Los Ensayos No Destructivos para un mantenimiento confiable, seguro y rentable2do Congreso Uruguayo de Mantenimiento, Gestin de Activos y Confiabilidad URUMAN 2006 16 al 18 de agosto de 2006 Ing. Silvia Infanzn Ing. Alejandro Fernndez

Asociacin Uruguaya de Ensayos No Destructivos

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Qu son los Ensayos No Destructivos? (END)Non Destructive Testing, NDT

Son ensayos que se aplican a objetos, equipos y componentes buscando conocer sus propiedades, verificar su calidad o su estado sin que resulten daados y sin afectar su uso posterior. Estn basados en principios fsicos que al ser aplicados mediante tcnicas especficas muestran en forma indirecta las propiedades del objeto. Se aplican en los mbitos muy diferentes: industria petroqumica, trmica, naval, automotriz, aeronutica, estructuras civiles, parques de diversiones, etc.2

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Algunas caractersticas de los ENDs Se aplican durante la fabricacin, en servicio y en paradas para mantenimiento. Es necesario interpretar las indicaciones propias de cada mtodo en relacin con los principios fsicos aplicados, la naturaleza del material y los procesos de fabricacin. Esto depende en gran medida de la formacin, experiencia y calificacin de los operadores. Permiten detectar discontinuidades, caracterizar el estado y la naturaleza de los materiales, determinar tamao, forma, situacin y caractersticas de las discontinuidades detectadas. Son complementarios entre si.3

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Algunos mtodos de END Radiologa industrial Ultrasonido industrial Ensayo magntico Ensayo penetrante Ensayo visual Corrientes Inducidas Ensayo de estanqueidad Termografa infrarroja Anlisis de vibraciones Anlisis de aceites Rplicas metalogrficas Anlisis qumico no destructivo Emisin acstica Prdida de flujo 4 magntico (MFL)

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Utilidad y necesidad de los ENDs Optimizacin del diseo y uso de recursos Control de calidad de fabricacin Control de equipos en operacin Programacin de paradas Operacin confiable y segura Evaluacin de integridad de equipos Extensin de vida de equipos5

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Cmo se relacionan los ENDs con el Mantenimiento? El Mantenimiento busca asegurar que los activos fsicos continen desempeando la funcin deseada en forma confiable, segura y rentable. Para esto es necesario: Asegurar una buena condicin de los equipos antes de ponerlos en servicio, que implica un adecuado diseo y controles de calidad en la fabricacin Realizar adecuados diagnsticos ante diversas situaciones Monitorear ciertos componentes durante la operacin Realizar seguimiento de parmetros que pueden ocasionar fallas Poder conocer el estado de componentes y equipos en forma peridica6

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Cmo se relacionan los ENDs con el Mantenimiento? Los ENDs deben verse como herramientas bsicas de inspeccin de los equipamientos: Aunque es difcil de lograr, la meta de cualquier programa de inspeccin es no tener fallas imprevistas. Cuando se desarrolla un problema, ste debera ser detectado en una etapa temprana, evaluado, y reparado durante una parada programada.

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Cmo se relacionan los ENDs con el Mantenimiento? BENEFICIOS MAYORES: Reduccin de riesgos (probabilidades / consecuencias) Reduccin de incidentes ambientales Reduccin de costos operativos en general, y por eliminacin de salidas de produccin no programadas en particular Reduccin de primas de seguros (por baja siniestrabilidad y por demostracin de confiabilidad de las instalaciones)8

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Por ejemplo, una soldadura puede nacer as:

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Ejemplo: Inspeccin de soldaduras 100 % de inspeccin visual en todas las soldaduras, comienza por el soldador Ensayos radiogrfico, magntico, penetrante, ultrasnico, segn el caso Ensayo de estanqueidad, prueba de presin Otros

Depende de la aplicacin Se distinguen ensayos de fabricacin y en servicio Los ENDs de por s solos NO podrn garantizar la calidad de la soldadura (se requiere procedimientos calificados, etc)10

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Los ENDs permiten obtener informacin sobre la condicin de los materiales, componentes y equipos sin la cual no se puede realizar un adecuado mantenimiento de los activos fsicos; no se pueden tomar decisiones adecuadas, garantizar la confiabilidad en la operacin, la seguridad de las instalaciones, las personas y el medio ambiente y se incurrir en costos globales mayores11

