ASPECTOS GERAIS DA INTEGRIDADE DE ESTRUTURAS,...
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ASPECTOS GERAIS DA INTEGRIDADE DE
ESTRUTURAS, EQUIPAMENTOS INDUSTRIAIS,
TUBULAÇÕES E DUTOS
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
• Integridade Estrutural -
Ciência de caráter multidisciplinar que engloba todos os conhecimentos e técnicas que, em conjunto, garantem a previsão do comportamento de uma estrutura quanto solicitada sob condições de operação e/ou de teste.
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
• Avaliação de Integridade Estrutural, AlE -
Resultado da aplicação de técnicas e procedimentos multi-disciplinares que permitem estabelecer a situação ou estágiode dano em que uma estrutura se encontra, com a finalidadede prever seu comportamento futuro e indicar suasnecessidades de inspeção, monitoração, recuperação,reforço e repotencialização.
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Casos de acidentes ou falhas em
estruturas
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Casos de acidentes ou falhas em
estruturas
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Casos de acidentes ou falhas em
estruturas
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Casos de acidentes ou falhas em
estruturas
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Casos de acidentes ou falhas em
estruturas
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Casos de acidentes ou falhas em
estruturas
Casos de acidentes ou falhas em
estruturas
Casos de acidentes ou falhas em
estruturas
Casos de acidentes ou falhas em
estruturas
Casos de acidentes
ou falhas em estruturas
Casos de acidentes ou falhas em
estruturas
Casos de acidentes ou falhas em
estruturas
Casos de acidentes ou falhas em
estruturas
Casos de acidentes ou falhas em
estruturas
Casos de acidentes ou falhas em
estruturas
Casos de acidentes ou falhas em
estruturas
Casos de acidentes ou falhas em
estruturas
Casos de acidentes ou falhas em
estruturas
Casos de acidentes ou falhas em
estruturas
Casos de acidentes ou falhas em
estruturas
Casos de acidentes ou falhas em
estruturas
Casos de acidentes ou falhas em
estruturas
Terminologia
• Estrutura - termo amplo que caracteriza o conjunto ou o componente de uma construção civil, de um equipamento mecânico ou de uma unidade de processo, que tenha funções estruturais, isto é, que esteja submetido a tensões de trabalho não desprezíveis causadas por solicitações internas e/ou externas.
• Integridade Estrutural - ciência, de caráter multidisciplinar, que engloba todos os conhecimentos e técnicas que, em conjunto, garantem a previsão do comportamento de uma estrutura quanto solicitada sob condições de operação e/ou de teste. Diz-se que um componente estrutural está integro quando atende às funções para as quais foi projetado ou redirecionado, suporta os carregamentos máximos de teste e de trabalho, e apresenta um comportamento confiável, previsível e repetitivo por tantos ciclos quanto forem necessários para a sua vida em serviço.
• Avaliação de Integridade Estrutural, AlE - resultado da aplicação de técnicas e procedimentos multi-disciplinares que permitem estabelecer a situação ou estágio de dano em que uma estrutura se encontra, com a finalidade de prever seu comportamento futuro e indicar suas necessidades de inspeção, monitoração, recuperação, reforço e repotencialização.
• Monitoração - processo sistemático e continuado de acompanhamento (por instrumentação e vistorias) do comportamento global ou pontual de uma estrutura, com a finalidade de conhecer sua resposta real às diversas solicitações durante seu funcionamento. A monitoração das estruturas permite o relacionamento direto entre causa (ex.: cargas de serviço) e efeito (ex.: tensões induzidas), proporcionando a comparação do comportamento real com os resultados previstos por modelos matemáticos, empíricos, ou mesmo com resultados de monitorações anteriores, sobre a mesma estrutura ou outras similares.
