Evaluación y análisis estadístico del funcionamiento de calderas y recipientes sometidos a presión. Una experiencia argentina.

Resumen

La evaluación de calderas y equipos a presión, y su integridad funcional, constituyen una necesidad insoslayable para las industrias, pues ello está íntimamente relacionado con factores muy importantes tales como, su seguridad operativa, confiabilidad, contaminación ambiental y productividad del proceso industrial. Partiendo de algunos estudios ya desarrollados y del resultado de un gran número de inspecciones realizadas en seis provincias argentinas, este Trabajo focaliza su atención en el análisis estadístico de algunos datos e indicadores inherentes al estado del citado equipamiento.

Para ello se ha conformado una Base de Datos codificada, de simple utilización, destinada a gestionar la información obtenida, la que permite visualizar en una hoja de cálculo cada uno de los casos, con la finalidad del análisis sistematizado de la información extractada y su correspondiente estudio estadístico integrado. De esta forma no sólo se pueden observar en pantalla las características generales y particulares de cada equipo inspeccionado, sino también, lograr parámetros relativos a espesores medidos, coeficientes de seguridad, controles de nivel, calibrado de válvulas de seguridad y otros, de no menor importancia funcional, dentro del contexto de las calderas y recipientes sometidos a presión. Al respecto, detallando algunos resultados importantes obtenidos, puede señalarse que más del 40% de los equipos relevados son de procedencia desconocida, es decir, es imposible determinar su origen, marca y código de fabricación.

Asimismo, un paradigma básico consiste en que más de un tercio de los equipos inspeccionados, no poseen válvula de seguridad por sobre presión accidental.

1. Introducción
Dado que en nuestro País no se tiene conocimiento de datos estadísticos inherentes al estado funcional de calderas y recipientes a presión, se propone, a través de una investigación metodológica, estudiar el estado operativo de una muestra de ellos, a fin de obtener un estado real de la situación que permita el análisis y planteo de políticas estratégicas a efectos de lograr, no sólo mejoras en los procesos productivos, sino también asegurar la fiabilidad de los equipos. Tomando como antecedente técnico algunos estudios preexistentes (1) (2) (3), este Trabajo que forma parte del Proyecto RESECA, Proyecto 25/O097 de la Secretaría de Ciencia y Tecnología – Universidad Tecnológica Nacional, se sustenta en casos reales que permiten observar diferentes patologías y situaciones operativas que se repiten con una asiduidad casi sistemática.

Por otra parte, a través de la investigación llevada a cabo a lo largo de varios años, la asistencia técnica realizada a numerosas industrias y los resultados obtenidos, muchos de ellos sorpresivos y alarmantes (4), se observa que en el caso de recipientes a presión, existe una directa relación causa-efecto que pareciere estar relacionada con un incipiente desarrollo normativo.

2. Descripción del proceso
2.1 Base de datos

Como ya se señalara, se conformó una base de datos que incluye aproximadamente doscientos equipos de diferente procedencia. El Sistema consta de un entorno Microsoft Excel (5) de fácil e intuitiva interacción que permite la búsqueda de los distintos registros mediante el uso de botones ubicados en la parte inferior de la ficha correspondiente, con las opciones de grabar y/o imprimir la información registrada, como así también crear un nuevo registro. De este Registro General, en el que se encuentra la nómina de todos los casos relevados incluidos en la base de datos, se puede en forma sencilla, obtener las características básicas de cada uno de ellos, como se indica en Figura 1, donde se observa la primera pantalla del citado Registro con un detalle de los equipos 001 al 028.

Una ventaja adicional del mismo consiste en el filtrado de la información contenida.

2.2 Análisis del equipo
Como puede observarse en Figura 2, en una sola pantalla se denotan todos los datos del equipo analizado. En la parte superior, sus características básicas, es decir, clase, tipo de industria, capacidad térmica o volumétrica, presión de trabajo, edad, marca de fábrica, en qué Provincia se halla ubicado, tipo de fluido que contiene y combustible utilizado, si correspondiere.

Figura 2. Principales características del equipo 077.

Se indican a continuación, los parámetros funcionales observados en el momento de la inspección y los resultados obtenidos, a saber, espesores medidos en el cuerpo cilíndrico, hogar, placas tubulares, y sus respectivos coeficientes de seguridad calculados a partir de ellos, como así también el equipamiento auxiliar e instrumentos de seguridad y control. En la parte inferior de la ficha, mediante una valoración de tipo cualitativa, se encuentran las conclusiones derivadas de la inspección y/o auditoría solicitada, y si fuese necesario, la correspondiente disminución de la presión de trabajo y el eventual retiro de servicio del equipo ensayado. Una fortaleza evidente de esta sistematización, es que asegura la privacidad de los casos analizados, como asimismo su tratamiento estadístico integral a efectos de posibilitar el establecimiento de correlaciones funcionales, que signifiquen un aporte importante al estudio y diagnóstico de la confiabilidad de los equipos sometidos a presión y calderas, con la finalidad de consolidar la masa de información en marcos formales.

