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¿Cómo acabar con las costosas paradas de los equipos portuarios? Revolucione el mantenimiento con el AEF

/ 24 May 2024 / por: Yurii Shumak

Análisis por elementos finitos (FEA)

Estructuras marinas y offshore

Los métodos de verificación tradicionales, a menudo basados en normas anticuadas y cálculos manuales, tienen dificultades para seguir el ritmo de las exigencias de las grúas modernas.  

Este artículo explora cómo el análisis por elementos finitos (AEF), junto con el software de estructuras SDC Verifier, puede revolucionar los flujos de trabajo de verificación y mantenimiento de los equipos portuarios. 

Retos de la verificación tradicional de los equipos portuarios

Muchas grúas portuarias, los caballos de batalla de las modernas terminales de contenedores, se diseñaron utilizando normas de ingeniería más antiguas (DIN 15018, NEN, FEM) que quizá no capten plenamente las complejidades de los gigantescos equipos actuales. 

Las grúas diseñadas utilizando normas más antiguas pueden no tener en cuenta el mayor peso y las tensiones que imponen los buques portacontenedores modernos. 

Los métodos tradicionales suelen basarse en suposiciones conservadoras para compensar la falta de un análisis detallado. Esto puede dar lugar a:  

1. La incapacidad de predecir con exactitud la vida operativa restante crea incertidumbre sobre las futuras necesidades de mantenimiento. 
2. La dificultad para localizar las zonas críticas obliga a realizar inspecciones más frecuentes y amplias, lo que aumenta el tiempo de inactividad y los costes de mantenimiento. 
3. Confiar en los cálculos manuales dificulta la identificación de posibles fallos, lo que plantea problemas de seguridad. 

Ventajas del análisis por elementos finitos (AEF) para grúas portuarias

Al simular meticulosamente las estructuras, el software de AEF proporciona una gran cantidad de datos detallados, incluyendo información sobre tensiones, desplazamientos y fuerzas internas para cada ubicación dentro del modelo de grúa. Esto capacita a los ingenieros para:  

• Realice una verificación exhaustiva. Analizar estructuras bajo una amplia gama de escenarios de carga, que abarcan no sólo las condiciones de funcionamiento típicas, sino también las peores eventualidades.  
• Obtenga un control total sobre la vida útil de la estructura. Al predecir la acumulación de daños por fatiga en lugares críticos, el AEF permite aplicar estrategias de mantenimiento proactivas. Los ingenieros pueden localizar las zonas susceptibles de sufrir grietas por fatiga antes de que se conviertan en un peligro para la seguridad, maximizando la vida operativa del equipo.  
• Optimice los diseños. El AEF, con su capacidad de análisis detallado, facilita la creación de estructuras más ligeras y eficientes. Esto se traduce en un menor uso de materiales, menores costes de construcción y una mejora potencial de la eficiencia del combustible durante el funcionamiento de la grúa.  
• Reduzca la frecuencia de las inspecciones: Los métodos tradicionales, al carecer de la precisión del AEF, suelen requerir inspecciones frecuentes y amplias para compensar la falta de información detallada. Las inspecciones específicas basadas en el AEF reducen significativamente el tiempo de inactividad y los costes de mantenimiento asociados.  
• Prolongue la vida útil del equipo: Las estrategias de mantenimiento proactivo basadas en el análisis de elementos finitos permiten a los ingenieros abordar los posibles problemas antes de que se conviertan en averías graves. Este enfoque proactivo prolonga significativamente la vida operativa de las grúas, maximizando el retorno de la inversión para las autoridades portuarias.  

El papel del AEF en el panorama en expansión de las grúas

Aquí, el análisis por elementos finitos (AEF) surge como una herramienta indispensable, que permite a los ingenieros verificar con seguridad el impacto de dichas modificaciones en aspectos críticos del rendimiento de la grúa: 

• Fuerza 

El AEF analiza meticulosamente la estructura bajo las mayores cargas impuestas por los buques de mayor tamaño, garantizando que la grúa pueda hacer frente a estas exigencias sin comprometer la seguridad. 

