UNIVERSITATEA MARITIMA CONSTANTA 2016FACULTATEA DE ELECROMECANICA NAVALATEHNICI AVANSATE DE INGINERIE ELECTROMECANICAMASTERAT/ZIANUL II/SEMESTRUL I

FIABILITATEA SI MANAGEMENTUL

RISCULUI AVARIILOR INSTALATIILOR

ELECTROMECANICE

MASTERAND: Marius Radu Nicusor

1.       NOTIUNI       GENERALE

              Navele in general sunt dotate cu instalatii frigorifice, destinate asigurarii unor regimuri de temperaturi scazute, cu urmatoarele utilizari:

-  instalatii frigorifice de cambuza, pentru pastrarea alimentelor, cu regimuri diferite de temperatura  = se intilnesc la majoritatea navelor maritime;

-  instalatii frigorifice pentru congelarea, depozitarea si pastrarea pestelui sau produselor de peste = se intilnesc la navele de pescuit oceanic;

-  instalatii frigorifice cu capacitati mari, montate pe nave frigorifice destinate pastrarii si transportului de produse alimentare cum ar fi: peste, carne, unt, etc.;

-  instalatii frigorifice montate pe navele transportoare de gaze lichefiate;

-  instalatii frigorifice pentru climatizare, in vederea asigurarii unui regim optim de temperatura si umiditate a aerului, necesar confortului echipajului sau pasagerilor, precum si unor procese tehnologice in unele cazuri;

-  frigidere de tip casnic, necesare pastrarii unor cantitati mici de alimente si pe timp scurt.

              Instalatiile frigorifice se clasifica dupa mai multe criterii:

-  dupa modul de producere a frigului, in:

a)   instalatii frigorifice cu comprimare de vapori cu racire directa;

b)   instalatii frigorifice cu comprimare de vapori cu racire indirecta prin agent intermediar (saramura);

c)   instalatii frigorifice prin absorbtie de tip frigider;

d)   etc.

-  dupa modul de realizare al comprimarii, in:

a)   instalatii mecanice cu compresor intr-o treapta de comprimare;

b)   instalatii mecanice cu compresor in doua trepte de comprimare;

c)   instalatii mecanice cu compresor in trei trepte de comprimare.

2.       PRODUCEREA       FRIGULUI       ARTIFICIAL       IN       INSTALATIILE       FRIGORIFIC E       CU     COMPRESOR       SI       RACIRE       DIRECTA

            In practica navala cele mai folosite sisteme frigorifice sunt cele cu comprimare de vapori (cu ajutorul compresoarelor).

            Producerea frigului artificial are la baza absorbtia decaldura de la corpurile (spatiile) ce trebuiesc racite, cu ajutorul unor fluide, denumite agenti frigorifici si transmiterea acestei calduri mediului inconjurator.

In principiu, vaporii de agent frigorific sunt comprimati cu ajutorul compresoarelor, apoi lichefiati prin racire in condensatoare, dupa care se vaporizeaza in interiorul unor serpentine (vaporizatoare) instalate in spatiile de racire. Vaporizarea facindu-se prin absorbtie de caldura, va avea ca efect scaderea temperaturii in aceste spatii.

Cei mai utilizati agenti frigorifici in instalatiile navale sunt: amoniacul si freonii.

In figura de mai jos sunt reprezentate partile componente si circuitul celei mai simple instalatii frigorifice:

Compresorul C, absoarbe vaporii reci formati in vaporizatorul V, a caror stare este caracterizata de punctul a. Vaporii sunt comprimati adiabatic (fara schimb de caldura) in compresor, marindu-le presiunea si implicit temperatura pina la starea din punctul b, de vapori saturati uscati.

            In condensorul K vaporii de agent frigorific refulati de compresor se lichefiaza (condenseaza) la temperatura si presiune constanta (t si p = ct.).

            In ventilul de laminare VL, se produce laminarea agentului frigorific lichefiat, unde, ca efect al destinderii adiabatice, agentul este partial vaporizat, a 12112l117m flindu-se intr-o stare de fierbere.  In vaporizatorul V, agentul frigorific iesit din ventilul de laminare continua fierberea partii de lichid, transformindu-se in vapori la presiuni si temperaturi scazute si constante (to si po = ct.), absorbind caldura latenta de vaporizare necesara qo (kcal/kg) de la mediul pe care-l raceste sau il mentine la temperaturi scazute.

            Cu acest proces termodinamic, vaporizarea d - a, ciclul se inchide, prin repetarea sa, efectul frigorific de racire este continuu.

