ASPECTOS GERAIS DA INTEGRIDADE DE ESTRUTURAS,...

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.


• 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.



Casos de acidentes ou falhas em

estruturas


estruturas

Casos de acidentes

ou falhas em estruturas


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.


• 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).


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.


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.


CUSTO

TEMPO

Curva da banheira mostrando custos de

manutenção relacionados ao tempo de vida em

operação de um equipamento ou estrutura


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


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


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


Dano admissível

Dano

Tempo

EQUIPAMENTO EM

OPERAÇÃOGestão da

Integridade


Dano admissível

Expectativa inicial de

progressão do dano

Dano

Tempo

EQUIPAMENTO EM


Integridade


Dano admissível


progressão do dano

Realização da primeira

inspeção

Dano

Tempo

EQUIPAMENTO EM


Integridade


Dano admissível


progressão do dano


inspeção

Dano encontrado na

primeira inspeção

Dano

Tempo

EQUIPAMENTO EM


Integridade


Dano admissível


progressão do dano


inspeção

Dano encontrado na

primeira inspeção

Expectativa de

progressão do dano após

primeira inspeção

Dano

Tempo

EQUIPAMENTO EM


Integridade


Dano admissível


progressão do dano


inspeção

Dano encontrado na

primeira inspeção

Expectativa de


primeira inspeção

Realização da segunda

inspeção

Programação da quarta

inspeção

Dano

Tempo

EQUIPAMENTO EM


Integridade


Dano admissível


progressão do dano


inspeção

Dano encontrado na

primeira inspeção

Dano encontrado na

segunda inspeção

Expectativa de


primeira inspeçãoExpectativa de


segunda inspeção


inspeção


inspeção

Dano

Tempo

EQUIPAMENTO EM


Integridade


Dano admissível


progressão do dano


inspeção

Dano encontrado na

primeira inspeção

Dano encontrado na

segunda inspeção

Expectativa de




segunda inspeção


inspeção Realização da terceira

inspeção

Dano

Tempo

EQUIPAMENTO EM


Integridade


Dano admissível


progressão do dano


inspeção

Dano encontrado na

primeira inspeção

Dano encontrado na

segunda inspeçãoDano encontrado

na terceira

inspeção

Expectativa de




segunda inspeção

Expectativa de


terceira inspeção



inspeção

Dano

Tempo

EQUIPAMENTO EM


Integridade


Dano admissível


progressão do dano


inspeção

Dano encontrado na

primeira inspeção

Dano encontrado na


na terceira

inspeção

Expectativa de




segunda inspeção

Expectativa de


terceira inspeção



inspeção


inspeção

Dano

Tempo

EQUIPAMENTO EM


Integridade


Dano admissível


progressão do dano


inspeção

Dano encontrado na

primeira inspeção

Dano encontrado na


na terceira

inspeção

Expectativa de




segunda inspeção

Expectativa de


terceira inspeção

Dano esperado na quarta

inspeção



inspeção


inspeção

Dano

Tempo

EQUIPAMENTO EM


Integridade


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.


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


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


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


Riscos inerentes à operação da

empresa

• Agressão às pessoas

• Agressão ao ambiente

• Agressão ao patrimônio


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


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


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


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




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


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


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.


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


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


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

ASPECTOS GERAIS DA INTEGRIDADE DE ESTRUTURAS,...

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