Herramientas de confiabilidad aplicada a equipo pesado móvil

Herramientas de confiabilidadaplicada a equipo pesado móvil

Tema 6

Introducción

• El Mantenimiento Centrado en Confiabilidad fue desarrollado en unprincipio por la industria de la aviación comercial de los Estados Unidos, encooperación con entidades gubernamentales como la NASA y privadascomo la Boeing (constructor de aviones). Desde 1974, el Departamento deDefensa de los Estados Unidos, ha usado el MCC, como filosofía demantenimiento de sus sistemas militares aéreos.

• El éxito del MCC en el sector de la aviación, ha hecho que otros sectorestales como la generación de energía (plantas nucleares y centralestermoeléctricas), petroleras, químicas, gas, refinación e industria demanufactura, se interesen en implantar esta filosofía de gestión demantenimiento, adecuándola a sus necesidades de operación.

Introducción

• Un aspecto favorable de la filosofía del MCC, es que la misma promueve eluso de las nuevas tecnologías desarrolladas para el campo delmantenimiento.

• La aplicación adecuada de las nuevas técnicas de mantenimiento bajo elenfoque del MCC, nos permiten de forma eficiente, optimizar los procesosde producción y disminuir al máximo los posibles riegos sobre la seguridadpersonal y el ambiente, que traen consigo los fallos de los activos en uncontexto operacional específico.

• El MCC es también un nuevo método para el planeamiento delmantenimiento que hace uso de las diversas técnicas de mantenimientoexistentes, mas exige que las prácticas comunes de mantenimientopreventivo sean modificadas.

Introducción

• La metodología del MCC se basa en conceptos de la confiabilidad:• Preservación de las funciones operacionales del sistema.• Análisis sistemático de los modos de falla que pueden llevar al sistema a dejar

cumplir con las funciones operativas.• Aplicación de la técnica de Análisis de los Modos de Falla y Efectos-AMFE y del

Árbol lógico de decisiones.• Análisis de las consecuencias de las fallas.• Definición de los tipos de intervenciones de mantenimiento más eficaces.• Selección de acciones para la eliminación o disminución de las fallas y sus

consecuencias.

Mantenimiento Predictivo

• Es la aplicación de la tecnología en el proceso de detección tempranapara verificar y detectar cambios de condiciones, lo que permitiráintervenciones mas oportunas y precisas.

Objetivos

• Detectar condiciones del equipo en operación, sin perdida de tiemporeduciendo los paros del mantenimiento.

• Monitorear y hacer seguimiento al comportamiento y tendencia delequipo detectado con problemas, para que este siga trabajando sinriesgo para la operación, el equipo, el personal y el medio ambientepara llevarlo a una reparación planeada.

• Reducir los costos debido al aprovechamiento del uso máximo de loscomponentes, que son diseñados para el desgaste y no a un cambioen una fecha determinada.

• Mejorar la confiabilidad y disponibilidad del equipo

Ciclo del mantenimiento predictivo

Estrategia

• Primera etapa• Revisar si las estrategias que se tienen implementadas actualmente,

garantizan la confiabilidad y disponibilidad del equipo tales como programasde mantenimiento y métodos de trabajo.

• Analizar y determinar cuales son las causas raíz por la cuales se ha estadopresentando las fallas en los equipos.

• Segunda etapa• Determinar de que forma puede fallar el equipo.• Determinar que causa que falle el equipo• Determinar que se debe hacer para que la causa de falla no se presente.

Metodología

Metodología

• Difusión del programa de trabajo• Difundir, explicar, aclarar y mostrar a las gerencias, los departamentos de

mantenimiento y planeación, los objetivos de este trabajo así como elprocedimiento a utilizar.

• Recopilar la información• Programa maestro de mantenimiento preventivo• Programa maestro de mantenimiento predictivo• Programa anual de paros programados de mantenimiento.

Metodología

• Selección de los equipos y formación de grupos de trabajo• Ejemplos de selección:• Equipos críticos para la operación de planta• Equipos con mayor frecuencia de falla y demora acumulada.• Equipos con intervalos cortos de mantenimiento (paros programados mas

frecuentes)

• Equipos de trabajo• Formar los equipos de trabajo para revisar y actualizar las frecuencias de

mantenimiento, el grupo deberá estar formado necesariamente por elpersonal de operación y mantenimiento.

Metodología

• Recopilar información de los equipos seleccionados• Demoras

• Tomar como base el reporte de evaluación del mantenimiento ycomplementarlo o compararlo con datos reales del área, anexarle a lasdemoras las frecuencias de falla y agrupar por causas de falla de equipo.

• Historial de equipo• Verificar historial existente, complementarlo si se tienen con los datos

existentes en el área.

Metodología

• Protocolos de prueba• Registros de parámetros que nos indiquen en que condiciones se encuentran

los equipos y cual es su comportamiento y sus tendencias.