3.       INSTALATII       FRIGORIFICE

3.1. INSTALATII FRIGORIFICE CU O TREAPTA DE COMPRIMARE.

Exista instalatii intr-o singura treapta de comprimare de puteri frigorifice mai mari (peste 5 000 - 10 000 kcal daN/h).

              Aceste instalatii contin si alte parti componente ca de exemplu:

-  separator de lichid care separa agentul lichid ramas nevaporizat in serpentina vaporizatorului;

-  subracitor (supraracitor) care sa raceasca si mai mult agentul lichid racit in condensator;

-  rezervor de lichid plasat sub condensator in scopul acumularii lichidului, lasind astfel permanent descoperita suprafata tevilor condensatorului pentru efectuarea schimbului de caldura intre apa de racire si agentul frigorific.

3.2. INSTALATII FRIGORIFICE CU DOUA TREPTE DE COMPRIMARE.

              In cazul temperaturilor ridicate a apei de racire de la condensator sau temperaturi de vaporizare prea coborite care duc la incalziri neadmisibile a vaporilor la sfirsitul comprimarii, se intrebuinteaza instalatiile in 2 sau 3 trepte.

              Redam mai jos schema unei instalatii frigorifice cu doua trepte de comprimare (in schema s-a figurat un singur vaporizator):

 Vaporii formati in vaporizatoarele 7, dupa ce trec printr-un separator de lichid 6 sunt aspirati de compresorul 1 (de joasa presiune cu 2 cilindri). 

              Compresorul de joasa presiune refuleaza vaporii intr-un recipient 2, numit butelie de presiune intermediara, care primeste agent lichid de la rezervorul 4 printr-un ventil de reglare, astfel incit o treime de butelie sa fie plina cu agent lichid.

              Vaporii trimisi de compresorul de joasa presiune sunt obligati sa treaca prin stratul de lichid, deoarece conducta prin care vaporii intra in butelie are capatul sub nivelul lichidului; astfel vaporii racindu-se, vaporizeaza o parte din lichidul din butelie.

              Din butelia de racire intermediara, vaporii sunt aspirati de un al doilea compresor 3 numit compresor de inalta presiune, care dupa comprimarea lor îi trimite la condensatorul 5.

              Lichidul format in condensator se scurge in rezervorul 4 si de aici in butelia de presiune intermediara, care indeplineste si rolul de preracitor (supraracitor) de lichid.

Calitatea produselor şi serviciilor este indicatorul de bază al unei industrii sau economii. Fiabilitateafiind alături de alţi de indicatori o componentă a calităţii, trebuie să fie în atenţia tuturor factorilor caredetermină bunul mers al societăţii.Fiabilitatea este o disciplină din domeniul ingineriei care utilizând cunoştinţe ştiinţifice, asigură performanţe ridicate unui echipament, într-un interval de timp şi condiţii de exploatare date, sau prognozate.

Ca noţiune este foarte veche - apărând odată cu notiune de tehnica.Ca teorie fiabilitatea s-a constituit în ultimele decenii şi este într-o continuă dezvoltare. Disciplină nouă, teoria fiabilităţii este o ştiinţă interdisciplinară care cuprinde un cerc larg de probleme specifice în diversele etape ale existenţei produselor (etapele pot fi de proiectare, fabricare, transport, montare, exploatare, dezafectare, etc.).

Termenul de "fiabilitate" vine din franceză, "fiabilité" unde caracterizează securitatea funcţionării, măsura probabilităţii de funcţionare în condiţii date. Are corespondent în limba engleză "reliability" (reliable = demn de încredere = sigur = pe care te poţi bizui = trainic = solid) şi în limba rusă "nadiojnosti" (soliditate, siguranţă, securitate).Pe scurt, fiabilitatea unui echipament sau produs este termenul care defineşte durta demenţinere nealterată a performanţelor acestuia, în condiţii de utilizare şi exploatare date sauprognozate pe un anumit interval de timp sau pe toată durata ciclului de viaţă. Pentru atingerea performanţele de fiabilitate ale unui echipament sau produs, se porneşte din faza de proiectare prin alegerea optimă soluţiei tehnice, materialelor, echipamentului şi proceselor tenologice de fabricaţie utilizate (disponibile a fi utilizate). De mare importanţă, este verificare calitativă şi testarea produselor, interfazic şi final, completată, pe cât posibil, cu urmărirea comportării în exploatare în condiţii de testare dar şi în condiţii reale de exploatare. Utilizarea, când este posibil, a datelor obţinute pentru retuşarea şi corectărea deficienţelor constatate la realizarea următoarele produse. Pentru multe produse se poate apela la simulări şi/sau testări de laborator.

