Introdução

O objetivo principal de um sistema de gestão de integridade estrutural é garantir que os ativos estejam, desde sua implantação até seu descarte, em condição adequada à operação. Em novos ativos, o primeiro passo para isto é a realização de um projeto adequado e devidamente auditado de forma independente. Após a instalação, entretanto, diversas situações podem levar o ativo a condições diferentes do que foi considerado em projeto. Uma gestão de integridade adequada deve ser capaz de identificar tais situações e avaliar se, mesmo nestas circunstâncias, o ativo permanece apto para seu serviço (em inglês “fit for service” ou “fit for purpose”) ou se alguma ação imediata precisa ser tomada.

A identificação destas violações ao projeto normalmente é alcançada por meio de inspeções periódicas e especiais que sejam capazes de detectar, com o uso de técnicas adequadas para cada tipo de ativo, danos ou degradações que possam reduzir a capacidade estrutural do ativo. Complementarmente, relatos da ocorrência de situações imprevistas como impactos, sobrecargas, erros de operação, vibrações excessivas, também representam formas de detectar violações de projeto que precisam ser analisadas.

Quando alguma destas violações é detectada, cabe ao sistema de gestão de integridade mencionado, avaliar se o ativo em questão permanece adequado a sua operação, ou se alguma ação imediata deve ser tomada. A análise de fitness for service (FFS), portanto, não representa uma técnica específica, mas um tipo de avaliação que pode utilizar diferentes técnicas, de acordo com a falha existente no componente ou situação específica que se deseja avaliar. Esta avaliação compõe um sistema de gerenciamento de falha, que é parte importante de qualquer sistema de gestão de ativos.

Os resultados desta análise fornecerão o embasamento técnico necessário sobre a capacidade estrutural residual do ativo para que o responsável pela integridade estrutural possa tomar as decisões necessárias para aquela situação específica, mantendo-se o nível de risco adequado do ativo e, ao mesmo tempo, evitando paradas operacionais desnecessárias. Tais decisões possibilitam também alterar o plano de inspeção do ativo, com base em uma estimativa de vida útil, ou reclassificá-lo indicando novos limites operacionais seguros para a sua condição real. Em alguns casos, a análise de fitness for service pode também ser utilizada para ampliação da vida útil para limites superiores aos inicialmente previstos em projeto.

Neste artigo, apresentaremos alguns exemplos de análise de fitness for service para equipamentos não padronizados e estruturas, indicando de maneira resumida a caracterização do problema, a metodologia aplicada e as ações propostas.

Metodologia

Conforme citado anteriormente, a análise FFS não representa uma técnica específica, mas um tipo de avaliação que pode abranger técnicas distintas, conforme a situação que se deseja avaliar.

Para alguns tipos de equipamentos, há normas e publicações técnicas que já preveem procedimentos específicos de fitness-for-service para tipos de defeitos conhecidos, como é o caso da API 579 para vasos de pressão. Para alguns equipamentos produzidos em série, como aviões, o próprio fabricante já realiza análises de fitness for service para os defeitos comumente identificados em inspeções e disponibiliza os limites e tratativas nos manuais de manutenção.

Entretanto, no caso de equipamentos não padronizados e estruturas em geral, ainda que existam publicações técnicas genéricas, não há um procedimento padrão definitivo. Nestes casos, fica a cargo do especialista em integridade estrutural definir quais as técnicas e metodologias mais adequadas para avaliar a capacidade estrutural residual e/ou vida útil do ativo, em cada caso particular.

Na definição das técnicas e procedimentos adequados em uma análise de fitness for service de estruturas e equipamentos em geral, o especialista deve ser levar em consideração diversos aspectos, incluindo:

• Caracterização da falha (tipo, aspecto, dimensões) ou mecanismo de dano;
• Material da estrutura e suas respectivas propriedades;
• Tipo, direção e magnitude dos carregamentos;
• Taxa de evolução do dano (estável, variável conforme características ambientais, variável conforme características de carregamento);
• Modos de falha aplicáveis;

A partir destas informações, técnicas adequadas de testes e simulações devem ser conduzidas, com objetivo de determinar a capacidade residual da estrutura e sua adequação às condições de serviço. Nos casos em que a capacidade residual da estrutura não se demonstrar adequada à operação, reforços ou restaurações devem ser executados de forma a recuperar a capacidade estrutural necessária. Até que estas ações sejam tomadas, para evitar uma parada operacional, pode ser estudada uma reclassificação (de-rating) do ativo por meio, por exemplo, de redução de capacidade ou velocidade ou de limitação de sobrecarga em regiões específicas.

Em casos de mecanismos de dano que evoluam com o tempo e/ou operação do ativo, como degradação por corrosão ou propagação de trincas por fadiga, a análise de fitness for service deve determinar não somente a capacidade residual atual da estrutura, mas também a expectativa de continuidade desta degradação ao longo do tempo, de forma a definir os prazos viáveis para intervenção na estrutura. Esta definição fornece embasamento a um ajuste nos prazos de inspeção e intervenção que permita reduzir o impacto à operação enquanto mantém um nível adequado de risco do ativo. Tais ajustes dependem do mecanismo de dano envolvido, bem como das caraterísticas do ativo e da operação.

Degradações por corrosão, por exemplo, que envolvam perda de material, são avaliadas geralmente conforme taxa de perda de espessura calculada a partir das características do ambiente e determinação dos limites mínimos admissíveis que mantenham a capacidade estrutural residual adequada. Entretanto, a maneira em que a perda de espessura progride no componente é dependente também da característica do próprio componente e da operação. Estruturas de perfis reticulados geralmente sofrem maior corrosão nas extremidades, implicando redução nas dimensões finais, perda de espessura e até na forma do perfil. Esta alteração na forma pode ser potencializada por condições locais de exposição ao ambiente (regiões de acúmulo de água, por exemplo, ou regiões com proteção degradada). Em situações graves, esta mudança na forma é capaz de alterar inclusive o modo de falha do componente, o que deve ser devidamente considerado na análise.

Outro aspecto de grande influência na determinação de prazos de inspeção e intervenção é a detectabilidade da falha. Em ocasiões de trincas em componentes sujeitos a carregamentos variáveis, que podem levar à fadiga, a determinação destes prazos normalmente envolve análises de mecânica da fratura para o cálculo da velocidade e direção de propagação da trinca, a partir de um determinado comprimento inicial.

Nestes casos, um aspecto de influência no planejamento das ações são os equipamentos de inspeção disponíveis e a limitação que tais instrumentos possuem para cada tamanho de trinca. Em diferentes materiais, a curva de crescimento de trinca tem formatos distintos. Desta forma, é importante calcular qual o tamanho de trinca teórico, para definir o prazo de inspeção, e avaliar se a detectabilidade do instrumento é adequada. Caso contrário, um resultado incorreto de inspeção pode comprometer toda a análise e as decisões de gestão da integridade por ela embasadas.

Conclusão

A partir da leitura deste artigo, é possível concluir que a análise Fitness For Service desempenha um papel crucial para o sistema de gestão de ativos. Ressalta-se, ainda, que o estudo deve ser realizado por profissionais capacitados, posto que diversos aspectos, como a caracterização da falha, o material da estrutura e suas respectivas propriedades, o tipo, direção e magnitude dos carregamentos, a taxa de evolução do dano e os modos de falha aplicáveis são alguns dos aspectos que devem ser observados durante a avaliação.

Acompanhe o Blog da Kot para conferir, em breve, a sequência do artigo, em que serão apresentados exemplos de aplicação do FFS. Consulte também nossa equipe para maiores informações!

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