Conforme abordado anteriormente no artigo Análise FFS – o que é?, as avaliações de fitness for service desempenham um papel crucial em um sistema de gestão de ativos. Esses estudos visam avaliar se uma estrutura ou equipamento está aptos para operação, mesmo com a presença de danos ou degradações.

El objetivo de este artículo es presentar algunos ejemplos de casos de aplicación del análisis ECA. Véase más abajo:

Estructuras afectadas por el fuego - Acero

Un accidente relativamente común que puede acarrear graves consecuencias es el incendio de estructuras. En este tipo de situaciones, es frecuente observar daños en las regiones más afectadas por las altas temperaturas, así como la redistribución de tensiones a elementos adyacentes debido a la degradación de la rigidez en regiones críticas. Por lo tanto, es necesario evaluar la capacidad estructural residual del bien, en función de la extensión e intensidad de los daños, y definir su necesariaaptitud para el servicio.

La figura 1 muestra la situación de la estructura de una cinta transportadora metálica tras producirse un incendio en la cinta.

Figura 1: Situación de la estructura tras el incendio.

En este caso, la caracterización inicial de los daños consistió en clasificar la estructura en macrorregiones en función de su exposición a la temperatura, según las consecuencias causadas en los materiales. Los elementos se evaluaron mediante inspecciones visuales, observando aspectos como la presencia de pintura en los perfiles, posible degradación de la pintura, desconchados y deformaciones. Cuando se identificaron distorsiones geométricas, se recomendó la sustitución del componente.

Además, se realizaron ensayos no destructivos para determinar las consecuencias de la alta temperatura en los elementos. Una de las pruebas realizadas fue la medición de la dureza superficial, que se muestra en la figura 2, que permite correlacionar los valores medidos con el límite de resistencia a la rotura del material. Para cuantificar las pérdidas de espesor debidas a la descamación provocada por el incendio, también se efectuaron mediciones de espesor mediante ultrasonidos.

Figura 2: Medición de la dureza superficial (a) y del grosor mediante ultrasonidos (b).

Una vez identificados y cuantificados los daños causados por las altas temperaturas, las pérdidas de espesor y resistencia se tuvieron en cuenta en un modelo informático de elementos finitos utilizado para evaluar la adecuación de la estructura, que indicó la necesidad de reforzar/sustituir algunos componentes. Con el fin de garantizar un procedimiento adecuado de reparación de los activos, este modelo también se utilizó para planificar los procedimientos de sustitución de los componentes. En las figuras 3 y 4 se muestra un ejemplo de estudio para determinar la viabilidad de la retirada de elementos. Los análisis indicaron que, incluso con la retirada de elementos estructurales, los índices de utilización del resto de la estructura se encontraban dentro del rango admisible.

Tras realizar las reparaciones necesarias en los puntos críticos identificados, la estructura fue liberada para su uso.

Figura 3: Secuencia de desmontaje evaluada.

Figura 4: Resultado da análise estrutural com a estrutura degradada e elementos removidos.

Así, la evaluación de la aptitud para el servicio se utilizó para permitir la planificación y ejecución de todas las demás obras de revitalización de la estructura afectada por el incendio, aclarando los riesgos implicados en los procedimientos y permitiendo elaborar las medidas preventivas necesarias para garantizar la seguridad de las personas y bienes implicados en el proceso.

Estructuras afectadas por el fuego - Hormigón

El fuego también puede deteriorar y dañar las estructuras de hormigón. En este sentido, debe realizarse un análisis de aptitud para el servicio, de forma similar al mostrado para las estructuras metálicas, para evaluar la adecuación de la estructura o la necesidad de refuerzos.

A la hora de identificar los daños, los efectos del fuego sobre el hormigón pueden caracterizarse por un cambio de color. Además de esta alteración visual, se produce una pérdida de resistencia que es directamente proporcional a la temperatura a la que se somete este tipo de estructura. En general, se espera el fallo cuando la temperatura alcanza alrededor de 600°C, momento en el que los áridos se expanden y se desarrollan tensiones internas que fracturan el hormigón. La evaluación del daño físico y de la degradación de las propiedades también debe validarse mediante ensayos no destructivos y extracción de probetas, para su debida consideración en el análisis estructural computacional.

