1. De las Estructuras, Equipamientos Industriales y su Evaluación de
Integridad
(Structures, Industrial Equipment and Integrity Assessment)
Miguel Jordy Oribe Pretel
Resumen:
En efecto el objetivo principal de este artículo científico es enriquecer en buena medida acerca de las
perspectivas, de las valoraciones, criterios y consideraciones que se pueden apoyar y sustentar en la idea de lo que
es una evaluación de la integridad de la estructura, cuya importancia radica en que la estructura en si se
constituyen un sistema constructivo muy difundido en varios países, cuyo empleo suele crecer en función de la
industrialización alcanzada en la región o país donde se requiera y utilice.
Palabras clave: daño, integridad estructural, deformación, interferometria, fracturas, optimización, vida útil, vida
residual, corrosión, fatiga, micro estructural.
Abstract:
In fact the main objective of this scientific paper is to enrich largely on the prospects of the ratings, criteria and
considerations that can support and sustain the idea of what is an assessment of the integrity of the structure, the
importance is that the structure if they are a building system widespread in several countries, the use of which tends
to grow in terms of industrialization achieved in the region or country where required and used.
Keywords: damage, structural integrity, deformation interferometry, fractures, optimization, useful life, residual life,
corrosion, fatigue, microstructure.
Daño, detección y caracterización son tres conceptos claves que constituyen la base de una
nueva disciplina que se conoce como integridad estructural.
Daño se refiere a una imperfección de un componente que puede ser inducida durante la
manufactura o en servicio.
Detección es un concepto relacionado a una técnica experimental que permite comprobar la
existencia de un daño en un material dado o en una estructura. Finalmente, caracterización se
refiere a una técnica analítica o numérica, que permite cuantificar la geometría y extensión de
un daño a partir de las mediciones obtenidas de la técnica que detecta.
La ciencia de la integridad estructural se inclina por la caracterización temprana de daños y
la predicción de la vida remanente de componentes de maquinaria y estructuras civiles en

2. servicio. Se fundamenta en la solución de problemas inversos, en los cuales mediciones
experimentales (de deformación, distribución de temperatura, etc.), realizadas sobre los
componentes mecánicos en servicio, son utilizadas para determinar matemáticamente la
existencia de daños y sus características en términos de posición, orientación y tamaño.
Las mediciones de campos de deformación, obtenidos a través de la técnica de
interferometría, son utilizadas para caracterizar fracturas sub-superficiales en componentes
mecánicos. El problema inverso se reformula como un problema de optimización en el cual se
minimiza la diferencia entre el campo de deformación medido y el campo de deformación
obtenido a través de un modelo de elementos finitos del componente. Dada la complejidad de
la topología del espacio de optimización, algoritmos genéticos son usados para la solución del
problema de optimización.
Para los países de Sudamérica es hoy una tecnología esencial la extensión de la vida útil de
las instalaciones industriales, que se hallan seriamente embarcadas en un proceso de
integración y recuperación económica e industrial. Se da una importancia de las tecnologías
asociadas al aseguramiento de la integridad estructural y de la vida útil en su extensión, esto
evidentemente concentrada por el grado de confiabilidad en que se hallan muchos
componentes de las plantas industriales, centrales de generación eléctrica y estructuras civiles
de la región. En muchos casos, el equipamiento se halla próximo a la finalización de la vida útil,
se mantiene en servicio debido a que se da la acción del personal de mantenimiento. Se ve
válido, por ejemplo, para los sectores de generación de energía eléctrica y de la industria
petroquímica, cuyas vidas de proyecto están entre 20 y 40 años. Situaciones semejantes se
dan en el campo de la ingeniería civil, donde las grandes edificaciones (edificios, represas,
puentes y viaductos) son tan importantes desde el punto de vista social y también desde el
punto de vista del costo de reposición.
Para poder dar algunos datos numéricos puedo citar sin duda lo prescrito por PROMAI
(Proyecto multinacional de Evaluación de integridad de Equipamiento Industrial) “que se
encuentran en acciones de empresas privadas y de los gobiernos de los países; en el sector
de generación de energía de Brasil en 1989, 51% de las unidades hidroeléctricas y 42% de las
termoeléctricas tenían más de 20 años. En el año 2000 estos números crecieron para 83% y
62% respectivamente...”Se debe dar a la par una política de construcción de unidades nuevas
con una política de extensión de vida para que aumente en términos absolutos y relativos su

