II.-Mantenimiento Industrial (Recopilación - Técnicas)

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MANTENIMIENTO INDUSTRIAL – II (Recopilación) 2010 ANTONIO ROS MORENO

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MANTENIMIENTO "Cuando todo va bien, nadie recuerda que existe" "Cuando algo va mal, dicen que no existe" "Cuando es para gastar, se dice que no es necesario" "Pero cuando realmente no existe, todos concuerdan en que deberĂ­a existir" A.SUTE

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MANTENIMIENTO INDUSTRIAL (Recopilación)

PARTE I.Introducción. Consideraciones Fundamentales. Gestión del Mantenimiento. PARTE II.Técnicas Específicas de Mantenimiento. El Futuro del Mantenimiento. PARTE III.Ejecución del Mantenimiento. Ejemplo de un Plan de Mantenimiento.

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INDICE - II: 4.- TÉCNICAS ESPECÍFICAS DE MANTENIMIENTO 4.1.- Análisis de Fiabilidad de Equipos 4.1.1.- Introducción 4.1.2.- Definiciones básicas 4.1.3.- Teoría de la fiabilidad 4.1.4.- Leyes Estadísticas 4.1.5.- Modos de fallo y modelos de indisponibilidad 4.1.6.- Fiabilidad de los Sistemas 4.1.7.- Sistemas Complejos. Método del Árbol de Fallos 4.1.8.- Mantenibilidad. Disponibilidad 4.2.- Alineación de Ejes 4.2.1.- Importancia de la alineación 4.2.2.- Concepto de alineación y tipos de desalineamiento 4.2.3.- Reglas y nivel 4.2.4.- Reloj comparador 4.2.5.- Sistema de rayo láser 4.2.6.- Corrección por condiciones de servicio 4.2.7.- Tolerancias de alineación 4.2.8.- Desalineación de correas 4.3.- Equilibrado de Rotores 4.3.1.- Importancia del equilibrado 4.3.2.- Causas de desequilibrio 4.3.3.- Tipos de desequilibrio y efectos 4.3.4.- Reducción del desequilibrio 4.3.5.- Valores permisibles del desequilibrio permanente en rotores 4.3.6.- Proceso general de Equilibrado 4.3.7.- Equilibrado Estático 4.3.8.- Máquinas de Equilibrado Estático 4.3.9.- Desequilibrio y Equilibrado Dinámico 4.3.10.- Máquinas de Equilibrado Dinámico 4.3.11.- Equilibrado “in situ” 4.4.- Diagnóstico de Fallos en Equipos 4.4.1.- Análisis de fallos en componentes mecánicos 4.4.2.- Análisis de averías en máquinas de procesos 4

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4.5.- Mecanismos de Desgaste y Técnicas de Protección 4.5.1.- Mecanismos y modos de desgaste 4.5.2.- Técnicas de tratamiento superficial 4.5.3.- Selección de tratamientos 4.6.- Análisis de Averías 4.6.1.- Introducción 4.6.2.- Justificación 4.6.3.- Fallos y averías de los sistemas 4.6.4.- Métodos de análisis de averías 4.6.5.- Como llevar a cabo un análisis de averías 4.6.6.- Informe de análisis de averías 4.6.7.- Análisis de fallos y medidas preventivas 4.6.8.- Ejemplo de “Análisis de Averías” 4.6.9.- Herramientas para el análisis de averías 4.7.- Técnicas de Mantenimiento Predictivo 4.7.1.- Definición y principios básicos 4.7.2.- Parámetros para control de estado 4.7.3.- Establecimiento del mantenimiento predictivo 4.7.4.- Técnicas de mantenimiento predictivo 4.8.- Análisis de la degradación y contaminación del aceite 4.8.1.- Introducción 4.8.2.- Viscosidad 4.8.3.- Punto de inflamación 4.8.4.- Acidez/Basicidad 4.8.5.- Insolubles 4.8.6.- Detergencia/Dispersividad 4.8.7.- Contaminación del aceite 4.8.8.- Espectrometría 4.8.9.- Ferrografía 4.8.10.- Análisis de la mancha de aceite 4.8.11.- Normas ASTM 4.8.12.- Control de aceites en servicio 4.9.- Análisis de Vibraciones 4.9.1.- Conceptos fundamentales 4.9.2.- Instrumentos de medida de vibración 5

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4.9.3.- Establecimiento de un programa de medidas de vibraciones 4.9.4.- Diagnóstico de problemas por análisis de vibraciones 4.9.5.- Valores límites admisibles 4.9.6.- Monitorización de equipos 4.10.- Planificación de tareas 4.10.1.- Introducción 4.10.2.- Planificación de tiempos 4.10.3.- Planificación de cargas 4.10.2.- Planificación de costos 5.- EL FUTURO DEL MANTENIMIENTO 5.1.- Introducción 5.2.- Tendencias actuales 5.3.- Gestión del Mantenimiento Asistido por Ordenador 5.3.1.- Implantación y beneficios del GMAO 5.3.2.- El mercado de GMAO 5.4.- Diagnóstico Mediante Sistemas Expertos 5.4.1.- Componentes de un S.E. 5.4.2.- Justificación del uso de un Sistema Experto

BIBLIOGRAFÍA.

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4. TÉCNICAS ESPECÍFICAS DE MANTENIMIENTO En las últimas décadas, como ya se ha indicado, las estrictas normas de calidad y la presión competitiva han obligado a las empresas a transformar sus departamentos de mantenimiento. Estos cambios suponen pasar de ser un departamento que realiza reparaciones y cambia piezas o máquinas completas, a una unidad con un alto valor en la productividad total de la empresa, mediante la aplicación de nuevas técnicas y prácticas. En la situación actual es imprescindible, tanto en las grandes como en las medianas empresas, la implantación de una estrategia de mantenimiento predictivo para aumentar la vida de sus componentes, mejorando así la disponibilidad de sus equipos y su confiabilidad, lo que repercute en la productividad de la planta. La gestión del mantenimiento ha evolucionado mucho a lo largo del tiempo. El mantenimiento industrial, día a día, está rompiendo con las barreras del pasado. Actualmente, muchas empresas aplican la frase: “el mantenimiento es inversión, no gasto”. El primer mantenimiento llevado a cabo por las empresas fue el llamado mantenimiento correctivo, también llamado mantenimiento de emergencia. Esta clase de mantenimiento consiste en solucionar los problemas de los equipos cuando fallan, reparando o sustituyendo las piezas o equipos estropeados. Estas técnicas quedaron obsoletas, ya que, si bien el programa de mantenimiento está centrado en solucionar el fallo cuando se produce, va a implicar altos costes por descenso de la productividad y mermas en la calidad. De esta situación surge el mantenimiento preventivo, que consiste en revisar de forma periódica los equipos y reemplazar ciertos componentes en función de estimaciones estadísticas, muchas veces proporcionadas por el fabricante. Con este mantenimiento se reduce el coste del mantenimiento no planeado y los fallos imprevistos, de forma que se incrementa la confiabilidad en los equipos pero su principal inconveniente es que presenta unos costes muy elevados, ya que genera gastos excesivos y muchas veces innecesarios. En la década de los noventa se observa una nueva tendencia en la industria, el llamado mantenimiento predictivo o mantenimiento basado en la condición de los equipos. Se basa en realizar mediciones periódicas de algunas variables físicas relevantes de cada equipo mediante los sensores adecuados y, con los datos obtenidos, se puede evaluar el estado de confiabilidad del equipo. Su objetivo es ofrecer información suficiente, precisa y oportuna para la toma de decisiones. Predecir significa “ver con anticipación”. Con el conocimiento de la condición de cada equipo podemos hacer “el mantenimiento adecuado en el momento 7

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adecuado” anticipándonos a los problemas. Por eso se dice que es un mantenimiento informado. En una organización estas tres estrategias de mantenimiento no son excluyentes, si no que cuando una empresa se plantea qué estrategia de mantenimiento seguir, normalmente la respuesta es una combinación de los tres tipos de mantenimiento anteriores. En este marco, es necesario exponer algunas de las más importantes técnicas aplicables en el mantenimiento industrial, imprescindibles para avanzar por el camino anticipativo y de mejora continua. Entre las técnicas más importantes podemos citar las siguientes: - Análisis de fiabilidad de equipos. - Alineación de ejes. - Equilibrado de rotores. - Mto. Correctivo: Diagnóstico de fallos en equipos. - Mto. Correctivo: Mecanismos de desgaste y técnicas de protección. - Análisis de averías. - Técnicas de mantenimiento predictivo. - Inspecciones visuales y lectura de indicadores. - Inspecciones boroscópicas. - Diagnóstico de averías por análisis de la degradación y contaminación del aceite. - Diagnóstico de averías por análisis de vibraciones. - Termografía infrarroja.

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4.1. Análisis de Fiabilidad de Equipos 4.1.1. Introducción Las empresas buscan asegurar y mejorar su competitividad por medio de los esfuerzos, acciones y decisiones orientadas a garantizar sistemas y equipos operando de manera eficiente y eficaz, riesgos reducidos, cero incidentes ambiéntales y costos óptimos. Así los propietarios, la comunidad, los empleados y los clientes se sienten en un entorno “Confiable”. Esto significa que para poder mostrar que se es competitivo y exitoso, es necesario usar mediciones de factores clave como son: la calidad, la productividad, la rentabilidad, la imagen, la seguridad y la integridad ambiental que en su conjunto expresan el desempeño. A estos factores las empresas han agregado otro muy importante como la “Fiabilidad”. Muchas personas asocian la fiabilidad y la disponibilidad de los equipos en forma directa y exclusiva con las actividades del mantenimiento, sin embargo, la verdadera causa raíz de los problemas de disponibilidad y confiabilidad, normalmente comienzan mucho antes de que el mantenimiento sea requerido. En estos momentos Fiabilidad es la palabra de moda, la pregunta es ¿Los responsables del mantenimiento conocen conscientemente las mejores prácticas y técnicas para buscar la “Optima Fiabilidad”?. La fiabilidad es concebida durante la etapa de diseño por el equipo o personal de ingeniería, donde aspectos claves como la fiabilidad intrínseca de cada componente y el mantenimiento deben ser considerados, posteriormente la fiabilidad de los equipos será condicionada por las mejores prácticas que se hayan incorporado durante la etapa de construcción, montaje e instalación y finalmente por la operación del equipo reflejado en buenas prácticas de trabajo para su buen funcionamiento. Existen empresas que han ido más allá de considerar la estadística y han revisado sus prácticas internas, efectuando comparaciones con las que son destacadas en dicho proceso. Estas organizaciones llegaron a la conclusión de que es imposible hablar de fiabilidad como una cifra única, por lo tanto es necesario usar diversas mediciones como indicadores fundamentales de entrada y salida de los procesos. El concepto más conocido para definir que es fiabilidad es: “La probabilidad de que un equipo o sistema opere sin fallos durante un tiempo (t) determinado, en unas condiciones ambientales dadas”. Más sencillamente, fiabilidad es la probabilidad de que un sistema o producto funcione.

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Para los sistemas y productos de un solo servicio, (como un misil o los motores de un cohete de combustible sólido), la definición se reduce a la probabilidad de funcionar en las condiciones previstas. La teoría de la fiabilidad es el conjunto de teorías y métodos matemáticos y estadísticos, procedimientos y prácticas operativas que, mediante el estudio de las leyes de ocurrencia de fallos, están dirigidos a resolver problemas de previsión, estimación y optimización de la probabilidad de supervivencia, duración de vida media y porcentaje de tiempo de buen funcionamiento de un sistema. En conclusión, la planificación de la fiabilidad exige la comprensión de las definiciones fundamentales. 1. Cuantificación de la fiabilidad en términos de probabilidad. 2. Clara definición de lo que es un buen funcionamiento. 3. Del ambiente en que el equipo ha de funcionar. 4. Del tiempo requerido de funcionamiento entre fallos. Si no es así, la probabilidad es un número carente de significado para los sistemas y productos destinados a funcionar a lo largo del tiempo. La necesidad de fiabilidad en las instalaciones es tan antigua como la humanidad, pero es innegable que la creciente importancia de los temas ambientales y de seguridad han conducido a la necesidad de cambiar nuestra perspectiva debido a: - Alta presión para disminuir los costos y poder competir - Mayor número de funciones operacionales realizadas por equipos y máquinas - Mayores dificultades para hacer intervenciones de mantenimiento, debido al aumento en utilización de los equipos. - Tendencias a usar componentes informáticos, electrónicos, neumáticos e hidráulicos que tienen comportamientos diferentes de desgaste con relación a los componentes que fallan en función de la edad. - Legislaciones actuales cada vez más exigentes y poco tolerantes.

En la actualidad, la fiabilidad tiene sus orígenes en la aeronáutica (seguridad de funcionamiento). Un paso significativo se dio en Alemania cuando se trabajó con el misil V1. Von Braun consideraba erróneamente que en una cadena de componentes, 10

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cuyo buen funcionamiento era esencial para el correcto funcionamiento del conjunto, la probabilidad de fracaso dependía exclusivamente del funcionamiento del componente más débil. Erich Pieruschka (matemático del equipo) dio vida a la fórmula de la fiabilidad del sistema a partir de la fiabilidad de los componentes, que permite afirmar que la fiabilidad del conjunto es siempre inferior a la de sus componentes individuales. Posteriormente en el sector militar en EEUU, para garantizar el funcionamiento de sistemas electrónicos y finalmente en el industrial, para garantizar la calidad de los productos y eliminar riesgos de pérdidas valiosas, dieron el impulso definitivo para su paulatina implantación en otros campos.

4.1.2. Definiciones básicas Las definiciones necesarias y básicas para comenzar el estudio de fiabilidad son las siguientes (incluida la de fiabilidad ya definida con anterioridad): - Fallo: Es toda alteración o interrupción en el cumplimiento de la función requerida. - Fiabilidad (de un elemento): Es la probabilidad de que funcione sin fallos durante un tiempo (t) determinado, en unas condiciones ambientales dadas. - Mantenibilidad: Es la probabilidad de que, después del fallo, sea reparado en un tiempo dado. - Disponibilidad: Es la probabilidad de que esté en estado de funcionar (ni averiado ni en revisión) en un tiempo dado.

Si adoptamos, para simplificar, que el esquema de vida de una máquina consiste en una alternancia de "tiempos de buen funcionamiento" (TBF) y "tiempos de averías" (TA):

Figura 12

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en los que cada segmento tiene los siguientes significados: TBF: Tiempo entre fallos TA: Tiempo de parada TTR: Tiempo de reparación TO: Tiempo de operación n: Número de fallos en el periodo considerado

podemos definir los siguientes parámetros como medidas características de dichas probabilidades: a) El tiempo medio entre fallos (MTBF) como medida de la Fiabilidad:

𝑀𝑇𝐵𝐹 =

𝑛 0

𝑇𝐵𝐹𝑖 [𝑑í𝑎𝑠] 𝑛

y su inversa (λ) conocida como la tasa de fallos:

λ=

1 [Nº de fallos/Año] MTBF

b) El tiempo medio de reparación (MTTR) como medida de la Mantenibilidad:

𝑀𝑇𝑇𝑅 =

𝑛 0

𝑇𝑇𝑅𝑖 [𝑑í𝑎𝑠] 𝑛

y su inversa (μ) conocida como la tasa de reparación:

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Îź=

1 [NÂş de Repasraciones/AĂąo] MTTR

c) La disponibilidad (D) es una medida derivada de las anteriores:

đ??ˇ=

đ?‘› 1

đ?‘‡đ??ľđ??šđ?‘– = đ?‘‡đ?‘‚

đ?‘‡đ??ľđ??šđ?‘– = đ?‘‡đ??ľđ??šđ?‘– + đ?‘‡đ??´đ?‘–

đ?‘‡đ??ľđ??šđ?‘– /đ?‘› đ?‘€đ?‘‡đ??ľđ??š = đ?‘‡đ??ľđ??šđ?‘– /đ?‘› + đ?‘‡đ??´đ?‘– /đ?‘› đ?‘€đ?‘‡đ??ľđ??š + đ?‘€đ?‘‡đ?‘‡đ?‘…

Es decir, la disponibilidad es funciĂłn de la fiabilidad y de la mantenibilidad.

Otra medida de la fiabilidad es el factor de fiabilidad:

đ??šđ??š =

đ??ťđ?‘‡ − đ??ťđ?‘€đ??ś đ??ťđ?‘‡

donde: HT: Horas totales del periodo HMC: Horas de Mantenimiento Correctivo (AverĂ­as) HMP: Horas de Mantenimiento Preventivo (programado)

Y otra medida de la disponibilidad es el factor de disponibilidad:

đ??šđ??ˇ =

đ??ťđ?‘‡ − đ??ťđ?‘€đ??ś − đ??ťđ?‘€đ?‘ƒ đ??ťđ?‘‡

donde se pone claramente de manifiesto que la disponibilidad es menor que la fiabilidad, puesto que al contabilizar el tiempo de buen funcionamiento, en la 13

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disponibilidad se prescinde de todo tipo de causas posibles (se incluye el tiempo de mantenimiento preventivo programado):

đ??ˇ=

đ?‘‡đ?‘‚ − đ?‘›0 đ?‘‡đ??´đ?‘– đ?‘‡đ?‘‚

Sin embargo en el cĂĄlculo de la fiabilidad, al contabilizar el tiempo de buen funcionamiento, no se incluye el tiempo de mantenimiento preventivo programado. El esquema siguiente es un resumen de los parĂĄmetros que caracterizan la vida de los equipos:

Figura 13

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4.1.3. Teoría de la fiabilidad Hemos definido antes la FIABILIDAD como la probabilidad de que un elemento, conjunto ó sistema funcione sin fallos, durante un tiempo dado, en unas condiciones ambientales dadas. Ello supone: a) Definir de forma inequívoca el criterio que determina si el elemento funciona ó no. b) Que se definan claramente las condiciones ambientales y de utilización y se mantengan constantes. c) Que se defina el intervalo t durante el cual se requiere que el elemento funcione.

-Para evaluar la fiabilidad se usan dos procedimientos: a) Usar datos históricos. Si se dispone de muchos datos históricos de aparatos iguales durante un largo período no se necesita elaboración estadística. Si son pocos aparatos y poco tiempo hay que estimar el grado de confianza. b) Usar la fiabilidad conocida de partes para calcular la fiabilidad del conjunto. Se usa para hacer evaluaciones de fiabilidad antes de conocer los resultados reales.

-Consideramos t "tiempo hasta que el elemento falla" como variable independiente (período al que se refiere la fiabilidad). .Función de distribución de probabilidad: f (t) .Probabilidad de que el elemento falle en instante t: f (t) dt

Figura 14

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.Probabilidad de que falle en el instante t Ăł antes (infiabilidad):

đ?‘Ą

đ??š(đ?‘Ą) =

đ?‘“ đ?‘Ą đ?‘‘đ?‘Ą 0

donde F(t) es la funciĂłn de distribuciĂłn de probabilidad acumulada

∞đ?‘Ą

đ?‘“ đ?‘Ą đ?‘‘đ?‘Ą = 1 (đ?‘‡đ?‘œđ?‘‘đ?‘œ đ?‘’đ?‘™đ?‘’đ?‘šđ?‘’đ?‘›đ?‘Ąđ?‘œ đ?‘Žđ?‘?đ?‘Žđ?‘?đ?‘Ž đ?‘?đ?‘œđ?‘&#x; đ?‘“đ?‘Žđ?‘™đ?‘™đ?‘Žđ?‘&#x;) 0

.Fiabilidad, R(t), Probabilidad de que funcione todavĂ­a en el instante t:

đ?‘…(đ?‘Ą) = 1 − đ??š(đ?‘Ą)

đ?‘Ą

đ??‘(đ?‘Ą) = 1 −

đ?‘“ đ?‘Ą đ?‘‘đ?‘Ą 0

.Tasa de fallos, Îť(t), es la funciĂłn de distribuciĂłn de Probabilidad (condicional) de un elemento que ha funcionado bien hasta el instante t, y falla en el tiempo comprendido entre t y t+dt. .VĂŠase la diferencia entre f (t) y Îť (t): -f (t) dt representa la fracciĂłn de poblaciĂłn que falla entre t y t+dt, respecto una poblaciĂłn sana en t=o (original). -Îť (t)dt representa la fracciĂłn de poblaciĂłn que falla entre t y t+dt, respecto una poblaciĂłn sana en el momento t (es menos numerosa, Ăł como mĂĄximo igual a la poblaciĂłn original). 16

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.f (t) dt es una probabilidad a priori, referida al instante inicial de funcionamiento. .Îť (t)dt es una probabilidad a posteriori, condicionada a la informaciĂłn cierta de que el aparato ha funcionado bien hasta el momento t.

RelaciĂłn entre fiabilidad R(t) y tasa de fallos đ?œ†(t)

đ?‘“ đ?‘Ą đ?‘‘đ?‘Ą = đ?‘… đ?‘Ą Ă— đ?œ† đ?‘Ą đ?‘‘đ?‘Ą (đ?‘ƒđ?‘&#x;đ?‘œđ?‘?đ?‘Žđ?‘?đ?‘–đ?‘™đ?‘–đ?‘‘đ?‘Žđ?‘‘ đ?‘?đ?‘œđ?‘›đ?‘‘đ?‘–đ?‘?đ?‘–đ?‘œđ?‘›đ?‘Žđ?‘‘đ?‘Ž)

Prob.de que falle en perĂ­odo t+dt = Prob.de que funcione todavĂ­a en t x Prob.de que falle en t+dt, estando bien en t. .Recordando que:

đ?‘“(đ?‘Ą) =

đ?‘‘đ?‘…(đ?‘Ą) đ?‘‘đ??š(đ?‘Ą) =− đ?‘‘đ?‘Ą đ?‘‘đ?‘Ą

đ?‘‘đ?‘…(đ?‘Ą) = −đ?‘“ đ?‘Ą đ?‘‘đ?‘Ą = −đ?‘… đ?‘Ą đ?œ† đ?‘Ą đ?‘‘đ?‘Ą

Separando variables:

đ?‘‘đ?‘…(đ?‘Ą) = −đ?œ† đ?‘Ą đ?‘‘đ?‘Ą đ?‘…(đ?‘Ą)

e integrando entre 0 y t:

ln đ?‘…(đ?‘Ą) − ln đ?‘…(0) = −

đ?‘Ą 0

đ?œ† đ?‘Ą đ?‘‘đ?‘Ą

→

đ?‘…(đ?‘Ą) = đ?‘’ −

đ?‘Ą 0đ?œ†

đ?‘Ą đ?‘‘đ?‘Ą

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ya que ln R (0)= 0 porque R (0)= 1. La fĂłrmula anterior que es la fiabilidad en funciĂłn de la tasa de fallos, junto con las siguientes:

đ?‘“ đ?‘Ą = đ?œ† đ?‘Ą đ?‘… đ?‘Ą = đ?œ† đ?‘Ą đ?‘’−

đ?‘Ą 0đ?œ†

đ?‘Ą đ?‘‘đ?‘Ą

(đ?‘‘đ?‘–đ?‘ đ?‘Ąđ?‘&#x;đ?‘–đ?‘?đ?‘˘đ?‘?đ?‘–Ăłđ?‘› đ?‘‘đ?‘’ đ?‘?đ?‘&#x;đ?‘œđ?‘?đ?‘Žđ?‘?đ?‘–đ?‘™đ?‘–đ?‘‘đ?‘Žđ?‘‘ đ?‘’đ?‘› đ?‘“đ?‘˘đ?‘›đ?‘?đ?‘–Ăłđ?‘› đ?‘‘đ?‘’ đ?‘™đ?‘Ž đ?‘Ąđ?‘Žđ?‘ đ?‘Ž đ?‘‘đ?‘’ đ?‘“đ?‘Žđ?‘™đ?‘™đ?‘œđ?‘ )

đ??š đ?‘Ą = 1 − đ?‘… đ?‘Ą = 1 − đ?‘’−

đ?‘Ą 0đ?œ†

đ?‘Ą đ?‘‘đ?‘Ą

(đ?‘–đ?‘›đ?‘“đ?‘–đ?‘Žđ?‘?đ?‘–đ?‘™đ?‘–đ?‘‘đ?‘Žđ?‘‘ đ?‘’đ?‘› đ?‘“đ?‘˘đ?‘›đ?‘?đ?‘–Ăłđ?‘› đ?‘‘đ?‘’ đ?‘™đ?‘Ž đ?‘Ąđ?‘Žđ?‘ đ?‘Ž đ?‘‘đ?‘’ đ?‘“đ?‘Žđ?‘™đ?‘™đ?‘œđ?‘ )

constituyen tres relaciones, entre cuatro funciones [f (t), F (t), R (t), Îť (t)], por lo que conociendo una cualquiera de ellas, se conocen las otras tres.

AnĂĄlisis de la funciĂłn tasa de fallos đ?œ†(t) .Tiene la dimensiĂłn inversa de un tiempo, por lo que puede interpretarse como "NĂşmero de fallos en la unidad de tiempo". -Al representarla grĂĄficamente para una poblaciĂłn homogĂŠnea de componentes, a medida que crece su edad t:

Figura 15

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resulta ser la llamada curva de la bañera, en la que se distinguen claramente tres períodos: A: .Período de Mortalidad Infantil .Fallos de rodaje, ajuste o montaje .La tasa de fallos es decreciente .Propio de componentes de Tecnología Mecánica.

B: .Período de Fallos por azar (o aleatorios) .Tasa de fallos constante .Propio de materiales de Tecnología eléctrica/electrónica. C: .Período de Fallos por Desgaste ó Vejez .Tasa de fallos creciente .Propio de materiales de Tecnología mecánica ó electromecánica (desgaste progresivo).

En general, la curva λ(t) resulta de la superposición de la curva (a) asociada a los defectos iniciales tras la puesta en servicio y la curva (b) que marca los fenómenos de desgaste o deterioro de la función.

Figura 16

De manera que, dependiendo de la influencia de cada uno de los fenómenos mencionados, la tasa de fallo tendrá una forma distinta. Así en los equipos mecánicos predominan los fenómenos asociados al desgaste y su tasa de fallo crece con el tiempo:

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Figura 17

En los últimos años ha habido una polémica considerable acerca de la exactitud de la descripción proporcionada por la curva de la bañera. En vista de las pautas de obsolescencia y de los nuevos resultados de las investigaciones, existen razones para poner en duda el concepto. No obstante, como subraya la relación existente entre la fiabilidad de los dispositivos y la forma de la función de riesgo, la idea de la curva de la bañera proporciona un punto de partida excelente para la definición de los modelos de distribución de probabilidades. La estadística ha demostrado que, tras estudiar el comportamiento de los equipos en una planta industrial, el ciclo de vida de la mayoría de los equipos no se corresponde únicamente con la curva de bañera, sino que se diferencian 6 tipos de curvas:

Figura 18

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Curiosamente, la mayor parte de los equipos no se comportan siguiendo la curva A ó “curva de bañera”. Los equipos complejos se comportan siguiendo E, en el que la probabilidad de fallo es constante a lo largo de su vida, y el modelo F, en el que tras una etapa inicial con una mayor probabilidad de fallo infantil, la probabilidad de fallo se estabiliza y permanece constante. Eso hace que no sea identificable un momento en el que realizar una revisión sistemática del equipo, con la sustitución de determinadas piezas, ante la imposibilidad de determinar cuál es el momento ideal, pues la probabilidad de fallo permanece constante. Incluso, puede ser contraproducente si curva de probabilidad sigue el modelo F, pues estaríamos introduciendo mayor probabilidad de fallo infantil al sustituir determinadas piezas:

Figura 19

Por todo ello, en muchas plantas industriales es conveniente abandonar la idea de un mantenimiento sistemático para una buena parte de los equipos que la componen, y recurrir a las diversas técnicas de mantenimiento condicional o predictivo.

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4.1.4. Leyes EstadĂ­sticas Ahora vamos a ver la forma de estas funciones para cada uno de los tres aspectos de la funciĂłn Îť (t): constante, creciente y decreciente. a) Îť = cte. Ley exponencial đ?‘…(đ?‘Ą) = đ?‘’ −đ?œ†đ?‘Ą (exponencial negativa)

đ??š đ?‘Ą = 1 − đ?‘’ −đ?œ†đ?‘Ą đ?‘“(đ?‘Ą) = đ?œ†đ?‘’ −đ?œ†đ?‘Ą đ?‘€đ?‘‡đ??ľđ??š =

1 đ?œ†

b) Îť (t) es variable. Ley de Weibull. Ley con tres parĂĄmetros que permiten ajustar las tasas de fallos crecientes Ăł decrecientes.

đ?‘…(đ?‘Ą) =

đ?‘Ąâˆ’đ?›ž đ?›˝ − đ?œ‚ đ?‘’

β: ParĂĄmetro de forma β > 0 Ρ: ParĂĄmetro de escala Ρ > 0 Îł: ParĂĄmetro de posiciĂłn -∞ < Îł < +∞

Figura 21

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đ?‘Ąâˆ’đ?›ž đ?›˝ − đ?œ‚ đ?‘’

đ??š đ?‘Ą =1− đ?›˝ đ?‘“ đ?‘Ą = đ?œ‚

đ?œ†(đ?‘Ą) =

Si

đ?‘Ąâˆ’đ?›ž đ?œ‚

đ?›˝ đ?œ‚

đ?›˝ −1

đ?‘Ąâˆ’đ?›ž đ?œ‚

đ?‘Ąâˆ’đ?›ž đ?›˝ − đ?œ‚ đ?‘’

đ?›˝ −1

β < 1. Ν decrece. Período A β = 1. Ν constante. Período B β > 1. Ν crece. Período C

De forma simplificada:

đ?‘…(đ?‘Ą) = đ?‘’ −(đ?‘Ą/đ?‘‡)

đ?›˝

t: variable de duraciĂłn 0 < t < ∞ T: duraciĂłn caracterĂ­stica, T > 0 β: parĂĄmetro de forma đ??š đ?‘Ą = 1 − đ?‘’ −(đ?‘Ą/đ?‘‡) đ?›˝ đ?‘Ą đ?‘“(đ?‘Ą) = đ?‘‡ đ?‘‡

đ?›˝ −1

đ?›˝ đ?‘Ą đ?œ†(đ?‘Ą) = đ?‘‡ đ?‘‡

đ?›˝ −1

đ?›˝

đ?‘’ −(đ?‘Ą/đ?‘‡)

đ?›˝

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Si

β < 1. Îť decrece. Fallos infantiles Î’ = 1. Îť constante. Fallos aleatorios Î’ > 1. Îť crece. Fallos por desgaste

Para un perĂ­odo de tiempo t, igual a la duraciĂłn caracterĂ­stica T:

đ?›˝

đ??š đ?‘Ą = 1 − đ?‘’ −1 = 1 −

1 = 0,632 đ?‘’

La duración característica T es la duración hasta que han fallado el 63,2% de la población. -Representando la función de Weibull gråficamente con escala doble logarítmica en ordenadas y logarítmica en abscisas, R(t) adopta forma de recta de pendiente β. En dicho gråfico es posible determinar la fiabilidad R para cualquier duración t. Sin embargo, la aplicación de las tÊcnicas estadísticas permiten una estimación mås precisa. -El conocimiento de las leyes de evolución de Ν(t) en función del tiempo puede ser útil para establecer la política de mantenimiento mås adecuada para cada tipo de componente de los equipos. En componentes de tasa de fallo constante un cambio de pieza no aporta una mayor fiabilidad, es mås, presentaría un valor de fiabilidad menor al principio de su puesta en servicio, por posibles defectos de fabricación. Sin embargo, en componentes con tasa de fallo creciente con el tiempo estå perfectamente justificada la sustitución preventiva antes de que la tasa de fallos alcance un valor inadmisible.

4.1.5. Modos de fallo y modelos de indisponibilidad Los equipos pueden manifestar sus fallos en tres intervalos de tiempo: mientras estĂĄn en espera, cuando se demanda su actuaciĂłn o cuando estĂĄn en operaciĂłn o funcionamiento. Los parĂĄmetros que a continuaciĂłn se definen serĂĄn utilizados para el cĂĄlculo de las indisponibilidades de los sucesos bĂĄsicos mediante las expresiones matemĂĄticas que procedan para cada modo de fallo.

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- Tasa de fallos (đ?œ†): Esta determinada por el nĂşmero de fallos que ocurren en un equipo dividido por el tiempo transcurrido. - Tasa de fallos en operaciĂłn (đ?œ†o): Esta determinada por el nĂşmero de fallos que tiene un equipo cuando estĂĄ en operaciĂłn dividido por el tiempo de operaciĂłn en el que ocurren los fallos. - Tasa de fallos en espera (đ?œ†s): Esta determinada por el nĂşmero de fallos que tiene un equipo cuando estĂĄ en espera dividido por el tiempo de espera en el que ocurren los fallos. - Indisponibilidad (F): Es el parĂĄmetro que en tĂŠrminos probabilĂ­sticos define la no disponibilidad de un equipo en un cierto instante de tiempo. - Indisponibilidad por demanda (Fd): Es el nĂşmero de fallos que tiene un equipo en la demanda de actuaciĂłn dividido por el nĂşmero de demandas efectuadas. - Tiempo de operaciĂłn (TO): Es el tiempo en que un equipo estĂĄ en funcionamiento o en operaciĂłn. - Tiempo entre pruebas (Tep): Es el intervalo de tiempo entre revisiones periĂłdicas de un equipo. - Tiempo de prueba (Tp): Es el tiempo medio que dura la prueba o revisiĂłn de un equipo. - Tiempo de reparaciĂłn (TTR): Es el tiempo medio de reparaciĂłn de un equipo que se ha detectado fallado.

đ?‘Ą

La funciĂłn indisponibilidad, definida por la ecuaciĂłn đ??š đ?‘Ą = 1 − đ?‘’ − 0 đ?œ† đ?‘Ą đ?‘‘đ?‘Ą se particulariza para cada modo de fallo, adquiriendo expresiones matemĂĄticas diferentes:

Fallo en espera Se produce en componentes que estĂĄn en espera para entrar en operaciĂłn y estando en este estado fallan. Ejemplos de este tipo de componentes son las vĂĄlvulas de seguridad, las bombas de refrigeraciĂłn, redundantes o no, pero que no estĂŠn refrigerando en ese periodo, los grupos electrĂłgenos, las alarmas, etc. Los mecanismos por los que estos componentes fallan son dependientes del tiempo, por corrosiĂłn o suciedad, envejecimiento, etc. y la tasa de fallos se ajusta a una distribuciĂłn exponencial 25

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

đ?œ†(đ?‘Ą) = đ?œ†đ?‘

por lo que la indisponibilidad puntual adquiere la expresiĂłn:

đ??š đ?‘Ą = 1 − đ?‘’ −đ?œ† đ?‘ đ?‘Ą

Estos componentes pueden ser probados periĂłdicamente o no, siendo la indisponibilidad media distinta en cada caso. - Componentes en espera sometidos a pruebas periĂłdicas: la indisponibilidad media en el intervalo entre pruebas Tep es:

đ??š =1+

1 đ?‘’−đ?œ† đ?‘ đ?‘‡đ?‘’đ?‘? − 1 đ?œ†đ?‘ đ?‘‡đ?‘’đ?‘?

- Componentes en espera no sometidos a pruebas periĂłdicas: la indisponibilidad media en el tiempo que le queda al componente es:

đ??š =1+

đ?‘’ −đ?œ† đ?‘ đ?‘‡đ?‘Łđ?‘? − đ?‘’ −đ?œ† đ?‘ đ?‘‡đ?‘Ł đ?œ†đ?‘ đ?‘‡đ?‘Łđ?‘? − đ?‘‡đ?‘Ł

donde Tvp y Tv son el tiempo de vida previsto del componente y el tiempo que lleva en funcionamiento, respectivamente.

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MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Indisponibilidad por pruebas Asociada a componentes en espera que son probados o revisados periĂłdicamente con un intervalo Tep y en los que las revisiones les hace estar indisponibles durante el tiempo de pruebas Tp.

đ??š=

đ?‘‡đ?‘? đ?‘‡đ?‘’đ?‘?

Indisponibilidad por mantenimiento preventivo Asociada a componentes a los que se realiza mantenimiento preventivo con un ciclo de duraciĂłn Tm, dejĂĄndolos indisponibles durante el tiempo de reparaciĂłn TTR.

đ??š=

��� ��

Fallo en demanda Se da en componentes que fallan cuando se les demanda un cambio de estado, por ejemplo cuando el componente estĂĄ funcionando y se le demanda que pare o cuando el componente estĂĄ en espera y se le demanda que entre en operaciĂłn, fallando en el arranque. Se le asocia la distribuciĂłn estadĂ­stica binomial, ya que la demanda solo puede tomar dos valores, ĂŠxito o fracaso:

đ??š = đ??šđ?‘‘ =

đ?‘Ľ đ?‘›

donde x y n son el nĂşmero de fallos en demanda y el nĂşmero de demandas efectuadas, respectivamente.

27

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Fallo en operaciĂłn Se da en componentes que fallan durante el tiempo de operaciĂłn TO. La tasa de fallos se ajusta a la distribuciĂłn exponencial:

đ?œ†(đ?‘Ą) = đ?œ†đ?‘œ

Por lo que la probabilidad de que un componente en operaciĂłn falle antes de que finalice el tiempo de operaciĂłn estĂĄ determinada por:

đ??š = 1 − đ?‘’ −đ?œ† đ?‘œ đ?‘‡đ?‘‚

Fallo humano Son fallos producidos en componentes debido a un error humano en su operaciĂłn. Este modo de fallo se encuentra tratado de forma sucinta en las Notas TĂŠcnicas de PrevenciĂłn 360 (Fiabilidad humana: conceptos bĂĄsicos) y 377 (Fiabilidad humana: mĂŠtodos) del Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo

4.1.6. Fiabilidad de los Sistemas Tratamos ahora de establecer la relaciĂłn que liga la fiabilidad de un sistema complejo con la de sus componentes individuales. La fiabilidad de un sistema no es otra que la probabilidad de ocurrencia del acontecimiento "NO HAY FALLOS", lo cual es, a su vez, resultado de una serie de acontecimientos mĂĄs simples. Las partes componentes del sistema se pueden comportar, desde el punto de vista de la fiabilidad de forma independiente Ăł no. El funcionamiento, desde el punto de vista de la fiabilidad, de un sistema se representa mediante esquemas de bloques adecuadamente conectados, de forma que cada bloque representa un elemento Ăł subsistema.

28

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Estos esquemas no corresponden con los esquemas funcionales de la instalaciĂłn (No hay correspondencia con el despiece fĂ­sico), sino que representan la dependencia lĂłgica del acontecimiento "fallo del sistema".

a) Sistemas en serie. El fallo de uno cualquiera de sus componentes determina el fallo del sistema completo

Figura 22

Îť1

Îť2

Îť3

Îťn

đ?‘… đ?‘Ą = đ?‘…1 đ?‘Ą . đ?‘…2 đ?‘Ą ‌ . đ?‘…đ?‘› (đ?‘Ą) = đ?‘›1đ?œ‹đ?‘…đ?‘– (đ?‘Ą) = đ?‘…(đ?‘Ą)

Si

Îť= cte. entonces

1 đ?‘€đ?‘‡đ??ľđ??šđ?‘– = đ?œ†đ?‘–

1 đ?‘€đ?‘‡đ??ľđ??š = đ?œ†đ?‘

đ?‘›

đ?œ†đ?‘ =

đ?œ†đ?‘– 1

29

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

b) Sistemas en paralelo. Basta que funcione un elemento para que funcione todo el sistema.