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
• Inspeção - atividade voltada à prospeção de defeitos, realizada de forma preventiva ou preditiva que utiliza métodos e ensaios específicos. A inspeção ativa estudos de engenharia que acarretam a monitoração e a avaliação da criticidade dos defeitos nas estruturas. Os conceitos de ações corretivas, preventivas e preditivas, bastante associados às atividades de manutenção, podem ser também aplicados à Inspeção.
• Risco - é a probabilidade de ocorrência de um evento que causará um impacto sobre determinado objetivo. Pode ser qualitativa ou quantitativamente definido como o produto da probabilidade de falha pela conseqüência desta falha.
• Análise de Risco - avalia a diversidade e a probabilidade da ocorrência de cenários que podem levar a ocorrências indesejáveis.
• Inspeção baseada em risco, IBR - uma técnica híbrida que combina as disciplinas de análise de risco e integridade estrutural. Procura ordenar e priorizar o risco e compatibilizar seu nível com a freqüência, a qualidade e a eficiência da técnica de inspeção empregada para detectar, localizar, quantificar e acompanhar um ou mais mecanismos de dano que estejam atuando na estrutura; (RBI – risk based inspection).
• Eficiência de inspeção - indica a qualidade e a capacidade que uma técnica ou conjunto de técnicas de inspeção tem para detectar, localizar, quantificar e acompanhar um mecanismo de dano que esteja atuando numa estrutura. É normalmente associada a uma variável lingüística que lhe atribui um grau de eficiência (tal como alta, média, baixa) e que pode ser quantificada.
• Probabilidade de detecção - indica a probabilidade de sucesso que uma determinada técnica de inspeção possui para determinar um defeito numa estrutura.
• Adequação ao uso - uma avaliação de adequação ao uso segue um procedimento quantitativo de AIE para estabelecer se um componente que contém um defeito está apto para permanecer em operação submetido a certas condições de solicitação; (fitness-for-purpose).
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Gestão de Integridade de Estruturas e Equipamentos, GI, - processo sistemático e continuado de gestão, gerência ou administração da vida residual ou remanescente de uma estrutura, com o objetivo de tornar as intervenções para avaliações de integridade estrutural cada vez menos traumáticas e discretas, tornando a AIE um processo de acompanhamento ou de monitoração continuada da vida residual da estrutura.
A GI acompanha o “envelhecimento” da estrutura desde os seus primeiros dias, ciclos ou anos de operação, possibilitando a realização de ações planejadas de recuperação ou melhoria, nos momentos mais oportunos, sem necessitar concentrá-las em instantes discretos próximos do final da sua vida útil.
A GI envolve a união de campos de conhecimentos multi-disciplinares e abrange vários setores de uma instalação. O SGI gerencia o risco (probabilidade de falha x conseqüência de falha) para que este fique abaixo de limites admissíveis, estabelecidos por agentes internos e externos.
A GI se vale das engenharias de inspeção, integridade e manutenção, associadas aos setores de gestão empresarial, de operação e de processo.
A GI integra cinco sistema ou setores de uma instalação: Gestão, Inspeção e Integridade, Manutenção, Operação e Processo.
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Gestão de Integridade Estrutural
A gestão de integridade estrutural procura:
1. atender à sociedade, que hoje desenvolveu uma maior conscientização das noções de segurança, confiabilidade e qualidade,
2. estender a vida útil das estruturas existentes,
3. redirecionar o funcionamento de uma estrutura ou aumentar sua produtividade alterando seus parâmetros de processo e operação,
4. evitar catástrofes e altos custos devidos a: perdas humanas e materiais, lucros cessantes, utilização parcial das estruturas e sua manutenção extemporânea.