3. capacidad de generación de energía en el sector en mencionado caso... Se evidencia que mas
allá de los detalles de las concesiones esta claramente mostrada la necesidad de la evaluación
de integridad y monitoreo de los elementos estructurales, para proporcionar seguridad al
usuario lograr extender la vida útil de las estructuras diversas
Una de las principales exigencias actúales de las áreas de producción, mantenimiento y
seguridad es implementar una política económicamente viable aunque pueda evaluar la
integridad de sus equipamientos y estructuras, cuantificando el grado de daño acumulado,
previniendo su vida residual programando acciones para su extensión de vida. A través de las
políticas se procura:
Responder a la sociedad que hoy demuestra una mayor concientización de los conceptos de
seguridad, confiabilidad calidad y cuidado del medio ambiente, extender la vida de los
equipamientos existentes, aumentar la productividad alterando los parámetros de procesos y
operación pero manteniendo los mismos equipamientos y estructuras, evitar catástrofes y
altos costos debidos a grandes pérdidas humanas y materiales, lucro cesantes y utilización
parcial de su mantenimiento.
Los conceptos de seguridad y eficiencia económica han sido en los últimos años los factores
dominantes en el desarrollo de procedimientos de fabricar e inspección de estruccion y
equipamiento industrial en los países desarrollados .Se presenta asociaciones internacionales
que agrupan a los legisladores, empresarios , ingenieros y empresas de seguridad en el mundo
han realizado grandes esfuerzos para la racionalización de los procedimientos de evaluación y
mejora de la seguridad de equipamientos y estructuras. Algunas de las asociaciones
interdisciplinarias que han producidos recomendaciones son: ISTLI (International Society for
Techology Law and Insurance), EPRI (Electric Power Research Intitute, U.S.A.), entre otros.
La decisión de realizar una Evaluación de Integridad Estructural o no realizarla y de su
grado de alcance, depende de varios puntos. Esta es la decisión gerencial que debe contar
con un extenso apoyo técnico y también incluir análisis de costos y riesgos. Se deben de tener
en cuenta puntos determinados en la decisión de cuando y como intervenir en la estructura
para hacer la evaluación.
La estructura alcanza una determinada vida, dada por condiciones impuestas por el
proyecto, por recomendaciones del fabricante o constructor, por norma en la cual el proyecto se
basó, o por (nuevas experiencias), la evaluación de integridad estructural se hace necesaria.

4. Ocurre un accidente en una estructura similar; las similaridades deben incluir todo tipo de
estructura, procedimientos operación y vida de operación de la estructura; ocurren indicios de
que están surgiendo problemas, tales como constatación de fisuras a partir de inspecciones
periódicas, aumento de los costos de mantenimiento, pequeñas accidentes. Son necesarios
cambios en los niveles de solicitaciones, tipos de actividades y rediccionaminto de uso de la
estructura, que no sean cubiertas por el proyecto; que se constate que los riesgos involucrados
con su operación cambiaron tal como la ocurrencia poblacional alrededor de la
estructura/unidad; que se constate la necesidad de cobertura técnica para la adecuación a las
nuevas exigencias de los programas de calidad, leyes de protección al consumidor,
implementación de seguros y nuevos interpretaciones sobre responsabilidades civiles.
El diseño de componentes y estructuras en ingeniería debe prevenir la aparición de
procesos de Corrosión Bajo Tensión (CBT) o Corrosión Fatiga (CF), o bien, asegurar un
comportamiento en servicio bajo condiciones de seguridad idóneas. Este objetivo puede
alcanzarse mediante una adecuada selección de materiales, a través del control del medio
agresivo o minimizando el estado tensional. A pesar del diseño óptimo las fisuras pueden
propagar o hacerlo a velocidad superior a la esperada por varias razones: alteración de las
condiciones de servicio para mejorar el proceso, presencia de áreas con soldadura
inapropiada, variaciones transitorias de la temperatura o las condiciones ambientales, cambios
superficiales del material (ejemplo: depósito de capa oxidante) o envejecimiento; otras veces la
utilización del material idóneo para la aplicación no es económicamente viable o las
predicciones realizadas en función los ensayos de verificación de propiedades no son realistas,
etc. Por todo ello es necesario un procedimiento de actuación, para evaluar el riesgo de
fisuración en servicio o analizar las condiciones de fallo, cuando las fisuras son detectadas
Los alcances y la profundidad de una E.I.E., bajo el aspecto gerencial, deben ser decididos
tomando en cuenta los siguientes puntos según el autor “(PROMAI, J.L. de F. FREIRE, J.
CASTRO, JL. OTEGUI, C. MANFREDI, p. 15). :
Costo de recuperación del equipamiento o estructura.
Riesgo de accidentes
Costo y riesgo de catástrofes.
Costo de mantenimiento extemporáneo o prolongado.
Costo de lucro cesante y su reacción en cadena.