Îť1

Se llaman tambiĂŠn sistemas redundantes. En este caso se simplifican los cĂĄlculos usando la funciĂłn infiabilidad đ??š đ?‘Ą = 1 − đ?‘…(đ?‘Ą)

Îť2

Îť3

Îťn

Figura 23

de manera que F(t)=F1(t) x F2(t) x...x Fn(t)

con lo que

1 − đ?‘… đ?‘Ą = 1 − đ?‘…1 đ?‘Ą đ?‘Ľ 1 − đ?‘…2 đ?‘Ą đ?‘Ľ ‌ đ?‘Ľ 1 − đ?‘…đ?‘› đ?‘Ą đ?‘… đ?‘Ą = 1 − đ?‘›1đ?œ‹(1 − đ?‘…đ?‘– đ?‘Ą )

Cuantos mĂĄs elementos hay en paralelo, mejor es la fiabilidad.

đ?œ†đ?‘ = đ?‘›1đ?œ‹đ?œ†đ?‘–

30

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

4.1.7. Sistemas Complejos. Método del Árbol de Fallos Normalmente, en los equipos, los componentes forman un sistema complejo que en parte son subsistemas en serie y en parte subsistemas en paralelo. De los diversos métodos existentes para estudiar la fiabilidad de sistemas complejos el que mejor se adapta a un tratamiento informático es el MÉTODO DEL ÁRBOL DE FALLOS. Consiste en descomponer, escalonadamente, la ocurrencia de un suceso en un sistema lógico secuencial integrado por unidades (elementos) operativos independientes, hasta alcanzar los sucesos tomados como iniciales (primarios). Cada unidad queda identificada por su denominación y la función (operación-fallo) que se espera de ella.

Los estados en que pueden encontrarse las unidades son dos: Operativo-Fallo. A partir del suceso en estudio se responde a la pregunta: ¿ qué se necesita para funcionar? R(t) ¿ qué se necesita para que falle? λ(t)

Según lo que se busque. 31

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Para la representación gráfica de los árboles de fallos y con el fin de normalizar y universalizar la representación se han elegido ciertos símbolos que se representan en las siguientes tablas:

32

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Se comienza eligiendo el suceso final objeto del análisis. A partir de aquí se van determinando los sucesos previos inmediatos que, por combinación lógica, pueden ser su causa. El proceso se repite hasta alcanzar una serie de "sucesos básicos", denominados así porque no precisan de otros anteriores a ellos para ser explicados. También alguna rama puede terminar por alcanzar un "suceso no desarrollado" en otros, sea por falta de información o por la poca utilidad de analizar las causas que lo producen. Los nudos de las diferentes puertas y los "sucesos básicos o no desarrollados" deben estar claramente identificados. Estos "sucesos básicos o no desarrollados" que se encuentran en la parte inferior de las ramas del árbol se caracterizan por los siguientes aspectos: - Son independientes entre ellos. - Las probabilidades de que acontezcan pueden ser calculadas o estimadas.

Para ser eficaz, un análisis por árbol de fallos debe ser elaborado por personas profundamente conocedoras de la instalación o proceso a analizar y que a su vez conozcan el método y tengan experiencia en su aplicación; por lo que, si se precisa, se deberán constituir equipos de trabajo pluridisciplinarios (técnico de seguridad, ingeniero del proyecto, ingeniero de proceso, etc.) para proceder a la reflexión conjunta que el método propicia. Una vez desarrollado para cada suceso preestablecido, es posible determinar cualitativa y cuantitativamente la fiabilidad del sistema. El análisis cualitativo permite determinar los sucesos (fallos mínimos) que deban presentarse (condición necesaria y suficiente) para que ocurra el suceso principal. El análisis cuantitativo (mediante el álgebra de Boole) determina la fiabilidad del sistema si se conocen la de los distintos elementos o sucesos primarios.

La modelización del sistema mediante el árbol de fallos o errores y el análisis cualitativo y cuantitativo del mismo están tratados en la NTP-333 "Análisis probabilístico de riesgos: Metodología del Árbol del fallos y errores", a la que se remite al lector para su mejor comprensión.

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Ejemplo: Fallos de una linterna elĂŠctrica de mano para que no funcione.

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Si Fi representa la tasa de fallo de cada evento: F0 = F1 . F2 F2 = F3 + F4

F0 = F1 . (F3 + F5 + F6) = F1 . F3 + F1 . F5 + F1 . F6

F4 = F5 + F6

Cuando es conocida la probabilidad de cada suceso primario, es posible calcular la del fallo principal. (Datos históricos/Datos de fabricantes). De esta forma se determina si es aceptable ó no el fallo principal, y nos ayuda a: - Determinar la fiabilidad de elementos, subsistemas y sistemas. -Analizar la fiabilidad de distintos diseños (análisis comparativo). -Identificar componentes críticos, que pueden ser causa de sucesos indeseables. - Analizar fallos críticos que previamente han sido identificados por un análisis AMFE. Como consecuencia de estos análisis podemos decir que el método del árbol de fallos se podría utilizar para: - Evidenciar la fiabilidad de un sistema - Comparar con la de otros sistemas - Proponer modificaciones en el diseño e incluso para establecer el plan de su mantenimiento preventivo (gamas y frecuencia). Para facilitar el análisis cuantitativo, la tasa de fallos de cada suceso se asigna, a falta de datos precisos, utilizando valores relativos arbitrarios como la tabla de probabilidades relativas de la Atomic Energy of Canada Ltd.: Muy probable

10-2

Probable

10-3

No probable

10-4

Improbable

10-5 35

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10-6

Muy improbable Extremadamente improbable

10-7

En las puertas Y la probabilidad es igual al producto de las probabilidades. Como están expresadas en forma de potencias de 10, sólo habrá que sumar exponentes: 10-3 x 10-4 = 10-7 En las puertas OR la probabilidad es igual a la suma de probabilidades. Por la misma razón (potencias de 10) se puede simplificar tomando la mayor y despreciando el resto: 10-4 + 10-3 + 10-6 ≈ 10-3

Análisis de un sistema de refrigeración En este apartado se presenta un caso práctico de la aplicación de los datos de fiabilidad de componentes. La aplicación de esta metodología puede ser tanto para el análisis de seguridad de las instalaciones, como para mejorar su mantenimiento preventivo. Se realiza el análisis de la disponibilidad del sistema de refrigeración de un reactor discontinuo ("batch"), representado, esquemáticamente en la figura 1. Este sistema, además de ser un ejemplo poco complejo y relativamente fácil de analizar, corresponde a una instalación muy extendida en la industria química de proceso y en particular en las PYMES del sector químico, por ejemplo en la industria de química fina.

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La instalación de refrigeración está formada, básicamente por dos tramos iguales y cada tramo consta de: - 1 bomba centrífuga para impulsar el agua (B1/B2). - 2 válvulas de accionamiento manual para aislar la bomba (V11/V21 y V12/V22) - 1 válvula de retención para evitar que se produzca flujo inverso (VR1/VR2). - 1 válvula de control, gobernada por un controlador de temperatura del reactor.

Elaboración del árbol de fallos En el análisis de fiabilidad del sistema de refrigeración se ha empleado la metodología de árbol de fallos y errores humanos (véase NTP-333). El paso previo a la elaboración del árbol en sí, es la identificación del suceso no deseado cuya probabilidad se requiere obtener y los sucesos y circunstancias que deben concurrir para llegar al mismo. Esta etapa previa puede ser realizada por medio de: - Un análisis histórico de accidentes en instalaciones similares, aportando experiencias similares. - Un análisis sistemático, empleando metodologías como el análisis funcional de operabilidad (HAZOP) (véase NTP-238), el análisis modal de fallos y efectos (FMEA), etc. - La experiencia del personal de la planta y del analista.

En la figura 27 se presenta el árbol de fallos utilizado para analizar la indisponibilidad del sistema. En el presente caso la indisponibilidad estudiada es la falta de refrigeración en el reactor (suceso no deseado o Top event). Los sucesos intermedios que inciden directamente al TOP son: fallo en el tramo 1 y fallo en el tramo 2. Como se ha indicado anteriormente, los dos tramos son idénticos, por lo que, sólo se comenta uno, obviamente tal duplicidad aminora significativamente la indisponibilidad total. Los sucesos considerados para analizar el posible fallo en el tramo son: - Válvula manual V11 cerrada erróneamente u obstruida. - Válvula de retención VR1 falla en la apertura. - Válvula manual V12 cerrada erróneamente u obstruida. 37

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- Fallo en la vรกlvula de control VC1. - Fallo en la bomba B1.

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Los sucesos considerados por los que la válvula de control dejará de operar correctamente son, básicamente: - Fallo del controlador de temperatura del reactor: .- Fallo de la señal de apertura SA. .- Actuación de señal de cierre SC. - Fallo a la demanda. - Fallo en operación. - Fallo del suministro eléctrico.

El segundo suceso y el tercero son modos de fallo de la válvula. Los sucesos considerados por los que la bomba dejará de operar correctamente o no estará disponible son, básicamente: - Indisponibilidad de la bomba por pruebas o por mantenimiento. - Fallo a la demanda. - Fallo en operación. - Fallo en espera. - Fallo del suministro eléctrico. - Fallo del controlador de temperatura del reactor: .- Fallo de la señal de apertura SA. .- Actuación de señal de cierre SC.

Los cuatro primeros sucesos son modos de fallo de la bomba. El fallo del suministro eléctrico no se ha desglosado en más sucesos básicos, recibiendo el nombre de suceso no desarrollado. A este recurso se recurre cuando no se tiene más información para desglosar un suceso intermedio, su desarrollo no aporta más información o sus consecuencias son despreciables. En este caso, no es objeto del análisis y no aporta más información.

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El suceso anterior y los sucesos básicos derivados de los fallos del controlador de temperatura del reactor, en la metodología de árbol de fallos, se pueden considerar como "fallos del modo común", ya que dichos fallos también son sucesos que puedan afectar a las válvulas de control.

Análisis cualitativo y cuantitativo del árbol de fallos El análisis cualitativo del árbol de fallos consiste en identificar las combinaciones mínimas de sucesos básicos que hacen que se produzca el suceso no deseado, también denominado en la terminología de árboles de fallos, conjunto mínimo de fallos (de la nomenclatura anglosajona, minimal cut set). Para la determinación de los mismos se aplica la lógica del álgebra de Boole, suponiendo que los sucesos básicos son independientes. Con el listado de los diferentes conjuntos mínimos de fallos, se tiene una clasificación de los caminos o combinaciones de sucesos que pueden producir el suceso no deseado. Pero si lo que se pretende es hacer una clasificación por importancia o magnitud (de más a menos importancia) deberíamos de asignar valores a cada suceso básico, realizando un análisis cuantitativo. La indisponibilidad de un conjunto mínimo de fallos viene dada por el producto de las indisponibilidades de los sucesos básicos. A su vez, la indisponibilidad total del suceso no deseado es la suma de las indisponibilidades de los conjuntos mínimos de fallos, como límite superior. La indisponibilidad de cada suceso básico se calcula con las expresiones matemáticas descritas en el apartado "Modos de fallo y modelos de indisponibilidad" y a partir de las tasas de fallos de los componentes y de una serie de tiempos de funcionamiento del sistema (TO, Tep, Tp, etc.). Las tasas de fallos pueden ser extraídas de bancos de datos de fiabilidad de reconocido prestigio internacional o de la experiencia de la planta basada en registros de fallos o averías, en concreto para el presente caso se han empleado los valores publicados por CCPs (Center for Chemical Process Safety) del AlChE (American Institute of Chemical Engineers) y los tiempos, determinados en las especificaciones de operación del sistema, se han establecido los siguientes: - Tiempo de operación: 1,25 h (tiempo durante el cual el sistema de refrigeración debe funcionar correctamente, para cada proceso batch) - Tiempo entre pruebas de las bombas: 2000 h. - Tiempo en pruebas o mantenimiento de las bombas: 5 h. 40

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Realizando el análisis cualitativo y cuantitativo del presente caso (tabla 13), siguiendo la metodología descrita en la NTP-333, se ha obtenido: - 84 conjuntos mínimo de fallos: .- 3 de orden 1. .- 81 de orden 2.

Indisponibilidad total del sistema: 8,2 10-4 procesos-1 (tabla 14), esto quiere decir que de 1220 batch (o veces que se realice la operación), probablemente en una de ellas se producirá una falta de refrigeración del reactor.

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Análisis de importancia En todo análisis de seguridad, es esencial identificar aquellos equipos y modos de fallos que tienen un mayor impacto en la seguridad del sistema analizado, es lo que constituye un "Análisis de importancia" del sistema. Este tipo de análisis permitirá centrar estudios posteriores en aquellos equipos o situaciones que han propiciado los sucesos básicos más importantes, a la vez que marca las pautas a seguir para adoptar las medidas preventivas más eficaces, que obviamente serán sobre aquellos equipos que muestren medidas de importancia más significativas.

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La importancia de los sucesos básicos puede calcularse a través de diferentes medidas existentes, que realizan el análisis desde diferentes puntos de vista. En este documento se han considerado tres de las medidas más utilizadas.

a. Medida de importancia RAW (Risk Achivement Worth): se define como el cociente entre la suma de las probabilidades de los conjuntos mínimos de fallo donde aparece el componente, asumiendo para éste una probabilidad de fallo de 1 (fallo seguro), y la probabilidad total del suceso no deseado. Proporciona la degradación del sistema en caso de ocurrir el suceso básico. La ordenación obtenida está basada en la disposición estructural de los sucesos básicos en el árbol de fallos, sin tener en cuenta explícitamente los valores reales de las indisponibilidades de los sucesos.

b. Medida de importancia RRW (Risk Reduction Worth): se define como el cociente entre la probabilidad total del suceso TOP y la suma de las probabilidades de todos los conjuntos mínimos, asumiendo para el componente una tasa de fallo nula. Esta medida proporciona los sucesos básicos que más contribuyen al riesgo. Identifica aquellos sucesos básicos que si fueran perfectamente fiables, con indisponibilidad nula, conducirían a una reducción más importante del riesgo del sistema.

c. Medida de importancia de Fussell-Vesely: se define este factor respecto de un componente, como el cociente entre la suma de las probabilidades de todos los conjuntos mínimos que contienen a este componente y la probabilidad total (o suma de la probabilidad de todos los conjuntos mínimos). En esta medida influye tanto la indisponibilidad del componente como su posición estructural en el árbol de fallos.

En el caso práctico del apartado anterior, los resultados obtenidos para las tres medidas de importancia se muestran en las tablas 15, 16 y 17 y se representan en los gráficos 3, 4 y 5, respectivamente. a. Medida RAW: esta medida revela la importancia de asegurar las señales eléctricas SA y SC de actuación de las válvulas de control (VC1 y VC 2) y de las bombas (B1 y B2), así como el suministro eléctrico. b. Medidas RRW y Fussell-Vesely: estas medidas proporcionan la misma ordenación de sucesos básicos y revelan la importancia de reducir la probabilidad de los modos de fallo de las bombas (B1 y B2) en demanda y en espera.

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Medidas de reducciĂłn de la indisponibilidad. Intervalo Ăłptimo entre pruebas Las medidas existentes para aumentar la fiabilidad (o disminuir la indisponibilidad) de un sistema o reducir la probabilidad de fallo, pueden ser bĂĄsicamente de dos tipos. En primer lugar, modificar la estructura del ĂĄrbol de fallos: a travĂŠs de cambios en la instalaciĂłn, que fundamentalmente pueden consistir en la incorporaciĂłn de redundancias en aquellos elementos o funciones que se hayan identificado como crĂ­ticas o imprescindibles para la seguridad del sistema, como en el caso del suministro elĂŠctrico y seĂąales de actuaciĂłn del ejemplo anterior, que proporcionan los valores superiores en la medida de importancia RAW. En segundo lugar, disminuir la indisponibilidad de los sucesos bĂĄsicos: tal y como se ha visto en el punto "Modos de fallo y modelos de indisponibilidad", la indisponibilidad de cada suceso bĂĄsico se ha calculado mediante unas expresiones matemĂĄticas para cada modo de fallo, que tienen como variables las tasas de fallos intrĂ­nsecas de los componentes (đ?œ†s, đ?œ†o) y las condiciones de operaciĂłn y mantenimiento del sistema (Tep, Tp, TO, TTR). Por ello, la reducciĂłn de las indisponibilidades de los sucesos bĂĄsicos puede ser lograda mediante la elecciĂłn de componentes con tasas de fallos bajas y adoptando adecuadas estrategias de mantenimiento preventivo. En el caso prĂĄctico analizado, las medidas de importancia RRW y FussellVesely han revelado la importancia de reducir la indisponibilidad de las bombas instaladas, a las cuales se les realiza pruebas periĂłdicas.

Intervalo Ăłptimo entre pruebas La indisponibilidad de la bomba estĂĄ determinada por:

đ??š = đ??šđ?‘’đ?‘ đ?‘?đ?‘’đ?‘&#x;đ?‘Ž + đ??šđ?‘?đ?‘&#x;đ?‘˘đ?‘’đ?‘?đ?‘Žđ?‘ + đ??šđ?‘‘đ?‘’đ?‘šđ?‘Žđ?‘›đ?‘‘đ?‘Ž + đ??šđ?‘œđ?‘?đ?‘’đ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘?đ?‘–Ăłđ?‘›

đ??š =1+

đ?‘‡đ?‘? 1 đ?‘’−đ?œ† đ?‘ đ?‘‡đ?‘’đ?‘? − 1 + + đ??šđ?‘‘ + 1 − đ?‘’ −đ?œ† đ?‘œ đ?‘‡đ?‘‚ đ?œ†đ?‘ đ?‘‡đ?‘’đ?‘? đ?‘‡đ?‘’đ?‘?

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El intervalo Ăłptimo entre pruebas se puede obtener derivando la funciĂłn anterior respecto al tiempo entre pruebas e igualando la derivada a cero:

đ?‘‡Ăłđ?‘?đ?‘Ąđ?‘–đ?‘šđ?‘œ ≈

2đ?‘‡đ?‘? đ?œ†đ?‘’

Que en el caso prĂĄctico realizado anteriormente proporciona un valor de 1.036 horas. Para verificar este resultado se ha calculado la indisponibilidad total del suceso no deseado para distintos tiempos entre pruebas de las bombas; los resultados se presentan en la tabla 18 y se representan en el grĂĄfico 6, de donde se desprende que el mĂ­nimo valor de la indisponibilidad total se obtiene para un tiempo entre pruebas prĂłximo a 1.000 horas, corroborĂĄndose el cĂĄlculo matemĂĄtico del tiempo Ăłptimo realizado anteriormente.

4.1.8. Mantenibilidad. Disponibilidad Se trata de conceptos paralelos a la fiabilidad en tanto en cuanto son funciones de distribuciĂłn de probabilidad, de acuerdo con las definiciones dadas antes. -La mantenibilidad, probabilidad de ser reparado en un tiempo predeterminado, se refiere a la variabilidad de los tiempos de reparaciĂłn, que es muy grande por los numerosos factores que pueden intervenir.

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La función de distribución de estos tiempos puede ser: -Distribución Normal: Tareas relativamente sencillas. -Distribución mantenimiento.

Logarítmico-Normal:

La

mayoría

de

los

casos

en

Función de distribución de probabilidad m (t), indica la distribución de los tiempos de mantenimiento.

- Mantenibilidad: 𝑀(𝑡) =

𝑡 0

- Tasa de reparación: 𝜇 𝑡 =

𝑚 𝑡 𝑑𝑡 𝑚 𝑡 1−𝑀 𝑡

Si µ = cte. entonces 𝜇 =

1 𝑀𝑇𝑇𝑅

- Tiempo medio de reparación: MTTR

-La disponibilidad, probabilidad de desarrollar la función requerida, se refiere a la probabilidad de que no haya tenido fallos en el tiempo t, y que caso que los tenga, que sea reparada en un tiempo menor al máximo permitido. Es función por tanto, de la fiabilidad y de la mantenibilidad. En el caso de que la tasa de fallos λ (t) y la tasa de reparación μ (t) sean constantes, es:

𝐷=

𝑀𝑇𝐵𝐹 𝑀𝑇𝐵𝐹 + 𝑀𝑇𝑇𝑅

La disponibilidad aumenta al aumentar la fiabilidad (disminuir la tasa de fallos λ) ó al disminuir el tiempo medio de reparación (aumentar la tasa de reparación μ).

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4.2. Alineación de Ejes 4.2.1. Importancia de la alineación Para conseguir un funcionamiento suave en dos máquinas acopladas es imprescindible que los ejes de las mismas estén dentro de unos límites admisibles en su alineación. Los límites son más estrechos cuanto mayor velocidad y/o potencia tengan las máquinas acopladas. Las consecuencias de un acoplamiento de ejes con desalineación superior a la admisible por el tipo de acoplamiento es un nivel anormalmente alto en las vibraciones, tanto radiales como axiales y un deterioro prematuro de los órganos de las máquinas, pudiendo incluso presentarse un fallo catastrófico si se arranca una máquina con un grado alto de desalineación. La figura resume los principales problemas causados por una alineación inadecuada:

El propósito de alineación de los ejes es impedir vibraciones excesivas y el fallo prematuro de piezas de la máquina. La desalineación es sin duda una de las causas principales de problemas en maquinaria. Estudios han demostrado que un 50 % de problemas en maquinaria son causa de desalineación y que un 90 % de las máquinas corren fuera de las tolerancias de alineación permitidos.

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Una máquina desalineada puede costar desde un 20 % a un 30 % de tiempo de paro no programado, partes de repuesto, inventarios y consumo de energía.

4.2.2. Concepto de alineación y tipos de desalineamiento La alineación de ejes es el proceso de ajuste de la posición relativa de dos máquinas acopladas (por ejemplo, un motor y una bomba) de manera que las líneas centrales de sus ejes formen una línea recta cuando la máquina está en marcha a temperatura de funcionamiento normal (Fig. 29)

Figura 29

El alineamiento es una técnica que busca la calidad en el montaje de las máquinas rotativas. Sus fines son: • Lograr un buen posicionamiento entre ejes. • La eliminación de esfuerzos no deseados. • La descarga de los órganos de apoyo de los equipos. • La duración del servicio. • Ahorro económico por disminución de roturas, deterioros y stocks de almacenamiento. • Mayor disponibilidad de servicio.

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La falta de alineamiento ocasiona excesivas fuerzas axial y radial en los cojinetes, lo cual conlleva: • Recalentamiento y desgaste prematuro de los cojinetes. • Sobrecargas en el motor. • Desgaste prematuro en las empaquetaduras o sellos mecánicos del eje. • Posibilidad de rotura del eje debido a fatiga. • Chirridos y ruidos extraños. • Vibraciones, las cuales son a su vez causa del desalineamiento, creando un círculo vicioso que termina por arruinar el equipo.

Deberá realizarse una verificación de la alineación si se notan uno o más de estos síntomas: • Vibración radial y axial excesiva. • Temperatura alta del aceite, cojinetes calientes. • Fuga de aceite excesiva en las juntas de los cojinetes. • Pernos de anclaje flojos. • Pernos de acoplamiento flojo o roto. • Acoplamiento caliente inmediatamente después de la parada.

• Con acoplamientos elásticos, polvo de goma o de plástico en el interior de la defensa del acoplamiento. Fallos frecuentes de cojinetes y/o acoplamientos.

Los posibles desalineamientos (desviaciones de la condición de alineamiento ideal) que se pueden presentar se representan en la figura 30 y son: • Radial o Paralelo (ejes desplazados paralelamente - Offset). • Angular (ejes angulados entre sí). • Combinación de los anteriores (Offset + Angular). 50

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Figura 30.- Tipos de desalineamiento

- La desalineación paralela ocurre cuando los ejes están desplazados (Offset) entre sí, siendo paralelos uno respecto del otro. - La desalineación angular se presenta si ambos ejes forman un cierto ángulo. - La desalineación combinada, suma de las dos anteriores, supone que los ejes se cruzan en el espacio, sin intersección. Es lo más habitual

Toda operación de alineamiento que se efectúe de forma racional debe seguir, al menos, los 4 pasos siguientes: • Medición de las magnitudes y dirección de las desviaciones (debidas a los desplazamientos paralelos y angulares de los ejes en los planos vertical y horizontal). • Cálculo de los desplazamientos de corrección. • Efectuar dicho desplazamiento. • Comprobar la alineación.

Para corregir los diferentes tipos de desalineación existen diferentes métodos entre los que se pueden destacar, de menor a mayor precisión, los siguientes: ○ Regla y nivel. ○ Reloj comparador. ○ Sistema de rayo láser. 51

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4.2.3. Regla y nivel Es un sistema de alineamiento rápido, utilizado en los casos en los que los requisitos de montaje no son exigentes, dado que es poco preciso. El proceso de alineamiento es como sigue: • Los ejes, con los platos calados, se aproximan hasta la medida que se especifique. • Con una regla de acero y un nivel, se sitúan en las generatrices laterales que podemos denominar Este y Oeste (o 3 y 9) y se irá corrigiendo hasta que los consideremos alineados. • Se comprueba el paralelismo de los platos midiendo en cuatro puntos a 90°. • Si en el plano Norte-Sur no tenemos el nivel a cero, quiere decir que el mecanismo está “CAÍDO” o “LEVANTADO”, por lo que habrá que colocar forros donde se necesite para que los dos platos queden paralelos.

4.2.4. Reloj comparador Antes de describir los métodos de alineación dedicaremos una pequeña atención al reloj comparador, instrumento con el que se realizan las medidas de desalineación. Se trata de un instrumento medidor que transmite el desplazamiento lineal del palpador a una aguja indicadora, a través de un sistema piñón-corredera. El reloj comparador consiste en una caja metálica atravesada por una varilla o palpador desplazable axialmente en algunos milímetros (10 mm. para comparadores centesimales y 1 mm. para comparadores milesimales). En su desplazamiento la varilla hace girar, por medio de varios engranajes, una aguja que señalará sobre una esfera dividida en 100 partes el espacio recorrido por el palpador, de tal forma que una vuelta completa de la aguja representa 1 mm. de desplazamiento del palpador y, por consiguiente, una división de la esfera corresponde a 0.01 mm. de desplazamiento del mismo. Una segunda aguja más pequeña indica milímetros enteros. Movimientos del palpador hacia el comparador serán positivos, girando la aguja en el sentido del reloj. Movimientos hacia el exterior serán negativos, desplazándose la aguja en sentido antihorario.

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El modo de usarlo para medir la desalineaciĂłn radial (paralela) es haciĂŠndolo solidario a uno de los ejes (Eje A) mediante un adaptador (base magnĂŠtica), descansando el palpador en el diĂĄmetro exterior del otro eje (Eje B). Montado de esta forma se gira 360Âş el eje A, tomando lecturas cada 90Âş. Dichas lecturas nos darĂĄn la posiciĂłn relativa del eje B respecto de la proyecciĂłn del eje A en la secciĂłn de lectura. Para medir la desalineaciĂłn axial (angular) se procede de igual manera pero descansando el palpador en la cara frontal del plato.

Figura 32

Las lecturas radiales del comparador, A (arriba) y B (abajo), marcan el doble de la distancia real entre ejes:

đ??´=đ?‘…+đ?‘‘ đ?‘‘=

đ??´âˆ’đ??ľ 2

đ??ľ =đ?‘…−đ?‘‘

e igual en sentido horizontal, donde se harĂĄn las lecturas D(derecha) e I(izquierda). Para comprobar la exactitud de las medidas efectuadas se tiene que verificar que

đ??´+đ??ľ =đ??ˇ+đ??ź

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En efecto:

Figura 33

đ??´=đ?‘…+đ?‘‰ đ??ľ =đ?‘…−đ?‘‰

D=R+H

đ??´+đ??ľ =đ??ˇ+đ??ź

đ??ź =đ?‘…−đ??ť

y como normalmente es A = o, serĂĄ B = D + I Para evitar errores se identifican los puntos de lecturas como A, B, I, D situado el observador siempre en la mĂĄquina fija y mirando hacia la mĂłvil. Efectuadas las lecturas y comprobada su exactitud, se procede a hacer la correcciĂłn de la desalineaciĂłn. Para ello se intercalan lĂĄminas metĂĄlicas de diferentes espesores entre las bases de asiento (patas) y la bancada para la correcciĂłn vertical de la mĂĄquina mĂłvil. Asimismo se efectĂşan los desplazamientos horizontales que sean necesarios en la mĂĄquina mĂłvil para hacer la correcciĂłn horizontal. Las lecturas se apuntan en un formato apropiado antes y despuĂŠs de hacer la correcciĂłn. Esta informaciĂłn se utilizarĂĄ, no solo para verificar la calidad de la operaciĂłn y su ajuste a las tolerancias admisibles, sino como referencia para futuras intervenciones.

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Comprobaciones preliminares Antes de proceder a realizar una alineaci贸n se deben hacer las comprobaciones siguientes y corregir lo que sea preciso, dado la influencia que tienen en los resultados de la alineaci贸n: 1. Comprobar que las bancadas est谩n en buen estado. No hay patas rotas o fisuradas. 55

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2. Comprobar que los asientos de las máquinas en las bancadas están limpios y libres de óxido. 3. Asegurar que los suplementos utilizados son de material inoxidable y se usa un paquete poco numeroso, pues puede ser fuente de vibraciones (elemento elástico). 4. Verificar que no existen patas "cojas". En ese caso someteríamos al equipo a tensiones y, finalmente, sería una fuente de vibraciones. La comprobación de "patas cojas" se realiza fijando un comparador a la bancada y el palpador en la pata a comprobar. Se afloja y la deflexión debe ser inferior a 0,05 m/m. 5. Comprobar que las tuberías que conectan con las máquinas no inducen tensiones a los equipos. Para ello se colocan dos comparadores en el acople, uno vertical y otro horizontal. Se aflojan las bridas y las indicaciones en uno u otro sentido deben ser inferiores a 0,075 m/m. 6. Comprobar la flecha del soporte del comparador utilizado. Para ello se coloca sobre un tubo suficientemente rígido para despreciar su flecha. Situar el palpador en parte superior a cero. Girar el tubo 180º y volver a leer. La lectura dividida por 2 es la flecha del soporte.

Figura 34

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Corregir las lecturas con la flecha del soporte: .- Lectura inferior: +2 veces la flecha .- Lectura derecha: + 1 vez la flecha .- Lectura izquierda: +1 vez la flecha

Corrección de la desalineación Siempre se empieza identificando una máquina como fija y otra como móvil, que es a la que se aplican los movimientos correctores. Se elige como máquina fija la más pesada, la de soportación más delicada o más compleja de mover. Así, en el caso de un grupo motor eléctrico- bomba, la bomba es la fija. En el caso de una turbina-bomba, la turbina es la fija. Cuando tenemos varias máquinas para acoplar entre sí, se decide en función de las lecturas iniciales efectuadas. En todos los casos se trata de determinar la magnitud y el sentido de los movimientos a efectuar y llevarlos a cabo sobre la máquina que se ha seleccionado como móvil. El cálculo tanto de la magnitud como del sentido de los movimientos correctores se hace por alguno de los métodos que veremos posteriormente. Una vez determinados, la corrección se efectúa moviendo la máquina móvil tanto en sentido horizontal como en vertical. Para el movimiento en sentido horizontal se dispone de unos tornillos de alineación a ambos lados de los apoyos de la máquina.

Figura 35

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Apretando los de un lado y aflojando los del opuesto, se desplaza la máquina, controlando su magnitud con un reloj comparador que previamente se habrá ajustado a cero. Para el movimiento en sentido vertical se eliminan o añaden las láminas calibradas a modo de suplementos; al montar la máquina en su bancada interesa que siempre se haga sobre algún suplemento, pues al alinear podremos eliminarlos si fuera preciso bajar. En caso contrario habría que subir la máquina fija o mecanizar la bancada de la móvil, siendo ambas operaciones indeseables.

1.- Alineación mediante reloj radial y galgas (método Brown-Boveri). En primer lugar se busca corregir la desalineación angular con la ayuda de las galgas. El objetivo es que los dos platos del acoplamiento estén en el mismo plano. También se pretende, con las dieciséis medidas, compensar los errores de medida debidos a huelgo axial; sino con cuatro medidas bastaría. Los pasos a seguir son los siguientes: 1. Se mide con las galgas la distancia entre los platos del acoplamiento en las posiciones que hemos denominado “izquierda”, “derecha”, “arriba” y “abajo”. 2. Se mueven conjuntamente los dos árboles 90º, repitiendo las 4 medidas del paso anterior. Se opera igual para 180º y 270º. 3. Los valores así obtenidos se colocan en una tabla como la siguiente y se calculan los promedios.

Figura 36

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4. Se conseguirá el alineamiento si: Izquierda = Derecha = Arriba = Abajo.

Puede suceder que el plano del plato no sea perpendicular al eje, lo que puede generar otro tipo de error llamado “error de plano”. Este error se detecta una vez hecha la corrección al tomar de nuevo la serie de medidas indicadas en el punto 3. Si la media de las cuatro columnas coincide (confirmando que el desalineamiento angular se ha corregido), pero no coinciden los valores de las columnas para cada medida, hay error de plano.

En la práctica se corrigen primero los errores angulares en el plano vertical y luego en el horizontal. Es decir, primero corregimos verticalmente un ángulo α para que arriba = abajo, y después corregimos horizontalmente un ángulo β para que derecha = izquierda. (Figura 37).

Una vez corregida la desalineación angular se busca corregir la desalineación radial utilizando un reloj comparador. Primeramente se instala un montaje como el de la figura 38 que permita medir la posición relativa del eje B respecto al A:

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1. Los platos se giran conjuntamente y se lee el marcador en las posiciones izquierda, derecha, arriba y abajo. Las medidas indicarán una posición correcta de B respecto de A si se cumple: izquierda = derecha = arriba = abajo

2. Es conveniente repetir para medir la posición relativa del eje A respecto a B. En la figura 39 se indica lo que se mide cuando se utiliza un reloj comprador. Se tiene un árbol B desalineado hacia abajo una distancia H respecto del árbol A. La base del reloj está sobre el eje B; por tanto éste es el referente que se toma para la medida. La diferencia entre las medidas en ambas posiciones, es la diferencia de lectura del reloj. Así: (R-H) – (R+H) = -2H

Es decir, si en la posición 1 el reloj se pone a cero, en la posición 2 el reloj marcará –2H, lo que significa que se lee el doble de la desalineación existente entre ambos árboles.

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2-. AlineaciĂłn mediante relojes radiales alternados (MĂŠtodo Indicador Inverso). Es el mĂŠtodo mĂĄs preciso y, por tanto, el que se debe aplicar cuando la distancia entre platos (Lo) es mayor que su diĂĄmetro (D). Asimismo es el indicado cuando algunas de las mĂĄquinas posee cojinetes antifricciĂłn, pues no se ve afectado por el posible desplazamiento axial de algĂşn rotor.

Figura 40

- Se supone fija la mĂĄquina A y la que vamos a mover la B. - Se toman dos lecturas radiales, una desde A en B (RAB) y otra desde B en A (RBA). - Con ello se conoce la desviaciĂłn del eje B respecto al A:

�=

đ?‘…đ??´đ??ľ + đ?‘…đ??ľđ??´ đ??żđ?‘‚

- Correcciones en las patas de B (Plano Vertical):

đ?‘ƒ1 = đ?‘…đ??´đ??ľ +

đ?‘…đ??´đ??ľ + đ?‘…đ??ľđ??´ Ă— đ??ż1 đ??żđ?‘‚ 61

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đ?‘ƒ2 = đ?‘…đ??´đ??ľ +

đ?‘…đ??´đ??ľ + đ?‘…đ??ľđ??´ Ă— (đ??ż1 + đ??ż2) đ??żđ?‘‚

Figura 41

De la misma forma se corrige en el Plano Horizontal. Una vez realizadas las correcciones, se repiten las lecturas para comprobar que estån dentro de tolerancias (ι ≤ 0,05º). - El error que se comete serå inferior a 0,05º, si las lecturas de los comparadores, en valor absoluto, son inferiores a:

0,08 Ă—

đ??żđ?‘‚(đ?‘š/đ?‘š) 100

Si no se hubiese conseguido, se repite la operaciĂłn de correcciĂłn tomando como datos los obtenidos en la Ăşltima lectura.

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La desalineación en este método se determina también gráficamente definiendo las posiciones relativas de las líneas de ejes. Los pasos a seguir son los siguientes: 1. Marcar sobre la superficie de uno de los semiacoplamientos un punto de referencia y otros 3 más a 90º, 180º y 270º, respectivamente. 2. Montar dos relojes comparadores, uno con su palpador apoyado en el exterior de un plato y su soporte asegurado en el eje de la otra máquina, ocupando la posición de 0º, y el otro colocado en la dirección contraria y en la posición de 180º (ver figura 42).

Figura 42.- Montaje para el alineamiento con dos relojes comparadores

3. Anotar las lecturas que se obtienen en ambos relojes comparadores en las posiciones de 0º, 90º, 180º y 270º en el lugar correspondiente de la ficha de trabajo. 4. Se procede a la determinación de la desalineación en el plano vertical (figura 43). Sobre el papel milimetrado, se traza el árbol EI de la máquina estacionaria en una posición arbitraria, situando respecto a él la posición de los platos PI y PII y de sus apoyos.

Figura 43.- Alineamiento en el plano vertical con relojes alternados 63

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5. Con las lecturas en las posiciones 0º y 180º del reloj RII conocemos la distancia dII (posición relativa del eje EII respecto del eje EI en el plano de medida PI), de forma que podemos situar el punto II. 6. Con las lecturas en las posiciones 0º y 180º del reloj RI conocemos la distancia dI, (posición relativa del eje EI respecto del eje EII en el plano de medida PII), de forma que podemos situar el punto I. Uniendo los puntos I y II definimos la proyección sobre el plano vertical del eje EII. De esta forma obtenemos la posición relativa del eje EII respecto al EI. Si situamos ahora sobre EII sus apoyos podremos ver gráficamente las distancias CI y CII, que representan las correcciones en los apoyos de EII necesarias para un correcto alineamiento. 7. De forma análoga, pero considerando las lecturas de las posiciones 90º y 270º, se procede al alineado en el plano horizontal.

2-. Alineación mediante cara y borde (Método Radial-Axial). Es el método más preciso y, por tanto el que se debe emplear cuando la distancia entre platos (Lo) es menor que el diámetro del plato (D). Presenta características similares al caso de la alineación mediante reloj radial y galgas. - Se supone fija la máquina A y la que vamos a mover la B. - Se toman dos lecturas, una radial (R) y otra axial (Z), ambas desde A en B.

Figura 44

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- La lectura radial nos marca altura del eje B respecto al A. La lectura axial nos da el ángulo del eje B respecto del A. - Correcciones en las patas de B: - Plano Vertical

𝑃1 = 𝑅𝐴𝐵 +

𝑃2 = 𝑅𝐴𝐵 +

𝑍𝐴𝐵 × 𝐿1 𝐷

𝑍𝐴𝐵 × (𝐿1 + 𝐿2) 𝐷

- De la misma forma se corrige en el plano horizontal. Se completa la corrección haciendo una nueva lectura de comprobación. - La desalineación será inferior a 0,05º, si las lecturas efectuadas cumplen:

𝑅 < 0,08

𝐿𝑂(𝑚/𝑚) 100

𝑍 < 0,08

𝐷(𝑚/𝑚) 100

LO: Distancia entre platos D: Diámetro del plato donde realizamos la lectura axial.

Figura 45

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- Las lecturas se facilitan indicando R(A,B,D,I) y Z(A,B,D,I). Interesa, para facilitar la aplicación, poner a cero la lectura que identificamos como "Arriba" (A). Aunque éste sea el método más preciso cuando la distancia entre platos (LO) es menor que el diámetro del plato (D) , sin embargo si las máquinas tienen cojinetes de fricción es preferible usar el método inverso ya que no se ve afectado por los movimientos axiales de los rotores. La desalineación en este método también se puede determinar gráficamente, definiendo las posiciones relativas de las líneas de ejes.