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
CUSTO
TEMPO
Curva da banheira mostrando custos de
manutenção relacionados ao tempo de vida em
operação de um equipamento ou estrutura
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
GIE e AIE
AIE: intervenção em um dado momento
GIE: conjunto de procedimentos para monitorar e garantir a IE
CUSTO
TEMPO
Implantação da
monitoração
contínua
Ganho de
80%
Exemplo de ganho de tempo de parada devido à monitoração contínua de
um equipamento em planta de papel
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Monitoração, AIE e GIE
Sistema de gestão de integridade estrutural
Integridade dos
Equipamentos da
Instalação
Gestão
Engenharia de
Inspeção e
IntegridadeEngenharia de
Manutenção
Processo e
Operação
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Região com perda de espessura
• Perda uniforme de espessura, PUE
• Perda localizada de espessura, PLE
• Perda pitiforme de espessura, PPE
ttmin tmm
tamti
L
L
N
t
N
tt
t
s
m
amm
am
tmt
1
cov
2
EQUIPAMENTO EM
OPERAÇÃOGestão da Integridade
- Exemplo
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Dano admissível
Dano
Tempo
EQUIPAMENTO EM
OPERAÇÃOGestão da
Integridade
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Dano admissível
Expectativa inicial de
progressão do dano
Dano
Tempo
EQUIPAMENTO EM
OPERAÇÃOGestão da
Integridade
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Dano admissível
Expectativa inicial de
progressão do dano
Realização da primeira
inspeção
Dano
Tempo
EQUIPAMENTO EM
OPERAÇÃOGestão da
Integridade
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Dano admissível
Expectativa inicial de
progressão do dano
Realização da primeira
inspeção
Dano encontrado na
primeira inspeção
Dano
Tempo
EQUIPAMENTO EM
OPERAÇÃOGestão da
Integridade
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Dano admissível
Expectativa inicial de
progressão do dano
Realização da primeira
inspeção
Dano encontrado na
primeira inspeção
Expectativa de
progressão do dano após
primeira inspeção
Dano
Tempo
EQUIPAMENTO EM
OPERAÇÃOGestão da
Integridade
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Dano admissível
Expectativa inicial de
progressão do dano
Realização da primeira
inspeção
Dano encontrado na
primeira inspeção
Expectativa de
progressão do dano após
primeira inspeção
Realização da segunda
inspeção
Programação da quarta
inspeção
Dano
Tempo
EQUIPAMENTO EM
OPERAÇÃOGestão da
Integridade
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Dano admissível
Expectativa inicial de
progressão do dano
Realização da primeira
inspeção
Dano encontrado na
primeira inspeção
Dano encontrado na
segunda inspeção
Expectativa de
progressão do dano após
primeira inspeçãoExpectativa de
progressão do dano após
segunda inspeção
Realização da segunda
inspeção
Programação da quarta
inspeção
Dano
Tempo
EQUIPAMENTO EM
OPERAÇÃOGestão da
Integridade
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Dano admissível
Expectativa inicial de
progressão do dano
Realização da primeira
inspeção
Dano encontrado na
primeira inspeção
Dano encontrado na
segunda inspeção
Expectativa de
progressão do dano após
primeira inspeçãoExpectativa de
progressão do dano após
segunda inspeção
Realização da segunda
inspeção Realização da terceira
inspeção
Dano
Tempo
EQUIPAMENTO EM
OPERAÇÃOGestão da
Integridade
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Dano admissível
Expectativa inicial de
progressão do dano
Realização da primeira
inspeção
Dano encontrado na
primeira inspeção
Dano encontrado na
segunda inspeçãoDano encontrado
na terceira
inspeção
Expectativa de
progressão do dano após
primeira inspeçãoExpectativa de
progressão do dano após
segunda inspeção
Expectativa de
progressão do dano após
terceira inspeção
Realização da segunda
inspeção Realização da terceira
inspeção
Dano
Tempo
EQUIPAMENTO EM
OPERAÇÃOGestão da
Integridade
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Dano admissível
Expectativa inicial de
progressão do dano
Realização da primeira
inspeção
Dano encontrado na
primeira inspeção
Dano encontrado na
segunda inspeçãoDano encontrado
na terceira
inspeção
Expectativa de
progressão do dano após
primeira inspeçãoExpectativa de
progressão do dano após
segunda inspeção
Expectativa de
progressão do dano após
terceira inspeção
Realização da segunda
inspeção Realização da terceira
inspeção
Programação da quarta
inspeção
Dano
Tempo
EQUIPAMENTO EM
OPERAÇÃOGestão da
Integridade
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Dano admissível
Expectativa inicial de
progressão do dano
Realização da primeira
inspeção
Dano encontrado na
primeira inspeção
Dano encontrado na
segunda inspeçãoDano encontrado
na terceira
inspeção
Expectativa de
progressão do dano após
primeira inspeçãoExpectativa de
progressão do dano após
segunda inspeção
Expectativa de
progressão do dano após
terceira inspeção
Dano esperado na quarta
inspeção
Realização da segunda
inspeção Realização da terceira
inspeção
Programação da quarta
inspeção
Dano
Tempo
EQUIPAMENTO EM
OPERAÇÃOGestão da
Integridade
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
O ESCOPO DA AlE
1. A identificação de todos os mecanismos de
dano e modos de falha possíveis de atuarem
sobre a estrutura.