5. Nivel de documentación técnica del equipo o estructura disponible, proyecto (memorias de
cálculo), registro de inspecciones, existencia de programas de inspección y monitoreo.
Existencia de dispositivos de seguridad.
Una evaluación del grado de conocimiento de la estructura comparado con los ítems antes
mencionados.
Costo ecológico derivado de derrames o perdidas, compromiso con la calidad ecológica.
Se trata pues de una investigación multidisciplinar e interdepartamental en donde realizando
trabajos de investigación aplicada, , que contemplan tanto el cálculo mediante elementos
finitos, el desarrollo y la aplicación de modelos de daño dúctiles y frágiles con objeto de
cuantificar la progresión del daño interno generado al cargar mecánicamente elementos
agrietados (probetas, componentes y/o estructuras reales), la caracterización mecánica de los
materiales, incluida la predicción y el análisis del comportamiento a fractura y fatiga y la
optimización micro estructural de los materiales metálicos utilizados en aplicaciones industriales
variadas y el estudio de sus uniones soldadas.
Estudios a fatiga y fractura, análisis de componentes en fase de diseño y la aplicación de las
técnicas de evaluación de la integridad estructural permite definir diseños estructurales y
mecánicas menos susceptibles de sufrir procesos de fractura, fatiga, fluencia o corrosión. La
elección adecuada del material, la técnica de soldadura más apropiada o los radios de acuerdo
en los detalles estructurales son algunos de los ejemplos en los que los servicios de integridad
estructural permiten a fabricantes investigadores, profesionales de ingeniería diseñar
componentes y estructuras más seguras y económicas.
Apoyo en el proceso de fabricación y montaje conjuntamente con las técnicas de integridad
estructural resultan una herramienta muy útil durante la fabricación y el montaje de
componentes industriales, siendo un factor de competitividad clave.
La determinación de defectos máximos tolerables adecuados en los productos terminados o
la determinación de la incidencia en la integridad estructural de daños mecánicos causados
durante la fabricación o el montaje son algunos de los muchos ejemplos en los que un debido
equipo de ingenieros presta su apoyo y asesoramiento a muchas otras empresas o personales
técnicos encargados.

6. Evaluaciones en servicio y la gestión adecuada de las estructuras y componentes
industriales es un factor clave para la competitividad de la industria. Una vez en servicio, las
estructuras y componentes desarrollan defectos (generalmente fisuras) cuya incidencia en su
integridad estructural no es evidente, ya que fisuras pequeñas pueden causar roturas
inesperadas y, por el contrario, fisuras de gran tamaño pueden no tener influencia alguna en la
estructura. Si no se aplican las técnicas de integridad estructural se pueden llegar a producir
roturas catastróficas o realizar reparaciones o sustituciones de equipos innecesarias, de nuevo
permitiendo evitar este tipo de situaciones.
Solo desde el conocimiento de las causas que originan los fallos de estructuras y
componentes industriales es posible evitarlos en el futuro.
Se atesora una amplísima experiencia en el ámbito del análisis de fallos, determinando las
causas de las roturas de los componentes fabricados, o que forman parte de las instalaciones y
equipos de los mismos. De esta manera es posible, por ejemplo, recomendar modificaciones
en la geometría, el uso de otros materiales, nuevas condiciones de trabajo, determinar
responsabilidades, etc.
Es indiscutible que en la actualidad cada día cobra mayor importancia el “análisis de la
Integridad Estructural” y “Evaluación de la Vida Residual” de las instalaciones industriales con
gran número de horas de explotación, teniendo como objetivo fundamental garantizar la
disponibilidad, confiabilidad, seguridad y cuidado del medio ambiente. Para suplir estas
necesidades, en este trabajo se realiza un estudio de los mecanismos de degradación que
afectan a los economizadores de calderas, la evaluación de los resultados de averías e
inspecciones realizados en un eco de una central termoeléctrica y se proponen las medidas
correctivas con un programa de inspección y diagnóstico de estos componentes basado en los
resultados obtenidos. Para hacer análisis de las bases de datos existentes, se utilizan técnicas
de control de la calidad y confiabilidad para detectar los puntos críticos de los problemas
encontrados.
Aunque una estructura sea capaz de soportar de manera segura todas las solicitaciones de
diseño convencionales, es posible que sufra daños localizados provocados por cargas
localizadas excepcionalmente elevadas como las provocadas por las explosiones de gases o
líquidos industriales, el impacto de un vehículo, el impacto de objetos extraños, y los efectos de