3. Análisis estadístico
3.1 Conformación de la muestra
En lo referido al tipo de industria y equipamiento considerado, y a efectos de su mejor comprensión y alcance, se detallan en Figura 3 y Figura 4, la composición del modelo estudiado.

3.2 Distribución por presiones y edades
Teniendo en cuenta las presiones de operación, el equipamiento analizado puede agruparse de la siguiente manera:
menores de 500kPa _______________ 24.2%
500kPa hasta 1000kPa _____________55.4%
1000kPa hasta 2000kPa ___________ 18.5%
mayores de 2000kPa______________ 1.9%

En la Figura 5, puede observarse la configuración por edades, resaltándose notoriamente que más de la mitad de los equipos son de edad desconocida.

4. Seguridad y fiabilidad
4.1 Coeficientes de seguridad
Una parte importante de este estudio, lo constituye la comparación de los mínimos espesores de pared medidos por método ultrasónico en estos equipos a presión, respecto al cálculo formal mediante la aplicación de criterios de diseño basados en un código internacional. De esta forma, para el caso de cuerpos cilíndricos de calderas, hogares, placas tubulares, cabezales de tanque y recipientes a presión esféricos, se determina el correspondiente coeficiente de seguridad. Los datos globales obtenidos, se indican en el diagrama de Figura 6.

Se destaca que casi la mitad del equipamiento muestreado, presenta espesores de pared con un coeficiente menor al cinco por ciento y en algunos casos negativos, lo que implica que muchos de ellos no deberían estar en servicio.

4.2 Fiabilidad operativa
Se estima que la mayor sorpresa obtenida a partir del análisis estadístico y resultados obtenidos, lo constituye el rubro manómetros y válvulas de seguridad. Respecto a éstas, se denota que el 36% de los equipos estaban operando sin sus correspondientes válvulas de alivio por sobre presión. Asimismo, aproximadamente un cuarenta por ciento de los mismos funcionaban con sus válvulas descalibradas, como se indica en Figura 7.

También se señala que la totalidad de los recipientes que contienen amoníaco, 15% de la muestra, ventean sus válvulas de seguridad al medio ambiente, lo que entraña un total desconocimiento de las normativas de higiene y seguridad industrial en vigencia, y reglamentaciones de protección al medio ambiente.

En el diagrama de Figura 8, se observa la distribución porcentual en función del estado operativo de los manómetros. Se aprecia que el sesenta por ciento del equipamiento no tenía montado este instrumento de control o su funcionamiento era defectuoso.

Respecto a seguridad y fiabilidad, puede agregarse que aproximadamente el setenta por ciento de la muestra analizada no posee presostato de control.

5. Conclusiones

Si bien el presente estudio fue realizado sobre una muestra aleatoria de equipos a presión ubicados en seis provincias de la República Argentina, se estima se trata de una realidad tangible extensible a todo el territorio de nuestro País. No debe pasarse por alto el hecho de que los equipos inspeccionados, lo fueron a solicitud de las respectivas empresas, desconociéndose el estado real en que se encuentran aquellos ubicados en industrias que no solicitan el asesoramiento de profesionales especializados en el tema.

La importancia en el ámbito de la actividad industrial respecto a los resultados obtenidos en esta evaluación y análisis, radica en que permite la disposición y utilización práctica de una importante masa de conocimientos en un área muy crítica
como es la de “calderas y recipientes sometidos a presión”. Constituye asimismo, un aporte de relevancia inherente al desarrollo socioeconómico de nuestra sociedad con el objeto de minimizar los riesgos causados por derrames y contaminación ambiental, a efectos de proteger y preservar el presente y futuro de la población, la que por ende se constituye en destinataria directa del estudio.

Referencias

1. P. Bórtoli y J. Gaitán, © “Análisis de falla de materiales en la industria de procesos”, Software Argentino Patente 212.928, Septiembre 2002.
2. P. Brambilla, “Inspeção de caldeiras”, ISQI, pp. 1-168, Brasil, Mayo 1998.
3. J. Gaitán y C. Gaitán, “Diagnóstico metodológico y análisis estadístico del estado funcional de calderas y equipos a presión”, CAIP’2005 Proceedings, pp 185-188, Portugal, Septiembre 2005.
4. J. Gaitán, “Inspección, estudio y diagnóstico de falla en la cámara de retorno de una caldera leñera”, III Conferencia Científica Internacional de Ingeniería Mecánica Proceedings, pp 132-136, Cuba, Noviembre 2004.
5. Microsoft Excel ®, Software Microsoft, 1998.

Por: Julio A. Gaitán, Arnoldo M. Reutemann, Claudio H. Filippa
Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Santa Fe,
Departamento de Ingeniería Mecánica