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Ejemplos de aplicacin: ENDs y Mantenimiento Mantenimiento a la falla o correctivo Mantenimiento Preventivo a tiempos fijos: restitucin de la condicin y sustitucin Mantenimiento Predictivo o Monitoreo de la Condicin Mantenimiento de mejora Los ENDs mejoran la relacin: Mantenimiento planificado / de emergencia 12

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Ejemplo de mantenimiento correctivo:Falla debido a prdida de estanqueidad Caso 1: Fisuras en caeras en una unidad de Reforming Cataltico

Caso 2: Fisuras en una caera de GLP

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Caso 1a Circuito de acero al carbono con 37 aos de servicio

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Prximo a superficie interior

Prximo a superficie exterior16

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Caso 1b Tambin circuito de acero al carbonoCondiciones similares al caso anterior Lneas introducidas en las modificaciones de la planta 5 aos de servicio

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Caso 1c en circuito O.5 MoMaterial: acero al carbono con 0.5 % Mo Presin parcial de hidrgeno = 1.5 MPa Temperatura de operacin = 410 C 39 aos en servicio

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Decarburizacin y fisuracin del metal base 23

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Resumen Caso 1: Ataque por hidrgeno (HTHA) Se comprob la influencia de diversos factores que hacen que un material sea ms susceptible al ataque por hidrgeno: estructura metalogrfica procedimiento de soldadura discontinuidades en la raz concentradores de tensiones

El alivio de tensiones de la soldadura es favorable En casos de HTHA en que no se pudo sustituir el material, la inspeccin mediante VT, RT, MT complementando con UT, permiti disminuir la probabilidad de paradas no programadas y aumentar la confiabilidad de la operacin24

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Caso 2 Caera de GLP

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La fisura comienza en el interior

Se ubica entre la soldadura y la ZAT del codo26

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Dureza Metal base del cao: 123 HB Metal base del codo: 222 HB Mximo especificado por ASTM A 234 WPB: 197 HB

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MicrodurezaMetal base del cao

ZAT del cao Soldadura

ZAT del codo Metal base del codo

Microdureza500 400 HV 500 300 200 100 028

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Metal base del cao

MicroscopaZAT del cao Raz (lado interior) Soldadura

Fisura ZAT del codo Metal base del codo

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ENDs y algunas tcnicas de Mantenimiento Inspeccin Basada en Riesgo (RBI) Extensin de vida til Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad (RCM) Mantenimiento Productivo Total (TPM) Evaluacin de integridad Anlisis de fallaOtros:Diagrama Causa y Efecto, Anlisis PM (Phenomena Mechanisms), Mtodo Porqu-Porqu, Ciclo Deming, etc32

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Ejemplo: Inspeccin basada en riesgo (RBI): Matriz de ANCAP

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Ejemplo: Inspeccin basada en riesgo (RBI): Matriz de API 581P r o b a b i l i d a d

Riesgo

Consecuencia 34

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Ejemplo: Extensin de vida til Horno de nafta reformada En tareas de mantenimiento programado se realiza seguimiento de la condicin:Inspeccin visual, medicin de espesores, control de dimetro exterior de tubos, rplicas metalogrficas

Se detect degradacin metalrgica de los tubos debido a creep (fluencia lenta a alta temperatura)35

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Extensin de vida til de un hornoGracias a estudios realizados combinando ensayos mecnicos y no destructivos y al posterior seguimiento mediante ensayos no destructivos se logra extender su vida til hasta su sustitucin sin poner en riesgo la disponibilidad ni la seguridad de la planta

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Extensin de vida til de un hornoSe logr un ahorro neto de U$S 585.000, un aumento de la confiabilidad y prevenir una falla que podra ser catastrficaMaterial en stock Material del horno

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Costos comparados500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Costo (miles U$S)

Estudio Trabajos suspendidos Ahorro lucro cesante Trabajos programados

(Comparando la extensin de vida con la restitucin de la condicin del 38 horno, sin considerar que ocurriese una falla)

Ahorro neto = U$S 585 000 mnimo

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Etapas bsicas al aplicar ENDs: Qu se busca detectar? (tipo de daos posibles, discontinuidades y tamaos) Cundo se aplicar el ensayo? Con qu frecuencia? Qu zonas o puntos se ensayarn? Cul es el mtodo (o los mtodos) ms convenientes? Cul es la tcnica ms indicada?