7. vientos de velocidades muy elevadas como los que se producen durante un tornado. En
general estas cargas o eventos excepcionales no constituyen consideraciones de diseño. La
integridad global de una estructura de hormigón armado por ejemplo ante estas cargas
excepcionales se puede mejorar considerablemente introduciendo algunos cambios
relativamente menores en los detalles de armado, mejorando la redundancia y la ductilidad de
las estructuras. Esto se logra colocando, como mínimo, alguna armadura continua u otros
métodos para vincular entre sí los elementos de la estructura. Si se producen daños en un
elemento estructural principal, o en situaciones de cargas excepcionales, la armadura para
integridad estructural ayuda a restringir los daños resultantes a un área relativamente pequeña
de la estructura, con lo cual mejora su estabilidad global.
No se pretende que las estructuras se diseñen para resistir un colapso generalizado
provocado por usos indebidos ni para resistir cargas excepcionalmente elevadas que actúan
directamente sobre una gran parte de la estructura. El colapso generalizado de una estructura,
tal como el que podría provocar un evento como un bombardeo o un alud, están fuera del
alcance de todos los métodos de diseño generales.
Según algunos autores por ejemplos mencionan los tipos de evaluaciones a nivel:
Sector nuclear
Evaluaciones de integridad estructural de componentes. Cálculos de fractura y fatiga en
internos del reactor.
Sector eólico
Diseño y evaluación de componentes de aerogeneradores (onshore y offshore).
Transportes
Control de calidad, análisis y diseño. Reducción de costes y aumento de fiabilidad.
Industria química y petroquímica
Análisis de sistemas de tuberías, accesorios y componentes estructurales. Evaluación de
degradación por corrosión.
Generación térmica
Cálculos tensionales y simulación de elementos sometidos a altas temperaturas.
También se puede llegar dentro del Análisis de integridad estructural a:
Análisis de fallos
Simulación numérica
Caracterización mecánica y química de materiales.

8. La descripción de la metodología de la evaluación de la integridad estructural se va a dar a
partir de la definición de la naturaleza de las fisuras La primera etapa consiste en la
caracterización completa de la fisura en términos de tamaño, forma y localización en relación
con concentradores de tensión, áreas de soldadura y otro tipo de singularidades. En caso de
presencia de varias fisuras debe evaluarse su densidad y el espacio entre las mismas con
vistas a posibles interacciones presentes o inducidas durante la etapa de propagación.
Identificación de causas de la fisuración La presencia de grietas debe asociarse a algún
proceso mecánico concreto por ejemplo: corrosión-fatiga, corrosión bajo tensión (CBT), etc.
Ésta tarea no siempre resulta sencilla, a menos que las condiciones de servicio permitan
discriminar alguna de las variables, como puede ser la ausencia de tensiones cíclicas con el
tiempo.
La identificación de mecanismos de CBT como causantes de un proceso de fisuración
puede, en algunos casos, como ocurre la presencia de fisuras con ramificación, realizarse
mediante inspección visual, pero en la mayor parte de los casos la experiencia previa y un
examen exhaustivo son insustituibles. La presencia de tensiones cíclicas potencia la posibilidad
de que el mecanismo de propagación sea corrosión fatiga. En este caso, la forma de la onda de
tensión juega un papel dominante en ambientes agresivos, disminuyendo su efecto a medida
que aumenta la frecuencia, también las condiciones de servicio que deben ser definidas
incluyen estado tensional y ambiental. En el primer caso es necesario asumir o hacer hipótesis
razonables sobre las tensiones de trabajo en la estructura, incluyendo las que aparecen
durante las operaciones normales de funcionamiento (principalmente estáticas o cíclicas e
carácter aleatorio), tensiones transitorias asociadas a de arranque y/o parada en componentes,
las de tipo residual asociadas a la presencia de soldaduras o las inducidas por el proceso de
laminación y la presencia de tensiones multiaxiales. Entre todas, las tensiones de tipo
transitorio resultan ser las más críticas en el proceso de iniciación y propagación de fisuras,
siendo, por otro lado, las que presentan una caracterización más problemática en ensayos de
laboratorio.
La definición de las condiciones ambientales puede ser un objetivo aún más desafiante. Si
bien las condiciones ambientales de servicio resultan normalmente bien conocidas y
caracterizadas, estas pueden variar localmente debido a cambios en la naturaleza,
concentración o temperatura del medio, provocando una fuerza inductora del proceso de
fisuración diferente a la calculada.