4.2.5. Sistema de rayo láser Los métodos de alineación con el uso de láser suponen una mejora destacable de los métodos tradicionales. Un alineador de ejes láser realiza una alineación más rápida y precisa que los métodos tradicionales. Los alineadores de contacto utilizan transductores “comunicadores electrónicos de posición”, semejantes al reloj comparador. Estos elementos se utilizan cada día más y cada casa comercial tiene su modelo con sus debidas instrucciones de utilización.

Figura 46

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El equipo a utilizar, por ejemplo, puede ser el OPTALIGN, de Prüftechnik AG. Consta de una unidad Láser/Detector, que montada en el eje de la máquina estacionaria, emite un rayo láser, que es dirigido al prisma montado en el eje de la máquina que debe ser movida; donde es reflejado hacia el detector. Un computador recibe la información del detector y suministra todos los datos necesarios para un alineado preciso. El láser es de semiconductores Ga-Al-As, y emite luz en la zona del rojo visible (longitud de onda 670 nm). Su potencia es del orden de pocos mW. Ventajas: • Rapidez de montaje. • Elimina voladizos de los útiles (inducen errores). • Realiza todos los cálculos automáticamente hasta dar los valores de corrección. • Elimina errores de excentricidad. • Elimina errores de huelgo axial. • Elimina errores de lectura. • Valora directamente posiciones de eje.

Como inconvenientes cabe destacar: • No se puede medir cuando uno de los ejes no puede girar. • El láser puede ser desviado por corrientes térmicas o de vapor. • Sus componentes son sensibles a los ambientes con suciedad. • Requiere revisiones de la casa para garantizar los resultados. • Requiere una formación y una adaptación del operario.

El procedimiento para alinear con este equipo se sigue fácilmente a través de las Hojas de Protocolo como las que se adjuntan en la Ficha de Trabajo, y es el siguiente: 1. En primer lugar se procede al ajuste del emisor/detector y del prisma. Tanto el sistema transductor, que contiene al láser y al detector de posiciones, como el prisma, se deslizan y posicionan sobre las columnas de las fijaciones. El rayo láser visible facilita 67

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el ajuste inicial del prisma, incluso a grandes distancias, buscando su reflexión en el detector de posiciones. El detector emite las coordenadas de recepción del rayo láser al computador (tecla “M” de medida pulsada), solamente cuando el rayo reflejado por el prisma cae dentro de su campo interior linealizado (figura 47). Su resolución es de 1 μm.

2. Pulsando la tecla “DIM”, se introducen las medidas de la máquina. El equipo va pidiendo las medidas necesarias. 3. Medición. Se mide pulsando la tecla “M” en por lo menos tres posiciones a 90° de giro conjunto de los árboles. El inclinómetro indica la posición exacta. En caso de obstrucciones visuales existe una función especial de lectura con una rotación de sólo 90°. Cualquier desalineado de los ejes es causa de que el rayo reflejado se separe de su posición original en el centro del detector. Las lecturas efectuadas por el detector de estos movimientos del rayo láser entran en la computadora, que los emplea junto con las dimensiones de la máquina para calcular el desalineado de los ejes. 4. Resultados en el acoplamiento. Pulsar la tecla “acoplamiento” para que aparezca en pantalla el desalineado en el acoplamiento, con una precisión de 0,01 mm. Se indican en vistas horizontales y verticales el desplazamiento paralelo y la angularidad en el acoplamiento. Además sirve para comprobar si la alineación está dentro de las tolerancias. 5. Corrección de los apoyos. Si la alineación está fuera de las especificaciones, pulsar la tecla de “pie de máquina” para obtener los valores de corrección, que incluyen la compensación de las dilataciones térmicas si hay valores de desalineado intencional. 68

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4.2.6. Corrección por condiciones de servicio El objetivo de la alineación es que los ejes se encuentren dentro de las tolerancias de alineación, en condiciones de operación. Si se trata de un equipo cuyas condiciones en operación (sobre todo temperatura) varían poco respecto de las de paro no hay gran inconveniente en hacer una alineación "a cero" en frío. Sin embargo cuando se trata de equipos que experimentan dilataciones importantes en condiciones de operación por efecto de la temperatura (turbinas de vapor, compresores) es preciso dejar una desalineación previa en sentido contrario para compensar el efecto debido a las dilataciones. Las medidas de compensación se establecen por: • Recomendaciones del fabricante. • Por aproximaciones sucesivas mediante pruebas. • Por cálculo de dilataciones de equipos en función de las temperaturas. • Tomando medidas de dilatación mediante comparadores fijados a la bancada y los palpadores apoyados en las carcasas de cojinetes, si es posible. Efectuada la compensación, se deben corroborar los resultados obtenidos mediante medidas de vibraciones que es el mejor indicador de una buena alineación.

4.2.7. Tolerancias de alineación El objetivo de la alineación es que, en condiciones de operación, los ejes se encuentren dentro de los límites de tolerancia admisibles. Estos límites dependen fundamentalmente del tipo de acoplamiento y de la velocidad de rotación. El acoplamiento está diseñado para transmitir un par, absorbiendo las pequeñas desalineaciones sin que los esfuerzos generados por la misma puedan afectar a cierres y cojinetes. Cada fabricante define las tolerancias admisibles por sus acoplamientos concretos. Sin embargo es la experiencia quien dicta los verdaderos límites admisibles para una duración de vida adecuada de todos los órganos involucrados, sobre todo los más delicados como cierres y cojinetes. En cualquier caso, el criterio correcto es la vibración producida en operación, que debe estar dentro de los límites marcados.

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Los límites mås generalmente aceptados son: - Acoplamiento de låminas: • Límite pråctico 0,05º • Desalineación måxima 0,12º - Acoplamiento de dientes abombados: • Si la velocidad de rotación es menor que 3600 r.p.m., se aplican los mismos límites que en el caso anterior. • Si la velocidad es mayor que 3600 r.p.m., la velocidad de deslizamiento debe ser menor que 50 mm/s, siendo la velocidad de deslizamiento entre dientes:

đ?‘‰đ?‘‘ đ?‘šđ?‘š đ?‘ =

2đ?‘ đ?‘&#x;đ?‘?đ?‘š . đ??ˇ đ?‘šđ?‘š đ?‘ đ?‘’đ?‘› đ?›ź 60

N velocidad rotaciĂłn (r.p.m.) D diĂĄmetro engranaje (mm) Îą Angulo de desalineaciĂłn.

Como conclusiĂłn general se puede decir que la desalineaciĂłn residual debe ser inferior a 0,05Âş, lo que equivale a 0,08 m/m por cada 100 m/m de separaciĂłn entre extremos de ejes. De una forma prĂĄctica se suele admitir una alineaciĂłn como satisfactoria si en la lectura final, no se superan los siguientes lĂ­mites:

• lectura radial 0,03 mm. • lectura axial 0,015 mm.

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4.2.8. Desalineación de correas La desalineación de las poleas es una de las razones más comunes de las paradas inesperadas de la maquinaria de transmisión por correas. La desalineación de poleas puede incrementar el desgaste de éstas y de las correas, así como incrementar el ruido y la vibración, lo que puede provocar la parada inesperada de la máquina. Otro efecto secundario de una mayor vibración es el fallo prematuro de los rodamientos. Esto también puede causar la parada inesperada de la máquina.

Figura 48.- La medición de desalineaciones paralelas y angulares con una regla/viga o un trozo de cuerda

Métodos tradiciones para alinear las correas Estos métodos, los más utilizados, incluyen únicamente el uso de criterios visuales, o de criterios visuales en combinación con una regla/viga y/o un trozo de cuerda. La ventaja ofrecida por estos métodos tradicionales es el aparentemente poco tiempo requerido para el ajuste, aunque el uso de una regla/viga consume más tiempo que el uso de criterios visuales por sí solos. La principal desventaja es la falta de precisión. Algunos fabricantes de poleas recomiendan una desalineación angular horizontal máxima de 0,5° o incluso 0,25°, y eso es imposible de lograr utilizando solamente la vista humana.

Métodos de alineación de correas por láser Un alineador de poleas láser facilita la alineación de forma más rápida y precisa que los métodos tradicionales. Las herramientas de alineación de poleas disponibles en el mercado se pueden categorizar según su sistema de fijación a la polea y su sistema de alineación. En general existen dos grupos; uno alinea la cara lateral de la polea y el otro alinea las ranuras de la polea. 71

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La principal desventaja de las herramientas que sólo utilizan la cara lateral de la polea como referencia para alinear las poleas y las correas, es que sólo quedan alineadas entre sí las caras laterales de las poleas y no necesariamente las ranuras por las cuales pasan las correas. Con éste método varían los grados de precisión cuando las poleas son de distintos grosores, marcas o tipos. Las herramientas que alinean las ranuras de las poleas permiten la alineación donde más se necesita - en las ranuras de las poleas, incrementando la precisión considerablemente, independientemente del grosor, marca o tipo de polea. Una alineación de poleas y correas precisa le ayudará a: • Incrementar la vida de los rodamientos. • Incrementar el tiempo operativo, la eficiencia y la productividad de la maquinaria. • Reducir el desgaste de las poleas y las correas. • Reducir la fricción y por tanto, el consumo energético. • Reducir el ruido y la vibración • Reducir los costes derivados de la sustitución de componentes y las paradas de la máquina

Figura 49 72

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4.3. Equilibrado de Rotores 4.3.1. Importancia del equilibrado Si la masa de un elemento rotativo está regularmente distribuida alrededor del eje de rotación, el elemento está equilibrado y gira sin vibración. Si existe un exceso de masa a un lado del rotor, la fuerza centrífuga que genera no se ve compensada por la del lado opuesto más ligero, creando un desequilibrio que empuja al rotor en la dirección más pesada. Se dice entonces que el rotor está desequilibrado.

Figura 50

El desequilibrio de piezas rotativas genera unas fuerzas centrífugas que aumentan con el cuadrado de la velocidad de rotación y se manifiesta por una vibración y tensiones en el rotor y la estructura soporte. Las consecuencias pueden ser muy severas: - Desgaste excesivo en cojinetes, casquillos, ejes y engranajes. - Fatiga en soportes y estructura.

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- Disminución de eficiencia. - Transmisión de vibraciones al operador y otras máquinas.

Para minimizar el efecto de las fuerzas de excitación es necesario añadir masas puntuales de equilibrado que compensen el efecto de las fuerzas de inercia de desequilibrio, de manera que los ejes y apoyos no reciban fuerzas de excitación o, al menos, éstas sean mínimas. Por tanto el equilibrado tiene por objeto: - Incrementar la vida de cojinetes. - Minimizar las vibraciones y ruidos. - Minimizar las tensiones mecánicas. - Minimizar las pérdidas de energía. - Minimizar la fatiga del operador.

4.3.2. Causas de desequilibrio El exceso de masa en un lado del rotor (desequilibrio) puede ser por: - Tolerancias de fabricación en piezas fundidas, forjadas e incluso mecanizadas. - Heterogeneidades en materiales como poros, inclusiones, diferencias de densidad. - Falta de simetría en diseño, tales como chaveteros, etc. - Falta de simetría en uso tales como deformaciones, distorsiones y otros cambios dimensionales debido a tensiones, fuerzas aerodinámicas o temperatura.

Las piezas rotativas se deben diseñar para un equilibrado inherente. No obstante la comprobación del equilibrado es una operación complementaria en su fabricación ya que se pueden generar heterogeneidades, deformaciones en marcha, etc., que deben ser equilibradas.

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En cualquier caso siempre quedará un desequilibrio residual que será o no admisible en función del tipo de máquina y su velocidad de rotación. Ese desequilibrio admisible será función, por tanto, de la velocidad de rotación. El desequilibrio se mide en gramos x milímetros, aunque también es muy usada la unidad gramos x pulgada (ginch). Ejemplo de desequilibrio de 100 g.inch:

Figura 51

4.3.3. Tipos de desequilibrio y efectos La norma ISO 1925 describe cuatro tipos de desequilibrio, mutuamente exclusivos. Se describen a continuación con ejemplos colocando masas desequilibradoras sobre un rotor perfectamente equilibrado:

a) Desequilibrio Estático La condición de desequilibrio estático se da cuando el eje principal de inercia del rotor se encuentra desplazado paralelamente al eje del árbol. También llamado desequilibrio de fuerza. Se corrige colocando una masa correctora en lugar opuesto al desplazamiento del C.G., en un plano perpendicular al eje de giro y que corte al C.G.

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Figura 52.- Desequilibrio Estático

b) Desequilibrio de Par Un par desbalanceado se presenta cuando el eje principal de inercia del rotor y el eje del árbol interceptan en el centro de gravedad del rotor pero no son paralelos. También llamado desequilibrio de momento.

Figura 53.- Desequilibrio de Par

Dos masas de desequilibrio en distintos planos y a 180º una de otra. Para su corrección se precisa un equilibrado dinámico. No se pueden equilibrar con una sola 76

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masa en un solo plano. Se precisan al menos dos masas, cada una en un plano distinto y giradas 180º entre sí. En otras palabras, el par de desequilibrio necesita otro par para equilibrarlo. Los planos de equilibrado pueden ser cualesquiera, con tal que el valor del par equilibrador sea de la misma magnitud que el desequilibrio existente.

c) Desequilibrio Cuasi-Estático Existe cuando el eje principal de inercia intercepta el eje de giro pero en un punto distinto al centro de gravedad. Representa una combinación de desequilibrio estático y desequilibrio de par. Es un caso especial de desequilibrio dinámico.

Figura 54.- Desequilibrio Cuasi-Estático

d) Desequilibrio Dinámico Existe cuando el eje principal de inercia no es ni paralelo al eje de giro ni lo corta en ningún punto: dos masas en distintos planos y no diametralmente opuestas. Es el más común de los desequilibrios y necesita equilibrarse necesariamente en, al menos, dos planos perpendiculares al eje de giro.

Figura 55.- Desequilibrio Dinámico

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Un rotor desequilibrado, cuando gira en sus cojinetes, causará una vibración periódica y ejercerá una fuerza periódica sobre cojinetes y estructura soporte. La figura siguiente representa el movimiento de un rotor con desequilibrio estático y el mismo con un desequilibrio de par. En caso de desequilibrio dinámico el rotor se moverá de forma más compleja, resultado de la combinación de los movimientos ilustrados.

Figura 56

Los rotores se dividen en dos grupos. Un grupo está formado por rotores rígidos que no se desvían hasta que alcanzan la velocidad operativa. El otro grupo está formado por rotores flexibles que se “inclinan” cuando alcanzan la velocidad operativa. La primera desviación es un “efecto de comba”, lo que significa que el centro del rotor a una velocidad determinada se sale de su eje rotacional, provocando un gran desequilibrio “estático”. Si la estructura es rígida la fuerza ejercida es mayor que si la estructura es flexible (excepto en resonancia). En la práctica las estructuras no son ni puramente rígidas ni flexibles. El sistema formado por cojinetes y sus soportes constituyen un sistema elástico con amortiguamiento (resorte + amortiguación), que tiene su frecuencia propia de resonancia. Cuando el rotor gira a baja velocidad, debido a su naturaleza antes descrita (sistema elástico con amortiguamiento), el eje principal de inercia gira en fase con la 78

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deflexiĂłn generada en el sĂłlido. Si se aumenta la velocidad de giro, aumenta la deflexiĂłn y al mismo tiempo se va produciendo un desfase entre ambos (deflexiĂłn retrasada respecto a la posiciĂłn del eje principal de inercia). Cuando la velocidad de rotaciĂłn es prĂłxima a la de resonancia, el eje principal de inercia se mueve con un ĂĄngulo de fase de 90Âş respecto a la deflexiĂłn, debido al amortiguamiento. Si se sigue aumentando la velocidad de rotaciĂłn, el ĂĄngulo de fase aumenta hasta 180Âş, a una velocidad doble de la de resonancia, permaneciendo constante tanto la amplitud como el ĂĄngulo de fase para velocidades superiores. Esta situaciĂłn se ilustra en la figura siguiente (ĂĄngulo de fase y amplitud de vibraciĂłn en funciĂłn de la velocidad de rotaciĂłn):

Figura 57

4.3.4. ReducciĂłn del desequilibrado El propĂłsito del equilibrado, como se ha apuntado, consiste en alterar la distribuciĂłn de masas de un rotor a fin de evitar la generaciĂłn de fuerzas en los soportes como resultado del movimiento de rotaciĂłn. Dicho propĂłsito solo puede ser aproximado, ya que un cierto desequilibrio permanece siempre en el rotor. El equilibrado de rotores trata de conseguir la reducciĂłn del desequilibrio, en el menor tiempo posible, hasta los valores permisibles del desequilibrio permanente. La RelaciĂłn de la ReducciĂłn del Desequilibrio (RRD) es:

đ?‘…đ?‘…đ??ˇ = 100

đ?‘ˆ1 − đ?‘ˆ2 đ?‘ˆ2 = 100 ∙ 1 − % đ?‘ˆ1 đ?‘ˆ1

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MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

donde U1 es el desequilibrio inicial y U2 es el desequilibrio permanente despuĂŠs del equilibrado. La reducciĂłn en el desequilibrio o RRD, se refiere siempre a un plano de equilibrado. A mayor eficiencia en el equilibrado, mayor RRD. En los casos favorables se pueden alcanzar valores superiores al 90%.

4.3.5. Valores permisibles del desequilibrio permanente en rotores El valor de desequilibrio de cada plano individual de equilibrado que se corresponde con el estado de equilibrio aceptable del rotor, se denomina “desequilibrio permanente admisibleâ€?. Generalmente a mayor masa del rotor, mayor desequilibrio permanente admisible. Por ello es interesante determinar la relaciĂłn entre el desequilibrio permanente “Upermâ€? y la masa “mâ€? del rotor. Esta relaciĂłn es el desequilibrio especĂ­fico admisible “eadm = Uperm/mâ€? que se identifica, en el caso de desequilibrio estĂĄtico, con el desplazamiento del cdg. La experiencia indica que, en general, en la construcciĂłn de mĂĄquinas, si otras circunstancias no lo exigen, se consideran admisibles vibraciones cuya aceleraciĂłn no supere la dĂŠcima parte de la gravedad, lo que supone descartar riesgos de fallo por fatiga. La aceleraciĂłn de la mĂĄquina como conjunto, si se considera desplazamiento libre, podrĂ­a ser:

đ?‘Ž=

đ??š đ?‘š đ?œ‹ = đ?‘’đ?‘?đ?‘’đ?‘&#x;đ?‘š đ?‘š + đ?‘šđ?‘Ž đ?‘š + đ?‘šđ?‘Ž 30

2

∙ đ?‘›2 ≤ 0,1đ?‘”

donde: a es la aceleraciĂłn mĂĄxima de la mĂĄquina completa; m masa del rotor (kg.) ; ma masa del estator y n nĂşmero de r.p.m. del rotor. El desequilibrio especĂ­fico admisible, obtenido de la ecuaciĂłn anterior es:

đ?‘’đ?‘Žđ?‘‘đ?‘š

108 đ?‘š + đ?‘šđ?‘Ž ≈ 2 ∙ đ?œ‡đ?‘š đ?‘› đ?‘š 80

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

El valor de eadm en función de la velocidad puede leerse directamente del nomograma de la figura 58, como un valor correspondiente a la relación entre la masa del rotor y el estator.

La evaluación estadística de casos de daño muestra, de acuerdo con las experiencias prácticas, que el desequilibrio específico admisible en rotores idénticos es inversamente proporcional a la velocidad. Por tanto, se puede escribir:

eadm · n = constante ó eadm· ω = constante

donde ω es la velocidad del cdg, generalmente en mm·s-1. La recomendación ISO 1940 “Calidad de equilibrado de cuerpos rígidos de rotación”, se fundamenta en el principio expuesto.

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MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Cualquier valor del producto eadm·ω puede calcularse. Por motivos de sencillez la norma específica una serie estándar de números con el factor de multiplicación 2,5. Los grados de calidad individual se designan por la letra G y el valor numérico del producto. Cada grado de calidad G consiste en un rango cuyos límites inferior y superior son respectivamente 0 y eadm. La figura 59 recoge los límites superiores de los desequilibrios específicos permitidos, en relación con la máxima velocidad de trabajo.

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MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

El desequilibrio residual admisible para rotores rĂ­gidos estĂĄ establecido por la norma ISO 1940 (Calidad de Equilibrado de Rotores RĂ­gidos), para rotores flexibles se aplica la norma ISO 5343 (conjuntamente con ISO 1940 e ISO 5406) y para rotores acoplados entre sĂ­, con velocidad crĂ­tica diferentes en cada caso, hay que aplicarles las normas a cada uno por separado.

4.3.6. Proceso general de Equilibrado Un rotor se debe equilibrar: - A una velocidad tan baja como sea posible para disminuir los requerimientos de potencia, los esfuerzos aerodinĂĄmicos, ruidos y daĂąos al operador. - Debe ser lo suficientemente alta para que la mĂĄquina equilibradora tenga suficiente sensibilidad para alcanzar las tolerancias de equilibrado requeridas. Para ello la primera cuestiĂłn a resolver es si el rotor a equilibrar es rĂ­gido o flexible. Se considera un ROTOR RĂ?GIDO si puede ser equilibrado en dos planos (seleccionados arbitrariamente) y, despuĂŠs de la correcciĂłn, su desequilibrio no excede los lĂ­mites de tolerancia a cualquier velocidad por encima de la velocidad de servicio. Un ROTOR FLEXIBLE no satisface la definiciĂłn de rotor rĂ­gido debido a su deformaciĂłn elĂĄstica. Por tanto, un rotor rĂ­gido se puede equilibrar a la velocidad estĂĄndar de la equilibradora, cualquiera que sea su velocidad de giro en servicio. En la mayorĂ­a de los casos se puede asumir que un rotor puede ser equilibrado satisfactoriamente a baja velocidad si su velocidad de servicio es menor que el 50% de su primera velocidad crĂ­tica. Existe un test para determinar, en otros casos, si un rotor es rĂ­gido, para los propĂłsitos de su equilibrado: - Se aĂąade una masa de prueba en la misma posiciĂłn angular en dos planos prĂłximos a los cojinetes. Se pone en marcha y se mide vibraciones en ambos cojinetes. - Se para el rotor y se mueven las masas hacia el centro del mismo o hacia donde se espera causar la mayor distorsiĂłn del rotor. En una nueva prueba de giro se vuelven a medir vibraciones en ambos cojinetes. - Si la primera lectura fue A y la segunda B, la relaciĂłn

đ??ľâˆ’đ??´ đ??´

no debe exceder de

0,2. En tal caso la experiencia muestra que el rotor se puede considerar rĂ­gido y, por tanto, puede ser equilibrado a baja velocidad. 83

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

En caso contrario el rotor es flexible y debe ser equilibrado a su velocidad de giro en servicio o próximo a ella. El proceso completo de equilibrado consta de los siguientes pasos: 1.- Fijar la velocidad de equilibrado. Es función del tipo de rotor: • A baja velocidad si es rígido. • A la velocidad de giro del rotor en servicio si es flexible.

2.- Fijar el sentido de rotación de equilibrado. La dirección de giro no es importante excepto en caso de rotores con álabes. En ese caso la dirección debe ser: • Las turbinas en sentido contrario a su dirección de giro. • Los compresores en el mismo sentido que su dirección de giro. • Algunos ventiladores necesitan cerrar el impulsor para reducir los requerimientos de potencia a un nivel aceptable.

3.- Determinar el número de planos de equilibrado: • 1 o 2 para rotores rígidos, según el tipo de desequilibrio existente. • n+1 para rotores flexibles, siendo n la n-sima velocidad crítica por encima de la cual está la velocidad de rotación en servicio.

4.- Realizar la lectura del desequilibrio y de su fase, en cada uno de los planos elegidos.

5.- Llevar a cabo las correcciones correspondientes. Las correcciones se llevan a cabo tanto añadiendo como quitando masas. Se debe seleccionar el método que asegure corregir el desequilibrio inicial a menos de la tolerancia admitida en un solo paso.

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Normalmente se pueden conseguir reducciones de 10:1 quitando masas y de 20:1 y superiores añadiendo masas. La adición de masas consiste en añadir masa soldadas en superficies apropiadas, procurando no producir distorsiones en el rotor. La reducción de masas se puede conseguir: • Por taladro. Probablemente el método más efectivo. Hay que calcular la profundidad de taladro necesaria. • Por esmerilado e incluso corte, si la geometría del rotor lo permite. Es menos seguro y hay que hacer varias pruebas.

6.- Realizar una nueva medida del desequilibrio residual. Se trata de comprobar que el desequilibrio resultante, después de la corrección, está dentro de las tolerancias de equilibrado admisibles. En caso contrario habría que repetir los pasos 5 y 6, hasta conseguir un desequilibrio residual que se ajuste a la norma aplicada. A continuación, desarrollaremos más en profundidad el estudio sobre el equilibrado estático y posteriormente el dinámico.

4.3.7. Equilibrado Estático La configuración mostrada en la figura 60 se compone de una combinación de un disco y un eje, que descansa sobre rieles rígidos, de manera que el eje (que se supone perfectamente recto) pueda rodar sin fricción. Se fija un sistema de referencia xyz en el disco que se mueve con él.

Figura 60.- Equilibrado Estático 85

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Para determinar si el disco está estáticamente equilibrado: - Se hace rodar al disco suavemente impulsándolo con la mano. - Se deja rodar libremente al sistema eje-disco hasta que vuelve al reposo. - Se marca el punto más bajo de la periferia del disco. - Se repite la operación siete u ocho veces (dependiendo del nivel de confianza buscado en los resultados). - Si las marcas quedan dispersas al azar en lugares diferentes alrededor de la periferia de manera equiprobable, el disco se encuentra equilibrado estáticamente. - Si las marcas tienden a coincidir, el disco se encuentra estáticamente desequilibrado, lo que significa que el eje del árbol y el centro de masa del disco no coinciden. Esta situación de desequilibrio se puede visualizar de la siguiente manera: existe una pequeña masa de desequilibrio (magnitud del desequilibrio) que se encuentra desalineada en relación el eje del árbol (posición angular). Esta masa, cuando se deja rodar libremente al sistema, ejercerá un momento sobre el disco que desaparece sólo si la línea de acción de su peso pasa por el eje del disco. Esto se da cuando dicha masa hipotética está en el punto más bajo de la periferia del disco (o a 180°, pero ésta es una situación de equilibrio inestable, por lo que es muy poco probable que ocurra). La posición de las marcas respecto al sistema xy indica la ubicación angular del desequilibrio pero no su magnitud.

Si se descubre que existe desequilibrio estático, se puede corregir eliminando material mediante una perforación en las marcas señaladas, o bien agregando masa a la periferia a 180º de la marca.

Figura 61.- Equilibrado Estático (disco fino, en un plano)

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Como no se conoce la magnitud del desequilibrio, estas correcciones se deberían hacer por tanteos. Pero si se introduce una masa de ensayo m, se puede determinar la corrección a introducir en el sistema: - Sea A la marca realizada en los ensayos anteriores y A‟ el punto situado a 180º, AA‟ es la vertical que pasa por la marca realizada en dichos ensayos. - Colocando una masa m en la periferia del disco (de radio r) según una dirección perpendicular a AA‟, el rotor gira un ángulo ϕ, fácil de determinar experimentalmente. Este ángulo está relacionado con el balance de momentos debido a la masa del desequilibrio y a la masa de ensayo, es decir, está relacionado con la magnitud del desequilibrio. - Para equilibrar el sistema habrá que colocar en A‟ una masa m* = m/tanȹ

Por otra parte, si se montan un disco y un eje desequilibrados sobre cojinetes, y se hacen girar, aparecerá una fuerza centrífuga de inercia mrGω2 como se ve en la figura 62.

Figura 62.- Eje con disco desequilibrado

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Esta fuerza actĂşa sobre el eje y aparecen reacciones giratorias en los cojinetes. Se establece la siguiente notaciĂłn: - m: masa total del sistema. - mu: masa no equilibrada. - k: rigidez del eje (magnitud de la fuerza necesaria para flexionar al eje una distancia unitaria cuando se aplica en O) - c: coeficiente de amortiguamiento viscoso.

Si se selecciona cualquier coordenada x normal al eje, se puede escribir la ecuaciĂłn de movimiento y hallar el movimiento del punto O y el ĂĄngulo de fase:

đ?‘‹=

đ?‘šđ?‘˘ đ?‘&#x;đ??ş đ?œ”2 đ?‘?đ?‘œđ?‘ đ?œ”đ?‘Ą − Ń„ đ?‘˜ − đ?‘šđ?œ” 2

Ń„ = đ?‘Ąđ?‘Žđ?‘›âˆ’1

2

+ đ?‘?2 đ?œ”2

đ?‘?đ?œ” đ?‘˜ − đ?‘šđ?œ” 2

Si se designa a la excentricidad e = rG , se obtiene la relaciĂłn de amplitudes de la vibraciĂłn del conjunto de disco y eje girando:

�� = �� �

đ?œ”/đ?œ”đ?‘› 1 − đ?œ” 2 /đ?œ”đ?‘›2

2

2

+ 2đ?œ‰đ?œ”/đ?œ”đ?‘›

2

Volviendo a la figura 62, si se designa O como el centro del eje en el disco y G como el centro de masa del disco, y no se considera amortiguamiento, se puede llegar a conclusiones interesantes al representar grĂĄficamente esta ecuaciĂłn.

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Figura 63.- Amplitud del movimiento

En la figura también aparece la posición relativa de tres puntos, O, G y el eje de rotación en la intersección de las líneas de centro de los cojinetes, para distintas frecuencias de giro. Se ve que la amplitud del movimiento nunca vuelve a ser cero al aumentar la velocidad del eje, sino que alcanza un valor final de –rG. En este caso el disco se encuentra girando en torno a su propio centro de gravedad que entonces coincide con la línea central de los cojinetes. Los sistemas rotativos estáticamente desequilibrados generan vibraciones indeseables y reacciones giratorias en los cojinetes. Para resolver este problema, se puede reducir la excentricidad rG utilizando equipos de equilibrado estático aunque será imposible reducirla a cero.

4.3.8. Máquinas de Equilibrado Estático La máquina para equilibrar debe indicar, en primer lugar, si una pieza está equilibrada. En caso de no estarlo, la máquina debe medir el desequilibrio, indicando su magnitud y ubicación. Las máquinas para equilibrado estático se utilizan sólo para piezas cuyas dimensiones axiales son pequeñas (disco delgado), como por ejemplo: engranes, poleas, ruedas, levas, ventiladores, volantes e impulsores. Reciben también el nombre de máquinas de equilibrado en un solo plano. Si se deben montar varias ruedas sobre un eje que va a girar, las piezas deberán equilibrarse estáticamente de forma individual antes de montarlas. El equilibrado estático es en esencia un proceso de pesado en el que se aplica a la pieza una fuerza de gravedad o una fuerza centrífuga. En el conjunto 89

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disco-eje ya visto, la localización del desequilibrio se encuentra con la ayuda de la fuerza de gravedad. Otro método sería hacer girar al disco a una velocidad predeterminada, pudiéndose medir las reacciones en los cojinetes y luego utilizar sus magnitudes para indicar la magnitud del desequilibrio. Como la pieza está girando cuando se realizan las mediciones, se usa un estroboscopio para indicar la ubicación de la corrección requerida. Para grandes cantidades de piezas, se puede utilizar un sistema de péndulo como el de la figura 64, el que proporciona tanto la magnitud como la ubicación del desequilibrio y en el que no es necesario hacer girar la pieza. La dirección de la inclinación da la ubicación del desequilibrio y el ángulo θ indica la magnitud.

Figura 64.- Máquina de equilibrado estático

En la figura 65, se muestra un nivel universal como el que se suele montar sobre la plataforma de la máquina para equilibrar. Los números de la periferia son grados y las distancias radiales están calibradas en unidades proporcionales a onzaspulgadas. Una burbuja, que se muestra en el centro, se mueve con el desequilibrio e indica tanto la ubicación como la magnitud de la corrección que es necesario introducir.

Figura 65.- Nivel universal para plataforma de máquina de equilibrado estático

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4.3.9. Desequilibrio y Equilibrado Dinámico La figura 66 representa un rotor en el que se podría suponer que se colocan dos masas iguales m1 y m2 en los extremos opuestos del rotor, y a distancias iguales r1 y r2 del eje de rotación. Se puede ver que el rotor se encuentra estáticamente equilibrado.

Figura 66

Si el rotor se hace girar a una velocidad angular ω (rad/s), aparecerán actuando las fuerzas centrífugas m1r1ω2 y m2r2ω2, respectivamente, en m1 y m2 sobre los extremos del rotor. Estas fuerzas centrífugas producirán dos reacciones desiguales en los cojinetes, FA y FB, y todo el sistema de fuerzas girará con el rotor a la velocidad angular ω. Se ve que, el rotor puede estar estáticamente equilibrado y, al mismo tiempo, dinámicamente desequilibrado.

Figura 67

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En la figura 67, se presentan los dos casos de desequilibrio: - En la figura (a), se presenta un eje con desequilibrio estático. Cuando el rotor gira, las dos reacciones de los cojinetes están en el mismo plano y tienen la misma dirección. - En la figura (b), se ve un eje balanceado estática pero no dinámicamente. Cuando el rotor gira, el desequilibrio crea un par que tiene a voltear el rotor.

En el caso más general, la distribución de la masa a lo largo del eje de la pieza depende de la configuración de la misma, pero también habrá que tomar en consideración los errores que se hayan podido producir al mecanizar la pieza. También puede provocar otros errores o desequilibrios un calibrado inapropiado, la existencia de chavetas y el propio montaje. Por consiguiente, una pieza desequilibrada estará casi siempre desequilibrada tanto estática como dinámicamente. Para analizar cualquier sistema giratorio, se usan las ecuaciones de equilibrio. Para representar en forma gráfica estas ecuaciones se construye un polígono de fuerzas, tomando la fuerza centrífuga en la dirección radial y proporcionales al producto m·r (el factor de proporcionalidad es ω2). El vector mC * RC que requiere el polígono para cerrarse indica la magnitud y la dirección de la corrección.

Figura 68.- Sistema de tres masas girando en un plano. Polígono de fuerzas centrífugas

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Con respecto a la ecuaciĂłn de momentos, se toma una suma de momentos de las fuerzas centrĂ­fugas con respecto a algĂşn punto, incluyendo las correcciones, y se construye el polĂ­gono de momentos, tomando como direcciĂłn del vector la radial.

Figura 69.- Equilibrado dinĂĄmico en dos planos. AnĂĄlisis grĂĄfico del desequilibrio

El primer paso de la soluciĂłn es formar una suma de los momentos de las fuerzas centrĂ­fugas en torno a algĂşn punto, incluyendo las correcciones. Se decide tomar esta suma en torno a A en el plano izquierdo de correcciĂłn, para eliminar el momento de la masa izquierda de correcciĂłn.

đ?‘š1 ∙ đ??ź1 đ?‘…1 + đ?‘š2 ∙ đ??ź2 đ?‘…2 + đ?‘š3 ∙ đ??ź3 đ?‘…3 + đ?‘šđ?‘… ∙ đ??źđ?‘… đ?‘…đ?‘… = 0

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El verdadero diagrama se obtiene haciendo girar la figura 69.c 90°, como consecuencia del producto vectorial IxR, y escalĂĄndolo con ω2. Si no se hace esto Ăşltimo, el vector de cierre mR IR RR del polĂ­gono empleado proporciona de forma directa, no sĂłlo la magnitud sino la direcciĂłn de la correcciĂłn requerida para el plano elegido.

đ??š = đ?‘š1 ∙ đ?‘…1 + đ?‘š2 ∙ đ?‘…2 + đ?‘š3 ∙ đ?‘…3 + đ?‘šđ?‘… ∙ đ?‘…đ?‘… + đ?‘šđ??ż ∙ đ?‘…đ??ż = 0

Puesto que, de la misma manera que RR, la magnitud de RL suele ser conocida, esta ecuación se resuelve para la corrección izquierda mLRL, construyendo el polígono de fuerzas de la figura 69.d. Las unidades en que se mide el desequilibrio por costumbre han sido la onzapulgada (oz¡pulg), el gramo-centímetro (g¡cm) y la unidad híbrida de gramo-pulgada (g¡pulg). Si se sigue la pråctica correcta en el uso de las unidades del SI, la unidad mås apropiada de desequilibrio en este sistema es el miligramo-metro (mg¡m) dado que en el SI se prefieren los prefijos en múltiplos de 1000; en consecuencia, no se recomienda el prefijo centi. Es mås, por regla general no se debe emplear mås de un prefijo en una unidad compuesta y, de preferencia, la primera cantidad nombrada debe tener prefijo. Por consiguiente, no se deben utilizar el gramo-centímetro ni el kilogramo-milímetro, aunque ambos tienen magnitudes aceptables. Anteriormente, se ha constatado el hecho de que basta el equilibrado eståtico para discos, ruedas, engranes y elementos rotativos semejantes, cuando se puede suponer que la masa estå situada en un solo plano de rotación. En el caso de elementos de måquinas mås largos, como rotores de turbinas o motores, la presencia de fuerzas centrífugas desequilibradas dan lugar a pares cuyo efecto es tender a que el rotor se voltee. El propósito del equilibrado dinåmico es medir el par desequilibrado y agregar un nuevo par en la dirección opuesta y de la misma magnitud. Este nuevo par se introduce mediante la adición de masas en dos planos de corrección preseleccionados, o bien, la eliminación de masas (haciendo perforaciones) en dichos dos planos. En general, el rotor tendrå desequilibrio tanto eståtico como dinåmico y, en consecuencia, las masas de corrección, su ubicación radial o ambas cosas no serån las mismas para los dos planos de corrección. Esto significa tambiÊn que la separación angular de las masas de corrección en los dos planos rara vez serå de 180º. Por consiguiente, para equilibrar dinåmicamente un rotor, se debe medir la magnitud y ubicación angular de masa de corrección para cada uno de los dos planos de corrección.

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4.3.10. Máquinas de Equilibrado Dinámico Pueden señalarse tres métodos de uso general en la determinación de las correcciones para el equilibrado dinámico en dos planos que son: bastidor basculante, punto nodal y compensación mecánica, los cuales se describen en los apartados siguientes.

1.- Bastidor Basculante En la figura 70, se presenta un rotor a equilibrar montado sobre medios cojinetes o rodillos que están sujetos a una base soporte o bastidor basculante. El extremo derecho del rotor se conecta a un motor impulsor por medio de una articulación universal. Existe la posibilidad de hacer bascular el bastidor alrededor de cualquiera de los dos puntos (pivotes) que, a su vez, se ajustan para coincidir con los planos de corrección del elemento que se va a equilibrar.