Pérdida de material por corrosión

La degradación por corrosión es uno de los mecanismos de daño más comunes en los entornos portuarios. El daño evoluciona con el tiempo, generando pérdida de material y reduciendo la capacidad estructural del componente.

O exemplo aqui apresentado envolve a fixação de um tirante de um descarregador de navios, cuja inspeção estrutural identificou corrosão significativa. Neste caso, a perda de material ocorreu por redução de espessura em parte do componente. Por se tratar de componente sujeito a cargas trativas durante a operação, essa redução tem relação direta com perda de capacidade estrutural. Neste caso, porém, devido à localização da corrosão, a geometria do componente foi levemente alterada, gerando uma redistribuição dos esforços com concentração de tensão na área afetada, acentuando ainda mais a não conformidade.

Por tratarse de un mecanismo de degradación que evoluciona con el tiempo, la medida correctiva debe realizarse en un plazo compatible con la evolución de la manifestación y la capacidad estructural residual. Se realizó un análisis conservador, considerando la situación crítica de reducción de espesor en la región afectada, que aún indicaba la aprobación de la operación prevista.

Este resultado beneficia a la explotación de dos maneras. En primer lugar, al permitir una intervención programada en el activo, evitando tiempos de inactividad imprevistos. En segundo lugar, al permitir recuperar únicamente el componente y su capa protectora mediante pintura, sin necesidad de sustituir completamente el componente para recuperar el espesor de diseño, lo que representaría una intervención en el activo significativamente más costosa y lenta.

Figura 5: Corrosão com perda de massa severa em chapas de ligação.

Figura 6: Resultado da análise estática fitness for service – Defeito 14.

Deformación estructural

Deformações estruturais são danos comumente observados em inspeções de integridade estrutural. Trata-se de um termo bastante abrangente, que deve ser tratado de maneira distinta conforme natureza da deformidade, tipo de componente e dos esforços atuantes. Deformações elásticas, em geral, não representam problemas estruturais, desde que não ocasionem efeitos de segunda ordem não contabilizados na estrutura, nem causem interferências ou impactos imprevistos. Por outro lado, deformações plásticas levam à redistribuição de tensões e alteração local nas propriedades do material, representando uma causa mais comum de preocupação.

En el ejemplo que se muestra aquí, hay una deformación plástica localizada en la pluma de un cargador de barcos, causada por un impacto, que también genera una deformación angular de la pluma en su conjunto. En este caso, la evaluación de la aptitud para el servicio debe incluir comprobaciones de ambas, que tienen impactos diferentes en el activo.

Figura 7: Deformação na mesa inferior da lança do equipamento.

Para la deformación plástica local, la evaluación trata de reproducir el nivel de deformación observado en el modelo informático, calculando las distorsiones debidas al impacto más las resultantes de la operación prevista. Además de los límites máximos admisibles, que varían en función de cada material, el análisis también debe considerar si el daño tiene tendencia a propagarse (lo que puede conducir al fallo debido a la plasticidad cíclica) o a estabilizarse tras la redistribución de las tensiones y la aplicación de nuevas cargas, lo que puede afectar al plazo de intervención, en caso necesario. El estado de las tensiones residuales en el componente también puede afectar a la posibilidad de inestabilidad del panel, que también debe estudiarse.

Se recomienda el análisis de toda la superestructura en caso de deformación torsional global de la pluma, ya que ello implica un desequilibrio entre las cargas sobre los tirantes.

En este ejemplo, el nivel de tensión previsto en la región de deformación plástica, en algunas situaciones específicas de funcionamiento, supera los límites recomendados para el material, lo que indica la necesidad de reparación. Se sugirió la corrección mediante la técnica de enderezamiento mecánico en caliente.

Figura 8: Modelo de elementos finitos do equipamento com implementação do defeito.

Figura 9: Análise estática de tensões após implementação do defeito no modelo.

Trinca

Una de las principales causas de inicio del estudio de aptitud para el servicio es la identificación de grietas estructurales, siendo la principal preocupación de este mecanismo de daño su posible propagación hasta el fallo del componente. En estos casos, a partir de la caracterización del defecto identificado (dimensiones, localización, forma), se realiza una evaluación de la mecánica de fractura, teniendo en cuenta la geometría y las cargas previstas sobre el componente, para determinar la intensidad de las tensiones en la punta de la grieta y su tendencia a propagarse.