2. O grau de deterioração ou dano que já se
acumulou durante o seu tempo de serviço.
3. A velocidade com que a estrutura acumulou e
acumulará o dano.
4. O grau de dano acumulado requerido para
provocar a falha da estrutura ou ocasionar sua
parada ou troca.
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Gestão da Integridade
Grupos de conhecimento
Grupos de conhecimento Características Exemplos
Histórico e Registros
Memórias de cálculo
Códigos de projeto
Registro de ocorrências
Registros de inspeções
Histórico de acidentes,
históricos de funcionamento,
etc
SolicitaçõesMecânicas
Ambientais
Tensões, temperatura, tempo
de operação, umidade, pH,
fator de intensificação de
tensão, COD, etc
Propriedades dos materiais
Nominais
Reais
Avaliações micro- estruturais
Análises química e
metalográfica, limites de
escoamento e tração,
tenacidade à fratura, etc
Critérios de avaliação
Provas de carga
Inspeções ND – defeitos
Teorias
Estatísticas de similares
Critérios de Tresca, Mises,
Goodman, Gerber,
estocásticos, empíricos,
Neubauer, END com critérios
de aprovação, critérios de
adequação ao uso, etc
Gestão da IntegridadeIE Eq. Dutos / Puc-Rio
Grupos de conhecimento e aumento da complexidade de informações para AIE
Grupos de
conhecimentoCaracterísticas Nível 1, PB Nível 2 Nível 3
Histórico e
Registros
Memórias de cálculo
Códigos de projeto
Registro de ocorrências
Registros de inspeções
X
X
X
X
SolicitaçõesMecânicas
AmbientaisX
X
X
X
AET e EF
AET e EF
Propriedades dos
materiais
Nominais
Reais
Avaliações micro- estruturais
X
X
X
X
Retirada de
amostras
Critérios de
avaliação
Provas de carga
Inspeções ND – defeitos
Teorias
Estatísticas de similares
Modelos próprios
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
PB = projeto básico
AET = análise experimental de tensões
EF = elementos finitos
Gestão da IntegridadeIE Eq. Dutos / Puc-Rio
Definição do
escopo da AIT
Coleta das
informações
Nível 1
VD<VC
Informação
Adicional
Nível 2
VD<VC
Custo da
análise Nível
3 OK?
Nível 3
VD<VC
Entender a causa do dano
Decisão sobre reparo
ou troca
Informação
Adicional
Operar e estabelecer
período para nova
inspeção ou AIE
Diminuir
solicitação
N
N
N
N
S
S
S
S
S
Gestão da IntegridadeIE Eq. Dutos / Puc-Rio
Riscos associados à exploração,
produção e transformação para
produção de bens.• Riscos inerentes à operação da empresa
EmpresaInsumos,
Estoques ou
reservas de
matéria bruta
Custos
Produto
•Custo direto de produção
•Outros custos:
•Reparação de perda do estoque ou reservas
•Perda de reserva ou estoque
•Agressão ao ambiente
•Agressão social (transformação das
condições de vida e do ambiente social)
•Riscos de acidentes inerentes à:
•implantação da empresa
•implantação de fornecedores
•operação da empresa
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Riscos inerentes à operação da
empresa
• Agressão às pessoas