• Métodos de trabajo• Verificar métodos de trabajo existentes y complementarlos (si aplica) con los

existentes en el área.

• Modificaciones• Verificar que las modificaciones realizadas a los equipos estén documentadas.

Metodología

• En industrias como la generación de energía y petroquímica, el análisis devibración ha sido históricamente la técnica seleccionada para monitorear lacondición de los grandes componentes críticos de equipo rotatorio.

• Las compañías de transporte y maquinaria pesada, han confiado en elanálisis de aceite para tomar efectivas decisiones de mantenimientopredictivo.

• En otras industrias como las de metales primarios, papeleras, manufactura,etc., podríamos encontrar la aplicación o combinación de diferentestécnicas predictivas incluyendo la termografía, análisis de corriente enmotores, el ultrasonido y eventualmente pruebas no destructivas.

Metodología

• Las tareas pueden agruparse según su naturaleza técnica siendo lossiguientes:

• Inspecciones sensoriales. Este tipo de inspecciones son importantísimas encualquier instalación industrial, y suponen la observación de los equipos y lacomparación con un patrón de funcionamiento que se considera normal.

• Tomas de datos con instrumentos locales, como manómetros, termómetros,etc., instalados localmente.

• Lecturas de contadores, que en realidad son un tipo concreto de la toma dedatos detallada en el punto anterior. Estos contadores pueden ser contadoresde energía, de caudal de determinados fluidos, horómetros, etc.

Metodología

• Tomas de datos con instrumentos portátiles. A veces no existe un instrumentode medida fijo, sino que el operador debe llevar este instrumento consigo y deberealizar las medidas siguiendo un procedimiento.

• Tomas de datos del sistema de control. Muchas medidas de presiones,temperaturas, caudales, niveles, concentraciones, etc. se transmiten hasta elsistema de control y es posible visualizarlos desde allí.

• Lubricación. Este tipo de tarea de mantenimiento se delegan, por lo general en elpersonal de operación. Tiene todo el sentido que este tipo de tareas lo realicenlos operadores, por la cantidad de personal con la que cuenta y por la baja cargade trabajo que se da en algunos momentos (noches, momentos de bajaradiación, etc.) que hace que el trabajo se pueda distribuir mejor entre operacióny mantenimiento.

• Rotación de equipos. Las plantas cuentan en general con equipos redundantespara evitar paradas o funcionamientos incorrectos de un subsistema, un sistema,un área o una planta completa si falla un equipo, generalmente de coste bajo.

Metodología• Verificación de equipos normalmente parados. En las plantas existen una serie de equipos que

solo funcionan en determinadas circunstancias. Por ejemplo, solo funcionan en situaciones deemergencia o en el caso de que se produzca una parada en otro equipo. Para tener una seguridadrelativa de que cuando se necesiten efectivamente se encontrarán en buen estado es necesarioprobarlos con cierta frecuencia.

• Reposición de consumibles. Algunos equipos, subsistemas, sistemas o áreas requieren delconsumo de determinados materiales, que el operador debe reponer. Estos consumibles puedenser productos químicos, aceites, fluidos de refrigeración o calefacción, etc.

• Sustitución de consumibles. Algunos elementos que forman parte de un equipo tienen una vidacorta, o al menos acotada en el tiempo. Transcurridas ciertas horas de uso, un periodo de tiempodeterminado o de acuerdo con la medida de algún parámetro físico o químico es necesariosustituirlos por otros. Es el caso de filtros, rodamientos, cojinetes, ánodos de sacrificio, etc.

• Evaluación de datos físicos. Esta es la base del mantenimiento predictivo, una técnica predictivaque puede ser llevada a cabo por personal de operaciones y que determina con cierto rigor elcorrecto funcionamiento de determinados tipos de instalaciones.

Metodología

• Las tareas de acuerdo con el lugar de realización, cabe distinguir dos tiposde tareas:

• las tareas que deben realizarse en campo• las tareas que se realizan desde sala de control

• También es importante tener en cuenta de que a pesar de que el sistemade control ya toma estos datos y los registra, no debe pensarse que la tomade datos manual de parámetros que ya se están registrando en el sistemade control es un trabajo innecesario. Algo que no hace el sistema decontrol es diagnosticar un problema que se está gestando, pero que aúnmantiene un valor medido dentro de parámetros normales.

• El sistema de control no sería capaz de detectar un aumento detemperatura en un cojinete, por ejemplo, hasta que dicha temperaturahiciera saltar una alarma. La elevación se detecta antes, y esto justifica latoma de datos manual del sistema de control.

Metodología

• Las tareas que incluye el mantenimiento pueden agruparse deacuerdo a su frecuencia como:

• Tareas que deben realizarse varias veces durante un turno (cada hora, cadados horas, etc.).