• Pandeo 

Al simular el comportamiento de la estructura modificada, el AEF ayuda a evaluar el riesgo de pandeo en las nuevas condiciones de carga. Esto permite a los ingenieros identificar los posibles puntos débiles y aplicar los refuerzos necesarios.  

• Fatiga Vida 

Las modificaciones pueden introducir nuevos patrones de tensión y afectar potencialmente a la vida operativa restante de la grúa. El análisis de elementos finitos predice la acumulación de daños por fatiga, lo que permite a los ingenieros evaluar el impacto de las modificaciones y planificar las futuras necesidades de mantenimiento.  

La ilustración muestra una grieta por fatiga (F) en una junta soldada de una viga de grúa. Este tipo de daño es una preocupación crítica en los equipos portuarios debido a los repetidos ciclos de carga experimentados durante su funcionamiento. El análisis por elementos finitos (AEF) puede emplearse para predecir las concentraciones de tensión en los puntos de soldadura, identificando así los lugares susceptibles de iniciación y propagación de grietas por fatiga. La detección precoz de dichas grietas mediante el análisis por elementos finitos permite intervenir a tiempo, como reparaciones de las soldaduras o estrategias de mantenimiento preventivo, garantizando la integridad estructural y la seguridad operativa.

• Conexiones 

Las conexiones existentes pueden no ser adecuadas para soportar el aumento de cargas asociado a las modificaciones. El AEF verifica la idoneidad de estas conexiones, garantizando que pueden transferir las fuerzas de forma segura sin fallar.  

• Rigidez 

Mantener la eficacia operativa es crucial. El análisis de elementos finitos ayuda a evaluar el impacto de las modificaciones en la rigidez de la grúa bajo nuevas configuraciones. Esto garantiza que la grúa pueda funcionar con suavidad y precisión durante la manipulación de la carga.  

El AEF ofrece una ventaja significativa sobre los métodos que se basan en elementos 1D simplificados.  

Al crear un modelo digital detallado de la grúa e incorporar las modificaciones específicas, el AEF proporciona una evaluación muy precisa y realista del comportamiento de la estructura, fomentando una toma de decisiones segura para las autoridades portuarias. 

Esta versátil tecnología ofrece una serie de valiosas aplicaciones a lo largo del ciclo de vida de los equipos portuarios. 

SDC Verifier: Una solución integral para agilizar los flujos de trabajo

Aunque el AEF ofrece una potente caja de herramientas para la verificación y el mantenimiento de los equipos portuarios, aprovechar todo su potencial conlleva su propio conjunto de retos. Además, garantizar el cumplimiento de una multitud de normas industriales, como FEM, Eurocode, EN 13001, DIN, DNV GL y FKM, añade otra capa de complejidad al flujo de trabajo del AEF.

Los software independientes como SDC Verifier, ofrecen una solución completa al combinar el análisis de elementos finitos con las capacidades de comprobación de códigos dentro de una única plataforma.

Esto elimina la necesidad de cambiar entre herramientas separadas para el análisis y la verificación del código, ahorrando un valioso tiempo de ingeniería y simplificando el flujo de trabajo.

Con todo alojado en una única interfaz fácil de usar, los ingenieros pueden pasar sin problemas del análisis estructural detallado a la comprobación segura del cumplimiento de los códigos, todo dentro del mismo entorno de software.

Evaluación de la fatiga de la soldadura con SDC Verifier

Aunque los métodos tradicionales han servido para su propósito, presentan obstáculos significativos en el mundo moderno del mantenimiento de equipos portuarios. He aquí un análisis más detallado de los retos a los que se enfrentan los ingenieros:

• Cálculos que consumen tiempo: Depender de cálculos manuales y hojas de cálculo ralentiza el proceso y aumenta el riesgo de errores.
• Laberinto de sistemas de coordenadas: La transformación de los datos de tensiones desde los marcos de referencia locales de la soldadura a un sistema de coordenadas global para su análisis es compleja y propensa a errores.
• Clasificación manual de soldaduras: La asignación de clasificaciones para modelos de gran tamaño es una tarea manual tediosa, propensa al error humano y a la ineficacia.