Figura 70.- Equilibrado dinámico. Método del bastidor basculante

En el caso de la figura70, el pivote izquierdo se muestra en la posición liberada, y el bastidor y el rotor a equilibrar pueden bascular libremente en torno al pivote derecho. En cada extremo del bastidor, se sitúan resortes y amortiguadores, y el conjunto constituye un sistema de un solo grado de libertad. Los resortes y amortiguadores se pueden hacer ajustables de manera que se pueda hacer coincidir la frecuencia natural del sistema con la velocidad del motor impulsor. En la figura se 95

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muestran tambiĂŠn los indicadores de amplitud de desplazamiento situados en cada extremo del bastidor. Cuando los pivotes estĂĄn situados en los dos planos de correcciĂłn, se puede fijar cualquiera de ellos y tomar lecturas de la magnitud y ĂĄngulo de ubicaciĂłn de la correcciĂłn. Las lecturas obtenidas en un plano serĂĄn totalmente independientes de las mediciones tomadas en el otro plano de correcciĂłn, porque un desequilibrio en el plano del pivote fijado no tendrĂĄ momento alguno en torno al mismo. En efecto, un desequilibrio con el pivote de la derecha fijo es un desequilibrio corregible en el plano izquierdo de correcciĂłn y produce una vibraciĂłn cuya amplitud se mide mediante el indicador izquierdo de amplitud. Cuando se introduce (o se mide) esta correcciĂłn, se libera el pivote de la derecha, se fija el de la izquierda y se hace otro conjunto de mediciones para el plano de correcciĂłn de la derecha, empleando el indicador de amplitud de la derecha. La relaciĂłn ente la magnitud del desequilibrio y la amplitud medida viene dada por:

đ?‘‹=

đ?‘šđ?‘˘ đ?‘&#x; đ?œ”/đ?œ”đ?‘› đ?‘š

1 − đ?œ” 2 /đ?œ”đ?‘›2

2

2

+ 2đ?œ‰đ?œ”/đ?œ”đ?‘›

2

expresiĂłn en la que: - mur es el desequilibrio - m es la masa del conjunto formado el bastidor y el rotor - X es la amplitud del movimiento medida

Esta ecuación muestra que la amplitud del movimiento X es directamente proporcional al desequilibrio mur. Con respecto al amortiguamiento, en las måquinas balanceadoras, se introduce el amortiguamiento deliberadamente con el fin de filtrar ruidos y otras vibraciones que pudieran afectar a los resultados. Ademås el amortiguamiento ayuda a mantener la calibración contra efectos de la temperatura y otras condiciones del medio ambiente. La figura muestra que la måquina serå mås sensible cerca de la resonancia (ω = ωn), puesto que, para un desequilibrio dado, en esta región se registra la måxima amplitud.

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Figura 71.- Amplitud de vibraciĂłn vs Desequilibrio

En el esquema de la mĂĄquina balanceadora no se incluye un generador de seĂąales armĂłnicas (senoidales) que se puede conectar al motor impulsor. Si la onda senoidal generada se compara, con la onda establecida por uno de los indicadores de amplitud se observa la diferencia de fase que determina la ubicaciĂłn angular del desequilibrio y que se mide con un fasĂ­metro. La expresiĂłn para el ĂĄngulo de fase es:

Ń„ = đ?‘Ąđ?‘Žđ?‘›âˆ’1

2đ?œ‰đ?œ”/đ?œ”đ?‘› 1 − đ?œ”/đ?œ”đ?‘›

2

En el grĂĄfico 71.b, el parĂĄmetro es el amortiguamiento Ξ. Esta curva muestra que, en la resonancia, el desplazamiento va detrĂĄs del desequilibrio un ĂĄngulo φ = 90°. Si la parte superior del rotor estĂĄ girando alejĂĄndose del operador, el desequilibrio serĂĄ horizontal y quedarĂĄ directamente frente al propio operador, cuando el desplazamiento sea mĂĄximo hacia abajo. En la figura 71.b se observa tambiĂŠn como el desfase angular tiende a 180Âş conforme la velocidad del rotor ω aumenta por encima de la resonancia.

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2.- Punto Nodal La separación de los planos de equilibrado utilizando un punto de vibración cero o mínima recibe el nombre de método del punto nodal de equilibrado y se ilustra en la figura siguiente:

Figura 72.- Método del punto nodal

En la misma, el rotor que se va a balancear se muestra montado sobre cojinetes que están sujetos a un soporte que recibe el nombre de barra nodal. En principio, se supone que el elemento ya está equilibrado en el plano de corrección de la izquierda (plano A) y que todavía existe un desequilibrio en el plano derecho (plano B). Debido a este desequilibrio, se produce una vibración en todo el conjunto, haciendo que la barra nodal oscile en torno a algún punto O, ocupando alternativamente las posiciones CC y DD. En ese caso resulta fácil localizar el punto O, deslizando un reloj comparador (en la figura, indicador de carátula) a lo largo de la barra nodal y determinando el punto de movimiento cero o de movimiento mínimo, éste es el punto nulo o nodal. Este punto constituye el centro de oscilación para un centro de percusión situado en el plano de corrección de la derecha (plano B). Se ha supuesto como hipótesis de partida que no existe desequilibrio en el plano de corrección de la izquierda, sin embargo, si existiera algún desequilibrio, su magnitud la daría el reloj comparador ubicado en el punto nodal que se acaba de determinar. Por lo tanto, al situar el reloj comparador en este punto nodal, se medirá el desequilibrio en el plano de la izquierda sin interferencia alguna del que exista en el plano de la derecha. De manera semejante, se puede encontrar otro punto nodal que sólo mida el desequilibrio en el plano de corrección de la derecha sin interferencia alguna del que existe en el plano de la izquierda.

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3.- Compensación Mecánica Un rotor desequilibrado situado en una máquina de equilibrado desarrolla una vibración al girar. Se pueden introducir en la máquina de equilibrar contrafuerzas en cada plano de corrección que compensen exactamente las fuerzas que provocan la vibración. El resultado de introducir estas fuerzas será un rotor que funciona con suavidad. Al detenerse se miden la ubicación y magnitud de las contrafuerzas, para obtener la corrección exacta que se requiere. Este método recibe el nombre de compensación mecánica. Cuando se utiliza la compensación mecánica, no importa la velocidad del rotor durante el equilibrado debido a que el equipo estará calibrado para todas las velocidades. El equipo electrónico es simple, no requiere incluir amortiguamiento y la máquina es fácil de operar ya que el desequilibrio en ambos planos de equilibrado se mide simultáneamente, y la magnitud y ubicación se leen directamente. En la figura 73 (a), al observar un extremo del rotor, se ve uno de los planos de corrección con el desequilibrio que se va a corregir representado con ω· r

Figura 73.- Método de compensación mecánica: (a) la posición de los pesos compensadores aumenta la vibración, (b) sistema compensado

En la figura aparecen también dos pesos compensadores. Los tres pesos deben girar con la misma velocidad angular ω, pero se puede hacer variar la posición relativa

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entre ambos pesos compensadores, y en relación con el peso no equilibrado, por medio de dos controles: - El control de magnitud hace variar el ångulo ι entre los pesos compensadores. Da una lectura directa cuando se compensa el desequilibrio del rotor. - El control de ubicación cambia el ångulo β (posición angular de los pesos compensadores en relación con el desequilibrio). Cuando se compensa (equilibra) el rotor en este plano, un indicador en el control seùala el desfase angular exacto del desequilibrio.

Si, por ejemplo, la magnitud de la vibraciĂłn se midiera elĂŠctricamente y se presentara en un voltĂ­metro, se asegurarĂ­a la compensaciĂłn cuando la manipulaciĂłn de los controles permitiera conseguir que la lectura en el voltĂ­metro fuese cero.

4.3.11. Equilibrado “in situâ€? Se puede equilibrar una mĂĄquina “in situâ€?, equilibrando un solo plano cada vez. En tal caso, sin embargo, los efectos cruzados y la interferencia de los planos de correcciĂłn a menudo requieren que se equilibre cada extremo del rotor dos o tres veces para alcanzar resultados satisfactorios. AdemĂĄs, algunas mĂĄquinas pueden llegar a necesitar hasta una hora para alcanzar su velocidad de rĂŠgimen, y esto introduce mĂĄs demoras en el procedimiento de equilibrado. El equilibrado “in situâ€? es necesario para rotores muy grandes para los que las mĂĄquinas de equilibrado no resulten prĂĄcticas. Incluso, aun cuando los rotores de alta velocidad se equilibren en el taller durante su fabricaciĂłn, con frecuencia resulta necesario volverlos a equilibrar “in situâ€? debido a ligeras deformaciones producidas por el transporte, por fluencia o por altas temperaturas de operaciĂłn. Se han desarrollado mĂŠtodos de equilibrado en dos planos “in situâ€? que se pueden expresar haciendo uso del ĂĄlgebra compleja y se resuelven con una calculadora programable. En el anĂĄlisis que sigue, se usarĂĄn letras en negrita para representar nĂşmeros complejos:

đ?‘š = đ?‘š, đ?œ˝ = đ?‘š ∙ đ?’†đ?’‹đ?œ˝ = đ?’™ + đ?’‹đ?’š

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Figura 74.- Equilibrado “in situ” en dos planos. Notación y referencia xy

En la figura anterior, se supone que existen los desequilibrios desconocidos ML y MR en los planos de corrección izquierdo y derecho, respectivamente. Las magnitudes de estos desequilibrios son ML y MR y se localizan en los ángulos ΦR y ΦL a partir de la referencia de la rotación. Una vez que se hayan determinado estos desequilibrios, bastará con localizar sus negativos en los planos izquierdo y derecho para lograr el equilibrado. Los desequilibrios giratorios ML y MR producen perturbaciones en los cojinetes A y B. Los equipos comerciales para equilibrado “in situ” permiten medir las amplitudes y los desfasajes angulares de estas perturbaciones. Se usará la notación X = X/Φ, con los subíndices apropiados, para designar estas amplitudes. En el equilibrado “in situ”, se llevan a cabo tres ensayos (Método de las tres carreras): - PRIMER ENSAYO. Se miden las amplitudes XA = XA /φA y XB = XB /φB en los cojinetes A y B, debidas sólo a los desequilibrios originales ML = ML /φL y MR = MR /φR . - SEGUNDO ENSAYO. Se agrega la masa de ensayo mL = mL /θL al plano de corrección de la izquierda y se miden las amplitudes XAL = XAL /φAL y XBL = XBL /φBL en los cojinetes izquierdo y derecho (A y B), respectivamente. - TERCER ENSAYO. Se elimina la masa de ensayo mL = mL /θL y se añade la masa de ensayo mR = mR /θR en el plano de corrección del lado derecho,

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midiÊndose nuevamente las amplitudes en los cojinetes: XAR = XAR /φAR y XBR = XBR /φBR .

(En las pruebas anteriores, el tĂŠrmino “masa de ensayoâ€? significa lo mismo que desequilibrio de ensayo, si se utiliza una distancia unitaria desde el eje de rotaciĂłn)

Para desarrollar las ecuaciones para el desequilibrio se define primero el concepto de rigidez compleja. Se entiende como tal, a la amplitud que resultarĂ­a en cualquiera de los cojinetes debida a un desequilibrio unitario ubicado en la intersecciĂłn de la marca de referencia giratoria (desfase nulo) y uno de los planos de correcciĂłn. Por tanto, es necesario encontrar las rigideces complejas (AL, BL) y (AR, BR) debidas a un desequilibrio unitario ubicado en la intersecciĂłn de la marca de referencia giratoria de los planos L y R, respectivamente. Conocidas las rigideces, y de acuerdo con los tres ensayos descritos anteriormente, se podrĂ­an escribir las siguientes ecuaciones complejas:

đ?‘‹đ??´đ??ż = đ?‘‹đ??´ + đ??´đ??ż đ?‘šđ??ż đ?‘‹đ??ľđ??ż = đ?‘‹đ??ľ + đ??ľđ??ż đ?‘šđ??ż đ?‘‹đ??´đ?‘… = đ?‘‹đ??´ + đ??´đ?‘… đ?‘šđ?‘… đ?‘‹đ??ľđ?‘… = đ?‘‹đ??ľ + đ??ľđ?‘… đ?‘šđ?‘…

Realizados los tres ensayos, las rigideces serĂĄn las Ăşnicas incĂłgnitas en estas ecuaciones:

đ??´đ??ż = (đ?‘‹đ??´đ??ż − đ?‘‹đ??´ )/đ?‘šđ??ż đ??ľđ??ż = (đ?‘‹đ??ľđ??ż − đ?‘‹đ??ľ )/đ?‘šđ??ż đ??´đ?‘… = (đ?‘‹đ??´đ?‘… − đ?‘‹đ??´ )/đ?‘šđ?‘… đ??ľđ?‘… = (đ?‘‹đ??ľđ?‘… − đ?‘‹đ??ľ )/đ?‘šđ?‘…

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Una vez determinadas las rigideces, y de acuerdo con la definiciĂłn de rigidez compleja, del primer ensayo se tiene:

đ?‘‹đ??´ = đ??´đ??ż đ?‘€đ??ż + đ??´đ?‘… đ?‘€đ?‘… đ?‘‹đ??ľ = đ??ľđ??ż đ?‘€đ??ż + đ??ľđ?‘… đ?‘€đ?‘…

Y resolviendo simultĂĄneamente este par de ecuaciones, pueden determinarse los desequilibrios incĂłgnitas en ambos planos de equilibrado:

đ?‘€đ??ż =

đ?‘‹đ??´ đ??ľđ?‘… − đ?‘‹đ??ľ đ??´đ?‘… đ??´đ??ż đ??ľđ?‘… − đ??´đ?‘… đ??ľđ??ż

�� =

đ?‘‹đ??ľ đ??´đ??ż − đ?‘‹đ??´ đ??ľđ??ż đ??´đ??ż đ??ľđ?‘… − đ??´đ?‘… đ??ľđ??ż

ecuaciones que resultan fĂĄciles de programar en la forma polar compleja, o bien, en la forma rectangular compleja.

4.4. DiagnĂłstico de Fallos en Equipos No es posible gestionar adecuadamente un departamento de mantenimiento si no se establece un sistema que permita atender las necesidades de mantenimiento correctivo (la reparaciĂłn de averĂ­as) de forma eficiente. De poco sirven nuestros esfuerzos para tratar de evitar averĂ­as si, cuando estas se producen, no somos capaces de proporcionar una respuesta adecuada. Debemos recordar, ademĂĄs, que un alto porcentaje de las horas-hombre dedicadas a mantenimiento se emplean en la soluciĂłn de fallos en los equipos que no han sido detectados por mantenimiento, sino comunicados por el personal de producciĂłn. En la industria en general, este porcentaje varĂ­a mucho entre empresas: desde aquellas en las que el 100% del mantenimiento es correctivo, no existiendo ni tan siquiera un Plan de LubricaciĂłn, hasta aquellas, muy pocas, en las que todas las intervenciones son programadas.

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Gestionar con eficacia el mantenimiento correctivo significa: - Realizar intervenciones con rapidez, que permitan la puesta en marcha del equipo en el menor tiempo posible (MTTR, tiempo medio de reparación, bajo) - Realizar intervenciones fiables, y adoptar medidas para que no se vuelvan a producir estas en un periodo de tiempo suficientemente largo (MTBF, tiempo medio entre fallos, grande) - Consumir la menor cantidad posible de recursos (tanto mano de obra como materiales)

El tiempo necesario para la puesta a punto de un equipo tras una avería se distribuye de la siguiente manera: 1.- Tiempo de detección. 2.- Tiempo de comunicación. 3.- Tiempo de espera. 4.- Diagnóstico de la avería. 5.- Acopio de herramientas y medios técnicos necesarios. 6.- Acopio de repuestos y materiales. 7.- Reparación de la avería. 8.- Pruebas funcionales. 9.- Puesta en servicio. 10.- Redacción de informes.

Es fácil entender que en el tiempo total hasta la resolución del incidente o avería, el tiempo de reparación puede ser muy pequeño en comparación con el tiempo total. También es fácil entender que la Gestión de Mantenimiento influye decisivamente en este tiempo: al menos 7 de los 10 tiempos anteriores se ven afectados por la organización del departamento. En el tiempo necesario para la resolución de una avería hay una parte importante que se consume en su diagnostico, en identificar el problema y proponer una solución. En averías evidentes, este tiempo pasa desapercibido, es despreciable frente al tiempo 104

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total. Pero en muchas ocasiones el tiempo necesario para saber que ocurre puede ser significativo: - En caso de instalaciones nuevas, poco conocidas. - En caso de emplear personal distinto del habitual. - En caso de averías poco evidentes (averías que tienen que ver con la instrumentación, por ejemplo).

El personal, con el paso del tiempo, va aprendiendo de su propia experiencia, siendo una realidad que el diagnóstico de una avería suele hacerlo más rápidamente el personal que más tiempo lleva en la planta. Si la experiencia acumulada por el personal de mantenimiento se almacena en sus cabezas, nos exponemos a algunos peligros: - Rotación del personal. El personal cambia de empresas, de puestos, etc., y con él, puede marcharse la experiencia acumulada en la resolución de averías - Periodos de vacaciones y bajas. Si la experiencia se almacena exclusivamente en las mentes del personal, ante una baja, un descanso o unas vacaciones podemos quedarnos sin esa experiencia necesaria - Olvidos. La mente es un soporte frágil, y un operario puede no acordarse con exactitud de cómo resolvió un problema determinado - Incorporación de personal: el personal de nueva incorporación deberá formarse al lado de los operarios que más tiempo llevan en la planta. Esta práctica tan extendida no es a menudo la más recomendable. Un buen operario no tiene por qué ser un buen profesor. Si, por otro lado, debemos esperar a que a un operario le ocurran todas las averías posibles para tenerlo perfectamente operativo, transcurrirán años hasta llegar al máximo de su rendimiento.

Por todo ello, es conveniente recopilar la experiencia acumulada en las intervenciones correctivas en documentos que permitan su consulta si el mismo problema vuelve a surgir. Estos documentos, que pueden denominarse LISTAS DE AYUDA AL DIAGNÓSTICO, recogerían así los datos más importantes en la reparación de un problema. En estas listas de ayuda deben detallarse, al menos: - Los síntomas de la avería, en palabras sencillas. Debe estar indicado lo que observa el operario: la manifestación del fallo y las condiciones anómalas que se dan relacionadas con este. 105

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- Las causas que pueden motivar ese fallo. En el ejemplo anterior, indicaríamos bloqueo de rodamientos en la bomba, bloqueo de rodamientos en el motor, etc. - Las posibles soluciones al problema. En el ejemplo considerado, la solución sería: desacoplar motor y bomba, comprobar qué eje no gira libremente, desmontar y cambiar rodamientos, montar, acoplar y alinear.

Como veremos en el apartado correspondiente, los fallos más importantes de una planta deben ser analizados, para tratar de buscar medidas preventivas que traten de evitarlos en el futuro. No obstante, y como decíamos al inicio de este apartado, un buen sistema de mantenimiento debe contemplar la resolución rápida de averías, y uno de los medios para lograrlo es poder diagnosticar rápidamente el fallo y aportar una solución. En los siguientes apartados, intentaremos análizar los fallos en componentes mecánicos y averías que se pueden producir en máquinas de procesos.

4.4.1. Análisis de fallos en componentes mecánicos Del conjunto de elementos mecánicos de las máquinas de procesos hemos seleccionado aquellos componentes más expuestos a averías y que suelen estar implicados en la mayoría de los fallos de los equipos: - Rodamientos - Cojinetes - Engranajes - Acoplamientos - Cierres mecánicos

1.- AVERÍAS EN RODAMIENTOS Los rodamientos se encuentran entre los componentes más importantes de las máquinas. En condiciones normales el fallo de un rodamiento sobreviene por fatiga del material, resultado de esfuerzos de cortadura que surgen cíclicamente debajo de la superficie que soporta la carga. Después de algún tiempo, estos esfuerzos causan grietas 106

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que se extienden hasta la superficie. Conforme los elementos rodantes alcanzan las grietas, provocan roturas del material (desconchado) y finalmente deja el rodamiento inservible. Sin embargo la mayor parte de los fallos en rodamientos tienen una causa raíz distinta que provoca el fallo prematuro. Es el caso de desgaste apreciable por presencia de partículas extrañas o lubricación insuficiente, vibraciones excesivas del equipo y acanalado por paso de corriente eléctrica. La mayor parte de los fallos prematuros son debidos a defectos de montaje: - golpes - sobrecargas - apriete excesivo - falta de limpieza - desalineación - ajuste inadecuado - errores de forma en alojamientos

Cada una de las diferentes causas de averías del rodamiento genera su propio y peculiar deterioro. Tal deterioro conocido como daño primario, da lugar después a daños secundarios que inducen a la avería-desconchado y roruras. También el deterioro inicial puede exigirnos prescindir del rodamiento, por ejemplo, debido a un juego interno excesivo, vibración, ruido y así sucesivamente. Un rodamiento averiado, ostenta frecuentemente una combinación de daño inicial y daño secundario. Los tipos de daños pueden clasificarse como siguen: Daño inicial o primario - Desgaste: Es causado principalmente por deslizamiento abrasivo, incluyendo las caras y pestañas de los rodillos, la superficie de la ventana de la jaula y la superficie de la rodadura. El desgaste debido a la contaminación por materias extrañas y la corrosión, no sólo ocurre en la superficie en deslizamiento, si no también en las superficies de los elementos rodantes. - Indentación: Es causado principalmente por deslizamiento abrasivo, incluyendo las caras y pestañas de los rodillos, la superficie de la ventana de 107

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la jaula y la superficie de la rodadura. El desgaste debido a la contaminación por materias extrañas y la corrosión, no sólo ocurre en la superficie en deslizamiento, si no también en las superficies de los elementos rodantes. - Adherencia: Es un tipo de avería donde partes de los rodamientos son fundidas y adheridas a otras; es causado por el calor anormal o por el estado áspero de las superficies y como resultado los rodamientos no pueden rotar libremente. - Fatiga superficial: Es un fenómeno en el que se porducen pequeños agujeros con una profundidad aproximada de 0.1 mm sobre la superficie de rodadura debido a la fatiga rodante. - Corrosión: Es un fenómeno de oxidación o disolución que ocurre en la superficie metálica y es causado por la acción química (reacción electroquímica, incluyendo combinaciones o cambios estructurales) de ácidos o bases. - Daño por corriente eléctrica: Es un fenómeno en el cual la superficie del rodamiento es parcialmente derretida por chispas generadas cuando una corriente eléctrica pasa por el rodamiento y atraviesa la delgada película de lubricante en el punto de contacto rodante.

Daño secundario - Desconchado (descascarillado): Es un fenómeno en el cual la superficie del rodamiento se torna escamosa y arrugada debido al desprendimiento del material, consecuencia del contacto repetitivo de un esfuerzo o carga sobre las superficies de rodadura de los aros y elementos rodantes durante la rotación. La presencia del desconche es una indicación de que está próximo el fin de la vida de servicio del rodamiento. - Roturas: Incluyen fracturas por deslizamiento, rajaduras y roturas.

La Tabla 19 resume los distintos modos de fallo y sus causas posibles.

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2.- AVERÍAS EN COJINETES ANTIFRICCIÓN Los esfuerzos a los que se ven sometidos los rodamientos al funcionar a altas velocidades, soportando cargas combinadas en forma cíclica, rozamientos, impactos, temperaturas, etc., hacen que se generen fallas por fatiga superficial de los elementos en contacto. Por tal motivo, a los efectos de establecer parámetros que permitan conocer el comportamiento que tendrá un rodamiento, su velocidad, duración y resistencia dentro de los límites impuestos por la tecnología aplicada, se han definido, basados sobre todo en resultados experimentales, distintos conceptos estadísticos que hay que tener en cuenta cuando se elija un cojinete de este tipo. Así, para establecer la resistencia del mismo se han definido los conceptos de cargas soportadas por el rodamiento, como la capacidad de carga estática, la capacidad de carga dinámica y la carga equivalente, en tanto que para determinar su duración se define el concepto de vida del rodamiento. Los modos de fallos típicos en este tipo de elementos son: - desgaste - corrosión - deformación - rotura/separación y las causas están relacionadas con los siguientes aspectos: - montaje - condiciones de trabajo - sellado - lubricación

La Tabla 20 indica los modos de fallos y sus causas para los cojinetes antifricción. Fíjese la alta concentración de modos de fallos que tienen como causa un mal montaje o un defecto de lubricación. 110

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3.- AVERÍAS EN ENGRANAJES En los engranajes se presentan fenómenos de rodadura y deslizamiento simultáneamente. Como consecuencia de ello, si la lubricación no es adecuada, se presentan fenómenos de desgaste muy severo que le hacen fallar en muy poco tiempo. Los modos de fallos en estos componentes son pues desgaste, deformación, corrosión y fractura o separación. Las causas están relacionadas con las condiciones de diseño, fabricación y operación así como con la efectividad de la lubricación. Los modos de fallo y sus causas, en el caso de transmisiones por engranajes, se presenta en la Tabla 21. En este caso los modos de fallos más frecuentes son los asociados al desgaste, casi todos relacionados con un defecto de lubricación.

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4.- AVERÍAS EN ACOPLES DENTADOS Aunque en los últimos años han aparecido acoplamientos no lubricados, la mayor parte de las turbomáquinas de procesos químicos y petroquímicos (compresores y turbinas) van equipados con este tipo de acoplamiento que permite una cierta desalineación. Sin embargo el 75% de los fallos son debidos a una lubricación inadecuada. Los modos de fallos básicamente son desgaste, deformación y rotura. Las causas están ligadas a problemas de diseño, montaje, condiciones de operación y lubricación inadecuada. Los modos de fallos y sus causas aparacen en la Tabla 22. En este caso se indica con un número el orden de prioridad de causas: 1 el caso más robable, 5 el menos probable. Una vez más se constata una alta concentración de fallos, fundamentalmente desgastes, cuya causa más probable está asociada a un fallo de lubricación.

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5.- AVERÍAS EN CIERRES MECÁNICOS El gasto en mantenimiento de bombas, en refinerías, plantas químicas y petroquímicas, puede representar el 15% del presupuesto total del mantenimiento ordinario. De ellos, la mayor parte del gasto y del número de fallos (34,5%) se presenta en el cierre mecánico. Si tenemos en cuenta el riesgo que, tanto desde el punto de vista de la seguridad como medio-ambiental, supone este tipo de fallos, se entiende la importancia que tiene el evitarlos. El análisis sistemático de cada avería y la toma de medidas para reducirlas debería ser una práctica habitual. La Tabla 23 representa una síntesis de modos de fallos y sus causas ordenadas de mayor a menor probabilidad. En este caso destaca la gran cantidad de fallos asociados a un problema de diseño como es la adecuada selección del cierre. Con mucha frecuencia no se tiene en cuenta, en la fase de ingeniería, todas las condiciones de servicio que condicionan la acertada selección del cierre, provocando una avería repetitiva con la que el personal de mantenimiento se acostumbra pronto a convivir. En estos casos es imprescindible realizar un análisis de las averías producidas para detectar la causa del fallo y cambiar el diseño seleccionado, cuando sea preciso.

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4.4.2. Análisis de averías en máquinas de procesos De forma genérica los síntomas que alertan de una posible avería son similares en los distintos tipos de máquinas de procesos:

El diagnóstico de averías no se debe limitar a los casos en que el equipo ha fallado, por el contrario, los mayores esfuerzos de deben dedicar al diagnóstico antes de que el fallo se presente. Es lo que hemos definido como mantenimiento predictivo. Recordemos que se fundamenta en que el 99% de los fallos de maquinaria son precedidos por algún síntoma de alarma antes de que el fallo total se presente. Dependiendo de la forma de la curva P-F (ver apartado 4.7), para el fallo en cuestión, tendremos mas o menos tiempo para analizar los síntomas y decidir el plan de acción.

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En cualquier caso debemos aplicar una metodología o procedimiento sistemático: 1. Señales o síntomas de observación directa: - Sobrecalentamiento - Vibración - Ruido - Alta temperatura en cojinetes - Fugas, humo, etc.

2. Síntomas de observación indirecta: - Cambios en algún parámetro - Presión - Temperatura - Caudal - Posición - Velocidad - Vibración - Cambios en las prestaciones - Relación de compresión - Relación de temperaturas - Demanda de potencia - Rendimientos

3. Listado de posibles causas o hipótesis.

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4. Analizar la relación entre síntomas y causas.

5. Aplicar, si es posible, el orden de probabilidad en la relación síntoma/causa para diagnosticar el fallo.

6. Indicar la solución o acción a tomar.

En las secciones siguientes se indican, en forma matricial para cada tipo de equipo, los síntomas, sus posibles causas y remedios.

1.- AVERÍAS EN BOMBAS CENTRÍFUGAS

Estadística de fallos típicos:

Causa de fallos Cierre Mecánico Cojinetes Vibraciones Fuga por empaquetadura/cierre Problemas en eje/acoplamiento Fallo líneas auxiliares Fijación Bajas prestaciones Otras causas

Distribución (%) 34,5 20,2 2,7 16,3 10,5 4,8 4,3 2,5 4,2 100,0

Solo los fallos en cierre mecánico y cojinetes representan más del 50% de las causas de fallo. En la tabla 24 se indican sintomas, sus causas y remedios.

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2.- AVERÍAS EN COMPRESORES CENTRÍFUGOS

Estadística de fallos típicos en turbocompresores de proceso:

Causa de fallos Rotor Instrumentación Cojinetes radiales Alabes/Impulsores Cojinetes axiales Cierres Diafragmas Otros

Distribución (%) 22 21 13 8 6 6 1 23 100

En la Tabla 25 se indican los síntomas, posibles causas y remedios.

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NOTA: LA MAQUINA MOTRIZ PUEDE TRASMITIR VIBRACIONES. PARA LOCALIZAR, RODAR MAQUINA MOTRIZ DESACOPLADA PARA DESCARTAR ESA POSIBILIDAD

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3.- AVERÍAS EN COMPRESORES ALTERNATIVOS

Estadística de fallos típicos:

Causa de fallos Válvulas Segmentos Cilindro Pistón Anillos de apoyo Cierres Sistemas lubricación Cruceta Cigüeñal Cojinetes Control

Distribución (%) 41 14 1 3 10 10 18 1 1 1 1 100

A destacar que solo los fallos en válvulas y segmentos representan el 55% de las causas de fallo. Asimismo el 73% de las averías están asociadas al sistema válvulas, segmento y lubricación. En la tabla 26 se indican sintomas y causas posibles priorizadas.

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4.- MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA ALTERNATIVOS

Estadística de fallos típicos:

Fallo inicial Cojinetes Pistón/Segmentos Cilindro, camisa, bloque Cigüeñal Válvulas Biela Colector Sistema lubricación Engranajes Arbol de levas Acoplamientos Rotor turbosobrealimentador Control, presión, temperatura Otros

Distribución (%) 24,4 19,4 16,7 6,1 5,6 4,4 4,4 2,2 2,2 1,7 1,7 1,1 1,1 9,0 100

En la Tabla 27 se indican síntomas y causas posibles.

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5.- AVERÍAS EN TURBINAS DE VAPOR

Estadística de fallos típicos:

Modo de fallo Erosión Fatiga y fluencia Cojinetes Fisuras por tensiones térmicas Fallos repentinos Fisuras incipientes Daños mecánicos superficiales Corrosión/erosión Flexión del eje Desgaste Abrasión

Distribución (%) 23,0 18,5 14,6 11,7 9,3 8,0 5,4 3,3 2,4 2,3 1,5 100

En la Tabla 28 se indican los síntomas y posibles causas y remedios. 132

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6.- AVERÍAS EN TURBINAS DE GAS La Tabla 29 es una guía de fallos, con indicación del orden de probabilidad (1 es la probabilidad mayor), de síntomas y causas posibles agrupadas para cada uno de sus componentes: compresor, cámaras de combustión y turbina propiamente dicha.

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4.5. Mecanismos de Desgaste y Técnicas de Protección 4.5.1. Mecanismos y modos de desgaste Sorprende descubrir que aproximadamente el 70% de las causas de fallo en máquinas es debido a la degradación superficial de sus componentes, fenómeno habitualmente conocido como desgaste. Los mecanismos de daño en los materiales se deben principalmente a deformación plástica, formación y propagación de grietas, corrosión y/o desgaste. El desgaste es conocido desde que el ser humano comenzó a utilizar elementos naturales que le servían como utensilios domésticos. Este fenómeno al igual que la corrosión y la fatiga, es una de las formas más importantes de degradación de piezas, elementos mecánicos y equipos industriales. El desgaste puede ser definido como el daño superficial sufrido por los materiales después de determinadas condiciones de trabajo a los que son sometidos. Este fenómeno se manifiesta por lo general en las superficies de los materiales, llegando a afectar la sub-superficie. El resultado del desgaste, es la pérdida de material y la subsiguiente disminución de las dimensiones y por tanto la pérdida de tolerancias. 137

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El fenómeno de fricción y mecanismo de desgaste puede explicarse por la formación y posterior ruptura de uniones metálicas existentes entre dos superficies que están en contacto, ya que todas las superficies presentan algún grado de rugosidad. Así la fricción tiene una naturaleza molecular-mecánica que depende de las fuerzas de interacción molecular, de las propiedades mecánicas del material, de la deformación plástica y de la configuración geométrica de los elementos de contacto. Desde que el desgaste comenzó a ser un tópico importante y que necesitaba estudiado y entendido, comenzaron a aparecer en los libros de diseño y en la mente de los diseñadores, ideas sencillas de como prevenirlo o combatirlo, entre esas ideas se tienen: 1. Mantener baja la presión de contacto 2. Mantener baja la velocidad de deslizamiento 3. Mantener lisas las superficies de rodamientos 4. Usar materiales duros 5. Asegurar bajos coeficientes de fricción 6. Usar lubricantes

Una máquina no puede operarse en condiciones de fricción seca, pues aunque los acabados superficiales fuesen inmejorables, la degradación superficial sería tan rápida y severa que prácticamente no llegaría a funcionar. La introducción del lubricante reduce sustancialmente el coeficiente de fricción, mejorando la situación de degradación de las superficies que aparece en la fricción seca, pero no supone la desaparición total del desgaste. Se pueden distinguir los siguientes mecanismos de desgaste: - Adhesión - Abrasión - Erosión - Fatiga - Corrosión - Cavitación - Ludimiento o desgaste por vibración - Deslizamiento.

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Los mecanismos de desgaste son el origen del mismo. Las consecuencias o efectos que estos mecanismos producen sobre las superficies son los modos de desgaste: - Desgaste normal - Desgaste severo - Picadura (Pitting) - Gripado (Scuffing) - Rayado en distintos grados (Scoring, Gouging)

Mecanismos de desgaste Desgaste adhesivo La adhesión está asociada a toda formación y posterior rompimiento de enlaces adhesivos entre las interfaces, cuando dos superficies son colocadas en contacto íntimo. La adhesión conlleva además al soldado en frío de las superficies. Con respecto al desgaste adhesivo, el papel principal lo juega la interacción entre las superficies y su grado de limpieza, es decir, cuando el acercamiento entre los cuerpos es tal, que no se presenta ningún tipo de impurezas, capas de óxido o suciedades, se permite que el área de contacto sea aumentada, pudiéndose formar uniones adhesivas más resistentes. El desgaste adhesivo es ayudado por la presencia de altas presiones localizadas en las asperezas en contacto. Estas asperezas son deformadas plásticamente, permitiendo la formación de regiones soldadas localizadas. El desgaste adhesivo ocurre como resultado de la destrucción de los enlaces entre las superficies unidas, permitiendo que parte del material arrancado se transfiera a la superficie del otro. Así, la superficie que gana material aumenta su rugosidad con el agravante de que cuando el movimiento continua, se genera desgaste abrasivo contra la otra superficie. Piezas de maquinaria donde está normalmente involucrado el desgaste adhesivo, son: Sistemas, bielaseguidor, dados de extrusión-alambre, cola de milano-apoyo, engranajes, rodamientoapoyo y herramientas de corte, son elementos que pueden sufrir desgaste debido a adhesión. La unión entre las superficies en contacto son destruidas, en caso que la resistencia al corte de la interface sea menor que la resistencia de los dos materiales considerados. Puede suceder que la región adherida tenga mayor resistencia al corte que alguno de los dos materiales o incluso que los dos, por tanto se puede presentar desgarre en uno, o en los dos materiales, permitiendo que uno de ellos sea adherido a la otra superficie del otro o que los dos materiales pierdan la interface. 139

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La tendencia a formar regiones adheridas, depende de las propiedades físicas y químicas de los materiales en contacto, al igual que de los valores de carga aplicados y las propiedades de los materiales que están sobre las superficies, y finalmente de la rugosidad. Generalmente el contacto entre metales es no metálico debido a la presencia de capas absorbidas como óxidos. La adhesión en este caso se da por medio de enlaces débiles o fuerzas de Van der Waals. Sin embargo, la deformación elástica o plástica de las asperezas puede provocar rompimiento de estas capas, por lo que la unión de la interface se da por medio de enlaces covalentes y metálicos, siendo los enlaces iónicos insignificantes en los metales. Mientras la fuerza de adhesión dependa del área real de contacto, esta será influenciada por la resistencia de los materiales a la deformación plástica, por el tipo de estructura cristalina y por el número de sistemas de deslizamiento. El investigador Sikorski (1964) mostró que hay una fuerte tendencia a la adhesión de acuerdo al tipo de estructura cristalina que presenten los materiales. En la figura 75 es mostrada la dependencia del coeficiente de adhesión en función de la dureza y el tipo de estructura cristalina presente. Aquí el coeficiente de adhesión es definido como la relación entre la fuerza necesaria para quebrar las uniones adheridas y la carga normal con la cual las muestras fueron inicialmente comprimidas. De la figura es posible notar que a medida que aumenta la dureza, en general hay un decrecimiento del coeficiente de adhesión.

Desgaste abrasivo La Norma ASTM G40-92 define el desgaste abrasivo como la pérdida de masa resultante de la interacción entre partículas o asperezas duras que son forzadas contra una superficie y se mueven a lo largo de ella. La diferencia entre desgaste abrasivo y desgaste por deslizamiento es el “grado de desgaste” entre los cuerpos involucrados

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(mayor en el desgaste abrasivo), ya sea por la naturaleza, tipo de material, composición química, o por la configuración geométrica. Como se muestra en la figura 76, existen básicamente de los tipos de desgaste abrasivo, estos son: desgaste abrasivo a de los cuerpos o a tres cuerpos. En abrasión a de los cuerpos, el desgaste es causado por rugosidades duras pertenecientes a una de las superficies en contacto, mientras que la abrasión a tres cuerpos, el desgaste es provocado por partículas duras sueltas entre las superficies que se encuentran en movimiento relativo. Como ejemplo de desgaste abrasivo a dos cuerpos, se tiene un taladro penetrando una roca, mientras que a tres cuerpos se puede citar el desgaste sufrido por las mandíbulas de una trituradora al quebrar la roca, o por la presencia de partículas contaminantes en un aceite que sirve para lubricar de los superficies en contacto deslizante.

La figura 77 muestra la influencia del tamaño de partícula generada durante el desgaste o inherente al sistema en la definición del mecanismo de desgaste operante. El mecanismo de adhesión es verificado para tamaños de partículas menores de 10 µm, que corresponden a tamaños característicos de micro-constituyentes en materiales ferrosos (por ejemplo carburos en el acero AISI 52100) o partículas de desgaste que permanecen en el área de contacto, pero sin llegar a actuar como partículas abrasivas, pues el “nivel de actuación” de esas partículas para el sistema es aún bajo. Para tamaños mayores que 10 µm, la variación de la tasa de desgaste sigue características frecuentemente vistas en sistemas abrasivos.

