Defesa de Mestrado – Thiago Estrela Kalid

Aluno: Thiago Estrela Kalid

Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial (CPGEI)

Título: DESENVOLVIMENTO DE SIMULADOR DE ULTRASSOM BASEADO EM RAY TRACING PARA LENTES ACÚSTICAS

Orientador: Dr. Thiago A. R. PAssarin

Banca:
– Dr. Thiago A. R. Passarin – Presidente – UTFPR
– Dr. Daniel R. Pipa – UTFPR
– Dra. Gabriela R. Pereira – UFRJ

Data: 05/11/2026 às 09:00h

Local: Sala CA-304

Online: https://meet.google.com/tcc-fzug-ciy

Resumo: Ensaios não destrutivos (END) por ultrassom são uma técnica amplamente utilizada para avaliar a integridade estrutural de componentes críticos na indústria de óleo e gás. Dependendo das características do fluido, as tubulações podem apresentar padrões de corrosão não uniformes. Ao contrário da corrosão uniforme, a corrosão não uniforme exige medição de espessura por ultrassom em diferentes posições do tubo, o que aumenta o tempo e a complexidade da inspeção. Recentemente, lentes acústicas foram propostas como solução que aproveita transdutores phased-array existentes, ampliando significativamente o campo de visão desses transdutores. Embora esse dispositivo tenha sido validado experimentalmente, seu desempenho teórico ainda não foi devidamente investigado. Neste trabalho, propôs-se uma metodologia para simular inspeções ultrassônicas com o uso de uma lente acústica. Essa modelagem emprega as aproximações paraxial, de Kirchhoff e de campo distante para transformar a equação de onda em uma cascata de sistemas lineares invariantes no tempo. Cada componente desse modelo em cascata representa um fenômeno distinto na propagação de ondas no meio. Com base nessa estrutura matemática, foram desenvolvidas duas implementações para avaliar o desempenho da lente acústica: a primeira calcula a resposta acústica no domínio do tempo para um refletor pontual, e a segunda avalia a distribuição espacial da energia do feixe de ultrassom. O simulador proposto foi validado por meio de dois experimentos controlados: um em condições ideais de posicionamento e outro com um deslocamento deliberadamente introduzido na tubulação. Em ambos os experimentos, a amostra consistia em um tubo com um único furo lateral passante, que atuava como refletor pontual. Ao rotacionar o tubo, o furo lateral era posicionado em diferentes posições angulares do tubo. Os resultados simulados apresentaram grande concordância com os dados experimentais observados em ambas as condições de posicionamento. Adicionalmente, para os dois experimentos, simulou-se o campo de pressão ultrassônica (valor quadrático médio ou RMS). O campo de pressão forneceu informações valiosas que ajudaram a explicar comportamentos inesperados e artefatos observados nos dados experimentais. De modo geral, os experimentos reforçam a tese de que o simulador pode ser uma ferramenta útil para prever o comportamento de uma lente acústica tanto em condições ideais quanto não ideais. A estrutura proposta oferece um meio computacionalmente eficiente de investigar projetos de lentes acústicas, algoritmos de imagem e configurações experimentais. Acredita-se que ela possa reduzir a necessidade de recursos experimentais adicionais durante o desenvolvimento e a otimização de sistemas de inspeção baseados em lentes acústicas.