9. Factores como el cambio en la concentración de iones, procedentes de procesos de
corrosión locales, que son especialmente activos en procesos de intercambio de calor a altas
temperaturas, representan un elemento crítico en la iniciación de procesos de CBT. Otros
factores a considerar son la variación de temperaturas, la presencia de oxígeno, etc. La
correcta evaluación del medio requiere un análisis histórico de la evolución del mismo.
Con suma importancia de las propiedades de los materiales se verifica en asegurar si el
material actualmente existente coincide con el definido en la etapa de diseño. De igual modo
debe comprobarse la orientación micro estructural del material en relación con las tensiones
principales aplicadas.
Una característica singular de los materiales procedentes de laminación y con estructura de
grano alargada es la asimetría de comportamiento frente a procesos de CBT en direcciones
longitudinal y transversal, acabado superficial y trabajo en frío. En los ensayos en laboratorio
las piezas presentan, normalmente, un buen acabado superficial. En servicio, los materiales no
presentan la misma calidad superficial al ser suministrados tal como finalizan el proceso de
laminación en frío. Debido a este factor aparecen tensiones superficiales, capas deformadas,
zonas endurecidas locales, e incluso áreas con cambios de fase. Por estas razones, la
figuración por procesos de CBT en servicio no siempre puede reproducirse correctamente por
medio de ensayos en laboratorio, a menos que seamos especialmente cuidadosos con los
detalles.
Otro aspecto más importante a tener en cuenta en relación con la presencia de soldaduras
es la aparición de zonas con tensiones residuales junto con cambios en la microestructura y en
las propiedades mecánicas, especialmente la dureza, que conllevan comportamientos
singulares a escala local frente a CBT. La problemática de las soldaduras en relación con
cambios micro estructurales y de comportamiento mecánico puede tener su origen en la propia
cualificación de los procesos de soldadura, un aporte térmico demasiado elevado, una
selección de materiales de aportación que produzca efectos de fragilización en borde de grano
o precipitación de fases pueden ser aspectos críticos en el comportamiento posterior en
servicio. Todos estos factores no son siempre posibles de evaluar in-situ pero deben tenerse en
cuenta a la hora de realizar ensayos de caracterización y aplicar las técnicas de integridad
estructural.

10. Los materiales sometidos a efectos de altas temperaturas durante periodos de tiempo largos
pueden presentar fenómenos de envejecimiento; los cambios micro estructurales y
micromecánicos asociados pueden, a menudo, modificar el comportamiento frente a procesos
de CBT. El daño por radiación asociado a aplicaciones de la industria nuclear conlleva un
endurecimiento de los aceros y en algunos casos, en aceros austeníticos, una forma de
fragilización asociada a la pérdida de cromo en borde de grano, que no implica la formación de
carburos. Además del efecto fragilizador descrito, la radiación y el envejecimiento térmico
provocan la reducción de la tenacidad y, por tanto, del tamaño de fisura crítico que ocasiona la
rotura instable. También la recopilación de datos para evaluación de integridad frente a CBT,
una vez identificada la misma como mecanismo causante de la presencia de fisuras, es
necesario obtener toda la información disponible sobre el comportamiento en CBT del material
estudiado, especialmente el factor de intensidad de tensiones umbral y la velocidad de
propagación.
El análisis de componentes y estructuras que contienen fisuras crecientes requiere cierto
grado de especialización y experiencia a causa de la complejidad inherente del mecanismo de
avance de fisura. El análisis incluye el uso de una caracterización de la fractura e integración
numérica de una ley de crecimiento de fisura.
Referencias bibliográficas:
http://www.aaende.org.ar/sitio/biblioteca/material/TrabajoCORENDEEDEN.pdf
http://oa.upm.es/204/1/04200512.pdf
http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/integridad-estructural
http://www.upc.edu/cmem/investigacion/comportamiento-mecanico-de-metales-y-ceramicas
http://www.materiales-sam.org.ar
http://www.gef.es/Congresos/23/pdf/4-15.pdf
http://redalyc.uaemex.mx/pdf/496/49611945003.pdf
http://www.slideshare.net/guest7801ac/paper-congreso-integridad-iapg-rbi-planta-de-
tratamiento