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Desgaste erosivo y erosivo-corrosivo El desgaste erosivo es un fenómeno que afecta gran cantidad de elementos de máquinas en las industrias minera y alimenticia, así como: turbinas hidráulicas, implementos agrícolas, sistemas de bombeo y dragado en ríos y minas, al igual que piezas específicas usadas en las industrias petrolífera y petroquímica, entre otras muchas aplicaciones. Con este tipo de desgaste, no solo se tiene perdida de material y la consecuente falla de las piezas, sino que está asociado a perjuicios financieros en virtud del tiempo asociado a la reparación de equipos y substituciones de los componentes desgastados. El conocimiento de los mecanismos de remoción de material involucrados durante el desgaste erosivo, así como el reconocimiento y la caracterización de las diferentes variables involucradas, son líneas muy importantes de investigación en la ingeniería actual, así su estudio haya sido comenzado hace ya varias décadas. Varias teorías que intentan entender y relacionar los diferentes mecanismos que actúan durante la erosión, con las variables involucradas, han sido desarrolladas en modelos matemáticos. Estos modelos se basan en hipótesis, que a veces limitan el análisis, ya que son realizados para aplicaciones muy específicas, orientadas a la solución de problemas particulares en procesos industriales. Muchos de estos modelos, aunque basados en líneas de pensamiento coherentes, están siendo actualmente estudiados nuevamente para perfeccionarlos. Desde este punto de vista, se está intentando modelar una teoría general del fenómeno de desgaste erosivo, para lo cual se

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han utilizando los principios básicos de la mecánica y de la termodinámica, combinados con la ciencia e ingeniería de materiales. Un fenómeno que actúa de forma sinérgica con la erosión, es la corrosión, en general cuando el medio de trabajo es húmedo. La corrosión puede ser definida de acuerdo con literatura, como un fenómeno que deteriora un material (generalmente metálico), por acción química o electroquímica del medio ambiente, asociada o no a esfuerzos mecánicos. La acción combinada de estos procesos, corrosión y desgaste erosivo, resulta en la degradación acelerada de los materiales debido a su comportamiento sinérgico. El proceso de desgaste corrosivo en materiales que forman capas pasivas es acelerado cuando esta capa es débil, como en el caso de algunos aceros inoxidables austeníticos. Según [ZUM GAHR, 1978], el desgaste erosivo se presenta en la superficie de los cuerpos, resultado del impacto de partículas sólidas, líquidas o gaseosas que los impactan. Estas partículas pueden actuar solas o de manera combinada. La erosión afecta muchos materiales de ingeniería, especialmente elementos que componen maquinaria usada en la industria minera y en general toda pieza que sea impactada por cualquier tipo de partícula. Las partículas que causan el desgaste erosivo pueden estar en ambientes secos o húmedos pudiendo actuar en forma muy variadas tal como se muestra en la figura 78. Cuando el medio de trabajo es húmedo (por ejemplo, un medio con agua y partículas de arena), la erosión y la corrosión son fenómenos que actúan en forma sinérgica, provocando la degradación acelerada de los materiales.

Figura 78

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Figura 78. Diferentes formas de actuación de partículas erosivas en la formación de: (a) microcorte y micro-arado, (b) Agrietado superficial, (c) Desplazamiento de material al borde de los cráteres de impacto (d) grietas por fatiga superficial y sub-superficiales causadas por los múltiples impactos (e) Formación de pequeñas hojuelas debido a la extrusión y forjado en los impactos y (f) Formación de pequeñas hojuelas por procesos de extrusión inversos. [ZUM GAHR, 1978]. En otras definiciones clásicas de la erosión se afirma, que este es un fenómeno por medio del cual, material es removido de una superficie durante la acción continua de partículas duras o de fluidos que la alcanzan. Las partículas impactan las superficies a diferentes velocidades y ángulos de incidencia, donde el desgaste se da a través de diferentes mecanismos. En la figura 79 son presentados esquemas que muestran la forma como partículas erosivas actúan en una superficie en dependencia del ángulo de incidencia. Para erosión en ángulos cercanos a 90°, la energía de la partícula es consumida durante la deformación de la superficie y para ángulos menores, esa energía es utilizada en deformar y cortar el material de la superficie.

De acuerdo al medio donde actúan las partículas erosivas, la erosión puede ser dividida en: 1.- Erosión a seco. Cuando las partículas son arrastradas por aire u otro gas y son obligadas a impactar una superficie. Uno de los sistemas usados en ensayos de erosión a seco es presentado en la figura 80.

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2.- Erosión en medio Acuoso. Se presenta cuando partículas duras son arrastradas en un medio acuoso y son obligadas a impactar una superficie. Uno de los equipos utilizados en la realización de ensayos de erosión en medio acuoso es presentado en la figura 81.

Desgaste por fatiga de contacto Este tipo de desgaste ocurre cuando piezas son sometidas a elevados esfuerzos, los cuales provocan la aparición y propagación de grietas bajo la acción repetitiva de estos. En el caso de piezas sometidas a deslizamiento, las capas superficiales sufren intensas deformaciones como resultado de la acción simultánea de las tensiones de contacto y de la fuerza de fricción. Los esfuerzos a los que están sometidos los materiales particularmente en las capas superficiales, promueven en la mayoría de los casos, alteraciones en la estructura cristalina y en el tamaño de grano. Con las nuevas tecnologías se ha necesitado de materiales, que a través de modernos procesos de producción o de tratamiento térmico, presenten una combinación especial de microestructura y propiedades mecánicas, garantizando con esto, niveles de tolerancia, acabado superficial y desvíos de forma y posición cada vez mejores. Por otra parte las leyes son cada vez más rigurosas, controlando los niveles de ruido y contaminantes perjudiciales para el hombre y el medio ambiente que provienen de selecciones equivocadas de materiales o procesos de producción empíricos. El picado originado a partir de grietas, es una de las fallas por fatiga de contacto superficial típica de elementos de máquinas, los cuales trabajan bajo régimen de lubricación elastohidrodinámica y elevadas cargas superficiales. Este es el caso de cojinetes de rodamiento y ruedas dentadas en su punto de contacto. Aquí, el mecanismo principal de falla es la aparición y propagación de grietas después que las superficies 145

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han almacenado una determinada deformación plástica. Por esto, es importante el buen acabado superficial y la correcta selección y filtrado de los lubricantes. Según Gras e Inglebert (1998), la fatiga de contacto se debe al aparecimiento de transformaciones microestructurales o decohesiones localizadas que conducen al daño de las superficies.

Desgaste por corrosión Es caracterizado como la degradación de materiales en donde la corrosión y los mecanismos de desgaste se encuentran involucrados. La combinación de efectos de desgaste y corrosión puede resultar en una pérdida total de material mucho más grande que si se presentarán por adición o individualmente. La deformación plástica por altos esfuerzos de contacto causa endurecimiento por deformación y susceptibilidad al ataque químico. De igual forma la deformación plástica ocurrida en el mecanismo de desgaste por impacto puede hacer que las superficies sean más susceptibles a la corrosión. El modelo de desgaste corrosivo (figura 82), es explicado en dos etapas. 1.- Formación de una película de óxido en la superficie. Esta película de óxido puede operar como lubricante, en la mayoría de los materiales no es posible ya que dicha película es muy frágil. 2.- Al ser esta capa de óxido frágil queda expuesta a los fenómenos de deslizamiento del sistema, siendo esta removida.

Figura 82.- Desgaste corrosivo. Modelo representativo de la formación de la capa de óxido

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Desgaste por cavitación La cavitación es un problema frecuentemente encontrado en equipos hidráulicos, el cual genera gran dificultad para su mantenimiento. El problema de la cavitación surgió con el desarrollo de los barcos a vapor en el inicio del siglo pasado. Con la fabricación estos barcos, capaces de alcanzar mayores velocidades, algunos de ellos comenzaron a presentar un desgaste severo y localizado en sus hélices. Inicialmente se pensó que este desgaste se debía a la corrosión de los materiales de las hélices, siendo esta la responsable por el daño en dichos materiales, aprovechando su baja resistencia a la corrosión. Pero, al estudiarse el fenómeno más detalladamente, se descubrió que las hélices no sufrían desgaste cuando no estaban en funcionamiento y que este también ocurría en medios químicamente inertes. Así el desgaste solo podría ser debido a un fenómeno que ocurría durante el flujo de los fluidos frente a los materiales por los que pasaban. En 1915 en Inglaterra se estudió este fenómeno por primera vez y se llegó a la conclusión que el desgaste era provocado por repetidos .golpes hidráulicos. que alcanzaban la superficie de las hélices durante su funcionamiento. Pero los mecanismos por los cuales este desgaste ocurría no quedaron claros y el fenómeno permaneció sin explicación hasta 1917. En este año, un artículo de autoría de Lord Rayleigh fue publicado. En el artículo, Rayleigh proponía un mecanismo para explicar el fenómeno. Este investigador dedujo en su hipótesis, que durante el flujo de un fluido pueden ocurrir caídas de presión que pueden alcanzar valores del orden de la presión de vapor del líquido en la temperatura de trabajo, provocando la nucleación de pequeñas burbujas de vapor. Estas burbujas son llevadas por el flujo y al alcanzar regiones de mayores presiones sufren un colapso violento y caótico que genera altas presiones y velocidades en las regiones próximas al colapso. Estas altas presiones y velocidades que surgen del colapso, provocan el desgaste de superficies sólidas próximas. Como conclusión a esta teoría, hasta ahora la más aceptada, es que, el desgaste por cavitación se puede definir como aquel daño que ocurre en los materiales debido al crecimiento y colapso de pequeñas burbujas, que surgen debido a las variaciones de presión durante el flujo de un fluido. Aunque hasta la fecha se ha tenido un enorme avance desde la publicación del artículo de Lord Rayleigh, un entendimiento completo del fenómeno aún está lejos de ser alcanzado y aún es mucho lo que debe ser estudiado de este tópico. Los efectos que el desgaste por cavitación provocan, van desde la pérdida de eficiencia, hasta la inutilización completa del equipo. Hasta hoy no hay una manera de preverse el desgaste de un equipo sujeto a cavitación y las paradas para mantenimiento de un equipo aún son estipuladas con base en la experiencia de los operadores. Sin embargo hoy tenemos dos 147

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maneras de lidiar con el problema de la cavitación: uno es el desarrollo de materiales más resistentes y otro, es mejor el diseño de equipos hidráulicos evitando caídas de presión muy bruscas.

Figura 83.- representación esquemática del fenómeno de nucleación y colapso de microburbujas y la emisión de ondas de choque

El Fretting, desgaste por vibración o ludimiento El desgaste por fretting ocurre entre dos superficies en contacto (no necesariamente moviéndose tangencialmente), las cuales experimentan pequeñas oscilaciones cíclicas (del orden de 1 a 100 µm). Cuando algunas vibraciones aparecen en las superficies en contacto, ocurren pequeños deslizamientos en la dirección del movimiento relativo, esos pequeños deslizamientos son causa de desgaste por fretting. Desgaste por fretting es comúnmente observado en los cubos de las ruedas de vehículos, entre las esferas y su camino de rodadura en un rodamiento de bolas, en los puntos de contacto entre dos engranajes, entre otros ejemplos. El desgaste por fretting puede conducir a la pérdida de las uniones de contacto de los cuerpos, incrementando la vibración y acelerando la tasa de desgaste. También se ha observado que en general los debris (partículas de desgaste), son óxidos y como estos ocupan un mayor volumen que el material que los origina, pueden conducir a falla por Seizure (adhesión severa que conduce a soldado de las superficies), en partes diseñadas para trabajar con una determinada holgura. De esta forma la holgura será ampliada y los debris tendrán la posibilidad de abandonar la interface más fácilmente. Un fenómeno asociado al daño por fretting, es la aparición de grietas en la región afectada, lo que ocasiona reducción de la resistencia a fatiga del material, en caso que el componente experimente esfuerzos cíclicos. El desgaste por fretting es comúnmente estudiado en laboratorios, utilizando un sistema esfera-plano, donde son aplicadas tanto carga normal como carga tangencial. 148

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Como fue mostrado en el capítulo de la mecánica de contacto, cuando una esfera es presionada normalmente contra una superficie plana, se genera debajo de esta zona una distribución de presiones, obteniéndose una presión máxima en el centro y aproximadamente cero en el borde del contacto. Cuando además de aplicar una fuerza normal, se aplica una fuerza tangencial y esta a la vez tiene la posibilidad de ser aumentada, se generan deslizamientos que cambian la distribución de presión y llevan a un desgaste de la zona de contacto, la cual varía de acuerdo a la intensidad de la fuerza tangencial, tal como se muestra en la figura 84.

Figura 84

Figura 84. (a) Distribución del esfuerzo normal elástico, abajo de una esfera presionando un plano, (b) a (d) Vistas bidimensionales del área de contacto a medida que aumenta el valor de la fuerza tangencial cíclica (Hutchings, 1992). En la figura 84 las regiones rayadas representan áreas arriba de las cuales ocurre deslizamiento localizado entre las superficies. Por tanto, la zona de contacto puede ser dividida en dos regiones; un área central, donde no hay ningún movimiento tangencial relativo y una zona anular, en la cual ocurre micro-deslizamiento. Así, el daño por fretting ocurre en aquellas zonas de contacto donde ocurren esos pequeños deslizamientos. Ahora, cuando la fuerza tangencial cíclica es aumentada, se puede pasar de pequeñas zonas en el contacto afectadas por el micro-deslizamiento, hasta un deslizamiento total en toda el área de contacto. El daño por fretting ocurre más severamente en la región del área de contacto que sufre deslizamiento. Este desgaste en comúnmente cuantificado como la pérdida de masa o volumen que ocurre en la superficie afectada. Ensayos de laboratorio donde se ha estudiado el fretting variando el número de ciclos, han mostrado que hay un breve período inicial, donde el desgaste es acelerado, (como se muestra en la figura 84), 149

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seguido de una estabilización (curva B) o un decrecimiento (curva D) de la tasa de desgaste. Por otra parte, algunos materiales pueden experimentar incrementos en la tasa de desgaste (curvas A o C), o presentar un comportamiento lineal (curva B). En esta última condición, se ha encontrado que la tasa de desgaste es aproximadamente proporcional a la carga normal, siendo útil expresar esta relación como “tasa de desgaste específica”, la cual es llamada, coeficiente de desgaste dimensional (k). El coeficiente de desgaste dimensional es por tanto, el volumen removido, por unidad de distancia de deslizamiento, por unidad de carga normal. La distancia de deslizamiento está relacionada con la duración del ensayo, la frecuencia de vibración y la amplitud de desplazamiento cíclico. Por tanto k, da una medida de la severidad del desgaste y permite que resultados de ensayos a diferentes valores de carga normal y amplitudes sean comparados.

Desgaste por deslizamiento

Esencialmente, el desgaste por deslizamiento es aquel en el cual hay un movimiento relativo entre dos superficies en contacto con una carga aplicada, donde el daño de la superficie no ocurre por riscado debido a la penetración de las asperezas o por partículas externas. El desgaste por deslizamiento es uno de los tipos de desgaste que ocurre con más frecuencia en la industria y por esto es estudiado con gran interés por los investigadores. Una de las razones del gran esfuerzo dedicado al estudio del desgaste por deslizamiento es su complejidad, especialmente en lo que se refiere a los múltiples mecanismos involucrados. En el desgaste por deslizamiento están presentes mecanismos de adhesión, formación y crecimiento de grietas sub-superficiales por fatiga y formación de películas superficiales por procesos triboquímicos. También ocurre abrasión por microcorte, surcado o formación de proas. Un esquema mostrando un sistema que sufre este tipo de desgaste es presentado en la siguiente figura.

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Experimentos con diferentes tipos de metales mostraron, que el deslizamiento produce deformación plástica en la superficie y un gradiente de deformación bajo de la superficie desgastada. Variables relacionadas a las condiciones de contacto y otras relacionadas con la microestructura de los materiales deslizantes, influyen en la intensidad de la deformación plástica de las regiones debajo de esta. Durante el desgaste por deslizamiento pueden ocurrir transiciones en la tasa de desgaste influenciadas por la carga, velocidad y distancia de deslizamiento o condiciones ambientales tales como temperatura, humedad, entre otros. Con el aumento de la carga normal ocurre una transición de desgaste moderado para desgaste severo debido a la ruptura de la película de óxido formado durante el desgaste moderado. Arriba de esta transición, el desgaste aumenta linealmente con la carga hasta que ocurre una segunda transición, donde el desgaste cambia de severo para moderado. A causa de esta segunda transición se da la presencia de una nueva película de óxido que se forma para altas temperaturas de contacto y cuya estructura difiere de la estructura del óxido formado en el desgaste moderado. Muchas variables están involucradas en el comportamiento del desgaste por deslizamiento, tales como las variables relacionadas con la geometría del par deslizante y también las variables metalúrgicas, sin excluir las variables externas como las condiciones de carga y las del medio interfasial y circundante. Según Zum Gahr, cada variable tiene una naturaleza diferente en función de la etapa del proceso de deslizamiento. Variables como el trabajo ejercido, la masa de cada cuerpo, las propiedades del material y la temperatura de la interfase, pueden ser consideradas como variables de entrada del tribosistema. Por otro lado, estas pueden ser el resultado final del proceso, esto es, se pueden transformar en variables de salida del tribosistema. Deben ser considerados también efectos como las vibraciones, calor generado, atmósfera y cambios de las propiedades de los materiales. Como resultado final de la fricción y desgaste, hay generación de productos indeseables, como fragmentos de desgaste, ruido, calor y vibraciones.

Modos de desgaste Los efectos o modos de desgaste son muy variados: - Desgaste normal por rozamiento o desgaste de rodaje. Está siempre presente en las superficies en movimiento aún en presencia de lubricante. Produce, si es suficientemente suave, un efecto de pulido durante el rodaje, que no es perjudicial. - Desgaste severo cuando se superan los límites de carga y velocidad para los que componentes y lubricante fueron diseñados y seleccionado respectivamente. 151

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- Picadura, originada por mecanismos de fatiga o corrosión. - Gripado, soldadura momentánea ocasionada por un mecanismo de tipo adhesivo. - El Scoring y el Gouging son distintos grados de rayadura de las superficies ocasionados normalmente por desgaste de tipo abrasivo o adhesivo sin llegar al gripado.

4.5.2. Técnicas de tratamiento superficial Existe una variada gama de tratamientos superficiales para aumentar la dureza, reducir la fricción y el desgaste. Algunos son comúnmente aplicados por los fabricantes de las piezas originales: - Tratamientos Térmicos (Temple, Revenido) - Tratamientos termo-químicos (cementación, nitruración) - Recargues por soldadura de metal duro (estellita)

Otros son aplicados por decisión del usuario con objeto de aumentar la vida y reducir los cambios de piezas sujetas a un desgaste severo. En estos casos se impone hacer un análisis económico para justificar la decisión: por una parte se trata de procesos muy especiales y por tanto caros de aplicar, aunque por otra parte se consiguen mejoras sustanciales en el comportamiento de las piezas, si el tratamiento es el adecuado. No obstante ello los tratamientos avanzados no pueden competir en precio con los tratamientos tradicionales por lo que deben reservarse a los casos en que el costo de sustitución es muy elevado o la pieza es de alta responsabilidad y se pretende conseguir mejoras no alcanzables por medios tradicionales. En este apartado distinguiremos las siguientes técnicas: • Procesos convencionales de Recargue de Materiales: - Proceso Oxi-acetilénico - Soldadura eléctrica manual - Procesos TIG - Arco Sumergido - Soldadura con polvo

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• Procedimientos especiales de aportación: - Thermo-spray - Plasma transferido - Plasma-spray - Cañón de detonación • y los Procesos Avanzados: - Implantación iónica - Recubrimientos PVD - Recubrimientos CVD

Describiremos los más novedosos, sus aplicaciones y limitaciones.

1. RECARGUE DE MATERIALES El recargue supone unir un metal sobre otro ya existente para alcanzar algunos de los siguientes objetivos: a) Para aportar el material desaparecido por desgaste de una pieza. En este caso puede recargarse con el mismo material original de la pieza. b) Para darle mejores propiedades mecánicas que el material base, cuando se desea aumentar la resistencia a la corrosión, abrasión y dureza.

En el recargue se denomina línea de anclaje a la que delimita la separación entre el material base y el material recargado. El grado de adherencia de esta línea de anclaje define la calidad del trabajo realizado. Para lograr una buena adherencia en la línea de anclaje es necesario lograr una cierta dilución entre el material aportado y el material base. La dilución alcanzada depende del procedimiento de recargue y varía desde valores máximos en la soldadura eléctrica hasta valores prácticamente nulos en el recargue por cañón de detonación. Otros aspectos importantes a considerar en el recargue son: - el espesor de la capa a recargar - la dilución, antes comentada - la distorsión provocada en la pieza

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los cuales nos orientará sobre el procedimiento más adecuado en cada caso.

1.1 Proceso oxiacetilénico: Para el recargue se utilizan varillas de aleaciones de Estellite (base cobalto). No presenta dificultades de dilución con el metal base. Se aplica fundamentalmente para casquillos de bombas y piezas de válvulas.

1.2 Soldadura eléctrica manual: Se utilizan electrodos de diversas calidades. Debido a la penetración del arco eléctrico, se produce una fuerte dilución con el material base, por lo que tiene escasa aplicación (sólo para reparaciones in situ).

1.3 Proceso TIG: En la soldadura con arco en atmósfera de argón (TIG) se utilizan varillas, igual que para el proceso oxiacetilénico. Al hacerse en atmósfera inerte se consigue un buen anclaje y la dilución no es excesiva.

1.4 Arco sumergido: Es un procedimiento adecuado para recargue de grandes superficies y varias pasadas de cordones de soldadura; su costo es elevado. Es normal la aparición de poros sobre la superficie y la dilución con el material base es muy fuerte.

1.5 Soldadura con Polvo: Se aplican con pistola oxiacetilénica. Los polvos son especiales para baja temperatura. Se aplican en los moldes utilizados en la industria del cristal.

2. PROCEDIMIENTOS ESPECIALES DE APORTACIÓN 2.1 THERMO SPRAY Se aportan polvos que son fundidos y proyectados sobre la pieza, previamente calentada de manera uniforme. Para ello se utiliza una pistola que controla el caudal de oxígeno y acetileno, así como la presión. El polvo se encuentra en un depósito desde el 154

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que se envía a la pistola automáticamente. El enfriamiento se hace con control de temperatura en horno eléctrico. Se utilizan aleaciones base cobalto y base níquel, para dar resistencia química y/o al desgaste. No se produce dilución entre el material base y el aportado. El espesor máximo de recargue no debe sobrepasar 2,4 mm, para evitar la formación de grietas. La distorsión que produce es pequeña pues aunque el calor es alto sin embargo es uniforme. Se aplica fundamentalmente en camisas de bombas, casquillos, aros de roce de rodetes y carcasas y, en general, en piezas de la industria petroquímica para aumentar la resistencia a la corrosión.

2.2 PLASMA TRANSFERIDO El recargue por plasma arco transferido (PTA) es una combinación de la soldadura eléctrica y oxiacetilénica donde se obtiene energía térmica a partir de energía eléctrica, con un alto rendimiento. En la figura 86 se pueden observar los elementos que intervienen: Un gas inerte pasa a través de su boquilla hasta la zona de ionización donde se ioniza al estar alimentado el electrodo por un generador de alta frecuencia, obteniéndose el gas en estado de plasma, mucho mejor conductor, lo que hace posible alcanzar puntualmente muy altas temperaturas. El material de recargue en polvo se inyecta por su boquilla en la zona del arco piloto fundiéndose sobre la superficie de la pieza y creando un baño de soldadura. Al mismo tiempo, durante el proceso de recargue se dispone de una capa gaseosa de protección que pasa a través de la zona externa al electrodo. Se consigue un recargue totalmente exento de porosidad, baja dilución con el material base (4% para la primera pasada), dureza y demás características constantes debido a la baja dilución y automatización del proceso. En definitiva un recargue de alta calidad que permite tratar grandes superficies, con espesores de material de 6 a 8 mm. y baja distorsión, debido al calor no excesivo. Se utilizan aleaciones base níquel, cobalto, inconel, hastelloy, etc.

Figura 86

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Se utiliza fundamentalmente para recargue de piezas en industrias químicas, petroquímica y nuclear.

2.3 PLASMA SPRAY En este caso el plasma se produce en la propia boquilla de proyección. El gas de ionización se inyecta por el lateral del electrodo, ionizándose al pasar por el electrodo, obteniéndose temperaturas entre 9.000 y 20.000 ºC con una velocidad de entre 400 y 820 m/s. El dosificador de polvo utiliza gas inerte a alta presión para enviar el polvo por su boquilla a la zona de máxima temperatura donde se funde instantáneamente y es proyectado a gran velocidad sobre la pieza a recargar. Esta se mantiene entre 100 y 150º durante el proceso, por lo que se obtiene un recargue en frío, de muy alta calidad. Se consiguen altas densidades y compactación debido a la velocidad de proyección, con lo cual la porosidad es muy baja (2%). Utilizando polvos muy finos es posible evitar el posterior rectificado en algunos casos. Se pueden proyectar materiales de muy alto punto de fusión como cerámicas (óxido de circonio, alúmina, bióxido de titanio, óxido de cromo), carburo de Tungsteno, carburo de titanio y de cromo. Se pueden dar espesores de hasta 0,5 mm. y la dilución es nula al hacerse a baja temperatura, al mismo tiempo que no se produce distorsión sobre la pieza. Adherencia: 40 Pa.

Figura 87

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2.4 CAÑÓN DE DETONACIÓN El polvo entra en la cámara de combustión por su extremo inicial. Dentro de la cámara se forma una mezcla explosiva de acetileno, oxígeno y nitrógeno. La detonación se produce al saltar una chispa dentro de la cámara de combustión por la bujía. El polvo junto con la mezcla explosiva es lanzado a gran velocidad (1.400 m/s) y temperatura de llama muy fría (2800ºC), por el tubo del cañón al exterior, sobre la pieza que se mantiene a baja temperatura. La aportación resulta ser de gran calidad: muy baja porosidad (<1%), sin distorsión y aplicable sobre piezas terminadas. Adherencia: 80 Pa. Tiene las mismas aplicaciones que el plasma-spray y utiliza los mismos polvos de recargue. La figura 88 representa un esquema típico de la máquina de Proyección.

Figura 88

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3. PROCEDIMIENTOS AVANZADOS 3.1 IMPLANTACIÓN IÓNICA Es el avance más importante de la Ingeniería de Superficies en la última década. Consiste en el bombardeo, en vacío, de la superficie a tratar, por un haz de iones acelerados que penetran en el material entre 500 y 1000 capas atómicas, modificando su estructura y composición química. Por ejemplo, los iones de nitrógeno acelerados con 100.000 V se mueven en el vacío a 1.170 Km/s y al chocar contra el acero se incrusta alcanzando profundidades de hasta 0,2 micras. Las superficies implantadas se endurecen como consecuencia de la formación de finos precipitados (nitruros, etc.). También las dosis elevadas de estos elementos crea esfuerzos comprensivos importantes que contribuyen al bloqueo de microgrietas. Otros efectos dependen del material implantado. Por ejemplo el Titanio en combinación con el carbono reduce drásticamente el coeficiente de fricción. El cromo consigue capas de óxido de cromo que protegen contra la corrosión y desgaste. Los problemas típicos que resuelve la implantación iónica son el desgaste adhesivo, desgaste abrasivo no muy severo, fricción y determinados casos de corrosión u oxidación. Se aplica de forma rentable en los siguientes campos: - Protección de moldes de inyección de plásticos (aumento de 5 veces la vida media). - Aplicaciones anti-desgaste y corrosión en rodamientos especiales (turbinas, etc.) - Toberas de inyección de fuel en quemadores. - Matrices de extracción y estirado de plásticos y metales. - Aplicaciones anti-desgaste en herramientas de corte. - Mejoras anti-desgaste en implantes médicos (prótesis de cadera y rodilla). - Mejoras de coeficiente de fricción en cigüeñales, pistones, etc.

Las ventajas que aporta se pueden resumir en: - Aumentos de vida útil de hasta cinco o diez veces, según aplicación. - No produce cambio alguno de dimensiones (no es un recubrimiento). - No produce cambio en el acabado superficial (respeta textura original). 158

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- Se aplica a baja temperatura (por debajo de 150ºC). - Se puede aplicar sobre otros tratamientos (nitruración, cromoduro, etc.) - Es extremadamente controlable y, por tanto, repetible. - Se puede limitar selectivamente a las partes de las piezas deseadas.

Figura 89

3.2 RECUBRIMIENTOS POR PVD Con este nombre (Physical Vapour Deposition, esto es, Deposición Física de Vapor) se conocen un amplio conjunto de técnicas que tienen en común el empleo de medios físicos para obtener el material de recubrimiento en fase vapor. Se realizan en cámaras de alto vacío (10-6 mbar), temperaturas de hasta 400ºC y se obtienen capas finas (10 micras) o muy finas (< 1 micra). Las técnicas de PVD más empleadas son: 1) Técnicas de evaporación 2) Técnicas de pulverización

Existe también la posibilidad de reactores que alternan ambas técnicas.

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En ambas técnicas las etapas del proceso son las siguientes: • Carga del reactor • Alto vacío (10-5 mbar mínimo) • Calentamiento-desgasificación de las piezas. • Decapado iónico • Recubrimiento • Enfriamiento y descarga

La diferencia entre las técnicas está basada en el sistema de evaporación del metal o compuesto a depositar Las primeras se caracterizan por la evaporación del material, normalmente un metal, por calentamiento muy intenso o por bombardeo de un haz de electrones:

Figura 90.- Recubrimiento realizado por evaporación bajo vacío

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De esta forma se funde el metal que, al estar en alto vacío, se evapora parcialmente. Los átomos evaporados emergen concentrados sobre la superficie a recubrir situada en la dirección del cono de proyección. El segundo grupo de técnicas de PVD lo constituyen los procesos de pulverización (Sputtering). A diferencia de los anteriores, los átomos que constituyen el recubrimiento se obtienen bombardeando unos blancos (metálicos o cerámicos) con iones de gas inerte (argón) a baja energía (500-1000 eV) no necesitando altas temperaturas.

Figura 91

Los recubrimientos por PVD más extendidos son los de Nitruro de Titanio aplicados en útiles que sufren desgaste abrasivo severo, como son herramientas de corte, moldes de inyección, etc. Estas técnicas se confunden, en ocasiones, con tratamientos en baños químicos, electrolíticos o galvánicos realizados en instalaciones abiertas. Las instalaciones PVD son herméticas, recubren a presiones muy bajas (10-2 - 10-3 mbar) y las reacciones se consiguen ionizando los reactivos (estado plasmático). Salvo alguna instalación excepcional son procesos que se realizan en discontinuo. Por las condiciones de trabajo son considerados limpios y respetuosos con el medio ambiente.

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3.3 RECUBRIMIENTOS POR CVD Los recubrimientos por CVD (Chemical Vapour Deposition, o sea, DeposiciĂłn QuĂ­mica del Vapor) son un conjunto de tĂŠcnicas que tienen en comĂşn el empleo de medios quĂ­micos para obtener recubrimientos a partir de compuestos precursores en fase vapor. Se realizan en cĂĄmaras de vacĂ­o medio o bajo (>10-3 mbar) o incluso presiĂłn atmosfĂŠrica. Requieren temperaturas altas (400-1000ÂşC) y se obtienen capas de 10 micras a 0,1 mm.

Figura 92

Un caso tĂ­pico es el de la deposiciĂłn de Ti, introduciendo en el reactor Cl4Ti y H2. La superficie a recubrir tiene que estar a una temperatura suficiente para que se produzca la reacciĂłn:

đ??śđ?‘™4 đ?‘‡đ?‘– + 2đ??ť2 → 4đ??śđ?‘™đ??ť + đ?‘‡đ?‘–

El ClH producido debe ser extraĂ­do del reactor para que no se detenga la reacciĂłn. Se inducen procesos de reacciĂłn muy activos que sueldan el recubrimiento al sustrato, incrementĂĄndose su adherencia. Requieren un rectificado posterior. Se adaptan con gran perfecciĂłn a las formas y aristas de la superficie a recubrir. Su principal 162

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desventaja, además de la complejidad de los procesos, son las altas temperaturas necesarias. Se usa para recargue tanto de metales como cerámicas en los campos de la microelectrónica y herramientas. Actualmente se está aplicando más el plasma-CVD. A diferencia del CVD térmico, en el plasma-CVD se sustituyen las elevadas temperaturas por descargas eléctricas con el mismo fin de facilitar la reacción, rompiendo las moléculas de los gases.

4.5.3. Selección de tratamientos Como resumen de lo expuesto hasta aquí, vamos a tratar de recopilar las características, ventajas e inconvenientes de los distintos métodos. La decisión del tratamiento a aplicar debe contemplar todos los aspectos técnicos: temperatura de aplicación, necesidad de tratamientos previos o posteriores, cambios en dimensiones o en acabado superficial, en definitiva, las dificultades de aplicación y los riesgos de las mismas. También es importante el aspecto económico ya apuntado antes en la introducción. En este sentido, la rentabilidad económica debe contemplar aspectos que, en la práctica, se suelen olvidar: a) El gasto en herramientas, que suele ser un costo asumido por muchas empresas como inevitable. b) Los tratamientos avanzados suelen ser más costosos que los tradicionales, pero sus ventajas son también superiores. c) Es imprescindible establecer un seguimiento, tanto técnico como económico sistemáticos, que contemple todos los aspectos involucrados.

En la tabla 30 se presenta las características y propiedades de la estellita utilizada para recargues duros. En la tabla 31 se presenta un resumen de las características de los procedimientos de recargue estudiados. En la tabla 32 se presentan las ventajas, inconvenientes y aplicabilidad de los procedimientos avanzados.

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TABLA 30: PROPIEDADES DE LA ESTELLITA

ALEACIONES DE ESTELITA GRADO 1 Composición Química: Carbono

Manganeso

Silicio

Cromo

Wolframio

Hierro

Cobalto

1,7-2,2 %

0,5 máx.

0,8-1,5 %

23-26 %

11-13 %

2 % máx.

Resto

Dureza: 50-56 Rc. Propiedades físicas: Resistencia a la CORROSIÓN

Resistencia a la ABRASIÓN

Resistencia al IMPACTO

Resistencia a la TEMPERATURA

Excelente

Muy buena

Media

Excelente

ALEACIONES DE ESTELITA GRADO 6 Composición Química: Carbono

Manganeso

Silicio

Cromo

Wolframio

Hierro

Cobalto

0,9-1,6 %

0,5 máx.

0,8-1,5 %

26-29 %

4-6 %

2 % máx.

Resto

Dureza: 40-49 Rc. Propiedades físicas: Resistencia a la CORROSIÓN

Resistencia a la ABRASIÓN

Resistencia al IMPACTO

Resistencia a la TEMPERATURA

Excelente

Buena

Muy buena

Excelente

164

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

TABLA 31: CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCEDIMIENTOS DE RECARGUE

ESPESOR DEL RECARGUE (m/m)

DILUCIÓN

CALOR SOBRE LA PIEZA

DISTORCIÓN DE LA PIEZA

1,6-4,8

Hasta 5%

Alto y local

Alto

6,6

10-25%

Alto y local

Alto

1,6-4,8

Hasta 10%

Medio

Medio

ARCO SUMERGIDO

6,6

15-35%

Bajo

Bajo

SOLDADURA CON POLVO

1,6-4,8

Hasta 5%

Alto y local

Alto

THERMO-SPRAY

0,8-2,4

Ninguna

Alto uniforme

Bajo

PLASMA TRANSFERIDO

Hasta 8

Hasta 4%

Medio

Medio

PLASMA-SPRAY

Hasta 0,5

Ninguna

Muy bajo

Ninguna

CAÑÓN DE DETONACIÓN

Hasta 0,3

Ninguna

Muy bajo

Ninguna

PROCESO OXI-ACETILÉNICO ELÉCTRICA MANUAL PROCESO TIG

165

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

TABLA 32: PROPIEDADES DE LOS PROCEDIMIENTOS AVANZADOS IMPLANTACIÓN IÓNICA Temperatura de proceso baja (<150ºC) No afecta al templerevenido

PVD

CVD

PLASMA-CVD

Temperatura baja (200-500ºC) Normalmente no afecta al temple-revenido Normalmente no requiere posttratamiento

Normalmente no requiere posttratamiento

No afecta al acabado superficial

Poca influencia en acabado superficial

Poca influencia en acabado superficial

Forma y dimensiones inalterados

Poca influencia en forma y dimensión

No precisa tratamiento posterior

VENTAJAS

Sin posibilidad de desprendimiento

Temperatura del proceso 450550ºC

Muy buena adhesión

Mejor adhesión que el PVD Temperatura puede afectar a aceros con revenidos a baja temperatura. Puede causar deformaciones Añade de 2 a 3 micras a las dimensiones

No adecuado para herramientas que trabajan a alta temperatura (>300ºC)

La temperatura del tratamiento puede afectar a aceros revenidos a baja temperatura

Temperatura del proceso alcanza 1000ºC. Puede causar deformaciones

Capa implantada no muy profunda (<0,5 micras)

Añade de 2 a 3 micras. Riesgo de desprendimiento

Añade de 3 a 10 micras. Altera acabado superficial

No adecuado para desgaste abrasivo severo

Puede no ser suficiente para desgaste abrasivo severo

Puede ser necesario pulir después del recubrimiento

APLICACIONES

Desgaste adhesivo a baja carga. Desgaste abrasivo medio Corrosión

Desgaste abrasivo severo. Herramientas con grandes esfuerzos

Desgaste adhesivo en general. Desgaste abrasivo severo

EJEMPLOS TÍPICOS

Punzones, Troqueles, Matrices, Moldes Inyección Plásticos, Herramientas de corte y Mecanizados especiales

Desgaste adhesivo carga alta. Desgaste abrasivo fuerte Corrosión (con limitaciones) Brocas, Fresas y herramientas de mecanizado (plaquitas), Matrices de estirado, Componentes de moldes de plástico

Plaquitas de mecanizado. Pequeños punzones y troqueles

Herramientas de mecanizado. Punzones y Troqueles. Matrices de estirado. Componentes de moldes de plástico

INCONVENIENTES

166

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

4.6. Análisis de Averías 4.6.1. Introducción Los métodos usados para fijar la política de mantenimiento son insuficientes, por sí mismos, para asegurar la mejora continua en mantenimiento. Será la experiencia quién nos mostrará desviaciones respecto a los resultados previstos. Por tal motivo se impone establecer una estrategia que, además de corregir las citadas desviaciones, asegure que todos los involucrados en el proceso de mantenimiento se impliquen en la mejora continua del mismo. Desde este punto de vista el análisis de averías se podría definir como el conjunto de actividades de investigación que, aplicadas sistemáticamente, trata de identificar las causas de las averías y establecer un plan que permita su eliminación. Se trata, por tanto, de no conformarse con devolver a los equipos a su estado de buen funcionamiento tras la avería, sino de identificar la causa raíz para evitar, si es posible, su repetición. Si ello no es posible se tratará de disminuir la frecuencia de la citada avería o la detección precoz de la misma de manera que las consecuencias sean tolerables o simplemente podamos mantenerla controlada. El fin último sería mejorar la fiabilidad, aumentar la disponibilidad y reducir los costos. El análisis sistemático de las averías se ha mostrado como una de las metodologías más eficaces para mejorar los resultados del mantenimiento.

4.6.2. Justificación Además de las razones generales que justifican la búsqueda de la mejora continua en cualquier proceso, en el caso particular del proceso de mantenimiento son varias las razones específicas que se suelen presentar y que justifican sobradamente ésta práctica como objetivo prioritario:

a) Evitar la tendencia a convivir con los problemas. b) Evitar la tendencia a simplificar los problemas. c) Evitar la tendencia a centrarse en el problema del día.

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MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

1. Tendencia a convivir con los problemas. Los pequeños problemas suelen tener el efecto de que el que los sufre termina conviviendo con ellos y considerándolos como una situación normal. Para evitar caer en esta rutina se precisa establecer claramente qué situación vamos a admitir como normal y cual como inadmisible. De ésta forma se desencadenarán en automático las acciones necesarias para analizar y eliminar las situaciones inadmisibles. El análisis de averías requiere, en este sentido, establecer los criterios de máximo riesgo admitido.

2. Tendencias a simplificar los problemas. Con frecuencia superior a lo deseable, los problemas suelen ser múltiples e interrelacionados. En tales circunstancias se impone un análisis para poder separar los distintos elementos del problema, para asignar prioridades y, en definitiva, establecer un plan de acción para evitarlos. Con demasiada frecuencia la escasez de recursos o la simple falta de método, lleva a simplificar el análisis y nos induce a tomar medidas de nula o escasa efectividad. Este es el caso que se presenta cuando detenemos el análisis en la causa física (ejemplo: fallo de cojinetes por desalineación) y no profundizamos hasta llegar a la causa latente (que podría ser: falta de formación o de supervisión) que nos permitiría eliminar no solamente éste caso sino otros concatenados con la misma causa. El análisis de averías permite en este sentido, aprovechar excelentes oportunidades de mejoras de todo tipo.