• Tareas que deben realizarse una vez por turno.• Tareas que se realizan una vez al día.• Tareas que se realizan semanalmente.

Metodología

• La selección de la tecnología adecuada para cada maquinaria depende de variosfactores como son:

• el tipo de maquinaria• el modo de fallo a diagnosticar• la capacidad de inversión.

• Una de las mejores maneras de aplicar esta tecnología es mediante:• El Análisis de Modos de Falla, Efecto y Criticidad. (AMEF).• El Mantenimiento centrado en confiabilidad (RCM),• Análisis de causa raíz,• Análisis de Pareto,• Análisis de frecuencia de falla (TPEF), etc.

• Lo que realmente importa, es que el programa de monitoreo de condición estédirigido a la causa de falla y que puedan identificarse los indicadores de sudeterioro.

Metodología

• Con los métodos de trabajo• Analizar el contenido de los métodos de trabajo, verificar que estén incluidas,

todas las actividades que se debieron de realizar, para evitar que sepresentarán las fallas durante la operación aun cuando no hayan provocadodemora.

• En las modificaciones• Analizar y comparar los resultados que tuvieron las modificaciones realizadas,

con el desempeño que se tenia anteriormente, y preguntarse, sí son mejores,sí sigue igual o sí empeoró.

Metodología

• Determinar• Tiempos promedio entre fallas que viene dado por la relación entre el tiempo

de operación de la maquina o equipo en si, y el numero de fallas presentadasen ese intervalo de tiempo.

• Parámetro que servirá para determinar y comparar los resultados en laconfiabilidad que tiene el equipo con la frecuencia actual de mantenimiento.

El reporte y conclusiones de la data

• Porcentajes de cumplimientos de los programas de mantenimiento ycausas de desviación si es que la hubo, para verificar si elincumplimiento ha tenido efecto en las fallas de los equipos.

• Determinar si la demoras que se han presentado, se pudieron haberevitado con la aplicación de los métodos de trabajo actuales.

• Resumen de las actividades mas importantes ocurridas y realizadasen los equipos, tomar como base la información contenida en elhistorial del equipo, verificar si se han tomado medidas para corregirlas desviaciones presentadas.

El reporte y conclusiones de la data

• Analizar el contenido de los métodos de trabajo y determinar si estáncontenidas las actividades que se pudieron evitar que se hayanpresentado las fallas en los equipos.

• Determinar el efecto de las modificaciones que se han realizado a losequipos para verificar si el comportamiento del equipo mejoró.

Introducción a la confiabilidad

• La confiabilidad de un componente en el instante t, es la probabilidad R(t),de que un elemento no falle en el intervalo (0,t); dado que era nuevo o sesupuso nuevo en el instante t=0.

• Un componente puede presentar diferentes tipos de confiabilidades,asociadas a diferentes funciones.

• La confiabilidad se relaciona básicamente con la tasa de fallas (cantidad defallas) y con el tiempo medio de operación y el tiempo de operación.

• Mientras el numero de fallas de un determinado equipo vaya en aumento omientras el tiempo medio de operación de un equipo disminuya, laconfiabilidad del mismo será menor (variable a modelar en tiemposoperativos)


• Tasas de fallos• La taza de fallos Z(t) o λ(t) se define como la probabilidad de que se produzca

una falla del sistema o componente en el intervalo de tiempo (t, t+dt). Semide las fallas por unidad de tiempo.

• Matemáticamente se puede definir la tasa de fallo de un intervalo (t1, t2)como:


• O tasa de fallo instantáneo:

• También se define la tasa de fallo como el numero de fallas porunidad de tiempo en el instante t por el numero de componentes, asíse tiene:


• Cálculos de confiabilidad• En la actualidad existen muchos métodos para realizar los cálculos de

confiabilidad de equipos, se pueden establecer las funciones necesarias paradeterminarlos tanto en la parte de repercusión de los costos como en la vidadel equipo, así se tienen los criterios mas estudiados


• En función de los costos de producción y mantenimiento:


• En función de la supervivencia• Se refiere a las piezas mecánicas que sobreviven en el tiempo. Se verifica que

de acuerdo a la relación.

• Donde• S(t) es el numero de piezas que quedan después del tiempo t.• S(0) es el numero de piezas que entran el sistema en el periodo t=0• Se observa el comportamiento de la supervivencia en el siguiente grafico.


• En función de la probabilidad de falla F(t)• N(t) es el numero de piezas falladas durante el tiempo t.

• Curva de mortalidad


• En función de la velocidad de falla V(t)• La velocidad de fallas es la velocidad del numero de piezas falladas respecto al

tiempo

• Pero también se deduce que:

• Donde derivando finalmente se obtiene:


• En función de la tasa de fallos Z(t)• Es la relación entre la velocidades de la falla con respecto a la cantidad de

piezas sobrevivientes en el tiempo t.


