I sistemi meccanici sono parte essenziale delle nostre vite quotidiane e sono presenti in una vasta gamma di applicazioni come il trasporto, la produzione di energia, la manifattura e molte altre. Il funzionamento affidabile di questi sistemi è cruciale per mantenere la funzionalità e la sicurezza e, conseguentemente, evitare gravi danni sia alle persone che all’ambiente. Tuttavia, i componenti meccanici sono inevitabilmente soggetti a usura, fatica e corrosione, che possono portare al loro eventuale cedimento.
Gli effetti del cedimento dei componenti meccanici possono variare da piccoli inconvenienti, a conseguenze gravi, comprese perdite di vita, danni ambientali e perdite economiche.
Ad esempio, un cedimento di un componente critico di un aereo può causare un incidente, mentre un cedimento di un componente di una centrale nucleare può causare danni ancora maggiori.
Il cedimento di un componente di una fabbrica può causare un arresto della produzione, con conseguenti e significative perdite finanziarie.
Oggigiorno, tuttavia, l’emergenza ambientale e l’esigenza di ridurre il consumo di materie prime e di energia, durante la produzione, sta portando ad allungare la vita in esercizio di componenti, anche attraverso operazioni manutentive e di “remanufacturing and upgrading”.
A tal fine è necessario sapere se, una volta arrivati alla fine vita prevista in sede di progetto, sia possibile continuare a utilizzare componenti esercìti e, in caso affermativo, per quanto tempo.
In questa fase entrano in gioco le Tecniche di Estensione della Vita (Life Extension Techniques).
Le Tecniche di Estensione della Vita sono metodi utilizzati per estendere la durata in esercizio dei componenti meccanici e possono essere suddivisi in diverse categorie:
1. Revisione e manutenzione
La revisione e la manutenzione comportano la rimozione, riparazione e reinstallazione dei componenti, che possono includere la sostituzione di parti usurate o danneggiate. Questa tecnica può aumentare significativamente la durata dei componenti meccanici e garantirne il funzionamento affidabile.
2. Prove non distruttive
Le prove non distruttive comportano l’utilizzo di varie metodologie per ispezionare i componenti senza causare danni. Questi metodi possono rilevare e valutare l’entità del danno e della degradazione nei componenti meccanici, consentendo una manutenzione proattiva e l’estensione della durata.
3. Ristrutturazione e aggiornamento
La ristrutturazione e l’aggiornamento comportano la sostituzione di componenti obsoleti o usurati con componenti nuovi e più affidabili. Questa tecnica può estendere significativamente la durata di un sistema meccanico e migliorarne le prestazioni.
4. Scienza dei materiali e ingegneria della superficie
L’utilizzo di materiali avanzati e tecniche di ingegneria della superficie può estendere significativamente la durata dei componenti meccanici.
Ad esempio, l’utilizzo di materiali ad alta resistenza e trattamenti o rivestimenti superficiali può aumentare la resistenza all’usura e alla corrosione, conducendo a una durata più lunga del componente.
L’utilizzo delle tecniche di estensione della vita ha diversi vantaggi, tra cui:
• Maggiore affidabilità e sicurezza dei sistemi meccanici;
• Ridotta probabilità di guasti e delle relative conseguenze;
• Miglioramento delle prestazioni e dell’efficienza dei sistemi meccanici;
• Allungamento della durata dei sistemi meccanici, riducendo la necessità di sostituzioni e riducendo l’impatto ambientale della produzione e dello smaltimento di nuovi componenti.
Tuttavia, ci sono anche alcuni svantaggi da considerare, tra cui:
• Maggior costo: attuare tecniche di estensione della vita può essere costoso, soprattutto se richiede la sostituzione di componenti o l’installazione di nuovi sistemi.
• Tempo e risorse: l’attuazione delle tecniche di estensione della vita può anche richiedere significativo tempo e risorse, tra cui tecnici specializzati e attrezzature specialistiche.
Integrazione nel design dei sistemi meccanici
L’integrazione di tecniche di estensione della vita durante la fase di progettazione prevede di considerare i seguenti fattori:
1. Selezione dei materiali
La scelta dei materiali ha un ruolo cruciale nella determinazione della durata dell’equipaggiamento. Scegliendo materiali più resistenti all’usura e all’abrasione, l’equipaggiamento può essere progettato per durare di più.