Fiabilitatea se atinge, sau se mareşte prin utilizarea unor metode adecvate de conservare, transport, punere în funcţiune şi exploatare, prin evitarea unor condiţii extreme de utilizare şi respectare cu rigurozitate a parametrilor prescrişi de proiectant şi producător, specificaţi în documentaţia aferentă.Fiabilitatea ca ştiinţă, a fost impusă tot mai mult de aspectele de optimizarea de natură economică a produselor realizate. Salturile realizate în ultima perioadă, ca urmare a aplicării pe scară tot mai largă a rezultatelor cercetării ştiintifice în toate domeniile, completate cu o flexibilitate deosebită a sistemelor de producţie prin automatizarea şi robotizarea proceselor tehnologice, au avut ca efect diminuarea semnificativă a duratei de viaţă a produselor industriale, în locuirea lor fiind făcută datorită uzurii lor morale. În ultimul timp, de multe uzura morală intervine inaintea epuizării duratei de viaţă proiectată a unui produs. Acest lucru a produs modificări semnificative în modul de abordare a conceptului de proiectare. Astfel se prognozează mai întâi durata de utilizare a produsului, urmând ca apoi fiabilitatea proiectată să se încadreze în acest interval de timp. Din ce în ce mai multe produse industriale, nu mai autimp de funcţionare pentru a fi justificată retuşarea şi corectărea deficienţelor constatate la un produs, cel mai adesea trecând la reproiectarea produsului în sine. Un alt efect al dezvoltării ştiinţifice îl constituie creşterea complexităţii produselor.

Astfel, organele de maşini, subansamblele şi ansablele ce intră ca unităţi elementare (având adesea, funcţionare autonomă) în agregate sau instalaţii complexe, numite sisteme tehnice, datorită echipamentelor de automatizare computerizate, au devenit tot mai complexe şi sofisticate. Posibilităţile de control al parametrilor de legătură dintre aceste unităţi

elementare, ce intercondiţionază funcţionare acestor sisteme complexe, prin intermediul acestor sisteme computerizate, dau o dinamică şi flexibilitate tot mai mare acestor produse.

Aceste evoluţii fără precedent a produselor fac ca produsele să aibă din fabricaţie un exces de disponibilităţi de fiabilitate, funcţii şi funcţionalitate mult peste cele necesare momentului apariţiei produsului. Concludent în acest sens, este cazul echipamentelor electronice care conţin în componenţa lor subsnsamble şi periferice care nu vor fi utilizate niciodată de foarte mulţi utilzatori ai produsului respectiv, sau care relizează funcţii necesare pentru utilizarea în cazul unor produse ce urmază a fi proiectate şi utilizate. De asemeni nu pote fi neglijată capacitatea de interscimbabilitate a acestor unităţi elementarea datorită standardizării tipo-dimensionale, precum şi a standardizării parametrilor de interconectare a lor.

Substratul economic al preocupărilor de cunoaştere în domeniul fiabilităţii produselor are ca fundament faptul că totdeauna consumatorul (utilizatorul de produse) va fi interesat de produse cu fiabilitate cât mai mare, iar producătorul invers, in sensul de a mării consumul.Cum însa acestă fiabilitate are costul său tendinţa actuală este de a realiza un nivel optim de fiabilitate atât pentru producător, cât şi pentru utilizator.

Literatura de specialitate a ultimilor ani a acreditat ideea că noţiunile de fiabilitate şi de inginerie a fiabilităţii au un înţeles foarte larg. Fiabilitatea se poate defini în mai multe moduri:Fiabilitatea estimatărezultată din exploatarea experimentală controlată şi din încercările delaborator:- de anduranţă (cu stres nominal);- accelerate (cu stres crescut);- la distrugere.

Fiabilitatea operaţionalăeste rezultatul obţinut din exploatarea experimentală controlată (statistici de exploatare).Fiabilitatea preliminată, pentru sisteme, rezultată din calcule pe baza fiabilităţii elementelor şi a structurii sistemului. Mai poate fi numită fiabilitatea structurală a sistemelor.Fiabilitatea extrapolată,rezultată din calcule de extrapolare din încercări de laborator accelerate (cu stress sporit). Necesită rezultatele încercării accelerate şi legea de dependenţă dintre fiabilitate şi stress.

Fiabilitatea nominală, este cea garantată de producător.Măsura fiabilităţii se realizează prin indicatori specifici.

Fiabilitatea este componenta calităţii ce exprimă comportarea produsului în timpul de bună funcţionare în condiţii date.

Datorită multitudinii de factori ce influenţează buna funcţionare în timp a unuiprodus (entităţi tehnice sau de altă natură) este unanim acceptat că produse identice, având acelaşi proiect şi proiectant, aceiaşi dată de fabricaţie, acelaşi producător şi sucursală de producere şi distribuitor, în condiţii similare de exploatare pote avea durate de funcţionare diferite.