• Definición del contexto operacional• Unidades de proceso:

• Se define como una agrupación logia de sistemas que funcionan unidos para suministrarun servicio.

• Sistemas• Conjunto de elementos interrelacionadas dentro de las unidades de proceso que tiene

una función especifica.


• Confiabilidad de sistemas• Un sistema es un conjunto de elementos interrelacionados dentro de las

unidades de proceso que tiene una función especifica de acuerdo a suoperatividad, la cual debe garantizarse, y como en una cadena la confiabilidadindividual de cada elemento afecta directamente todo el sistema, el objetivoes poder garantizar la confiabilidad del sistemas través de garantizar elfuncionamiento de sus componentes.


• Existen dos tipos de sistemas• Los sistemas en serie

• Es cuando la interrupción de una maquina incide de manera directa en la cadena deproducción, deteniéndola o retrasándola.

• = ∏M1 M2 M3A B


• Los sistemas en paralelo• Son sistemas que detentan mayor confiabilidad al tener equipos o maquinas

redundantes, por lo tanto son tanto en infraestructura como enmantenimiento mas costosos, y estos a su vez pueden ser:

• Los dos equipos o maquinas trabajan en paralelo si uno falla el otro sustenta,solo se interrumpe el sistema si los dos fallan

• = + − ∗M1

M2A B


• Sistema de tres unidades• Se requieren menos unidades que las instaladas, solo falla el sistema si las

tres se unidades fallan. (solo se requiere una). Falla si fallan las 3 unidades.

• = + + − − − +

M1

M2A B

M3


• Sistema de tres unidades• Se requieren menos unidades que las instaladas, solo falla el sistema si las

tres se unidades fallan. (se requieren dos). Falla si fallan 2 unidades

• = + + − 2

M1

M2A B

M3


• Estos sistemas no funcionan simultáneamente sino que espera a que se produzca la fallapara poder entrar en servicio. Como funciona un numero determinado de unidades, laque fallan pueden ser reparadas o sustituidas por otra. También se existen 4 casos:

• Primer caso• Una unidad funciona• La otra unidad en reserva.

• Segundo caso• Sistema con tres unidades idénticas• Una unidad funciona.• Las otras dos unidades están de reserva.

• Tercer caso: sistema con dos unidades desiguales.• Ambas unidades dentro de la vida útil.• Una de las unidades es de mayor capacidad que la principal.

• Condiciones• El sistema cumple su función si una unidad falla en un tiempo t1.• ≪• El tiempo t1 puede ser mínimo


• Esta curva como hemos repetido tiene reflejadas tres etapas bien diferenciadas:• Fallas iniciales o etapa de mortalidad infantil:

• Es caracterizada por fallos prematuros con tasa decrecientes de incidencia, teniendo suorigen en la deficiencia del proceso de fabricación y control de calidad, mano de obra nocalificada, materiales fuera de especificación, componentes no especificados, sobrecarga enla primera prueba, contaminación, error humano, instalación inadecuada, etc.


• Fallas normales o etapa de vida útil (tasa constante)• Es caracterizado por una tasa de fallas constante, normalmente las fallas son de naturaleza

aleatoria, poco pudiendo ser hecho para evitarlas. Las fallas casuales de este periodo, so, deentre otras interferencia indebida, tensión o resistencia, factor de seguridad insuficiente,cargas mayores que las esperadas, resistencia menor que la espera, defectos abajo del imitede sensibilidad de los ensayos, errores humanos durante el uso, aplicación indebida, fallas nodetectables, causas inexplicables y fenómenos naturales imprevisibles


• Fallas de degaste o etapa de desgaste (la tasa de fallos aumenta)• Se inicia cuando esta terminado la vida útil del equipo, la tasa de fallas por desgaste

crecen continuamente. Son causa del periodo de desgaste, el envejecimiento,desgaste o por abrasión, degradación de la resistencia, fatiga, fluencia, corrosión,deterioro mecánico eléctrico, químico o hidráulico, mantenimiento deficiente oinexistente, entre otros.


• La metodología para diseñar e implementar un procedimiento que permitaidentificar las necesidades reales de mantenimiento de los activos en su contextooperacional, surge a partir del análisis, y comienza contestando las siguientespreguntas:

• Cual es la función del activo• De que manera puede fallar• Que origina la falla• Que pasa cuando ocurre la falla• importa, si falla• Se puede hacer algo para prevenir la falla• Que pasa si no se puede prevenir la falla• Que peso tiene en mi proceso

• El éxito en el proceso de diseño e implementación del mantenimiento centradoen confiabilidad en la industria dependerá básicamente del trabajo en equipo.

Consideraciones finalesGracias por su atención

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