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Etapas bsicas al aplicar ENDs: Eleccin del mtodo, la tcnica, etc. Obtencin de una indicacin Interpretacin Evaluacin Aplicar ensayos en forma arbitraria no necesariamente resulta en un aumento de la confiabilidad, seguridad y rentabilidad40

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El Objeto a ensayarEl mtodo y la tcnica deben estar adecuados al objeto y a lo que se pretende detectarEs muy importante conocer: La norma de diseo El mtodo de fabricacin Los controles realizados durante la fabricacin e instalacin Los datos operativos Los desvos de la operacin normal La historia Los antecedentes en casos similares41

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Las discontinuidades pueden estar asociadas a los procesos de fabricacin Acciones primarias: Fundir Colar Enfriar

Procesos de conformacin: Fundido Soldadura Forjado Rolado Tratamientos trmicos Maquinado Otros42

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Las discontinuidades pueden estar vinculadas a la Operacin Corrosin: Generalizada: atmosfrica, galvnica, biolgica, etc. Localizada: picaduras, corrosin en rendija, biolgica, etc. Bajo tensiones Fragilizacin por metal lquido Dao por hidrgeno Otras Sobrecargas Distorsin dimensional o de forma Fatiga Cavitacin Erosin Creep Fragilizacin Decarburizacin Grafitizacin Otros43

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Discontinuidad

Defecto

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No existe pieza perfecta, toda pieza tiene discontinuidades DISCONTINUIDAD es la PRDIDA de la HOMOGENEIDAD del MATERIAL

DEFECTO es una DISCONTINUIDAD INACEPTABLE, que debe ser REPARADA44

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Discontinuidad

Defecto

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Todo defecto es una discontinuidad, no toda discontinuidad representa un defecto Mediante END se obtienen indicaciones que pueden ser interpretadas como discontinuidades Para determinar qu discontinuidades son defectos se requiere de un criterio de aceptacin45

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Criterio de aceptacinEstablece los lmites entre discontinuidades aceptables y rechazables (defectos, a reparar) Depende del objeto a ensayar y de su servicio Debe estar claramente establecido Puede ser un criterio propio de la empresa, pero en general se basa en NORMAS TCNICAS Las normas tcnicas recogen experiencia y estn en continua revisin46

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Definicin del problema:

Informacin general Objeto a ensayar Propsito del ensayo Otros: momento del ensayo, registros, etc.

Eleccin del mtodo y tcnicaAplicacin de un campo de Energa Interaccin con el material Deteccin de las modificaciones

Obtencin de una Indicacin InterpretacinCaracterizacin: Forma, tamao, orientacin, ubicacin, etc.

Discontinuidad Relevante

Falsa indicacin

No relevante No Aceptable 47 Defecto

EvaluacinCriiterio de aceptacin

Aceptable

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Confiabilidad de los ENDs Causas de error: Definicin del problema Seleccin de los mtodos Seleccin de las tcnicas Determinacin del alcance Ejecucin Interpretacin Registro Evaluacin

Un ensayo mal realizado puede llegar a tener peores consecuencias que un ensayo no realizado48

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CONFIABILIDAD en ENDs CONFIABILIDAD (definicin genrica): probabilidad que los equipos, mquinas o sistemas realizarn satisfactoriamente las funciones requeridas bajo condiciones especficas y dentro de un cierto perodo de tiempo. Se puede medir mediante el MTBF (Tiempo Medio Entre Fallas). Hablando de ENDs, la confiabilidad se puede definir como: A) la habilidad para detectar una determinada discontinuidad en forma consistente y segura en alguna situacin particular de inspeccin B) la mayor discontinuidad (de un tipo) que puede no ser detectada C) la menor discontinuidad (de un tipo) que 49 puede ser detectada

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CONFIABILIDAD en ENDs Cuando se trata de cuantificar la confiabilidad se habla de tamaos crticos de discontinuidad y se requiere de hablar de probabilidad de deteccin (POD) y de probabilidad de identificacin (POI). Ejemplo: en el mtodo MFL para deteccin de corrosin en oleoductos se exige que el operador del ensayo establezca cul es la profundidad de corrosin que detecta para un 90% de POD, tanto para anlisis manual como para anlisis automtico. Tambin se exige que el operador del ensayo establezca qu tipo de discontinuidades detecta (POI > 90 %), o no detecta (POI < 50 %) .50