3. Tendencia a centrarse en el problema del día. La presión del día a día nos hace olvidar rápidamente el pasado, lo que impide hacer un seguimiento de la efectividad de las medidas aplicadas. Hasta que el problema vuelve a aparecer, convirtiéndose en un círculo vicioso, que nos lleva a convivir con el problema. El análisis de averías, en este sentido, ayuda a implantar un estilo o cultura de mantenimiento basado en la prevención.

168

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

4.6.3. Fallos y averías de los sistemas Antes de proceder al análisis de averías hay que delimitar el alcance del mismo. Esto se consigue definiendo los límites del sistema. El sistema es un conjunto de elementos discretos, denominados generalmente componentes, interconectados o en interacción, cuya misión es realizar una ó varias funciones, en unas condiciones predeterminadas. El análisis de averías debe contemplar una fase en que se defina el sistema, sus funciones y las condiciones de funcionamiento. El fallo de un sistema se define como la pérdida de aptitud para cumplir una determinada función. En este sentido podemos clasificar los fallos atendiendo a distintos criterios: •Según se manifiesta el fallo: -Evidente -Progresivo -Súbito -Oculto •Según su magnitud: -Parcial -Total •Según su manifestación y magnitud: -Cataléptico: Súbito y Total -Por degradación: Progresivo y Parcial •Según el momento de aparición: -Infantil o precoz. -Aleatorio o de tasa de fallos constante. -De desgaste o envejecimiento. •Según sus efectos: -Menor -Significativo -Crítico -Catastrófico 169

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

•Según sus causas: -Primario: la causa directa está en el propio sistema. -Secundario: la causa directa está en otro sistema. -Múltiple: Fallo de un sistema tras el fallo de su dispositivo de protección.

Por lo general las fallas de los equipos se producen por: - Diseño deficiente - Material defectuoso - Proceso y fabricación deficiente, - Errores de montaje - Condiciones de servicio diferentes al diseño - Mantenimiento deficiente - Operación inapropiada

En resumen, cuando un equipo o una instalación fallan, siempre generalmente lo hacen por uno de estos cuatro motivos: 1. Por un fallo en el material 2. Por un error humano del personal de operación 3. Por un error humano del personal de mantenimiento 4. Condiciones externas anómalas

En ocasiones, confluyen en una avería más de una de estas causas, lo que complica en cierto modo el estudio del fallo, pues a veces es complicado determinar cuál fue la causa principal y cuales tuvieron una influencia menor en el desarrollo de la avería. Estudiemos cada una de estas causas de fallo con detenimiento

170

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

1. Fallos en el material Decimos que se ha producido un fallo en el material cuando, trabajando en condiciones adecuadas una determinada pieza queda imposibilitada para prestar su servicio. Un material puede fallar de múltiples formas: - Por desgaste. Se da en piezas que pierden sus cualidades con el uso, pues cada vez que entran en servicio pierden una pequeña porción de material. Es el caso, por ejemplo, de los cojinetes anti-fricción. - Por rotura. Se produce cuando aplicamos fuerzas de compresión o de estiramiento a una pieza sobrepasando su límite elástico. Es el caso del hundimiento de un puente por sobrepeso, por ejemplo. Las roturas a su vez pueden ser dúctiles o frágiles, dependiendo de que exista o no deformación durante el proceso de rotura. Así, las cerámicas, en condiciones normales presentan roturas frágiles (las piezas pueden encajarse perfectamente tras la rotura), mientras que el aluminio presenta una rotura dúctil, con importantes deformaciones en el proceso que nos impedirían recomponer la pieza rota por simple encaje de los restos. - Por fatiga. Determinadas piezas se encuentran sometidas a esfuerzos cíclicos de presión y/o estiramiento, en el que la fuerza aplicada no es constante, sino que cambia con el tiempo. Estas fuerzas, además, están por debajo del límite elástico, por lo que en principio no tendrían por qué provocar roturas. Pero provocan el desarrollo de defectos del material, generalmente desde la superficie hacia el interior de la pieza. De forma teórica es posible estimar la cantidad de ciclos que puede resistir una pieza antes de su rotura por fatiga, en función del tipo de material y de la amplitud de la tensión cíclica, aunque el margen de error es grande. Determinados fenómenos como la corrosión o las dilataciones del material por temperatura afectan a los procesos de fatiga del material.

2. Error humano del personal de producción Otra de las causas por las que una avería puede darse es por un error del personal de producción. Este error a su vez, puede tener su origen en: - Error de interpretación de un indicador durante la operación normal del equipo, que hace al operador o conductor de la instalación tomar una decisión equivocada - Actuación incorrecta ante un fallo de la máquina. Por ejemplo, introducir agua en una caldera caliente en la que se ha perdido en nivel visual de agua; al no conocerse qué cantidad de agua hay en su interior, es posible que esté vacía y caliente, por lo que al introducir agua en ella se producirá la vaporización instantánea, con el consiguiente aumento de presión que puede provocar incluso la explosión de la caldera. 171

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

- Factores físicos del operador: este puede no encontrarse en perfectas condiciones para realizar su trabajo, por mareos, sueño, cansancio acumulado por jornada laboral extensa, enfermedad, etc. - Factores psicológicos, como la desmotivación, los problemas externos al trabajo, etc., influyen enormemente en la proliferación de errores de operación - Falta de instrucciones sistemáticas claras, como procedimientos, instrucciones técnicas, etc. - Falta de formación

3. Errores del personal de mantenimiento El personal de mantenimiento también comete errores que desembocan en una avería, una parada de producción, una disminución en el rendimiento de los equipos, etc. Estos errores pueden darse: - Durante inspecciones o revisiones normales, en forma de observaciones erróneas de los parámetros inspeccionados - Durante las reparaciones, por fallo en el diagnóstico o en la reparación del fallo

Como en el caso anterior, los errores del personal de mantenimiento también se ven afectados por factores físicos, psicológicos, por la falta de procedimientos y por la falta de formación.

4. Condiciones externas anómalas Cuando las condiciones externas son diferentes a las condiciones en que se ha diseñado el equipo o instalación pueden sobrevenir fallos favorecidos por esas condiciones anormales. Es el caso de equipos que funcionan en condiciones de temperatura, humedad ambiental o suciedad diferentes de aquellas para las que fueron diseñados. También es el caso de equipos que funcionan con determinados suministros (electricidad, agua de refrigeración, agua de alimentación, aire comprimido) que no cumplen unas especificaciones determinadas, especificaciones en las que se ha basado el fabricante a la hora de diseñar sus equipos.

El Modo de fallo es el efecto observable por el que se constata el fallo del sistema. A cada fallo se le asocian diversos modos de fallo y cada modo de fallo se

172

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

genera como consecuencia de una ó varias causas de fallo; de manera que un modo de fallo representa el efecto por el que se manifiesta la causa de fallo. La Avería es el estado del sistema tras la aparición del fallo:

Figura 93

El diccionario de la Real Academia Española de la Lengua indica que el término avería es una palabra que procede del árabe al-awarriyya que significa daño que padecen las mercaderías. Donde la palabra daño es considerada como causar detrimento o echar a perder una cosa. Se puede decir que una avería es la pérdida de la función de un elemento, componente, sistema o equipo. Esta pérdida de la función puede ser total o parcial. La pérdida total de funciones conlleva a que el elemento no puede realizar todas las funciones para las que se diseñó. La avería parcial afecta solamente a algunas funciones consideradas como de importancia relativa. En este caso el sistema donde se encuentra el elemento averiado, puede operar con deficiencias de diversa índole y no afecta a las personas o produce daños materiales mayores. Al definir una avería como pérdida de la función y si cada elemento o sistema puede tener varias clases de funciones, necesariamente las averías se pueden categorizar. En la teoría de Análisis del Valor se considera que todo elemento u objeto puede tener varios tipos de funciones: • Principales o aquellas para las que el elemento fue diseñado, una bombilla su función principal es la de proporcionar luz. • Secundarias las que cumplen funciones de apoyo a las principales, un foco luminoso debe necesitar cierta resistencia los golpes. 173

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• Terciarias son aquellas que cumplen aspectos relacionados con la estética. El bombillo debe tener una superficie limpia.

Por lo tanto, pueden existir diferentes clases de averías por función afectada: • Averías críticas o mayores. La que afecta las funciones del elemento consideradas como mayores. • Avería parcial. La que afecta a algunas de la funciones pero no a todas • Avería reducida. La que afecta al elemento sin que pierda su función principal y secundaria.

Esta clasificación es importante para desarrollar un modelo de análisis de averías. Una estrategia para la solución de averías debe considerar que existen averías críticas que son las prioritarias eliminarlas para conseguir un resultado significativo en la mejora del equipo. Esta forma de clasificación invita a que el Principio de Pareto sea utilizado como un instrumento muy útil para los estudios de diagnóstico. Otro tipo de clasificación de las averías se puede realizar por la forma como se pueden presentar estas a través del tiempo. Este tipo de clasificación también se debe tener en cuenta para el diseño de una estrategia de eliminación, ya que los métodos de solución pueden ser diferentes. Los problemas de los equipos se clasifican en: • Averías crónicas. Afecta el elemento en forma sistemática o permanece por largo tiempo. Puede ser crítica, parcial o reducida. • Averías esporádicas. Afecta el elemento en forma aleatoria y puede ser crítica o parcial. • Avería transitoria. Afecta durante un tiempo limitado al elemento y adquiere nuevamente su actitud para realizar la función requerida, sin haber sido objeto de ninguna acción de mantenimiento.

El comportamiento de cada una de estas pérdidas se muestra en la figura siguiente:

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Figura 94.- Averías crónicas y esporádicas en equipos industriales

Averías esporádicas Esta clase de pérdidas, como indica su nombre, ocurren de repente y en forma no prevista. Las características principales de estas pérdidas son: • Es poco frecuente su ocurrencia. • Por lo general resulta de una causa simple. • Es relativamente fácil identificar su causa y las medidas correctivas son simples y rápidas de aplicar. • Su aporte es importante y producen grandes desviaciones en el proceso y por este motivo duran poco tiempo.

Averías crónicas Este tipo de pérdidas están ocultas y permanecen en el tiempo. Su efecto es relativamente bajo, pero al sumarlo durante todo el tiempo que permanece puede llegar 175

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a ser muy importante para los resultados de la empresa. Esta clase de pérdidas se vuelven habituales para el personal de la empresa y en muchos casos ya no se aprecian por que "hemos aprendido a vivir con ellas", por ejemplo, en una línea de empaque de productos de consumo sale aproximadamente cada media hora una caja sin pegar debido a una falla del equipo. Este problema no es dramático, pero muestra que el equipo presenta una falla sistemática en su funcionamiento y que es necesario investigar.

4.6.4. Métodos de análisis de averías La metodología para análisis y solución de problemas, en general, es muy variada y suele ser adoptada y adaptada por cada empresa en función de sus peculiaridades. Haciendo un análisis comparativo de las más habituales, se puede decir que hay dos aspectos fundamentales en los que coinciden: 1. El recorrido del proceso. El análisis debe centrarse primero en el Problema, segundo en la Causa y tercero en la Solución.

2. La metodología a utilizar. Las condiciones que debe reunir para garantizar su eficacia son: • Estar bien estructurada, de forma que se desarrolle según un orden lógico. • Ser rígida, de manera que no dé opción a pasar por alto ninguna etapa fundamental. • Ser completa, es decir, que cada etapa sea imprescindible por sí misma y como punto de partida para la siguiente.

Teniendo en cuenta estos aspectos fundamentales (el recorrido del proceso y la metodología a utilizar) y las condiciones indicadas anteriormente (tendencia a convivir con los problemas, tendencia a simplificar los problemas y tendencia a centrarse en el problema del día), se propone un método sistemático de análisis de averías, estructurado en cuatro fases y diez etapas o pasos (Tabla 33).

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Tabla 33.- Método de análisis de averías

FASE A: CONCRETAR EL PROBLEMA. 1. Seleccionar el sistema. Se trata de concretar los límites o alcance del sistema (instalación, máquina o dispositivo objeto del análisis). Se persigue con ello evitar dos errores frecuentes: a) Ignorar elementos importantes involucrados en el problema, como pueden ser los dispositivos de seguridad y/o control de una máquina o instalación. b) Extender el análisis a elementos poco relacionados con el problema que pueden hacer excesivamente largo y laborioso el análisis y que, en todo caso, serían objeto de otro análisis.

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Seleccionar el sistema supone: • Establecer los límites del sistema. El análisis se puede efectuar indistintamente a un componente, un subsistema elemental o al sistema completo, pero deben quedar claramente establecidos los límites del sistema analizado. Existe una norma, la ISO 14.224, que puede servir de ayuda en éste sentido. • Recopilar la información referente al sistema: - Sus funciones. - Sus características técnicas. - Las prestaciones deseadas.

2. Identificar el Problema. Normalmente se trata de un fallo o de la consecuencia de un fallo. Se debe tratar de un hecho concreto que responde a la pregunta ¿Qué ocurre? Se persigue concretar un problema de máxima prioridad y evitar la tendencia frecuente a intentar resolver múltiples problemas a la vez, con la consiguiente pérdida de eficacia. Seleccionar el problema supone: • Concretar la avería objeto del análisis. • Describir la avería, lo más completamente posible: ¿Qué ocurre? ¿Dónde ocurre? ¿Cómo ocurre? ¿Cuándo ocurre ó cuándo comenzó? ¿Quién la provoca? ¿Cómo se ha venido resolviendo?

3. Cuantificar el Problema. Es preciso trabajar con datos: ¿Cuánto tiempo hace que existe? ¿Cuántas veces ha sucedido? ¿Cuánto está costando? para ser objetivos y evitar ideas preconcebidas.

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Un análisis de averías exhaustivo como el que estamos presentando no estaría justificado en todos los casos. Por eso es importante que la dirección de la planta establezca unos criterios para desencadenar el análisis cuando se presenten las condiciones predefinidas: - cuando el fallo ha ocasionado un accidente personal - cuando el fallo ha provocado un fuego ó pérdida de producción importante - cuando el fallo ha provocado un daño medioambiental importante - cuando el fallo tiene un coste de reparación superior a una cifra determinada - cuando el fallo afecta a una máquina o instalación catalogada como crítica - cuando la combinación frecuencia/coste o frecuencia/criticidad superan los límites establecidos.

FASE B: DETERMINAR LAS CAUSAS. 4. Enumerar las causas. La causa es el origen inmediato del hecho observado o analizado. Se deben omitir opiniones, juicios, etc. y debe responder a la pregunta ¿Por qué ocurre? Pensar que una sola causa es el origen del problema es generalmente simplista y preconcebido. Se trata de esforzarse para encontrar todas las causas posibles y comprobar que realmente inciden sobre el problema. Se deben contemplar tanto las causas internas como externas del equipo analizado, lo que podríamos clasificar como causas físicas y causas latentes o de organización, gestión, etc. Enumerar las causas supone, por tanto, confeccionar un listado exhaustivo de todas las posibles causas involucradas en el fallo analizado.

5. Clasificar y jerarquizar las causas El listado antes obtenido no da información alguna sobre el grado de importancia y relación entre las mismas. Por ello el paso siguiente antes de trabajar en la solución, es buscar relaciones entre causas que permita agruparlas y concatenarlas. Ello nos permitirá darnos cuenta de que, tal vez, la solución de una de ellas engloba la solución de algunas de las otras.

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6. Cuantificar las causas La medición, con datos reales o estimados de la incidencia de cada causa sobre el problema nos va a permitir, en un paso posterior, establecer prioridades. Se trata, por tanto, de tener cuantificado el 100% de la incidencia acumulada por las diversas causas.

7. Seleccionar una causa Se trata de establecer prioridades para encontrar la causa o causas a las que buscar soluciones para que desaparezca la mayor parte del problema. Para ello lo que realmente hacemos es asignar probabilidades para identificar las causas de mayor probabilidad (20% de las causas generan el 80% del problema).

FASE C: ELABORAR LA SOLUCIÓN 8. Proponer y cuantificar soluciones. Se trata de profundizar en la búsqueda de todas las soluciones viables, cuantificadas en coste, tiempo y recursos, para que el problema desaparezca.

9. Seleccionar y elaborar una solución. Se trata de seleccionar la solución que resuelva el problema de manera más global (efectiva, rápida y barata). Para ello se compararan las distintas soluciones estudiadas y se completará un plan de acción para aquellas que finalmente se decida llevar a cabo.

FASE D: PRESENTAR LA PROPUESTA 10. Formular y presentar una propuesta de solución. El análisis se completa en esta etapa con la que se pretende informar de las conclusiones y la propuesta que se ha elaborado (plan de acción). Para ello se debe confeccionar un informe de análisis de averías donde se refleje toda la investigación, análisis, conclusiones y recomendaciones. Si el problema lo merece y ha sido estudiado por un grupo de trabajo, se puede hacer una presentación a la dirección donde el grupo defiende las soluciones aportadas y responde a las cuestiones que se planteen. Todo el proceso descrito en las fases A, B, y 180

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C se debe recoger en un formato que denominamos FICHA DE ANÁLISIS DE AVERÍAS:

La ficha de análisis de averías sirve para guiar el análisis y para facilitar la comprensión y lectura del mismo. La propuesta (Fase D) se debe resumir en un PLAN DE ACCIÓN (Fig. 95) donde se reflejan todas las actividades a desarrollar, sus responsables y el calendario previsto, para facilitar el seguimiento del plan.

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Figura 95.- Plan de acción

Existen herramientas aplicables en cada una de las etapas, de las que se presenta más adelante un resumen de las más utilizadas. Asimismo se presenta posteriormente unas notas sencillas pero muy útiles a tener en cuenta para llevar a cabo el análisis de averías y confeccionar el informe correspondiente.

4.6.5. Como llevar a cabo un análisis de averías Ya se indicó en el punto anterior la necesidad de fijar unos criterios, que dependerán de cada caso particular, para decidir cuándo llevar a cabo el análisis de averías. Asimismo se indicaron en el punto 4.6.2 (Justificación) razones por sí mismas

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suficientes para ser generosos a la hora de establecer esos criterios, pues contribuirán decisivamente a establecer una cultura basada en la prevención. Para la mayoría de los casos sería suficiente asignar la organización y confección de los análisis a un especialista (ingeniero de fiabilidad o ingeniero de equipos dinámicos). Sin embargo, cuando los problemas sobrepasan los límites técnicos y organizativos de un especialista, pueden ser analizados mejor por un grupo multidisciplinar: - mantenimiento - operaciones - procesos - seguridad - aprovisionamientos.

Esto tiene como beneficio añadido los siguientes: - mejora la comunicación entre departamentos - mejora el conocimiento del funcionamiento de los departamentos - mejora la transparencia - mejora el conocimiento de los procedimientos

El grupo óptimo es de cinco a siete personas y debe ser liderado por el ingeniero de fiabilidad. Es importante que, tanto si el análisis se hace por un grupo o por un especialista, se empiece lo antes posible, una vez ha tenido lugar la avería. De esta forma se evita que se pierdan datos muy importantes para el análisis como son: - detalles del fallo (fotografías, etc.) - evidencias físicas (muestras para ser analizadas, etc.) - aportaciones de los operadores que estaban presentes

Si se tiene contratado el mantenimiento con una empresa externa y el contrato es de gran alcance, el propietario debe exigir a la empresa contratista no sólo la solución a los problemas que surgen, sino información detallada de los incidentes que ocurren. Muchas empresas contratistas „escatiman‟ esta información al propietario, pensando que no es bueno que el cliente lo sepa todo. Sólo las empresas más serias son conscientes de que la ocultación de información y la no realización de análisis detallados de los principales incidentes ocurridos y/o la ocultación de los resultados de estos análisis merman la confianza del cliente y favorecen que se vuelvan a repetir una y otra vez los mismos fallos. 183

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Lo habitual es que en primer lugar se recurra al personal de planta, si se confía en su criterio. En segundo lugar, la opinión y el análisis de la situación que puede hacer el fabricante del equipo pueden resultar de mucha ayuda, por el conocimiento que se supone que el fabricante tiene de sus equipos. Hay que tener en cuenta que en muchos casos realizará este análisis de forma gratuita, porque es el primer interesado en conocer cómo y cuando fallan sus equipos. Por último, puede contarse con una empresa especializada este tipo de análisis, siempre considerando que debe ser imparcial y sin intereses en el esclarecimiento de las causas de una avería, y que debe tener los conocimientos adecuados para abordar las causas que han provocado el fallo.

4.6.6. Informe de análisis de averías Para que se transmita de forma eficaz, la información debe cumplir las tres condiciones siguientes: - ser precisa y completa - ser fácil de entender - ser breve para ahorrar tiempo a los lectores.

Su estructura más frecuente es la siguiente: - Título - Sumario - Índice - Cuerpo del informe - Apéndices

El Título debe ser claro y completo, aunque la brevedad siempre se agradece. En la portada, además del Título, debe aparecer el autor o autores, fecha y lista de distribución. El Sumario es un resumen de en qué consiste la avería y cuál es la solución propuesta, todo ello de forma muy breve. Los detalles irán posteriormente. La redacción del sumario debe dejarse para el último momento, cuando todo el informe esté terminado. La razón del Sumario es que es un hecho comprobado que la comprensión y la memorización mejoran notablemente si se empieza resumiendo lo que se va a explicar y la conclusión a la que se va a llegar. Debe servir también para que los lectores muy ocupados puedan tener una visión resumida sin necesidad de leerse todo el documento. 184

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El Índice puede resultar superfluo si el informe es muy breve, pero en general es muy útil, pues facilita la lectura y da una primera visión, como el Sumario. El Cuerpo del informe desarrolla todo el proceso de análisis efectuado, desde la definición del problema hasta la propuesta de solución pasando por el análisis de las causas. Un modelo de informe breve puede ser el siguiente: • Título • Sumario • Índice • Antecedentes o Introducción • Descripción de la Avería • Análisis de las Causas • Conclusiones • Recomendaciones • Apéndices

Como se aprecia, en el cuerpo del informe aparecen los apartados en el orden en que se han sucedido los razonamientos. La extensión de cada apartado dependerá de su importancia relativa. Los Apéndices se utilizarán cuando se requiera una larga explicación o suponga un gran volumen de datos. Así se evita perder el hilo del tema principal. Presentan la ventaja para los lectores de que sólo necesitan entrar en ellos si precisan más detalles. El cuerpo del informe puede ser ampliado, cuando se requiera, aunque conservando la misma estructura, como se puede observar en el modelo siguiente:

1. Antecedentes 1.1. Objeto y alcance del informe 1.2. Fuentes de información 1.3. Limitaciones

2. Descripción de la avería 2.1. Descripción de los hechos 2.2. Sistemas observados

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3. Análisis de Causas 3.1. Sucesión de eventos 3.2. Causas inmediatas 3.3. Causas remotas 3.4. Causa más probable. Diagnóstico 4. Conclusiones 4.1. Acerca de las Causas 4.2. Acerca de las Soluciones 4.3. Conclusión final 5. Recomendaciones 5.1. Solución propuesta 5.2. Plan de acción. Implementación

4.6.7. Análisis de fallos y medidas preventivas El Análisis de Fallos tiene como objetivo determinar las causas que provocan las averías (sobre todo las averías repetitivas y aquellas con un alto coste, ya sea en pérdidas en producción o de reparación) para adoptar medidas preventivas que las eviten. Es importante destacar esa doble función del Análisis de Fallos: - Determinar las causas de una avería - Proponer medidas que las eviten, una vez determinadas estas causas

La mejora de los resultados de mantenimiento pasa, necesariamente, por estudiar los incidentes que ocurren en la planta y aportar soluciones para que no ocurran. Si cuando se rompe una pieza simplemente se cambia por una similar, sin más, probablemente se esté actuando sobre la causa que produjo la avería, sino tan solo sobre el síntoma. Los analgésicos no actúan sobre las enfermedades, sino sobre sus síntomas. Evidentemente, si una pieza se rompe es necesario sustituirla: pero si se pretende retardar o evitar el fallo es necesario estudiar la causa y actuar sobre ella. Dependiendo de la causa que provoca el fallo, las medidas preventivas a adoptar pueden ser las siguientes:

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1. Fallos en el material Si se ha producido un fallo en el material, las soluciones a proponer son variadas. Entre ellas estarían: - Si el fallo se ha producido por desgaste, habrá que estudiar formas de reducir el desgaste de la pieza, con una lubricación mayor, por ejemplo. Si no es posible reducir el desgaste, será necesario estudiar la vida útil de la pieza y cambiarla con antelación al fallo - Si el fallo se produce por corrosión, la solución será aplicar capas protectoras o dispositivos que la reducen (protecciones catódicas o anódicas). También, hacer lo posible para evitar los medios corrosivos (evitar la humedad, corregir el pH o las características redox del medio, etc.) - Si el fallo se produce por fatiga, entre las soluciones a aportar estarán: • Reducir la energía y/o la frecuencia de las tensiones cíclicas a las que esté sometida la pieza • Cambiar el material, por otro con menor número de defectos (grietas, fisuras. Hay que recordar que la fatiga, en general, es el progreso de una grieta ya existente) • Pulir la superficie de la pieza, para evitarlas grietas y fisuras provocadas en el proceso de mecanización • Realizar tratamientos superficiales, como la nitruración o el granallado, que endurecen la capa superficial • Modificar el diseño de la pieza, de manera que se reduzcan los puntos de concentración de tensiones, suavizando curvas, evitando aristas, etc. - Si el fallo se produce por fluencia térmica, modificar la instalación de manera que se permita la libre dilatación y contracción del material por efecto térmico, bien modificando soportes, bien incorporando elementos que absorban las dilataciones y contracciones del material

2. Error humano del personal de operación Para evitar fallos en el personal de operación, la primera solución preventiva que debemos adoptar debería ser trabajar sólo con personal motivado. Eso quiere decir que la empresa debe hacer los esfuerzos necesarios para motivar al personal, y apartar de su puesto a aquel personal desmotivado y de difícil reconducción. La segunda solución a adoptar es la formación del personal. Cuando se detecta que determinados fallos se deben a una falta de conocimientos de determinado personal, debe organizarse una rápida acción formativa que acabe con este problema. La 187

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formación debe ser específica: un plan de formación basado en cursos de procesadores de texto y hojas de cálculo difícilmente tendrá incidencia en la disminución de fallos en una caldera, por ejemplo. En tercer lugar es posible introducir modificaciones en las máquinas que eviten los errores. Son los llamados Poka-Yoke o sistemas antierror. En general consisten en mecanismos sencillos que reducen a cero la posibilidad de cometer un error. Un ejemplo para evitar los errores de conexionado en máquinas es colocar conectores distintos y de una sola posición para cada grupo de cableado; de esta manera es físicamente imposible conectar de manera inadecuada, ya que los conectores son incompatibles entre sí.

3. Error humano del personal de mantenimiento. Para evitar fallos del personal de mantenimiento, en primer lugar (igual que en el caso anterior) el personal debe estar motivado y adecuadamente formado. Si no es así, deben tomarse las medidas que corresponda, que serán las mismas que en el caso anterior La manera más eficaz de luchar contra los errores cometidos por el personal de mantenimiento es la utilización de procedimientos de trabajo. Los procedimientos de trabajo contienen al detalle cada una de las tareas necesarias para la realización de un trabajo. Contienen también todas las medidas y reglajes necesarios a realizar en el equipo. Por último, en estos procedimientos se detalla qué comprobaciones deben realizarse para asegurarse de que el trabajo ha quedado bien hecho. Si se detecta en el análisis del fallo que éste ha sido debido a un error del personal de mantenimiento, la solución a adoptar será generalmente la redacción de un procedimiento en el que se detalle la forma idónea de realización de la tarea que ha sido mal realizada, y que ha tenido como consecuencia el fallo que se estudia.

4. Condiciones externas anómalas. Si se determina que un fallo ha sido provocado por unas condiciones externas anómalas, la solución a adoptar será simple: corregir dichas condiciones externas, de manera que se adapten a los requerimientos del equipo. En ocasiones esta solución es imposible. En estos casos, la solución a adoptar es minimizar los efectos nocivos de las condiciones que no se cumplen. Es el caso, por ejemplo, de turbinas de gas que operan en el desierto. Las condiciones de polvo ambiental superan con mucho las especificaciones que recomiendan los fabricantes de turbinas para el aire de admisión. En este caso, y ya que no es posible modificar las condiciones ambientales, es posible utilizar filtros más exigentes para este aire de admisión. 188

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5. El stock de repuestos Si un fallo ha provocado que los resultados económicos de la empresa se hayan resentido, no sólo será necesario tomar medidas preventivas acordes con la importancia del fallo, sino minimizar los efectos de éste en caso de que vuelva a producirse. Así, una de las medidas que puede hacer que el impacto económico sea menor es reducir el tiempo de reparación, teniendo a disposición inmediata el material que pueda ser necesario para acometerla. De hecho, al dimensionar un stock de repuestos de una u otra forma se tiene en cuenta lo que ya ha fallado o lo que tiene posibilidades de fallar. Los técnicos más experimentados normalmente recurren no a complejos análisis, sino a su memoria, para determinar todo aquello que desean tener en stock en su almacén de repuesto; y normalmente seleccionan todas aquellas piezas que en el pasado han necesitado. Cuando se dimensiona el stock para hacer frente a averías pasadas o probables hay que tener en cuenta no sólo las piezas principales, sino también las accesorias. A menudo no se tienen en cuenta racores, juntas, tornillería, elementos de fijación y en general, los accesorios que suelen acompañar a la pieza principal. Sin estos elementos adicionales y de bajo coste resulta inútil contar con los principales, pues la reparación no se podrá completar.

4.6.8. Ejemplo de “Análisis de Avería” Como ya hemos comentado, es conveniente recopilar la experiencia acumulada en las intervenciones correctivas en documentos que permitan su consulta si el mismo problema vuelve a surgir. En las páginas siguientes se detalla un ejemplo de Análisis de Avería, donde se recoge información que puede ayudadr al diagnóstico de posibles averías posteriores.

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4.6.9. Herramientas para el análisis de averías La importancia de los métodos de análisis y eliminación de los problemas radica en la posibilidad de incrementar el conocimiento que posee el personal sobre los equipos en los que trabajan. Estos métodos disciplinados y rigurosos en su lógica cuando se practican van creando una nueva cultura de ver los problemas. No se trata solamente de poner en marcha un equipo si se ha averiado, la lógica de la metodología se orienta a la eliminación radical de las causas de los fallos. De entre las diversas herramientas existentes hemos seleccionado dos grupos de métodos, cuyas herramientas se adaptan mejor para cada fase del análisis.

MÉTODOS DE CALIDAD A.- QC Story o ruta de la calidad. El modelo de análisis procedente del campo de la calidad, es reconocido como QC Story, Historia de Calidad o Ruta de la Calidad. Este es muy familiar dentro de las empresas industriales debido a sus reconocidas siete herramientas: diagrama de Pareto, diagrama de Causa y Efecto, histogramas, estratificación de información, hojas de chequeo o verificación, diagrama de dispersión y gráficos de control. Este tipo de técnicas han sido ampliamente utilizadas en las empresas, especialmente en aquellas situaciones donde se presentan problemas de defectos, pérdidas de producto final por incumplimiento de especificaciones o situaciones anormales en procesos productivos. Esta metodología es potente para la reducción drástica de las pérdidas crónicas, especialmente cuando estas son altas. Sin embargo, es frecuente encontrar que estos buenos resultados se deben a la eliminación de las pérdidas esporádicas, pérdidas estas que no son habituales pero que pueden tener un alto impacto en un cierto tiempo, manteniéndose sin resolver las pérdidas crónicas. Con las metodologías de calidad es posible lograr una disminución de hasta un ochenta por ciento las pérdidas crónicas; sin embargo, cuando se pretende reducir el veinte por ciento restante, es necesario recurrir a las técnicas especializadas de mantenimiento. El enfoque de calidad emplea como principio fundamental la estratificación de información a través de la construcción de múltiples Gráficos de Pareto para identificar los factores de mayor aporte. El plan de mejora se realiza sobre la base de eliminar los factores prioritarios identificados a través de la práctica del principio de Pareto. Los factores que permanecen o de menor aporte, se consideran como poco críticos y en algunas oportunidades se descuidan debido a su poca importancia.

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El diagnóstico de problemas en el modelo de calidad se realiza a través del conocido Diagrama de Causa y Efecto o espina de pescado. Este diagrama permite recoger en un solo gráfico y clasificados por categorías los posibles factores causales de la avería. Este tipo de técnica es valiosa por su simplicidad, ya que requiere de una tormenta de ideas dirigida hacia las categorías del diagrama: factor humano, equipos, materias primas y método de trabajo. La dificultad puede consistir en poder identificar en el diagrama los factores más significativos o de mayor aporte al problema. Para obtener una conclusión del diagrama de Causa y Efecto se requiere de gran experiencia y conocimiento profundo del equipo. Cuando se pretende llegar a los niveles mínimos de pérdida, el diagrama de Causa y Efecto no es lo suficientemente potente debido a que quedan algunas posibles causas "triviales" sin solución. Para su eliminación se debe acudir a metodologías complementarias nacidas en el Mantenimiento Productivo Total como son el Método PM y la técnica Porqué-Porqué para identificar y estudiar la mayor cantidad de causas raíces que pueden producir la avería que se estudia.

B.- Estratificación de la información. Esta es quizás la técnica más importante en el análisis de un problema y en especial cuando se trata de problemas crónicos. La estratificación consiste en buscar "más información a la información", es como el detective que necesita buscar los indicios o pruebas (a partir de datos). Hay que escudriñar los datos para lograr solucionar el problema en forma definitiva. Es un método de análisis de los datos que permite clasificarlos teniendo en cuenta algunos factores que pueden afectarlos. Por lo general los factores que permite clasificar la información son de tipo cualitativo como: tipo de producto, materias primas, operario, cliente, proveedor, procedencia, etc. La estratificación permite encontrar causas no tenidas en cuenta u ocultas en el proceso o en el estudio de un problema. El proceso seguido en la estratificación se apoya en la construcción de varios diagramas de Pareto siguiendo diferentes criterios de clasificación; por ejemplo, clasificar las averías por tipo de turno, producto, materias primas, puede conducir a conclusiones que no se esperaban; es posible que un cierto día de la semana sea el más propicio para la presencia de averías. Existen ciertas averías que se presentan con mayor frecuencia en una determinada referencia de producto. El automatismo de empaque falla con más frecuencia con cierto proveedor de cajas de cartón, etc. La estratificación ayuda a identificar el problema de una planta o equipo, ya que facilita la concentración en aquellas causas que son las de mayor impacto. Por este 193

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motivo, se recomienda emplear el principio de Pareto para identificar los factores que contribuyen a incrementar la frecuencia de la avería o su duración. La siguiente lista presenta los criterios más frecuentes empleados para la realización de la estratificación de la información de averías. Esta lista no pretende ser exhaustiva. • Tipo de máquina. Si la empresa posee diferentes marcas de equipos, es seguro que se puede realizar una clasificación tipo Pareto sobre la marca que más averías presenta. • Sitio donde se encuentra la máquina. En ciertos lugares de la planta afectan el funcionamiento de los equipos, por ejemplo, calor, contaminación, humedad, polvo, etc. • Tipo de materias primas. Si el equipo procesa diferentes tipos de materias primas, cierta clase de ellas producen más problemas a los elementos internos que otras. • Día de la semana. Determinados días son más propensos a presentar averías por diversos motivos. El inicio de la operación, el primer día de la semana, fin de semana o la proximidad a eventos especiales. • Hora del día. Es frecuente que los equipos experimenten dificultades adicionales en ciertas horas del día. Ciertos controles no trabajan adecuadamente durante la noche en zonas donde la temperatura ambiente desciende apreciablemente. • Operario. Algunas estadísticas tomadas de empresas que fabrican productos de consumo indican que aproximadamente el 65 % de las órdenes de trabajo que llegan a mantenimiento se deben a mala operación del equipo. Podríamos identificar con una estratificación cuál es el operario que más problemas tiene para operar correctamente el equipo y ayudarlo a mejorar su método de trabajo. • Tipo de producto o referencia de este. En un cierto proceso de envasado de producto en botellas se presentan un número mayor de averías con cierto tamaño o presentación del producto. La estratificación nos ayudará a identificar el tipo de producto más crítico, para posteriormente buscar sus causas. • Zonas del equipo. En determinadas zonas del equipo se pueden encontrar concentrados los problemas Por ejemplo, la ubicación de escapes en un reactor de un cierto producto químico. Al estratificar la ubicación se encontrará que existe una clase de escape que se presenta con mayor frecuencia.

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C.- Herramientas. 1. El Diagrama de Pareto Frecuentemente el personal técnico de mantenimiento y producción debe enfrentase a problemas que tienen varias causas o son la suma de varios problemas. El Diagrama de Pareto permite seleccionar por orden de importancia y magnitud, la causa o problemas que se deben investigar hasta llegar a conclusiones que permitan eliminarlos de raíz. En el siglo XIX, Villefredo Pareto realizó un estudio sobre la distribución de la riqueza en Milán. Encontró que el 20% de las personas controla el 80% de la riqueza. Esta lógica de que los pocos poseen mucho y los muchos que tienen poco ha sido aplicada en muchas situaciones y es conocida como el principio de Pareto. La mayoría de los problemas son producidos por un número pequeño de causas, y estas son las que interesan descubrir y eliminar para lograr un gran efecto de mejora. A estas pocas causas que son las responsables de la mayor parte del problema se les conoce como causas vitales. Las causas que no aportan en magnitud o en valor al problema, se les conoce como las causas triviales. Las causas triviales aunque no aporten un valor a la mejora, no significa que se deban dejar de lado o descuidarlas. Se trata de ir eliminando en forma progresiva las causas vitales. Una vez eliminadas estas, es posible que las causas triviales se lleguen a transformar en vitales. El Diagrama de Pareto es un instrumento que permite graficar por orden de importancia, el grado de contribución de las causas que estamos analizando o el conjunto de problemas que queremos estudiar. Se trata de clasificar los problemas y/o causas en vitales y triviales. También se conoce como Diagrama ABC o Ley de las Prioridades 20-80, que dice: “El 80% de los problemas que ocurren en cualquier actividad son ocasionados por el 20% de los elementos que intervienen en producirlos”. Sirve para conseguir el mayor nivel de mejora con el menor esfuerzo posible. Es pues una herramienta de selección que se aconseja aplicar en la fase A (concretar el problema) así como para seleccionar una causa (Etapa 7). Tiene el valor de concentrar la atención en el 20% de los elementos que provocan el 80% de los problemas, en vez de extenderse a toda la población. Se cuantifican las mejoras que se alcanzarán solucionando los problemas seleccionados.

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Figura 96.- Diagrama de Pareto comparativo antes y después de la mejora

Para construir el diagrama de Pareto se pueden seguir los siguientes pasos: Paso 1 En el primer paso se decide la clase de problema que será investigado. Se define el cubrimiento del análisis, si se realiza a una máquina completa, una línea o un sistema de cierto equipo. Se decide que datos serán necesarios y la forma de como clasificarlos. Este punto es fundamental, ya que se pretende preparar la información para facilitar su estratificación posterior.

Paso 2 Preparar una hoja de recogida de datos. Si la empresa posee un programa informático para la gestión de los datos, se preparará un plan para realizar las búsquedas (sort) y la clasificación de la información que se desea. Es en este punto cuando se puede realizar la estratificación de la información sugerida anteriormente.