Si se identifica una tendencia de propagación, el análisis también busca determinar la velocidad y la dirección de este desarrollo, así como la longitud crítica, con el fin de definir el tiempo disponible para la intervención y las mejores acciones a tomar.

En el ejemplo siguiente, se identificó una grieta en la conexión de un tirante de descarga de un buque, que es un componente crítico para la integridad del activo. Debido a su ubicación, la intervención de reparación es costosa y requiere mucho tiempo. A partir de la caracterización de la discontinuidad y de las propiedades del material estructural, se realizó un estudio de mecánica de fractura para determinar el tiempo previsto hasta el fallo, a diferentes ritmos de funcionamiento, lo que permitió al responsable del activo planificar más adecuadamente la parada de mantenimiento, en función de las exigencias operativas. Hasta que se llevó a cabo la reparación, se controló diariamente el crecimiento del defecto.

Figura 10: Identificación de una grieta en un tirante de descarga de un buque.

Figura 11: Cálculo de propagação da trinca para várias taxas de operação.

Ferrocarril

El segundo ejemplo del mecanismo de daños por fatiga se refiere a componentes ferroviarios. En este caso, el cliente identificó un gran número de grietas en las traviesas de los bogies ferroviarios, lo que llevó al desguace de los componentes.

La mayoría de estas traviesas llevaban décadas en funcionamiento, lo que indicaba que las grietas estaban relacionadas de hecho con el final de la vida útil de diseño, por lo que cabía esperar que aparecieran otras grietas en los otros cientos de estos componentes que seguían en funcionamiento. Por lo tanto, debido al gran número de activos y a las limitaciones inherentes al tiempo de inactividad del ferrocarril, sería beneficioso para el cliente identificar un plazo admisible para la sustitución, basado en las características de las discontinuidades observadas, creando así un criterio para el desguace de estas traviesas. De este modo, las sustituciones pueden llevarse a cabo de forma programada, minimizando el impacto y sin necesidad de reemplazar componentes que todavía tienen una capacidad residual adecuada de antemano.

Para determinar estos criterios de desguace, se creó un modelo informático de elementos finitos del elemento, basado en un escaneado 3D de la geometría de la pieza. También se instrumentaron las traviesas con galgas extensométricas para adquirir las cargas actuantes durante un recorrido de aproximadamente 1.000 kilómetros. Las cargas medidas se trataron estadísticamente y se aplicaron al modelo estructural para calcular la propagación de grietas mediante la teoría de la mecánica de la fractura y evaluarla aptitud del componente para el servicio en cada configuración de grieta. A continuación, se recopilaron los resultados para elaborar los criterios y el plan de desguace del travesaño.

Figura 12: Localización de los puntos de extensometría en la viga.

Figura 13: Ejemplo de configuración de grieta evaluada para definir los criterios de desguace.

Conclusión

A partir de estos ejemplos, puede concluirse que el análisis FFS tiene una amplia gama de aplicaciones, lo que subraya la importancia de estas evaluaciones en la gestión de activos. Desde estructuras metálicas y de hormigón afectadas por incendios hasta componentes sometidos a corrosión, deformaciones y grietas, cada caso pone de manifiesto la necesidad de evaluar la capacidad operativa residual de los activos incluso en situaciones de degradación.

El análisis FFS permite no sólo identificar la gravedad de los daños, sino también determinar plazos factibles para las intervenciones, minimizando los tiempos de inactividad imprevistos y prolongando con seguridad la vida útil de los componentes. El uso de modelos informáticos de elementos finitos, ensayos no destructivos e inspecciones detalladas es clave para elaborar planes de reparación y sustitución que garanticen la continuidad de las operaciones sin comprometer la integridad de los activos.

Dessa forma, esse tipo de estudo se consolida como uma ferramenta essencial para o planejamento estratégico de manutenção e melhoria de recursos em sistemas industriais e ferroviários. Consulte nossa equipe e conheça nossos serviços!

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