guias. .................................... 69!
Figura 34 - Esboço simplificado da câmara salina. .............................................................. 70!
Figura 35 - Compressor de ar utilizado no experimento (Compressor Schulz BRAVO CSL
10 BR/100 L). ....................................................................................................................... 71!
Figura 36 - Compressor de ar utilizado no experimento (Compressor Schulz BRAVO CSL
10 BR/100 L). ....................................................................................................................... 71!
Figura 37 - Câmara de névoa salina: I – Reservatório de pulverização. II – Área de
exposição a névoa. III – Reservatório de alimentação. IV – Válvulas de alimentação. ....... 72!
Figura 38 - Reservatório de pulverização. I - Aquecedor submersível de aquário. II – Sensor
de temperatura em tubo de ensaio. ....................................................................................... 73!
Figura 39 - Termostato acoplado à parede externa e sensor de temperatura. ....................... 73!
Figura 40 - Câmara de névoa salina ou salt spray. ............................................................... 74!
Figura 41 - Câmara de névoa salina ou salt spray. ............................................................... 74!
Figura 42 - Câmara de névoa salina ou salt spray em funcionamento e com os principais
dispositivos destacados. ........................................................................................................ 75!
Figura 43 - Pressostato do compressor com o manômetro acoplado responsável pelo
controle de pressão do compressor. ...................................................................................... 77!
Figura 44 - Filtro de ar conectado na saída do compressor. ................................................. 78!
Figura 45 - Esquemático do corpo de prova como todo e esquemático do corpo de prova
com a área útil definida (70x70mm). .................................................................................... 79!
Figura 46 – Certificado de fabricação do fornecedor. .......................................................... 80!
Figura 47 - CPs 1 e 2 nos dessecadores. ............................................................................... 82!
Figura 48 - CPs 1 e 2 nos dessecadores. ............................................................................... 82!
Figura 49 - CPs 3 e 4 nos dessecadores. ............................................................................... 83!
Figura 50 - Câmara de luz. AA) corte lateral; BB) vista tampa; CC) Corte, vista leds;
DD)Corte, vista base interna. Legenda: 1)Tampa; 2)Apoio para câmera; 3) Câmera; 4)Furo
na tampa para encaixe lente da câmera; 5) Anteparo antirreflexo; 6)Fita leds; 7)Apoio
corpo-de-prova; 8) Corpo-de-prova; 9) Base; 10) Marcas Fiduciais; 11) Padrão de cor para
calibração. ............................................................................................................................. 84!
Figura 51 - Câmara de luz .................................................................................................... 84!
Figura 52 - Câmara de luz .................................................................................................... 85!
Figura 53 - Câmara de luz .................................................................................................... 85!
Figura 54 - Corpo de prova numero 1 na 14 captura de imagem. Corrosão bem avançada. A
direita mostra a área útil a ser analisada (70x70mm) ........................................................... 86!
Figura 55 - Planilha de cálculo dos pixels com as medidas da área útil (70x70mm) ........... 87!
viii
Figura 56 - Amostras dos corpos de prova. .......................................................................... 88!
Figura 57 - Amostras dos corpos de prova de uma imagem real. ........................................ 89!
Figura 58 - Planilha de cálculo dos pixels com as medidas da área de cada amostra retirada
de cada CP (20x20mm) ........................................................................................................ 90!
Figura 59 - Entropia vs. tempo ............................................................................................. 94!
Figura 60 - Coeficiente de Hurst vs. tempo .......................................................................... 96!
Figura 61 - Contraste vs. tempo ............................................................................................ 97!
Figura 62 - Correlação vs. tempo ......................................................................................... 98!
Figura 63 - Energia vs. tempo ............................................................................................ 100!
Figura 64 - Homogeneidade vs. tempo ............................................................................... 101!
Figura 65 – IDS de entropia ............................................................................................... 105!
Figura 66 – IDS de coeficiente de Hurst ............................................................................ 106!
Figura 67 – IDS de contraste para 2 pixels ......................................................................... 107!
Figura 68 – IDS de contraste para 5 pixels ......................................................................... 108!
Figura 69 – IDS de contraste para 10 pixels ....................................................................... 108!
Figura 70 – IDS de correlação para 2 pixels ...................................................................... 110!
Figura 71 – IDS de correlação para 5 pixels ...................................................................... 110!
Figura 72 – IDS de correlação para 10 pixels .................................................................... 111!
Figura 73 – IDS de energia para 2 pixels ........................................................................... 112!
Figura 74 – IDS de energia para 5 pixels ........................................................................... 113!
Figura 75 – IDS de energia para 10 pixels ......................................................................... 113!
Figura 76 – IDS de homogeneidade para 2 pixels .............................................................. 114!
Figura 77 – IDS de homogeneidade para 5 pixels .............................................................. 115!
Figura 78 – IDS de homogeneidade para 10 pixels ........................................................... 115!

ix
LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Composição química dos aços ............................................................................ 59!
Tabela 2 - Taxa média de corrosão do aço carbono ............................................................. 60!
Tabela 3 - Dispositivos conforme norma ASTM B117 (2003) ............................................ 66!
Tabela 4 - Presssão de ar comprimido dos bicos atomizadores e temperatura para o
experimento a 35°C .............................................................................................................. 68!
Tabela 5 – Dados de entropia ............................................................................................... 92!

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