SDC Verifier aborda estos retos de frente, ofreciendo un conjunto de funciones que agilizan y mejoran la evaluación de la fatiga de la soldadura:

• Clasificación automática de soldaduras: Esta potente función automatiza el proceso de clasificación basándose en los datos del modelo y en los parámetros definidos por el usuario, eliminando la necesidad de clasificación manual y ahorrando un valioso tiempo de ingeniería.
• Concienciación de la dirección local del estrés: SDC Verifier aprovecha los datos de tensión detallados directamente del análisis de elementos finitos. Estos datos tienen en cuenta las direcciones de tensión locales en cada punto de soldadura, lo que conduce a evaluaciones de fatiga más precisas y realistas.
• Integración del uso en el mundo real: Los métodos tradicionales suelen basarse en los peores escenarios, que pueden no reflejar los patrones de uso reales de la grúa. SDC Verifier permite a los ingenieros incorporar a la evaluación datos de uso del mundo real, lo que da lugar a predicciones de vida a fatiga más realistas que optimizan la planificación del mantenimiento.

El software ofrece una sólida compatibilidad con una amplia gama de normas industriales, entre las que se incluyen:

• FEM
• Eurocódigo
• EN 13001
• DIN
• DNV GL
• FKM

Con SDC Verifier, los ingenieros pueden estar seguros de que sus evaluaciones cumplen los requisitos normativos pertinentes. Además, el software lleva la transparencia al siguiente nivel. Todas las fórmulas empleadas para la verificación de códigos son fácilmente accesibles y editables por el usuario.

Esto fomenta la confianza en los resultados y permite realizar ajustes específicos para cada proyecto, garantizando un equilibrio perfecto entre el cumplimiento de los códigos y unas consideraciones de diseño óptimas.

Presentar ideas y optimizar diseños

SDC Verifier capacita a los ingenieros en estos dos frentes:

• Visualización clara: El software presenta los resultados de análisis complejos en un formato fácil de usar, utilizando gráficos y tablas claros. Esto facilita la interpretación de los datos y fomenta una comunicación fluida entre los ingenieros, el personal de mantenimiento y los responsables de la toma de decisiones.
• Herramientas de optimización del diseño: Más allá del análisis, SDC Verifier ofrece un conjunto de herramientas integradas de optimización del diseño. Estas herramientas permiten a los ingenieros identificar las soluciones más eficientes para vigas, placas y soldaduras. Esto se traduce en diseños más ligeros y rentables, optimizando el uso de materiales y minimizando los costes totales del proyecto.

Gestión de proyectos con SDC Verifier

• Informes personalizados de forma sencilla: Atrás quedaron los días de la tediosa generación de informes. La sencilla interfaz de SDC Verifier permite a los ingenieros crear informes personalizados adaptados a las necesidades específicas de cada proyecto mediante una función de arrastrar y soltar. Esto agiliza la comunicación y garantiza que todas las partes interesadas tengan acceso a la información más relevante.
• Compartir y archivar sin fisuras: El software facilita el intercambio y el archivo de informes sin esfuerzo. Los informes pueden exportarse a varios formatos, incluidos Word y PDF, manteniendo la navegación automática para facilitar su consulta. Esto garantiza que la información crítica del proyecto permanezca fácilmente accesible para su uso futuro.

En esencia, SDC Verifier ofrece una propuesta convincente para las autoridades portuarias que buscan para revolucionar sus prácticas de gestión de equipos. Desbloquea una nueva era de eficacia, precisión y flujos de trabajo racionalizados, salvaguardando en última instancia la seguridad y la longevidad de las infraestructuras portuarias críticas. 

¿Está preparado para revolucionar su enfoque y garantizar la seguridad, fiabilidad y longevidad de sus infraestructuras críticas?

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