Paso 3 Clasificar en orden de magnitud la información obtenida. Se recomienda indicar con letras (A,B,C,...) los temas que se han ordenado.

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Paso 4 Dibujar dos ejes verticales (izquierdo y derecho) y otro horizontal. (1) Eje vertical. • En el eje vertical a la izquierda se marca una escala desde 0 hasta el total acumulado. • En el eje vertical de la derecha se marca una escala desde 0 hasta l00% (2) Eje horizontal. Se divide este eje en un número de intervalos de acuerdo al número de clasificaciones que se pretende realizar. Es allí donde se escribirá el tipo de avería que se ha presentado en el equipo que se estudia.

Paso 5 Construir el diagrama de barras.

Paso 6 Marcar con un punto los porcentajes acumulados y unir comenzando desde cero cada uno de estos puntos con líneas rectas obteniendo como resultado la curva acumulada. A esta curva se le conoce como la curva de Lorentz. La curva se divide en tres zonas: A, B y C. La Zona A muestra que aproximadamente 20% de las fallas producen el 80% de los costos; las fallas en esta zona deben claramente ser priorizadas. En la zona B se concentran 15% de los costos, que son producidos por el 30% de las fallas. La zona C solo concentra 5% de los costos producidas por el 50% de las fallas. Estas fallas tienen la prioridad de solución más baja.

Paso 7 Escribir notas de información del diagrama como título, unidades, nombre de la persona que elaboró el diagrama, período comprendido y número total de datos. Un diagrama de Pareto es el primer paso para eliminar las averías importantes del equipo. En todo estudio los siguientes aspectos se deben tener en cuenta: • Toda persona involucrada deberá colaborar activamente 197

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• Concentrarse en la variable que mayor impacto produzca en la mejora. • Establecer una meta para la mejora Con la cooperación de todos se podrán obtener excelentes resultados. Uno de los objetivos del Diagrama de Pareto es el de mostrar a todas las personas las áreas prioritarias en que se deben concentrar todas las actividades y el esfuerzo del equipo. El Diagrama de Pareto presenta claramente la magnitud relativa de los problemas y suministra a los técnicos una base de conocimiento común sobre la cual trabajar. Una sola mirada basta para detectar cuales son las barras del diagrama que componen el mayor porcentaje de los problemas. La experiencia demuestra que es más fácil reducir a la mitad una barra alta que reducir una barra de reducida altura a cero.

Ejemplo: Considere un grupo de máquinas en un taller que llevan el registro de fallas listado en tabla 34.

Tabla 34.- Registro de Fallas

En la tabla 35 se realiza el análisis de Pareto. Los resultados indican que las máquinas 11, 10, 1, 8, 9 y 3 concentran el 79% de las horas de detención, lo que implica su priorización en las tareas de mantención.

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Las siguientes decisiones de mantención deben ser tomadas: 1. Los componentes que componen la zona A deben recibir los mayores esfuerzos de mantención: un programa de mantención preventiva, monitorio de su condición, nivel adecuado de stock de repuestos. 2. Un esfuerzo menor será concentrado en las máquinas pertenecientes al grupo B. 3. Los elementos del grupo C no requieren mantención preventiva hasta una nueva evaluación.

Tabla 35.- Análisis de Pareto

Figura 97.- Curva de Pareto

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2. El Diagrama de Ishikawa También denominado diagrama Causa-Efecto o de espina de pescado, es una representación gráfica de las relaciones lógicas existentes entre las causas que producen un efecto bien definido. Sirve para visualizar, en una sola figura, todas las causas asociadas a una avería y sus posibles relaciones. Ayuda a clasificar las causas dispersas y a organizar las relaciones mutuas. Es, por tanto, una herramienta de análisis aplicable en la fase B (DETERMINAR LAS CAUSAS).

Figura 98.- Diagrama de Ishikawa

Cuando se ha identificado el problema a estudiar, es necesario buscar las causas que producen la situación anormal. Cualquier problema por complejo que sea, es producido por factores que pueden contribuir en una mayor o menor proporción. Estos factores pueden estar relacionados entre sí y con el efecto que se estudia. El Diagrama de Causa y Efecto es un instrumento eficaz para el análisis de las diferentes causas que ocasionan el problema. Su ventaja consiste en el poder visualizar las diferentes cadenas Causa y Efecto, que pueden estar presentes en un problema, facilitando los estudios posteriores de evaluación del grado de aporte de cada una de estas causas. Cuando se estudian problemas de fallos en equipos, estos pueden ser atribuidos a múltiples factores. Cada uno de ellos puede contribuir positiva o negativamente al resultado. Sin embargo, algún de estos factores pueden contribuir en mayor proporción, siendo necesario recoger la mayor cantidad de causas para comprobar el grado de aporte de cada uno e identificar los que afectan en mayor proporción. Para resolver esta clase 200

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de problemas, es necesario disponer de un mecanismo que permita observar la totalidad de relaciones causa-efecto. Un Diagrama de Causa y Efecto facilita recoger las numerosas opiniones expresadas por el equipo sobre las posibles causas que generan el problema Se trata de una técnica que estimula la participación e incrementa el conocimiento de los participantes sobre el proceso que se estudia. Tiene el valor de su sencillez, poder contemplar por separado causas físicas y causas latentes (fallos de procedimiento, sistemas de gestión, etc.) y la representación gráfica fácil que ayuda a resumir y presentar las causas asociadas a un efecto concreto.

Construcción del diagrama de Causa y Efecto. Esta técnica fue desarrollada por el Doctor Kaoru Ishikawa en 1953 cuando se encontraba trabajando con un grupo de ingenieros de la firma Kawasaki Steel Works. El resumen del trabajo lo presentó en un primer diagrama, al que le dio el nombre de Diagrama de Causa y Efecto. Su aplicación se incrementó y llegó a ser muy popular a través de la revista Gemba To QC (Control de Calidad para Supervisores) publicada por la Unión de Científicos e Ingenieros Japoneses (JUSE). Debido a su forma se le conoce como el diagrama de Espina de Pescado. El reconocido experto en calidad Dr. J.M. Juran publicó en su conocido Manual de Control de Calidad esta técnica, dándole el nombre de Diagrama de Ishikawa. El Diagrama de Causa y Efecto es un gráfico con la siguiente información: • El problema que se pretende diagnosticar. • Las causas que posiblemente producen la situación que se estudia. • Un eje horizontal conocido como espina central o línea principal. • El tema central que se estudia se ubica en uno de los extremos del eje horizontal. Este tema se sugiere encerrase con un rectángulo. Es frecuente que este rectángulo se dibuje en el extremo derecho de la espina central. • Líneas o flechas inclinadas que llegan al eje principal. Estas representan los grupos de causas primarias en que se clasifican las posibles causas del problema en estudio. • A las flechas inclinadas o de causas primarias llegan otras de menor tamaño que representan las causas que afectan a cada una de las causas primarias. Estas se conocen como causas secundarias.

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• El Diagrama de Causa y Efecto debe llevar información complementaria que lo identifique. La información que se registra con mayor frecuencia es la siguiente: título, fecha de realización, área de la empresa, integrantes del equipo de estudio, etc. Los pasos a seguir para su construcción son: 1. Precisar bien el efecto: Es el problema, avería o fallo que se va a analizar. 2. Subdividir las causas en familias. Se aconseja el método de las 4M (Métodos, Máquinas, Materiales, Mano de Obra), para agrupar las distintas causas, aunque según la naturaleza de la avería puede interesar otro tipo de clasificación. 3. Generar, para cada familia, una lista de todas las posibles causas. Responder sucesivamente ¿Por qué ocurre? hasta considerar agotadas todas las posibilidades.

En la figura 99 se presenta a modo de ejemplo el Diagrama de Ishikawa para el fallo de un rodamiento (Resumen de causas posibles de fallo de un rodamiento) y en la figura 100 el fallo en la rectificación de una pieza.

Figura 99.- Diagrama de Ishikawa. Fallo de rodamiento

Equipo: operación de prevención

Fecha análisis: Mayo 5 de 2009

Grupo: mantenimiento mecánico

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Figura 100.- Diagrama de Ishikawa. Fallo de rectificaci贸n

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Estructura de un diagrama de Causa y Efecto. Buena parte del éxito en la solución de un problema está en la correcta elaboración del Diagrama de Causa y Efecto. Cuando un equipo trabaja en el diagnóstico de un problema y se encuentra en la fase de búsqueda de las causas, seguramente ya cuenta con un Diagrama de Pareto. Este diagrama ha sido construido por el equipo para identificar las diferentes características prioritarias que se van a considerar en el estudio de causa-efecto. Este es el punto de partida en la construcción del diagrama de Causa y Efecto. Para una correcta construcción del Diagrama de Causa y Efecto se recomienda seguir un proceso ordenado, con la participación del mayor número de personas involucradas en el tema de estudio. El Doctor Kaoru Ishikawa sugiere la siguiente clasificación para las causas primarias. Esta clasificación es la más ampliamente difundida y se emplea preferiblemente para analizar problemas de procesos y averías de equipos; pero pueden existir otras alternativas para clasificar las causas principales, dependiendo de las características del problema que se estudia. a. Causas debidas a la materia prima Se tienen en cuenta las causas que generan el problema desde el punto de vista de las materias primas empleadas para la elaboración de un producto. Por ejemplo: causas debidas a la variación del contenido mineral, pH, tipo de materia prima, proveedor, empaque, transporte etc. Estos factores causales pueden hacer que se presente con mayor severidad una falla en un equipo. b. Causas debidas a los equipos En esta clase de causas se agrupan aquellas relacionadas con el proceso de transformación de las materias primas como las máquinas y herramientas empleadas, efecto de las acciones de mantenimiento, obsolescencia de los equipos, cantidad de herramientas, distribución física de estos, problemas de operación, eficiencia, etc. c. Causas debidas al método Se registran en esta espina las causas relacionadas con la forma de operar el equipo y el método de trabajo. Son numerosas las averías producidas por estrelladas de los equipos, deficiente operación y falta de respeto de los estándares de capacidades máximas.

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d. Causas debidas al factor humano En este grupo se incluyen los factores que pueden generar el problema desde el punto de vista del factor humano. Por ejemplo, falta de experiencia del personal, salario, grado de entrenamiento, creatividad, motivación, pericia, habilidad, estado de ánimo, etc.

Debido a que no en todos los problemas se pueden aplicar las anteriores clases, se sugiere buscar otras alternativas para identificar los grupos de causas principales. De la experiencia se ha visto frecuentemente la necesidad de adicionar las siguientes causas primarias: e. Causas debidas al entorno. Se incluyen en este grupo aquellas causas que pueden venir de factores externos como contaminación, temperatura del medio ambiente, altura de la ciudad, humedad, ambiente laboral, etc. f. Causas debidas a las mediciones y metrología. Frecuentemente en los procesos industriales los problemas de los sistemas de medición pueden ocasionar pérdidas importantes en la eficiencia de una planta. Es recomendable crear un nuevo grupo de causas primarias para poder recoger las causas relacionadas con este campo de la técnica. Por ejemplo: descalibraciones en equipos, fallas en instrumentos de medida, errores en lecturas, deficiencias en los sistemas de comunicación de los sensores, fallas en los circuitos amplificadores, etc. El animador de la reunión es el encargado de registrar las ideas aportadas por los participantes. Es importante que el equipo defina la espina primaria en que se debe registrar la idea aportada. Si se presenta discusión, es necesario llegar a un acuerdo sobre donde registrar la idea. En situaciones en las que es difícil llegar a un acuerdo y para mejorar la comprensión del problema, se pueden registrar una misma idea en dos espinas principales. Sin embargo, se debe dejar esta posibilidad solamente para casos extremos.

3. Diagrama CEDAC (Causa Efecto con adición de cartas) El sistema CEDAC (Cause Effect Diagram with Addition of Cards - Diagrama de Causa Efecto con Adición de Cartas), fue desarrollado por Ruiji Fukuda de la empresa Sumitomo, a quien el comité del premio Deming le otorgó el premio Nikkei por el desarrollo de este procedimiento. El CEDAC en un principio tiene similitud al diagrama Causa y Efecto. Sin embargo, este diagrama opera sobre una dimensión 205

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superior, ya que no solamente describe cuales son las causas de la situación que se estudia, sino que reúne en un solo gráfico las causas y la magnitud de la contribución de estas causas. El CEDAC posee dos partes: • Área de causas del problema que se estudia • Área de gráficos de efectos

Figura 101.- Diagrama CEDAC

Estructura del CEDAC En la parte derecha del diagrama Causa y Efecto se encuentra un espacio para graficar el comportamiento de la situación que se analiza, allí se pueden graficar estadísticas, gráficos, diagramas de Pareto, etc. Estos gráficos mostrarán la forma cómo evoluciona el tema en estudio cuando se toman acciones sobre las causas. En la parte izquierda del diagrama se registra "todo lo que sabemos y no sabemos sobre el problema" con el objeto de probar a través de la experiencia si cada factor contribuye o no. El efecto positivo o negativo de haber actuado sobre una causa se aprecia en los gráficos del extremo derecho del esquema.

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La filosofía de esta técnica es diferente al diagrama de Causa y Efecto. Esta técnica, aunque emplea el tradicional diagrama de espina de pescado, pretende explorar o buscar tanto factores favorables como desfavorables, logrando identificar mediante el principio de prueba y error, las causas que más contribuye al problema que se estudia. El CEDAC es un verdadero instrumento de gestión de conocimiento a través de la experimentación. Permite la formulación de hipótesis sobre factores que generan el problema y posteriormente, durante el trabajo diario, se verifica si la causa que se ha seleccionado contribuye o no al problema, o sea, se prueba la hipótesis. Esta forma de trabajo experimental contribuye a la acumulación de conocimiento ya que el trabajador puede evaluar directamente en la planta si sus creencias o si sus puntos de vista son válidos. El CEDAC es un instrumento en el que cualquier persona puede aportar en tarjetas pequeñas sus opiniones y en cualquier momento. Existe un tablero expuesto permanentemente en la planta, donde se recogen estos aportes para su posterior evaluación. Esta forma de trabajo evita esperar hasta la convocatoria de una reunión para que la persona pueda exponer sus inquietudes. Adicionalmente, no se siente la presión de la reunión, se puedan expresar las ideas de una manera informal y en el momento en que se le ocurra al empleado. El CEDAC facilita la participación y atrae la atención de todas las personas. Estimula y recoge el conocimiento de todos los involucrados. El resultado de los análisis es práctico y reduce las ideas generales que frecuentemente se aportan en el diagrama Causa y Efecto tradicional. Permite realizar inspección directa si la causa aportada tiene o no impacto en el efecto o en el gráfico del extremo derecho del diagrama. El CEDAC favorece la integración entre el proceso de análisis y la acción. Este es posiblemente el punto más útil del CEDAC en la dirección de planta, ya que permite gestionar las actividades en forma diaria evaluando el progreso en tiempo real . El empleo de tarjetas facilita la clasificación de las aportes y la revisión de las ideas. Se puede corregir una idea con una nueva tarjeta que se pega sobre la anterior si nuestro parecer ha cambiado; esto hace del CEDAC un instrumento dinámico, que ante otras técnicas, lo pueden hacer superior para el análisis de problemas complejos. El CEDAC estimula la investigación tanto de problemas como de situaciones deseables. Con esta clase de información y el análisis sistemático de los hechos, se puede conocer con mayor profundidad los procesos que producen las averías. Ruiji Fukuda creador del método CEDAC sugiere los siguientes pasos para su utilización efectiva: Paso 1. Definir el tema que se va a diagnosticar Seleccionar el problema que se desea eliminar y especificar un objetivo a alcanzar. 207

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Paso 2. Preparar el tablero CEDAC Escribir "todo" el conocimiento posible que tenemos sobre el proceso que se investiga sobre un diagrama. Se puede construir un diagrama de espina de pescado. Sin embargo Fukuda no restringe la posibilidad de utilizar un esquema del equipo, plano, dibujo o fotografía del equipo o componente sobre el que se trazarán las flechas de posibles factores causales del problema. Esto lo hace muy práctico, ya que al emplear esquemas o diagramas de la máquina, el grupo de análisis aprende más sobre el equipo y puede aportar ideas más específicas y detalladas sobre la causa del problema. Este tipo de trabajo exige un entrenamiento previo para leer el plano o diagrama del equipo. Algunas empresas utilizan los esquemas del equipo por tipo de sistema: hidráulico, lubricación, térmico, eléctrico, etc., con el fin de estudiar las averías muy en detalle por clase de sistema.

Figura 102.- Esquema del equipo

Diagrama CEDAC para el análisis de averías de equipo Sobre el tablero CEDAC se escriben en tarjetas pequeñas cada uno de los conocimientos que se posee o no sobre las posibles causas del problema. A partir de esta información tanto los operadores, como los técnicos de la planta, seleccionan la información necesaria para clasificarla en el diagrama CEDAC.

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Paso 3. Comunicación del diagrama CEDAC Ubicar el diagrama en un sitio visible de la planta donde las personas lo puedan observar. El Propósito es el mostrar a todas las personas las causas y los efectos de las acciones que se tomen, como también, recoger la mayor cantidad de nuevas ideas de personas que no necesariamente están trabajando en el equipo de diagnostico. El CEDAC es un instrumento formidable de gestión visual, ya que permanentemente se muestran a todos los empleados los efectos de las acciones tomadas y las causas potenciales estudiadas. Paso 4. Evaluar el progreso de las acciones Se investigan las causas a través de reuniones, revisando la evolución de los resultados, por este motivo es útil incorporar al Diagrama CEDAC gráficos para las diferentes medidas que muestran que el problema se encuentra en proceso de eliminación total. Los gráficos más empleados en los diagramas CEDAC son: • Gráficos de valores MTBF • Gráficos de control de características de calidad • Gráficos de Efectividad Global de Equipo (EGP) • Gráficos de incrementos de disponibilidad • Número total de paradas y otros. Paso 5. Buscar acciones de mejora Se seleccionan las mejoras técnicas y se prepara una tarjeta con la solución. Esta tarjeta se ubica junto a la causa que se estudia. En algunas empresas emplean tarjetas de dos colores: el color amarillo para registrar las posibles causas del problema que se estudia y tarjeta de color rojo para indicar las acciones correctivas que se sugieren. Este diagrama facilita el registro de las mejoras históricas realizadas y las acciones tomadas anteriormente, lo mismo que los efectos de cada mejora. Al participar un mayor número de personas y con el método de registro de información, Fukuda considera que es más fácil descubrir aquellas causas que desconocemos y se eliminan sobre la base de mejoras paso a paso y progresivas

Beneficios La técnica CEDAC es un instrumento simple pero poderoso para realizar diagnósticos de problemas, en especial para aquellas averías crónicas y complejas de los 209

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equipos. Se fundamenta en la teoría de la comunicación, en especial en los trabajos de Joseph Luft y Harry Ingram quienes crearon la conocida ventana de "Joharry" que busca incrementar el conocimiento de un objeto a partir del proceso de compartir información dentro de un grupo de individuos. El principio de la ventana de Joharry es el siguiente: Yo sé algo que tú no conoces y tú conoces algo que Yo no conozco, permite incrementar el saber necesario para la solución eficiente de un problema en equipo. Esta técnica permite llevar el problema al sitio de trabajo y lograr la mayor participación del personal involucrado en la búsqueda de las causas y soluciones. El CEDAC traerá beneficios de motivación del personal al poder comprender claramente lo que sucede en los equipos. Esta comprensión mayor de los procesos conduce a una mayor responsabilidad por el cuidado de los equipos. R. Fukuda sugiere emplear esta técnica como base para la implantación del TPM en plantas industriales, especialmente para identificar las deficiencias de conocimiento y formular el plan de entrenamiento futuro. Esta técnica complementada con los instrumentos estudiados en este apartado, pueden brindarle muy buenos resultados, tanto en la mejora del conocimiento, como de en el incremento de la confiabilidad y disponibilidad de los equipos.

4. El árbol de fallos Como se vio en el apartado 4.1.7, el árbol de fallos es una representación gráfica de los múltiples fallos o eventos y de su secuencia lógica desde el evento inicial (causas raíz) hasta el evento objeto del análisis (evento final) pasando por los distintos eventos contribuyentes. Tiene el valor de centrar la atención en los hechos relevantes. Adicionalmente conduce la investigación hacia causas latentes. Esta presentación gráfica permite, igual que el diagrama de Ishikawa, resumir y presentar las causas, conclusiones y recomendaciones. Es, por tanto, una herramienta de análisis muy recomendable para realizar la fase B del Análisis de Averías (Determinar las Causas). A modo de ejemplo vamos a identificar, clasificar y jerarquizar las causas de desgaste de cojinetes, y las causas de no operación de un motor. Haciendo uso de la tabla 20 del apartado 4.4.1, construimos el árbol de fallos siguiente:

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Figura 103.- ร rbol de fallas de cojinetes

Construya el รกrbol de falla del sistema mostrado en figura 104.

Figura 104.- Diagrama del circuito del motor

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El evento principal es la no operación del motor. Razones: • falla interna del motor, • no llega corriente al motor. • interruptor abierto, - abierto - falla interna • falla interna del cableado, • falla del fusible, - sobrecarga: por corto-circuito en el cableado o por falla de la fuente - falla interna.

Figura 105.- Árbol de fallas del motor eléctrico

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5. Matriz de criterios Para la fase C (Elaborar la solución) es muy útil utilizar ésta herramienta que supone disponer de varias soluciones viables y cuantificadas en coste y tiempo. La matriz de criterios nos ayudará a seleccionar la alternativa que resuelve el problema de la manera más global (efectiva, rápida, barata,…). Se trata de una matriz donde aparecen en las filas las distintas soluciones y en las columnas los criterios de valoración (sencillez, rapidez, coste, efectividad, etc.) En cada una de las citadas opciones de votación, cada persona usa sus propios criterios internos para tomar una decisión. Un criterio es una medida, pauta, principio u otra forma de tomar una decisión. Se conviene en la forma en que se toma una decisión colectiva. A menudo, al tomar decisiones, se usa más de un criterio al mismo tiempo. Algunas veces, el grupo analiza los criterios a usar y se pone de acuerdo en cuáles basarán sus opiniones los participantes. Una matriz de criterios o priorización es una herramienta para evaluar opciones basándose en una determinada serie de criterios explícitos que el grupo ha decidido que es importante para tomar una decisión adecuada y aceptable. Las matrices funcionan mejor cuando las opciones son más complejas o cuando se debe tener en cuenta múltiples criterios para fijar prioridades o tomar una decisión. La matriz que aparece a continuación muestra las opciones o alternativas a priorizar en las filas (horizontales) y los criterios para tomar la decisión en las columnas (verticales). Después se clasifica cada alternativa de acuerdo con los diversos criterios.

Figura 106.- Matriz de criterios 213

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Cómo se usa Paso 1: Haga una lista con las opciones a evaluar. Cerciórese de que todos los miembros del equipo entiendan bien lo que cada una de las opciones significa. Paso 2: Elija los criterios para tomar la decisión. El grupo puede elegir estos criterios recurriendo a una lluvia de ideas y luego a una votación para determinar cuáles son los más importantes/pertinentes. Compruebe que todos entiendan los criterios elegidos de la misma manera. Los criterios que se usan normalmente para elegir problemas incluyen: importancia, apoyo para los cambios, visibilidad del problema, riesgos que se corren si no se hace nada, factibilidad de efectuar cambios en este área. Para elegir soluciones, a menudo se aplican los siguientes criterios: costo, posible oposición, factibilidad, apoyo de la administración, apoyo de la comunidad, eficiencia, oportunidad, impacto sobre otras actividades. Estos no son los únicos criterios posibles y el grupo tiene que elaborar una lista que sea adecuada para su situación. Si bien no existe un número mínimo o máximo de criterios, tres o cuatro es la cantidad óptima para las matrices. Si tiene más de cuatro la matriz se torna difícil de manejar. Una manera de reducir el número de criterios consiste en decidir si hay algún criterio que todas las opciones deban cumplir. Úselo primero para eliminar opciones. A continuación, use los otros criterios para elegir entre el resto de las opciones. Otra forma de evitar que la matriz se torne difícil es limitar el número de opciones que se consideran. Si la lista de opciones es muy larga (tiene más de 6 opciones), puede resultar más fácil acortar la lista primero eliminando algunas. Por ejemplo, los criterios que se usan más comúnmente para eliminar la consideración de posibles problemas incluyen: • El problema es demasiado grande o complejo para solucionarlo. • No es factible efectuar cambios en esta área (más allá del control o la autoridad del equipo). • Falta de interés por parte del personal para trabajar en el problema. Paso 3: Dibuje la matriz e indique las opciones y los criterios. Paso 4: Determine qué escala usará en la calificación de las opciones en relación con cada criterio. Las formas de calificar las opciones pueden ser simples o complejas Ejemplos de escalas de calificación: • Simple: Los puntajes se basan en el cumplimiento de un determinado criterio por parte de la opción, por ejemplo: 214

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¿Se dispone de personal capacitado? Sí = 1, No = 0 • Común: Las opciones se califican en función del grado en que cumple con el criterio, por ejemplo: ¿En qué medida se cuenta con apoyo de la administración para esta opción? Mucho = 3, Normal = 2, Poco = 1 (o una escala de 1 a 5 ó 1 a 10, de poco a mucho). Nota: Cerciórese de que las escalas de calificación usadas para todos los criterios sean uniformes, es decir que las calificaciones para cada criterio oscilen entre lo «mejor» = el número más alto a lo «peor» = el número más bajo. De esta manera se puede calcular el puntaje general de una opción sumando los puntajes de cada criterio. Por ejemplo, si se calificaran las opciones en los dos criterios de factibilidad y costo, cada una en una escala de 1 (menos deseable) a 5 (más deseable), se calificarían los criterios de la siguiente manera: • Factibilidad: más factible = 5 • Costo: menor costo = 5 • Calificación general: mejor opción = 10

menos factible = 1 mayor costo = 1 peor opción = 2

• Complejo: Se asignan distintos puntajes (valores) máximos a cada uno de los criterios y se califica cada opción en función de cada criterio, de 1 hasta el valor máximo de ese criterio, por ejemplo: Criterio

Puntos máximos

Opción No. 1

Opción No. 2

Factibilidad

50 puntos

25

35

Aceptabilidad al cliente

35 puntos

30

20

Bajo costo

15 puntos

5

15

100 puntos

60

70

Calificación general

Paso 5: Tomando una opción por vez, analice cada criterio y decida cuál es la calificación adecuada mediante alguno de los métodos antes citados. Esta calificación puede hacerse en forma individual y luego sumarse. O bien, si el método de calificación es simple, puede hacerse como análisis de grupo. Paso 6: Sume el valor total de cada opción sumando la calificación de cada criterio.

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Paso 7: Evalúe los resultados formulando las siguientes preguntas: • ¿Alguna opción cumple con todos los criterios? • ¿Se puede eliminar alguna opción? • Si alguna opción cumple con un criterio pero no con todos, ¿todavía vale la pena tenerla en cuenta?

Precauciones • Cerciórese de que todos entiendan bien las opciones que se están considerando. • Todos tendrán que entender la definición operativa de los criterios y ponerse de acuerdo al respecto.

Ejemplo: Aplicación de la matriz de criterios para seleccionar un aceite lubricante entre dos alternativas posibles (Aceite A y Aceite B)

Tabla 36

Con estos datos construimos la siguiente matriz de criterios:

La mejor alternativa para los criterios manejados y con los pesos asignados a cada uno de ellos es el Aceite A. 216

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La tabla siguiente es un resumen de la aplicabilidad de cada herramienta:

Tabla 37

6. Ciclo Deming o Ciclo PHVA La piedra angular de la Dirección de Políticas (DPP) es el ciclo PHVA (Planificar, Hacer o Ejecutar, Verificar y Actuar). Este ciclo refleja un mecanismo de evolución para la mejora continua. La planificación es simplemente la determinación de la secuencia de actividades necesarias para alcanzar los resultados deseados. Hacer es el acto de implantación del plan. Las actividades de planificación y ejecución nos son muy familiares. Cuando al implantar el plan no alcanzamos los resultados, algunas veces regresamos a nuestra "mesa de diseño" y tomamos una nueva hoja en blanco, descartando el plan que presenta fallos. Este es el proceso común en un ciclo que no es el PHVA. Bajo el ciclo Deming no tomamos una nueva hoja en blanco; en lugar de esto verificamos los resultados de lo que hemos ejecutado para determinar la diferencia con el resultado esperado. Cuando actuamos (en base al análisis) determinamos los cambios necesarios para mejorar el resultado. Repetimos el proceso, capitalizamos el nuevo conocimiento ganado para los planes futuros. El ciclo PHVA es un proceso iterativo que busca la mejora a través de cada ciclo. La filosofía básica del ciclo PHVA es hacer pequeños incrementos, en lugar de hacer grandes rupturas a la vez. Algunas organizaciones emplean el término "competición salto de rana" para ilustrar el concepto de saltos cuánticos de la mejora. El enfoque seguro y progresivo de aprender de la experiencia y construir con éxito en base

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a la experiencia pasadas lleva a numerosas ganancias que se acumulan en el tiempo pueden ser superiores las mejoras.

Ciclo Deming en la direcci贸n del mantenimiento. El siguiente gr谩fico muestra la forma de organizar las acciones de mantenimiento aplicando el Ciclo Deming:

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MÉTODOS TPM La metodología de mantenimiento para el análisis y eliminación de averías se orienta a los siguientes puntos: a. Comprender y conocer el equipo profundamente. En los últimos años se ha venido insistiendo que las empresas que pretendan mantenerse competitivas en los mercados del futuro, deberán preocuparse por mejorar el conocimiento de todo el personal y garantizar que existe un proceso de adquisición y transferencia efectiva de experiencias o conocimiento entre todos los trabajadores. Este es el punto de partida del TPM, ya que busca crear una organización empresarial en continuo aprendizaje y de mejora del conocimiento del personal técnico y operativo. El TPM fue creado por el Instituto Japonés de Mantenimiento de Plantas (JIPM) para crear capacidades estratégicas competitivas en las empresas, fundamentadas en el recurso conocimiento de los trabajadores y la aplicación de un modelo de gestión integral del equipamiento. El TPM busca que el operario conozca lo mejor posible los equipos donde interviene diariamente, su estructura interna, funciones, restricciones, precisión y medios de seguridad, para de esta forma, pueda participar activamente en el cuidado y conservación del equipo. Sin este conocimiento no será posible llegar a identificar los factores causales profundos. Por este motivo, las metodologías TPM se apoyan en el aprendizaje continuo a partir de la experiencia y contacto diario con los equipos. b. Reflexión sobre los fenómenos. Los fenómenos son considerados cuidadosamente y en forma lógica. Se emplea un tiempo para realizar la reflexión sobre los fenómenos identificados y en lo posible, se verifica la hipótesis directamente sobre cada uno de los componentes de la máquina que se estudia. Se pretende evitar que el grupo humano tome decisiones con la única información tomada a partir de una tormenta de ideas. Este tipo de metodología permite adquirir conocimiento, no solo para la eliminación de los factores causales, sino que permite preparar al equipo para realizar aportes innovadores de cambio de diseño y modificaciones que permitan mejorar el rendimiento de la máquina. c. Priorizar la información con cuidado y método El experto japonés Shirose manifiesta que la priorización es necesaria para estudiar en forma ordenada una situación. Sin embargo, debido a una priorización realizada con poco conocimiento del equipo e información, se pueden descartar factores vitales para eliminar las pérdidas crónicas. En el procedimiento sugerido dentro del TPM se debe conocer profundamente el equipo para lograr establecer esta prioridad en los factores causales, de lo contrario, se deberá evitar la priorización y será necesario actuar en la mayoría de los factores causales posibles. 219

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Técnicas TPM empleadas para el estudio de averías El TPM aporta varias metodologías poderosas para cumplir con los requisitos expuestos previamente. Las técnicas de mayor utilización y que estudiaremos a continuación son las siguientes: • Análisis PM (Physical Method). Esta técnica se concentra en el análisis de los principios físicos del problema en estudio. • Análisis Porqué-Porqué. Esta técnica emplea un proceso de diagnóstico riguroso. • Análisis Modal de Fallos y Efectos (AMFE) La estrategia de Mantenimiento Productivo Total para el diagnóstico de averías se inicia con la utilización de la técnica Porqué-Porqué. Esta técnica permite reducir en forma dramática la repetición de las averías, pero no la elimina en forma definitiva. Por este motivo es necesario emplear a continuación el método PM para lograr eliminar de raíz la mayor cantidad de factores causales y alcanzar altos niveles de confiabilidad en los equipos. Cuando un equipo se encuentra bien mantenido y presenta una avería, se puede realizar su diagnóstico aplicando un análisis PM. Pero si el equipo se encuentra deteriorado y sus condiciones básicas están descuidadas, se considera que es más apropiado iniciar un estudio con la técnica Porqué-Porqué, antes de aplicar un análisis PM.

Figura 107.- Estrategias de Mantenimiento Productivo Total 220

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Diagnóstico en equipos avanzados o complejos Cuando se trata de equipos nuevos, complejos o donde el deterioro acumulado es mínimo, se recomienda emplear directamente el método PM. En algunas empresas japonesas emplean de forma sistemática la combinación de AMFE y método PM para eliminar problemas del equipo que afectan la calidad del producto (Mantenimiento de Calidad). Este diagnóstico puede llegar a ser sofisticado y lo realizan especialmente los ingenieros de proceso y mantenimiento.

Figura 108.- Diagnóstico de equipos complejos

Se puede concluir que cada problema puede estudiarse y diagnosticarse empleando y combinando una variedad de técnicas. Es importante tener en cuenta que se pueden llegar a recomendar algunas estrategias para el empleo sistemático de las técnicas de solución de problemas. Sin embargo, estas estrategias sugeridas no cubren todas las posibilidades, pero de la experiencia se puede decir que son las más frecuentes. Se podrán experimentar nuevas alternativas no estudiadas en este documento y aplicar otro tipo de técnicas de diagnóstico más sofisticadas, como la teoría del desgaste, tecnologías avanzadas de mantenimiento y estudios de lubricación, como también una técnica de reciente creación como el diseño de experimentos multivariable, minería de datos, redes neuronales y otras tecnologías complejas.

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MÉTODOS DE ANÁLISIS 1. Metodología Porqué-porqué. Esta técnica es conocida como: "Know-why", "conocer-porqué", "técnica porqué, porqué, porqué" o "quinto porqué". Esta técnica se emplea para realizar estudios de las causas profundas que producen averías en el equipo. El principio fundamental de esta técnica es la evaluación sistemática de las posibles causas de la avería empleando como medio la inspección detallada del equipo, teniendo presente el análisis físico del fenómeno. En las áreas de mantenimiento se ha utilizado para la búsqueda de factores causales. Es un método alterno del conocido Diagrama de Causa Efecto o de Ishikawa. Esta técnica de calidad como se analizó previamente presenta el inconveniente de recoger un gran número de factores, pero no prioriza entre ellos cuales son los que verdaderamente contribuyen a la presencia de la avería. La técnica porqué - porqué evita en los análisis de averías de equipos que el grupo de estudio se desvíe e identifique causas cualitativas y complejas de verificar como causas potenciales del problema de la falla de las máquinas. Para evitar caer durante el análisis de averías en temas con los siguientes: "es un problema de políticas de la compañía", "debido a la falta de personal...", "falta de capacitación del personal" "no hay repuestos", el método Porqué-Porqué busca a través de la inspección y el análisis físico identificar todos los posibles factores causales para lograr reconstruir el deterioro acumulado del equipo. Esta técnica es una buena compañera del método PM si se emplea previamente. En casos con alto grado de deterioro se recomienda este procedimiento.

Pasos a seguir Esta técnica estudia mediante preguntas sucesivas las causas de una avería mediante un proceso deductivo o socrático. Cada respuesta que se aporte el grupo de estudio debe confirmar o rechazar la respuesta. Si se acepta una cierta afirmación, nuevamente se pregunta cuál es la causa de la "causa".

Procedimiento para el estudio Una vez identificado el fenómeno en estudio (avería), se realiza un análisis físico del fenómeno en igual forma como se efectuó en el método PM. De este análisis se identifican posibles factores causales, los cuales se someterán a inspección para verificar la validez de la siguiente manera:

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Este proceso se continúa hasta el momento en que se identifican acciones correctivas para la causa. Las acciones correctivas se registran en un plan de mejora o plan Kaizen. Se espera que el diagnóstico no requiera de más de cinco rondas. Una vez finalizado este proceso se pueden seleccionar otras causas en las diferentes rondas y se repite el procedimiento. De esta forma se analizan la totalidad de posibles factores causales, obteniendo un plan general de mejora para el equipo.

2. Método PM. El análisis PM es una forma diferente de pensar sobre los problemas y del contexto donde estos se presentan. Consiste en el análisis de los fenómenos (P de la palabra inglesa Phenomena) anormales tales como fallas del equipamiento en base a sus principios físicos y poder identificar los mecanismos (M de la palabra inglesa Mechanisms) de estos principios físicos (P de la palabra inglesa Phisically) en relación con los cuatro inputs de la producción equipos: materiales, individuos y métodos). El principio básico del análisis PM es entender en términos precisos físicos que es lo que ocurre cuando la máquina, o sistema se avería o produce defectos de calidad y la forma como ocurren. Esta es la única forma de identificar la totalidad de factores causales y de esta manera eliminar estas pérdidas. Esta técnica considera todos los posibles factores en lugar de tratar de decidir cuál es el que tiene mayor influencia.

Fundamentos del análisis físico La investigación lógica de como ocurre el fenómeno en términos de principios físicos y cantidades, se ha visto que es el fundamento de la metodología de análisis PM. Desde el punto de vista de los equipos un análisis físico significa emplear los principios operativos del equipo para clarificar la forma como los componentes interactúan y producen el problema o la avería crónica. Se pretende estudiar y conocer en primer término, la forma como se presenta la desviación de la situación natural del equipo, en lugar de pretender abordar las causas de esta desviación desde el primer momento. El objetivo fundamental de esta metodología es llegar a comprender lo mejor posible la forma como se presentó el fallo y la forma como intervinieron las diferentes piezas y conjuntos del equipo para la generación del problema

Proceso del análisis PM Se ha explicado que el enfoque del análisis PM consiste en estratificar los fenómenos anormales adecuadamente, entender los principios operativos y analizar los mecanismos del fenómeno desde el punto de vista físico. El siguiente paso consiste en investigar todos los factores y el grado en que ellos contribuyen al problema. Todo esto 223

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es necesario para poder eliminar estos factores a trav茅s de planes de acci贸n y sistemas de control. Los pasos a seguir para la aplicaci贸n del an谩lisis PM se muestran en la Figura siguiente:

Figura 109 224

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3. Análisis Modal de Fallos y Efecto (AMFE) en equipos. Esta es una técnica de ingeniería conocida como el análisis FMEA o (Failure Mode and Effect Analysis) usada para definir, identificar y eliminar fallas conocidas o potenciales, problemas, errores, desde el diseño, proceso y operación de un sistema, antes que este pueda afectar al cliente (Omdahl 1988; ASQC 1983). El análisis de la evaluación puede tomar dos caminos: primero empleando datos históricos y segundo empleando modelos estadísticos, matemáticos, simulación ingeniería concurrente e ingeniería de fiabilidad que puede ser empleada para identificar y definir las fallas (Stamatis 1989). No significa que un modelo sea superior a otro. Ambos pueden ser eficientes, precisos y correctos si se realizan adecuadamente. Para efectos de este trabajo no se estudiará el segundo camino, ya que se pretende ofrecer una serie de metodologías que sean útiles para todas las personas de una empresa; mientras que las técnicas especializadas poseen algunos fundamentos matemáticos tediosos y su empleo queda restringido a aquellas personas que poseen buenas bases de estadística avanzada. El AMFE es una de las más importantes técnicas para prevenir situaciones anormales, ya sea en el diseño, operación o servicio. Esta técnica parte del supuesto que se va a realizar un trabajo preventivo para evitar la avería, mientras que las técnicas estudiadas hasta el momento, se orientan a evaluar la situación anormal ya ocurrida. Este es el factor diferencial del proceso AMFE. Esta técnica nació en el dominio de la ingeniería de fiabilidad y se ha aplicado especialmente para la evaluación de diseños de productos nuevos. El AMFE se ha introducido en las actividades de mantenimiento industrial gracias al desarrollo del Mantenimiento Centrado en la Fiabilidad o RCM -Reliability Center Maintenance- que lo utiliza como una de sus herramientas básicas. En un principio se aplicó en el mantenimiento en el sector de aviación (Plan de mantenimiento en el Jumbo 747) y debido a su éxito, se difundió en el mantenimiento de plantas térmicas y centrales eléctricas. Hoy en día, el AMFE se utiliza en numerosos sectores industriales y se ha asumido como una herramienta clave en varios de los pilares del Mantenimiento Productivo Total (TPM). Los Propósitos del AMFE son: • Identificar los modos de fallas potenciales y conocidas • Identificar las causas y efectos de cada modo de falla • Priorizar los modos de falla identificados de acuerdo al número de prioridad de riesgo (NPR) o - frecuencia de ocurrencia, gravedad y grado de facilidad para su detección.