• Agressão ao ambiente
• Agressão ao patrimônio
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Probabilidade
de Falha - PoF
PoF Alta Risco Baixo Risco Médio Risco Alto
POF Média Risco Baixo Risco Médio Risco Alto
POF Baixa Risco Baixo Risco Baixo Risco Médio
COF Baixa COF Média COF AltaConseqüência
da Falha - CoF
Classificação do Risco
Representação Matricial do Risco
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Conseqüência Critérios
BaixaA falha não produz impacto sobre a saúde dos funcionários, nem sobre o ambiente externo à instalação.
O equipamento pode ser isolado do sistema e o reparo pode ser realizado sem interferir na funcionalidade
da instalação.
Média
A falha não produz impacto sobre a segurança e a saúde dos funcionários, nem sobre o ambiente externo à
instalação.
A perda de funcionalidade imposta pela falha é relevante porém se enquadra dentro do limite tolerável
adotado para a instalação.
AltaA falha representa comprometimento à segurança e à saúde dos funcionários.
A conseqüência econômica da perda de funcionalidade resultante da falha é superior ao limite de aceitação
adotado para a instalação.
Probabilidade Critérios
BaixaO mecanismo de dano possui baixa
probabilidade de ocorrência.
Média
O mecanismo de dano possui alta
probabilidade de ocorrência.
Acidentes nunca ocorreram com este
equipamento ou equipamentos similares.
Alta
Acidentes já ocorreram com este
equipamento ou equipamentos similares.
O mecanismo de dano possui alta
probabilidade de ocorrência.
POF AltaRisco
Baixo
Risco
Médio
Risco
Alto
POF MédiaRisco
Baixo
Risco
Médio
Risco
Alto
POF BaixaRisco
Baixo
Risco
Baixo
Risco
Médio
COF
Baixa
COF
MédiaCOF Alta
Representação Matricial do Risco
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Representação Matricial do Risco
OCORRÊNCIA DE
MECANISMO DE
DANO E
POSSIBILIDADE
DE INSPEÇÃO
PoF: PROBABILIDADE DE FALHACATEGORIA DE RISCO QUALITATIVA
H=Alto, M= Médio, L= Baixo
Mecanismo de Dano:
_____________
- já manifestado
- com taxa alta
- com alta
probabilidade de
ocorrência
Acidente:
- já ocorreu com este
equipamento ou
similar
5 ›10-2Falha é
esperada
ALTA
›10-5
Probabilidade
de falha é
significativa
M H H H H
410-2 a
10-3 Alta M M H H H
310-3 a
10-4Média L M M H H
210-4 a
10-5Baixa L L M M H
Mecanismo de Dano
com baixa
probabilidade de
ocorrência:
__________________
______________
Dano (interno,
externo) não
inspecionável
1 ‹10-5 Desprezível
BAIXA
‹10-5
Probabilidade
de falha não é
significativa
L L L M M
CoF: CONSEQÜÊNCIA DE FALHAA
BAIXA
B C D E
ALTA
IE Eq. Dutos / Puc-Rio
Tipos de Análise IBR
TSEC
Pode ser:
• Qualitativa:Não requer muitos dados específicos e a classificação de risco é feita
dentro de um espectro amplo ou é relativa a uma certa referência.
• QuantitativaUsa modelos físicos e lógicos avaliados probabilísticamente.
Necessita de informações detalhadas.