2. Analisi delle sollecitazioni
Le sollecitazioni a cui l’equipaggiamento sarà soggetto devono essere analizzate durante la fase di progettazione per garantirne un’adeguata resistenza del componente. Questa analisi aiuterà a identificare le aree dell’equipaggiamento che potrebbero essere più suscettibili all’usura o a effetti di fatica, e permetterà di modificare conseguentemente la forma del componente, così da migliorare la sua affidabilità.
3. Requisiti di manutenzione
Il progetto dell’equipaggiamento dovrebbe prendere in considerazione la facilità di manutenzione, nonché la frequenza e il tipo di manutenzione che saranno necessari. Ciò aiuterà a garantire che l’equipaggiamento possa essere facilmente mantenuto, che è essenziale per estendere la sua durata.
4. Condizioni operative
Le condizioni operative sotto le quali l’equipaggiamento verrà utilizzato devono essere considerate durante la fase di progettazione. Ciò aiuterà a garantire che l’equipaggiamento sia progettato per funzionare efficientemente in queste condizioni e ridurrà anche il rischio di guasto.
Considerando questi fattori nella fase di progettazione, l’equipaggiamento può essere progettato con il concetto di estensione della vita, che aumenterà alla fine la sua durata e ridurrà il rischio di guasto.
Questo è particolarmente importante per i sistemi critici, in cui i guasti possono causare danni significativi sia alle persone che all’ambiente.
Un esempio pratico di integrazione di tecniche di estensione della vita nella fase di progettazione di un sistema meccanico può essere visto nella revisione di una centrale elettrica.
In questo studio di caso, una centrale elettrica con una infrastruttura invecchiata stava affrontando molteplici problemi come un aumento del tempo di inattività, una riduzione dell’efficienza e un aumento dei costi di manutenzione.
Il team di gestione della centrale ha deciso di eseguire una revisione con l’obiettivo di estendere la vita per affrontare questi problemi e allungare la vita operativa della centrale elettrica.
Il primo passo nel processo di revisione è stato quello di condurre una valutazione approfondita dei componenti meccanici della centrale, compresi pompe, turbine, generatori e altre attrezzature.
Questa valutazione è stata effettuata con l’aiuto di software e tecniche specializzate, come l’analisi degli elementi finiti e l’analisi delle vibrazioni, per determinare la vita residua di ogni componente.
In base ai risultati di questa valutazione, la squadra è stata in grado di identificare componenti che richiedevano sostituzione o ristrutturazione per estendere la loro vita operativa.
Il passo successivo è stato quello di integrare le tecniche di estensione della vita nella fase di progettazione delle revisioni di impianto.
Ad esempio, la squadra ha sostituito i componenti logori con altri nuovi, progettati con funzioni e materiali migliorati.
Successivamente ha installato nuovi sistemi di monitoraggio e controllo per migliorare l’efficienza e l’affidabilità della centrale.
La squadra ha poi eseguito manutenzioni e ispezioni regolari per prevenire futuri guasti e allungare la vita dei componenti.
I risultati di questo studio di caso sono stati impressionanti. La centrale elettrica ha registrato una significativa riduzione del tempo di inattività e un aumento dell’efficienza, riduzione dei costi di manutenzione e aumento delle entrate.
La squadra è stata, quindi, in grado di allungare la vita della centrale di diversi anni, evitando di costruirne una nuova.
Conclusione
Le tecniche di Life Extension sono cruciali per estendere la durata di vita dei sistemi meccanici, ridurre il rischio di malfunzionamenti e migliorare la loro affidabilità e disponibilità.
Integrando queste tecniche nella fase iniziale di progettazione, è possibile ottimizzare il design per la affidabilità, ridurre i costi di manutenzione e garantire il funzionamento sicuro ed efficiente del sistema per periodi più lunghi.
In conclusione, l’uso di tecniche di Life Extension è un investimento nell’affidabilità e longevità dei sistemi meccanici, che si tradurrà in un ritorno a lungo termine attraverso una riduzione del tempo di inattività, un aumento dell’efficienza e una maggiore sicurezza.
di Stefano Monti