De aceea, o modalitate foarte eficientă de stabilire a fiabilităţii, este prin evaluarea statistică, reprezentând probabilitatea ca diferitele entităţi (părţile şi componentele, produselor, ansamblele şi subansamblele, sau sistemele) să-şi îndeplinească funcţiile pentru care au fost proiectate fără a se defecta, în condiţii specificate, pentru o anumită perioadă de timp şi cu un nivel de încredere dat.

Ingineria fiabilităţii oferă metodele teoretice şi tehnicile practice conform cărora probabilitatea şi capacitatea părţilor, componentelor, echipamentelor, produselor şi sistemelor de a-şi îndeplini funcţiilepentru care au fost proiectate şi realizate, pe durate prestabilite de timp, în condiţii precizate şi cu nivele cunoscute de încredere pot fi specificate, anticipate, proiectate, testate, demonstrate

inclusiv în condiţiile în care au fost depozitate, ambalate, transportate apoi instalate, puse în funcţiune, monitorizate iar informaţiile transmise către toţi cei implicaţi şi interesaţi.

Fiabilitatea este, ca urmare, o funcţie de probabilitate având ca variabile timpul şicomportarea sistemului.Pentru a obţine echipamente fiabile sunt necesare cunoştinţe şi deprinderi din următoarele domenii:_ analiză statistică_ modelarea fiabilităţii echipamentelor_ studii de marketing_ metode de predicţie a fiabilităţii_ proiectare prin metoda cazului cel mai defavorabil_ analiza fizică a defecţiunilor_ analiza modurilor de defectare şi a defectelor_ planificarea şi realizarea încercărilor de fiabilitate / încercări accelerate_ definirea conceptului de mentenanţă_ analiza mentenabilităţii_ planificarea şi realizarea mentenanţei_ analiza siguranţei echipamentelor_ fiabilitate / mentenabilitate / siguranţa echipamentului / calitate / suport logistic / factorii umani / software performant pentru monitorizare.

Fiabilitatea este un atribut al echipamentelor care nu trebuie ignorat, iar caracteristicile de fiabilitate reprezintă ”ingredientele” critice pentru orice activitate de proiectare a echipamentelor industriale. Este de preferat să se ţină cont de aspectele legate de fiabilitate încă din faza de proiectare decât să nu se facă acest lucru în speranţa că lucrurile vor merge bine.

Apariţia unei teorii a fiabilităţii a fost determinată de creşterea caracterul de masă al producţiei moderne, a ofertei ca număr şi tipuri de produse, a extinderii schimburilor comerciale pe zone tot mai largi, cu posibilitatea de interfenţă pe aceiaşi piată a mai multor producători de produse similare, sau dn aceiaşi gamă, precum şi a complexităţii produselor şi în consecinţă a preţurilor produselor de calitate.

Domeniul care a impulsionat dezvoltarea acestei discipline a fost, ca şi în alte cazuri, cel militar întrucât întimpul celui de-al doilea război mondial s-a constatat că echipamentele electronice complexe (echipamente de radiocomunicaţii, sonare etc.) se aflau în stare de defectare un timp sensibil mai mare decât timpul de funcţionare normală. Pe baza soluţiilor oferite de către această nouă disciplină – fiabilitatea – au fost posibile progrese mari şi în alte domenii de activitate, precum centralele nucleare, transporturile (navale, terestre, aeriene şi în ultimul timp spaţiale), prelucrarea şi transmisia datelor, producţia bunurilor de larg consum etc.

După trecerea de la producţia manufacturieră la producţia de masă s-a constatat o mărire a dispersiei parametrilor echipamentelor datorată atât creşterii complexităţii cât şi micşorării posibilităţilor de control interfazic pe liniile de producţie. În cazul producţiei de masă, datorită modificărilor rapide ale cerinţelor tehnice, se constată că nu este necesar întotdeauna să se obţină un nivel maxim posibil de fiabilitate, ci este esenţial să se cunoască cu precizie care este nivelul real de fiabilitate, luânduse măsuri pentru deplasarea acestuia către o valoare optimă. În decursul timpului s-a constat că, în cazul sistemelor şi echipamentelor complexe, oricât s-ar investi pentru a obţine o fiabilitate ideală, nu se poateobţine un echipament care să nu se degradeze în timp. Din această cauză este util să se cunoască nivelul real al fiabilităţii, astfel încât, în funcţie de acesta, să se stabilească durata misiunii, intervalele de revizie, structura echipamentului etc.