Depende de:
• Objetivo do estudo
• Número de equipamentos para avaliar
• Tempo de estudo
• Complexidade dos equipamentos e dos processos
• Natureza e qualidade dos dados
IE Eq. e DutosPUC-Rio, DEM
Tipos de Análise IBRO Risco associa freqüência e conseqüência da ocorrência de uma ameaça (evento
indesejável).
Uma definição qualitativa, muito utilizada, trabalha com uma representação matricial do
risco.
Geralmente, análises qualitativas são feitas a priori para enquadramento do risco de um
equipamento ou componente numa das três regiões da matriz de risco.
PUC-Rio, DEM
IBR Qualitativa
TSEC
OCORRÊNCIA DE
MECANISMO DE
DANO E
POSSIBILIDADE
DE INSPEÇÃO
POF: PROBABILIDADE DE FALHACATEGORIA DE RISCO QUALITATIVA
H=Alto, M= Médio, L= Baixo
Mecanismo de Dano:
_____________
- já manifestado
- com taxa alta
- com alta
probabilidade de
ocorrência
Acidente:
- já ocorreu com este
equipamento ou
similar
5 ›10-2Falha é
esperada
ALTA
›10-5
Probabilidade
de falha é
significativa
M H H H H
410-2 a
10-3Alta M M H H H
310-3 a
10-4Média L M M H H
210-4 a
10-5Baixa L L M M H
Mecanismo de Dano
com baixa
probabilidade de
ocorrência:
__________________
______________
Dano (interno,
externo) não
inspecionável
1 ‹10-5 Desprezível
BAIXA
‹10-5
Probabilidade
de falha não é
significativa
L L L M M
COF: CONSEQÜÊNCIA DE FALHAA
BAIXA
B C D E
ALTA
IE Eq. e DutosPUC-Rio, DEM
Tipos de Análise IBR
TSEC
Uma vez classificado o risco como na área à direita e acima da Figura, o
equipamento é submetido a uma análise de risco mais detalhada,
denominada análise quantitativa.
Esta análise envolve uma metodologia mais complexa para o:
– conhecimento dos mecanismos de dano que estarão atuando;
– desenvolvimento de um plano de inspeção com eficiência adequada
para seu acompanhamento;
– aplicação de procedimentos de cálculo de adequação ao uso para
determinação de prazos de parada e inspeção;
– desenvolvimento de meios para inibir os agentes causadores do dano,
meios de reparo do equipamento e mitigação de um possível acidente.
IE Eq. e DutosPUC-Rio, DEM
Procedimento Quantitativo
Conseqüência
¼”1”4”16”
Taxa de
vazamento
Tipo de
vazamento
Fase do fluido
vazado
Avaliação da
resposta ao
vazamento
Conseqüência
do vazamento
Sistema de
detecção
Sistema de
isolamento
Duração do
vazamento
Inflamável
Explosão
Toxidade Agressão ao
ambiente
Prejuízos
financeiros
Correção para
sistemas de
mitigação
COF
Inventário:
quantidade de
material disponível
para vazar
Fluido e suas
propriedades
PUC-Rio, DEM
J.L.Freire
Fabio Marangone
Procedimento Quantitativo
Probabilidade de Falha
¼”1”4”16”
Mecanismos de
dano e modos de
falha
Freqüência
de falha
ajustada
Freqüência de
falha genérica
para o tipo de
equipamento
Fator de
modificação
para alcançar a
freqüência de
falha específica
do equipamento
Fator de gestão
da integridade
atribuído à
instalação
=x x
PUC-Rio, DEM
FMFEPoFPoF gen
J.L.Freire
Fabio Marangone
Procedimento Quantitativo
Risco
¼”1”4”16”
Mecanismos de
dano, modos de
falha e inventário
Risco
Freqüência ou
probabilidade
de falha, POF
Conseqüência
da falha ou
COF
= x
)furodoensão(dimcenáriocPOFCOFR
c
c
PUC-Rio, DEM
J.L.Freire
Fabio Marangone