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CONFIABILIDAD en ENDs Tema: Factores Humanos Dado un mtodo de END y un tipo de discontinuidad, se reconoce que hay varios parmetros que impactan en la confiabilidad del ensayo: Tamao de la discontinuidad Seleccin del criterio de aceptacin Tcnica de inspeccin utilizada Ambiente donde se realiza la inspeccin Calidad del equipamiento de inspeccin Operador (FH), uno de los ms importantes 51

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CONFIABILIDAD en ENDs Tema: Factores Humanos Estos parmetros se pueden reagrupar diciendo que la confiabilidad de los ENDs descansa en tres pilares: Personal operador de ENDs (FH) Procedimientos de ENDs Equipos (instrumental) utilizados para ejecutar los ENDs52

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CONFIABILIDAD en ENDs Tema: Factores Humanos Estudios recientes demuestran que en varias aplicaciones de ENDs se logran capacidades de deteccin de discontinuidades relativamente bajas (50 % o menos). Todava se sabe poco sobre los por qu, pero se reconoce la importancia de los FH interactuando con cada mtodo y tcnica de END. Pero y qu son los FH?53

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CONFIABILIDAD en ENDs Tema: Factores Humanos El trmino F H engloba: capacitacin experiencia caractersticas fsicas (motricidad, agilidad, coordinacin visin / mano, campo visual) caractersticas mentales (concentracin, abstraccin, manejo simultneo de informacin cruzada) algunos autores incluyen tambin las condiciones ambientales bajo las cuales el operador debe trabajar54

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CONFIABILIDAD en ENDs Tema: Factores Humanos CONCLUSIONES: los operadores de ENDs deben ser cuidadosamente capacitados, no siendo suficiente la experiencia. debemos facilitar el camino a los operadores de ENDs para que puedan hacer uso de su conocimiento y experiencia. para las tareas crticas / delicadas, elegir a los operadores de ENDs con mejor percepcin, capacidad, madurez, juicio, capacitacin y buena experiencia.55

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Cmo garantizar la confiabilidad del ensayo? Sistema de trabajo Buena definicin del objetivo del ensayo Capacitacin y experiencia especficas Calificacin y Certificacin del personal Conocimiento de los alcances y limitaciones Normas tcnicas y procedimientos escritos especficos Control de calidad de los ENDs Auditora de los ENDs Acreditacin56

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Efectos de los ENDs en los costos Optimizacin de los procesos de fabricacin Reduccin del lucro cesante: Disminucin de paradas de emergencia Menor duracin de paradas programadas

Menor inversin en equipos Disminucin de costos de accidentes: Posibilita la operacin segura y continua Evita accidentes con costos materiales, humanos y comerciales 57

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Se debe comparar el costo de los ENDs y la eventual interferencia en la operacin con los beneficios del uso eficiente de los equipos

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Confiabilidad, Seguridad y Rentabilidad Los ENDs, al igual que los ensayos mecnicos, el seguimiento de los parmetros operativos, etc, son herramientas indispensables para un mantenimiento Confiable: Mejora la disponibilidad de los equipos Seguro: Disminuye la probabilidad de fallas que ocasionen daos a las personas, las instalaciones y el medio ambiente Rentable: Permite optimizar el costo global y disminuye los costos ocultos (por ejemplo los costos de la no calidad)59

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Cundo son beneficiosos los Ensayos No Destructivos? Se deben usar como una herramienta, dentro de un esquema global coherente Los ENDs utilizados se deben ajustar a las necesidades y antecedentes del caso Se deben seguir procedimientos escritos, acorde con normas tcnicas reconocidas y validados para la aplicacin en particular El personal debe estar adecuadamente capacitado, calificado y certificado y contar con la experiencia especfica para ese trabajo60

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Cul es la realidad en el Uruguay? No existe ninguna institucin que forme operadores de ENDs en forma regular No existe entidad certificadora Existe una norma especfica, nunca aplicada Los clientes no cuentan con suficiente informacin para definir sus necesidades, contratar, controlar e interpretar los ENDs El Uruguay est en peores condiciones que el resto de la regin (salvo excepciones) y que buena parte del mundo 61

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Cules son los desafos de la AENDUR? Mejorar la calidad en relacin a los ENDs Colaborar con las tareas de capacitacin, calificacin y certificacin del personal Difundir los ENDs y propiciar su buen uso Propiciar la formacin bsica en ENDs de las personas que son actuales y potenciales clientes Asesorar a los organismos e instituciones que especifican la necesidad legal de realizar ENDs Establecer contacto con sus pares en la regin y el 62 mundo

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preguntas?

The E.N.D.63