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El fundamento de la metodología es la identificación y prevención de las averías que conocemos (se han presentado en el pasado) o potenciales (no se han presentado hasta la fecha) que se pueden producir en un equipo. Para lograrlo es necesario partir de la siguiente hipótesis: Dentro de un grupo de problemas, es posible realizar una priorización de ellos Existen tres criterios que permiten definir la prioridad de las averías: • Ocurrencia (O) • Severidad (S) • Detección (D) La ocurrencia es la frecuencia de la avería. La severidad es el grado de efecto o impacto de la avería. Detección es el grado de facilidad para su identificación. Existen diferentes formas de evaluar estos componentes. La forma más usual es el empleo de escalas numéricas llamadas criterios de riesgo. Los criterios pueden ser cuantitativos y/o cualitativos. Sin embargo, los más específicos y utilizados son los cuantitativos. El valor más común en las empresas es la escala de 1 a 10. Esta escala es fácil de interpretar y precisa para evaluar los criterios. El valor inferior de la escala se asigna a la menor probabilidad de ocurrencia, menos grave o severo y más fácil de identificar la avería cuando esta se presente. En igual forma un valor de 10 de asignará a las averías de mayor frecuencia de aparición, muy grave donde de por medio está la vida de una persona y existe una gran dificultad para su identificación. La prioridad del problema o avería para nuestro caso, se obtiene a través del índice conocido como Número Prioritario de Riesgo (NPR). Este número es el producto de los valores de ocurrencia, severidad y detección. El valor NPR no tiene ningún sentido (Ford 1992) Simplemente sirve para clasificar en un orden cada unos de los modos de falla que existen en un sistema. Una vez el NPR se ha determinado, se inicia la evaluación sobre la base de definición de riesgo. Usualmente este riesgo es definido por el equipo que realiza el estudio, teniendo como referencia criterios como: menor, moderado, alto y crítico. En el mundo del automóvil (Ford 1992) se ha interpretado de la siguiente forma el criterio de riesgo: • Debajo de un riesgo menor, no se toma acción alguna • Debajo de un riesgo moderado, alguna acción se debe tomar • Debajo de un alto riesgo, acciones específicas se deben tomar. Se realiza una evaluación selectiva para implantar mejoras específicas. • Debajo de un riesgo crítico, se deben realizar cambios significativos del sistema. Modificaciones en el diseño y mejora de la fiabilidad de cada uno de los componentes. 226

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Descripción del Método A continuación se indican los pasos necesarios para la aplicación del método AMFE de forma genérica, tanto para diseños como para procesos. Los pasos siguen la secuencia indicada en el formato AMFE que se presenta a continuación.

Figura 110

Nota: Los números de cada una de las casillas se corresponden con los pasos de aplicación del método AMFE.

Paso 1: Nombre del producto y componente En la primera columna del formato AMFE se escribe el nombre del producto sobre el que se va a aplicar. También se incluyen todos los subconjuntos y los componentes que forman parte del producto a analizar, bien sea desde el punto de vista de diseño del producto o del proceso que se vaya a utilizar para la fabricación.

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Paso 2: Operación o función La segunda columna se completa con distinta información según se esté realizando un AMFE de diseño o proceso. - Para el AMFE de diseño se incluyen las funciones que realiza cada uno de los componentes, además de las interconexiones existentes entre los componentes. - Para el AMFE de proceso se reflejan todas las operaciones que se realizan a lo largo del proceso de fabricación de cada componente incluyendo las operaciones de aprovisionamiento, de producción, de embalaje, de almacenado y de transporte. Paso 3: Modo de fallo Para cumplimentar la tercera columna se recomienda comenzar con una revisión de los informes realizados en AMFEs anteriores, relacionados con el producto o proceso que se está analizando. Un modo de fallo significa que un elemento o sistema no satisface o no funciona de acuerdo con la especificación, o simplemente no se obtiene lo que se espera de él. El fallo es una desviación o defecto de una función o especificación. Con esa definición, un fallo puede no ser inmediatamente detectable por el cliente y sin embargo hemos de considerarlo como tal. Paso 4: Efecto/s del fallo Suponiendo que el fallo potencial ha ocurrido, en esta columna se describirán los efectos del mismo tal como lo haría el cliente. Los efectos corresponden a los síntomas. Generalmente hacen referencia al rendimiento o prestaciones del sistema. Cuando se analiza una parte o componente se tendrá también en cuenta la repercusión en todo el sistema, lo que ofrecerá una descripción más clara del efecto. Si un modo de fallo tiene muchos efectos, a la hora de evaluar, se elegirá el más grave. Entre los efectos típicos de fallo podrían citarse los siguientes: • diseño: ruido, acabado basto, inoperante, olor desagradable, inestable, etc. • proceso: no puede sujetar, no puede alinearse, no puede perforar, no se puede montar, etc. Para la obtención de los efectos se utiliza mucho el "Diagrama causaconsecuencia" entendiendo por consecuencia el efecto.

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Paso 5: Gravedad del fallo Este índice está íntimamente relacionado con los efectos del modo de fallo. El índice de gravedad valora el nivel de las consecuencias sentidas por el cliente. Esta clasificación está basada únicamente en los efectos del fallo. El valor del índice crece en función de: • La insatisfacción del cliente. Si se produce un gran descontento, el cliente no comprará más. • La degradación de las prestaciones. La rapidez de aparición de la avería. • El coste de la reparación. El índice de gravedad o también llamado de Severidad es independiente de la frecuencia y de la detección. Para utilizar unos criterios comunes en la empresa ha de utilizarse una tabla de clasificación de la severidad de cada efecto de fallo, de forma que se objetivice la asignación de valores de S. En la siguiente tabla se muestra un ejemplo en que se relacionan los efectos del fallo con el índice de severidad. En cada empresa se debería contar con unas tablas similares adaptadas al producto, servicio, diseño o proceso concreto para el que se vayan a utilizar.

Tabla 38.- Cuadro de clasificación según Gravedad o Severidad de fallo

Gravedad del fallo o Severidad Relacionada con los efectos S

Este índice sólo es posible mejorarlo mediante acciones de diseño, y no se ve afectado por los controles actuales.

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Como la clasificación de gravedad está basada únicamente en el efecto de fallo, todas las causas potenciales del fallo para un efecto particular de fallo, recibirán la misma clasificación de gravedad. Paso 6: Características críticas Siempre que la gravedad sea 9 ó 10, y que la frecuencia y detección sean superiores a 1, consideraremos el fallo y las características que le corresponden como críticas. Estas características, que pueden ser una cota o una especificación, se identificarán con un triángulo invertido u otro signo en el documento de AMFE, en el plan de control y en el plano si le corresponde. Aunque el NPR resultante sea menor que el especificado como límite, conviene actuar sobre estos modos de fallo. Paso 7: Causa del fallo En esta columna se reflejan todas las causas potenciales de fallo atribuibles a cada modo de fallo. La causa potencial de fallo se define como indicio de una debilidad del diseño o proceso cuya consecuencia es el modo de fallo. Las causas relacionadas deben ser lo más concisas y completas posibles, de modo que las acciones correctoras y/o preventivas puedan ser orientadas hacia las causas pertinentes. Entre las causas típicas de fallo podrían citarse las siguientes: • en diseño: porosidad, uso de material incorrecto, sobrecarga... • en proceso: daño de manipulación, utillaje incorrecto, sujeción, amarre.. Decir que al igual que en la obtención de los efectos se hacía uso del diagrama "causa-efecto", a la hora de detectar las causas de un fallo se hace uso del "Árbol de fallos" que permitirá obtener las causas origen de un fallo. Paso 8: Probabilidad de ocurrencia Ocurrencia se define como la probabilidad de que una causa específica se produzca y dé lugar al modo de fallo. El índice de la ocurrencia representa más bien un valor intuitivo más que un dato estadístico matemático, a no ser que se dispongan de datos históricos de fiabilidad o se haya modelizado y previsto éstos. En esta columna se pondrá un valor de probabilidad de ocurrencia de la causa específica. Tal y como se acaba de decir, este índice de frecuencia está íntimamente relacionado con la causa de fallo, y consiste en calcular la probabilidad de ocurrencia en una escala del 1 al 10, como se indica en la tabla siguiente:

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Tabla 39.- Cuadro de clasificación según la Probabilidad de ocurrencia

Probabilidad de ocurrencia: de la causa y de que ésta produzca el efecto O

Cuando se asigna la clasificación por ocurrencia, deben ser consideradas dos probabilidades: • La probabilidad de que se produzca la causa potencial de fallo. Para esto, deben evaluarse todos los controles actuales utilizados para prevenir que se produzca la causa de fallo en el elemento designado. • La probabilidad de que, una vez ocurrida la causa de fallo, ésta provoque el efecto nocivo (modo) indicado. Para este cálculo debe suponerse que la causa del fallo y de modo de fallo son detectados antes de que el producto llegue al cliente. Para reducir el índice de frecuencia, hay que emprender una o dos acciones: • Cambiar el diseño, para reducir la probabilidad de que la causa de fallo pueda producirse. • Incrementar o mejorar los sistemas de prevención y/o control que impiden que se produzca la causa de fallo. El consejo que se da para reducir el índice de frecuencia de una causa es atacar directamente la "raíz de la misma". Mejorar los controles de vigilancia debe ser una acción transitoria, para más tarde buscar alguna solución que proporcione una mejora de dicho índice. Paso 9: Controles actuales En esta columna se reflejarán todos los controles existentes en la actualidad para prevenir las causas del fallo y detectar el efecto resultante. 231

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Paso 10: Probabilidad de no Detección Este índice indica la probabilidad de que la causa y/o modo de fallo, supuestamente aparecido, llegue al cliente. Se está definiendo la "no-detección", para que el índice de prioridad crezca de forma análoga al resto de índices a medida que aumenta el riesgo. Tras lo dicho se puede deducir que este índice está íntimamente relacionado con los controles de detección actuales y la causa. A continuación se muestra un ejemplo de tabla que relaciona la probabilidad de que el defecto alcance al cliente y el índice de no-detección.

Tabla 40.- Cuadro de clasificación según la Probabilidad de no detección

Probabilidad de no detección: relacionada con los controles actuales y que la causa y/o efecto lleguen al cliente D

Es necesario no confundir control y detección, pues una operación de control puede ser eficaz al 100%, pero la detección puede resultar nula si las piezas no conformes son finalmente enviadas por error al cliente. Para mejorar este índice será necesario mejorar el sistema de control de detección, aunque por regla general aumentar los controles signifique un aumento de coste, que es el último medio al que se debe recurrir para mejorar la calidad. Algunos cambios en el diseño también pueden favorecer la probabilidad de detección. Paso 11: Número de Prioridad de Riesgo (NPR) El Número de Prioridad de Riesgo (NPR) es el producto de la probabilidad de ocurrencia, la gravedad, y la probabilidad de no detección, y debe ser calculado para 232

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todas las causas de fallo. El NPR es usado con el fin de priorizar la causa potencial del fallo para posibles acciones correctoras. El NPR también es denominado IPR (índice de prioridad de riesgo). Número de Prioridad de Riesgo: NPR = S * O * D Paso 12: Acción correctora En este paso se incluye una descripción breve de la acción correctora recomendada. Para las acciones correctoras es conveniente seguir un cierto orden de prioridad en su elección. El orden de preferencia en general será el siguiente: 1. Cambio en el diseño del producto, servicio o proceso general. 2. Cambio en el proceso de fabricación. 3. Incremento del control o de la inspección. Para un mismo nivel de calidad o un mismo valor del índice de prioridad NPR en dos casos, suele ser más económico el caso que no emplea ningún control de detección. Es en general más económico reducir la probabilidad de ocurrencia de fallo (si se encuentra la manera de conseguirlo) que dedicar recursos a la detección de fallos. Es conveniente considerar aquellos casos cuyo índice de gravedad sea 10, aunque la valoración de la frecuencia sea subjetiva y el NPR menor de 100 o del valor considerado como límite. Cuando en un modo de fallo intervienen muchas causas que no son independientes entre sí, la primera medida correctora puede ser la aplicación del Diseño de Experimentos (DDE), que permitirá cuantificar objetivamente la participación de cada causa y dirigir acciones concretas. Es un medio muy potente y seguro para reducir directamente la frecuencia de defectos. Paso 13: Definir responsables En esta columna se indicarán los responsables de las diferentes acciones propuestas y, si se cree preciso, las fechas previstas de implantación de las mismas. Paso 14: Acciones implantadas En esta columna se reflejarán las acciones realmente implantadas que pueden, en algunos casos, no coincidir con las propuestas inicialmente recomendadas.

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Paso 15: Nuevo Número de Prioridad de Riesgo Como consecuencia de las acciones correctoras implantadas, los valores de la probabilidad de ocurrencia (O), la gravedad (S), y/o la probabilidad de no detección (D) habrán disminuido, reduciéndose, por tanto, el Número de Prioridad de Riesgo. Los nuevos valores de S, O, D y NPR se reflejarán en las columnas 15, 16, 17 y 18. Si a pesar de la implantación de las acciones correctoras, no se cumplen los objetivos definidos en algunos Modos de Fallo, es necesario investigar, proponer el implantar nuevas acciones correctoras, hasta conseguir que el NPR sea menor que el definido en los objetivos. Una vez conseguido que los NPR de todos los modos de fallo estén por debajo del valor establecido, se da por concluido el AMFE.

4.7. Técnicas de Mantenimiento Predictivo 4.7.1. Definición y principios básicos Aunque el Mantenimiento Preventivo aumenta la disponibilidad de los equipos y supone un gran avance en planificación del trabajo, puede resultar dañino si se programan trabajos en exceso y se realizan excesivas intervenciones (por ejemplo de arme y desarme), además del aumento de los costes. Por esto se ideo el mantenimiento predictivo, por el cual se planifican inspecciones a los equipos. Estas inspecciones pueden ser subjetivas (a través de los órganos de los sentidos) y objetivas (con la utilización de equipos de medición), teniendo como objetivo detectar los síntomas del fallo antes de que ocurra para garantizar un reemplazo a tiempo y un mínimo tiempo de parada. El mantenimiento predictivo, condicional o basado en la condición es aquel programado y planificado en base a un análisis técnico, antes de que ocurra la falla, nos permiten determinar las condiciones reales en que se encuentra un equipo sin detener su operación y de esta forma detectar fallas incipientes; para ello se utilizan instrumentos y técnicas modernas para determinar el momento óptimo de efectuar un ajuste o reparación. Es mucho más ambicioso que el mantenimiento preventivo y es definitiva, una modalidad muy avanzada de este. Se trata de un conjunto de técnicas que, debidamente seleccionadas, permiten el seguimiento y examen de ciertos parámetros característicos del equipo en estudio, que manifiestan algún tipo de modificación al aparecer una anomalía en el mismo.

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El mantenimiento predictivo, se basa, en la medición, seguimiento y monitoreo de parámetros y condiciones operativas de un equipo o instalación. A tal efecto, se definen y gestionan valores mínimos de pre-alarma y máximos de actuación de todos aquellos parámetros que se acuerda medir y gestionar. Cuando se habla de mantenimiento predictivo, intuitivamente pensamos en un mantenimiento muy tecnológico, basado en complejos aparatos de medida. Eso también forma parte del mantenimiento predictivo. Pero hay otros trabajos sencillos que también corresponden a este tipo de mantenimiento. La observación del comportamiento de los equipos, y la toma de datos de los instrumentos de que dispone el equipo para compararlos con los “normales” son técnicas de mantenimiento condicional o predictivo que no por sencillas dejan de ser tremendamente útiles. Además de estas, se emplean otras técnicas que requieren de medios y conocimientos más complejos. Las técnicas predictivas que habitualmente se emplean en la industria y en el mantenimiento de edificios son las siguientes: ⎯ Inspecciones visuales ⎯ Lectura de indicadores ⎯ Inspecciones boroscópicas ⎯ Líquidos penetrantes ⎯ Partículas magnéticas ⎯ Corrientes inducidas ⎯ Inspección radiográfica ⎯ ultrasonidos ⎯ Análisis de aceites ⎯ Análisis de vibraciones, que es la estrella de las técnicas predictivas ⎯ Medida de la presión ⎯ Medida de temperatura ⎯ Termografías ⎯ Control de espesores en equipos estáticos ⎯ Impulsos de choque ⎯ Análisis de gases

La idea que apoya a esta estrategia es que una parte solo debe ser cambiada si muestra deterioro que pueda afectar su performance. Hay 3 variables cuya medición es estándar: vibración y ruido, temperatura, análisis de aceite. Frente al mantenimiento sistemático tiene la ventaja indudable de que en la mayoría de las ocasiones no es necesario realizar grandes desmontajes, y en muchos casos ni siquiera pararla. Si tras la inspección se aprecia algo irregular se propone o se 235

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programa una intervención. Además de prever el fallo catastrófico de una pieza, y por tanto, pudiendo anticiparse a éste, las técnicas de mantenimiento predictivo ofrecen una ventaja adicional: la compra de repuestos se realiza cuando se necesita, eliminando pues stocks (capital inmovilizado) La razón fundamental por la que el mantenimiento predictivo ha tenido un notable desarrollo en los últimos tiempos hay que buscarla en un error cometido tradicionalmente por los ingenieros de mantenimiento para estimar la realización de tareas de mantenimiento de carácter preventivo: las <<curvas de bañera>>, detalladas en el apartado 4.1.3, que representan la probabilidad de fallo frente al tiempo de uso de la máquina, y que se suponían ciertas y lógicas, han resultado no corresponder con la mayoría de los elementos que componen un equipo. Como se daba por cierta esta curva para cualquier equipo, se suponía que transcurrido un tiempo (la vida útil del equipo), éste alcanzaría su etapa de envejecimiento, en el que la fiabilidad disminuiría mucho, y por tanto, la probabilidad de fallo aumentaría en igual proporción. De esta manera, para alargar la vida útil del equipo y mantener controlada su probabilidad de fallo era conveniente realizar una serie de tareas en la zona de envejecimiento, algo parecido a un „lifting‟, para que la fiabilidad aumentara. Es indudable que enfocar la actividad de mantenimiento hacia el predictivo ha supuesto un avance, y representa una alternativa al preventivo sistemático o al correctivo. No obstante, afirmar que el predictivo puede sustituir completamente al mantenimiento sistemático es, cuando menos, bastante arriesgado. Afirmar eso tiene tan poco rigor como afirmar que todos los equipos hay que llevarlos a correctivo o en todos los equipos hay que hacer un mantenimiento sistemático. La respuesta es no. En instalaciones que requieren de una altísima disponibilidad el mantenimiento no puede basarse únicamente en predictivo. Es imprescindible basarlo en un mantenimiento sistemático, de forma que una vez al año haya una parada de mantenimiento en la que se revisen determinados equipos, cada 2-4 años se sustituyen sistemáticamente los elementos de desgaste, se trata el aceite, se revisa la instalación eléctrica de forma exhaustiva, etc. Además de eso, durante el tiempo de funcionamiento la planta va a estar muy vigilada de forma predictiva, realizándose boroscopias, termografías, análisis de vibraciones, de aceite, medición de espesores, etc. Y si se detecta un problema, será una gran desgracia y habrá que parar. Pero si el sistemático se hace correctamente, el diseño de la instalación y la selección de equipos es apropiada, el preventivo sistemático suele dar un resultado estupendo, que el predictivo por sí solo sería incapaz de ofrecer.

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Hay equipos, además, que se llevan a correctivo, sin más. Es el caso de equipos duplicados de bajo coste y poca responsabilidad. No merece la pena hacer termografías, análisis de vibraciones, análisis amperimétricos, análisis de aceite. Si se rompe se repara, y ya está. Se observa el equipo, se mantiene limpio y engrasado, eso sí, pero poco más. Todo esto indica que las técnicas predictivas no son herramientas generalistas, aunque se debe aplicar siempre que un equipo lo justifique económicamente, o sea, en aquellos equipos cuyos fallos sean catalogados como críticos o importantes en una planta. Por tanto, aún siendo las técnicas predictivas de gran importancia y que han supuesto un paso adelante en el mundo del mantenimiento, no es posible afirmar que todo el mantenimiento de cualquier planta industrial deba basarse en tareas condicionales dependiendo del resultado de las inspecciones predictivas.

4.7.2. Parámetros para control de estado La mayoría de los fallos en máquinas aparecen de forma incipiente, en un grado en que es posible su detección antes que el mismo se convierta en un hecho consumado con repercusiones irreversibles tanto en la producción como en los costes de mantenimiento. Se precisa para ello establecer un seguimiento de aquellos parámetros que nos pueden avisar del comienzo de un deterioro y establecer para cada uno de ellos qué nivel vamos a admitir como normal y cuál inadmisible, de tal forma que su detección desencadene la actuación pertinente. La figura muestra éste proceso. Se le denomina curva P-F porque muestra cómo un fallo comienza y prosigue el deterioro hasta un punto en el que puede ser detectado (el punto P de fallo potencial). A partir de allí, si no se detecta y no se toman las medidas oportunas, el deterioro continúa hasta alcanzar el punto F de fallo funcional:

Figura 111 237

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El seguimiento y control de los parámetros se puede hacer mediante vigilancia periódica, en cuyo caso es importante establecer una frecuencia tal que nos permita detectar el deterioro en un momento entre P y F, y que no sea demasiado tarde para reaccionar. Asimismo se puede hacer mediante monitorizado en continuo lo que evita el inconveniente anterior, pero no siempre es factible y, en cualquier caso, es más costoso. De manera que finalmente los parámetros a controlar y la forma depende de factores económicos: • importancia de la máquina en el proceso productivo • instrumentación necesaria para el control

Los equipos a los que actualmente se les puede aplicar distintas técnicas de control de estado con probada eficacia son básicamente los siguientes: • Máquinas rotativas • Motores eléctricos • Equipos estáticos • Aparamenta eléctrica • Instrumentación

Las ventajas que aporta este tipo de mantenimiento son que, al conocerse en todo momento el estado de los equipos, permite detectar fallos en estado incipiente, lo que impide que éste alcance proporciones indeseables. Por otra parte permite aumentar la vida útil de los componentes, evitando el reemplazo antes de que se encuentren dañados. Y por último, al conocerse el estado de un defecto, pueden programarse las paradas y reparaciones previéndose los repuestos necesarios, lo que hace disminuir los tiempos de indisponibilidad. Los parámetros utilizados para el control de estado de los equipos son aquellas magnitudes físicas susceptibles de experimentar algún tipo de modificación repetitiva en su valor, cuando varía el estado funcional de la máquina. Existen muchos parámetros que se pueden utilizar con este fin, siempre que se cumplan las condiciones expresadas: • que sea sensible a un defecto concreto • que se modifica como consecuencia de la aparición de alguna anomalía • que se repite siempre de la misma forma 238

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Así las distintas técnicas utilizadas para el mantenimiento preventivo se pueden clasificar en dos grupos básicos: • Técnicas directas, en las que se inspeccionan directamente los elementos sujetos a fallo: entre ellas cabe mencionar la inspección visual (la más usada), inspección por líquidos penetrantes, por partículas magnéticas, el empleo de ultrasonidos, análisis de materiales, la inspección radiográfica, etc. • Técnicas indirectas, mediante la medida y análisis de algún parámetro con significación funcional relevante. Entre ellos el más usado es el análisis de vibraciones, aunque también existen numerosos parámetros que cada vez son más utilizados conjuntamente con el análisis de vibraciones, como puede ser el análisis de lubricantes, de ruidos, de impulsos de choque, medida de presión, de temperatura, etc.

En las tablas siguientes se resumen las técnicas y parámetros utilizados actualmente para el control de estados para distintos tipos de equipos.

Tabla 41

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Tabla 42

Tabla 43

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Tabla 44

Es importante indicar que en la obtención de los valores obtenidos cuando se aplican técnicas predictivas y las conclusiones que se obtienen es muy importante el histórico de esos valores y su evolución. Eso quiere decir que para que estas técnicas puedan arrojar resultados efectivos hay que tener en cuenta no sólo el valor actual, sino las variaciones que se van produciendo en estos valores. Por tanto, cuando se contratan estos trabajos es conveniente hacerlo por un largo periodo de tiempo, con visitas periódicas y análisis de la evolución de los valores, y no para una inspección puntual.

4.7.3. Establecimiento del mantenimiento predictivo El fundamento del mantenimiento predictivo es la medida y valoración periódica de una serie de variables de estado (parámetros de control) lo que implica el manejo de una ingente cantidad de datos que requieren medios: • Físicos (hardware) • De gestión (software) • Humanos Los medios físicos son los instrumentos de medida y los de captura y registro de datos. Los programas de gestión informáticos manejan los datos captados elaborando informes y gráficos de evolución. Finalmente los medios humanos incluyen el personal que hace las medidas rutinarias, que deben ser profesionales cualificados y con conocimientos específicos del tipo de equipos a tratar y, además, el personal técnico altamente cualificado capaz de desarrollar análisis y diagnóstico de averías. La implantación requiere unos pasos sucesivos: 1. Preparación inicial 2. Implantación propiamente dicha 3. Revisión de resultados 241

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1 Preparación inicial La preparación inicial supone desarrollar las siguientes tareas: 1.1 Definición de las máquinas: -Identificación, estudio, de sus características y calificación de su importancia en el proceso productivo. 1.2 Determinar los parámetros y técnicas de medidas -Para cada máquina crítica en particular y para cada familia de máquinas genéricas se determinan los parámetros y técnicas más adecuados a utilizar para llevar a cabo el control. 1.3 Estructurar la base de datos -Para cada máquina se decide y cargan los siguientes datos: 1.3.1 Frecuencia de chequeo o medida 1.3.2 Alcance de las medidas de cada parámetro 1.3.3 Definición de rutas 1.3.4 Definición de alarmas, para cada parámetro 1.3.5 Formación del personal

2 Implantación Supone, una vez realizada toda la preparación, llevar a cabo las medidas periódicas acordadas, con las rutas y frecuencias previstas, lo que implica: 2.1 Chequeos y medidas periódicas 2.2 Registro y volcado de datos en el sistema 2.3 Valoración de niveles que indican un comportamiento anómalo 2.4 Análisis y diagnóstico de anomalías

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3.- Revisión de resultados Una vez implantado todo el sistema se debería llevar a cabo periódicamente (al menos anualmente) un análisis crítico de resultados: 3.1 Historial de medidas rutinarias y averías 3.2 Análisis de resultados y dispersión de datos 3.3 Cambio de parámetros o niveles de alarma así como de las frecuencias de chequeo, si es necesario.

Claves del éxito Existen una serie de factores que pueden representar el éxito o el fracaso de un programa de mantenimiento predictivo, que deben ser considerados: • Es necesario destinar recursos y atención a cada uno de los pasos anteriores. La falta de cumplimiento de cualquiera de estos pasos puede implicar que no se alcance satisfactoriamente el objetivo. • Es necesario realizar un análisis financiero con estimaciones de los ahorros para cada diagnóstico realizado y su acción correctiva, evaluando el factor Coste/Beneficio (en inglés ROI, Return Of Investment). En función de la experiencia estos beneficios deberían ser, en promedio, mayores a 10 veces lo invertido. • Es necesario tener personal cualificado o proporcionarle la formación adecuada. Los sistemas proporcionan simplemente datos y es imprescindible que esos datos se traduzcan en información útil para la toma de decisiones mediante el análisis. • Apoyo de la organización para realizar el análisis. Que no nos encontremos con muchos datos y poco análisis. • Con personal dedicado de forma continua, los problemas encontrados en una fase incipiente o temprana son fácilmente corregidos y el coste es menor. Los diagnósticos tardíos implican mayores costes de reparación. • Disminuir el espaciado entre mediciones, lo que previene huecos en las mediciones o tendencias. Este problema es muy habitual cuando se toman mediciones con equipos portátiles. • Para poder comparar mediciones es necesario adquirir los datos en el mismo lugar y condición. Este problema sólo se plantea en los sistemas portátiles, ya que en los sistemas en continuo los sensores están conectados de forma permanente. 243

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• Tienen gran relevancia los límites de alarma. Si los límites son muy bajos se generarán falsas alarmas. Si los límites son muy altos, no se detectarán fallos en su fase inicial, cuando su reparación es menos costosa.

El incumplimiento de uno o más de los puntos anteriores, hará que los beneficios del programa de mantenimiento se vean limitados.

4.7.4. Técnicas de mantenimiento predictivo A continuación se describen brevemente las principales técnicas utilizadas, con independencia de que se traten algunas de ellas más extensamente en apartados posteriores:

1. Inspecciones visuales y lectura de indicadores Las inspecciones visuales consisten en la observación del equipo, tratando de identificar posibles problemas detectables a simple vista. Los problemas habituales suelen ser: ruidos anormales, vibraciones extrañas y fugas de aire, agua o aceite, comprobación del estado de pintura y observación de signos de corrosión. Abarca desde la simple inspección visual directa de la máquina hasta la utilización de complicados sistemas de observación como pueden ser microscopios, endoscopios y lámparas estroboscópicas. Se pueden detectar fallos que se manifiestan físicamente mediante grietas, fisuras, desgaste, soltura de elementos de fijación, cambios de color, etc. Se aplica a zonas que se pueden observar directamente y, cada vez más, se diseñan las máquinas para poder observar partes inaccesibles sin necesidad de desmontar (como las turbinas de gas, por ejemplo, mediante el uso de endoscopios). Aunque sea el más modesto, siempre se realiza como fase previa a otros Ensayos más sofisticados. Facilita el trabajo posterior y establece la secuencia de trabajo. Es por tanto el más empleado por su sencillez, rapidez y economía de aplicación. La lectura de indicadores consiste en la anotación de los diferentes parámetros que se miden en continuo en los equipos, para compararlos con su rango normal. Fuera de ese rango normal, el equipo tiene un fallo. Estas inspecciones y lecturas, por su sencillez y economía, es conveniente que sean realizadas a diario, incluso varias veces al día, y que abarquen al mayor número de 244

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equipos posible. Suele llevarlas a cabo el personal de operación, lo que además les permite conocer de forma continua el estado de la planta. Estas inspecciones son además la base de la implantación del Mantenimiento Productivo Total, o TPM.

2. Inspecciones boroscópicas Los accesorios ópticos capaces de ayudar a realizar inspecciones visuales incluyen los siguientes: • Espejos • Amplificadores de imagen • Boroscopios • Fibroscopios Los boroscopios son los instrumentos más utilizados para realizar inspecciones visuales por medios remotos. Estos instrumentos fueron desarrollados para su uso en el campo médico y eran utilizados para observar dentro del cuerpo humano antes, durante y después de una cirugía. La comunidad médica se refiere a estos instrumentos como endoscopios. El nombre boroscopio proviene de la adaptación de este equipo médico a la inspección dentro de cañones de armas militares. Hoy día, los boroscopios son comúnmente utilizados en ambientes donde es necesario inspeccionar áreas o equipos a los cuales no se tiene acceso o se requiere desensamblar las partes. También es utilizado en áreas donde se corre algún peligro por parte del personal técnico. Los boroscopios son frecuentemente utilizados para inspeccionar turbinas de gas, estructuras de aviones, reactores nucleares, líneas de tuberías y partes internas de máquinas automotrices. También algunos boroscopios con características especiales son utilizados en ambientes corrosivos o explosivos. Los boroscopios pueden ser divididos en: • boroscopios rígidos • boroscopios de fibra óptica o flexibles Cada uno de estos tiene diversas aplicaciones especiales y sobre todo diferentes mecanismos de operación. Los boroscopios rígidos utilizan un sistema clásico de lentes o bien los más modernos pueden utilizar una unidad de fibra óptica sólida para transmitir la imagen a través de la longitud del tubo completo. El diseño de un boroscopio rígido es similar al de un telescopio, es decir, una serie de lentes convergentes que están encapsulados en un tubo. La imagen de esta manera se forma en el centro del boroscopio mediante el uso 245

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de lentes, espejos o prismas. La imagen es refractada de un lente a otro hasta que sea focalizada en una imagen plana para ser vista por el ojo humano o una cámara. Si hay un número impar de lentes refractando la imagen aparece revertida e invertida, de cabeza y hacia atrás. Los boroscopios rígidos son razonablemente económicos y dependen de una gran variedad de diámetros y dimensiones. Porque son rígidos y frágiles no pueden utilizarse para girar en las esquinas. En caso de ser doblados la funcionalidad del instrumento será destruida. El boroscopio rígido fue inventado para inspeccionar los huecos de los rifles y cañones. Fue un pequeño telescopio con una pequeña lámpara colocada en la parte más lejana como iluminación de la pieza sometida a prueba. Muchos boroscopios rígidos ahora utilizan fibra óptica como medio de iluminación y de transportación de imagen, en éstos la imagen es llevada al extremo de observación por un tren óptico que consiste de un lente, algunas veces un prisma, lentes de relevo y lentes de observación. La imagen observada por tanto no es una imagen real, pero es una imagen aerial: es decir, formada en el aire entre los lentes. Los boroscopios de fibra óptica flexible o también llamados fibroscopios constan de miles de pequeños cristales o fibras de cuarzo que son ensamblados en grupos. Las fibras son recubiertas para crear una gran diferencia en los índices refractivos entre la fibra y la superficie, produciendo una reflexión interna total. La señal es continuamente reflejada desde la superficie interna de la fibra a todo lo largo sin pérdida de brillantez. Para transmitir apropiadamente la imagen, el grupo de fibras debe ser coherente. Cada fibra debe estar en la misma localización con respecto de todas las otras fibras al final de cada grupo. La imagen resultante puede verse en la lente principal del aparato, en un monitor, o ser registrada en un videograbador para su análisis posterior. Se usa no sólo en tareas de mantenimiento predictivo rutinario, sino también en auditorias técnicas, para determinar el estado interno del equipo ante una operación de compra, de evaluación de una empresa contratista o del estado de una instalación para acometer una ampliación o renovar equipos. Entre las ventajas de este tipo de inspecciones están la facilidad para llevarla a cabo sin apenas tener que desmontar nada y la posibilidad de guardar las imágenes, para su consulta posterior.

3. Líquidos penetrante La inspección por líquidos penetrantes es un tipo de ensayo no destructivo que se utiliza para detectar e identificar discontinuidades presentes en la superficie de los materiales examinados. Generalmente se emplea en aleaciones no ferrosas, aunque 246

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también se puede utilizar para la inspección de materiales ferrosos cuando la inspección por partículas magnéticas es difícil de aplicar. En algunos casos se puede utilizar en materiales no metálicos. La prueba consiste en la aplicación de una tintura especial sobre la superficie que previamente se ha limpiado concienzudamente. Se deja transcurrir un cierto tiempo para que penetre bien en todos los posibles defectos. A continuación se elimina la tintura mediante limpieza superficial. Finalmente se trata de nuevo la superficie con un líquido muy absorbente que extrae toda la tintura que quedó atrapada en poros o grietas superficiales, revelando la presencia y forma de tales defectos. Existen asimismo tinturas fluorescentes que se revelan con el uso de una luz ultravioleta (álabes de turbinas). Las aplicaciones de esta técnica son amplias, y van desde la inspección de piezas críticas como son los componentes aeronáuticos hasta los cerámicos como las vajillas de uso doméstico. Se pueden inspeccionar materiales metálicos, cerámicos vidriados, plásticos, porcelanas, recubrimientos electroquímicos, entre otros. Una de las desventajas que presenta este método es que sólo es aplicable a defectos superficiales y a materiales no porosos.

4. Partículas magnéticas Se trata de otro ensayo no destructivo que permite igualmente descubrir fisuras superficiales así como no superficiales. Se basa en la magnetización de un material ferromagnético al ser sometido a un campo magnético. Para ello se empieza limpiando bien la superficie a examinar, se somete a un campo magnético uniforme y, finalmente, se esparcen partículas magnéticas de pequeña dimensión. Por efecto del campo magnético estas partículas se orientan siguiendo las líneas de flujo magnético existentes. Los defectos se ponen de manifiesto por las discontinuidades que crean en la distribución de las partículas.

5. Corrientes inducidas Se utiliza en la detección de defectos superficiales en piezas metálicas cuya conductividad eléctrica está comprendida entre 0,5 y 60 (m/Ω mm2), y está basado en el principio de inducción magnética. Con este ensayo, es posible determinar la profundidad de la discontinuidad.

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Principio del ensayo de Corrientes Inducidas La bobina o solenoide que forma parte del palpador, es recorrida por una corriente alterna de elevada frecuencia que origina un campo magnĂŠtico que, a su vez, induce corriente en la superficie de la pieza, segĂşn el efecto Foucalt.

Figura 112

Estas corrientes inducidas ejercen influencia sobre las caracterĂ­sticas elĂŠctricas de la bobina, en concreto sobre su impedancia

đ?‘? = đ?‘… + đ?‘—đ?‘¤đ??ż

Cuando existen defectos en la pieza, la distribuciĂłn de c.i. en la superficie de la pieza resulta alterada en las zonas defectuosas, originĂĄndose un cambio en la impedancia de la bobina, que se traduce en un cambio de la indicaciĂłn de la aguja en la escala del defectĂłmetro.

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6. Inspección radiográfica Técnica usada para la detección de defectos internos del material como grietas, burbujas o impurezas interiores. Especialmente indicadas en el control de calidad de uniones soldadas. Como es bien conocido consiste en intercalar el elemento a radiografiar entre una fuente radioactiva y una pantalla fotosensible a dicha radiación. Existen toda una serie de técnicas complementarias y ayudas para reforzar, apantallar, filtrar y obtener un nivel de sensibilidad adecuado de las imágenes obtenidas. Para determinar la sensibilidad del ensayo se emplean los penetrámetros, que son escalas de espesor para obtener definición de imagen diferencial. Los parámetros a cuidar en el ensayo radiológico son: • Las características de la fuente empleada. • La absorción de la pieza a inspeccionar, su espesor etc. • Las películas radiográficas empleadas. • Los factores geométricos (fuente-objeto). • Los aspectos de calidad radiográfica, densidad, mínimo defecto. • El cálculo del tiempo de exposición. • La técnica empleada. • La interpretación radiográfica.

7. Ultrasonidos Los ultrasonidos son ondas a frecuencia más alta que el umbral superior de audibilidad humana, en torno a los 20 kHz. Es el método más común para detectar gritas y otras discontinuidades (fisuras por fatiga, corrosión o defectos de fabricación del material) en materiales gruesos, donde la inspección por rayos X se muestra insuficiente al ser absorbidos, en parte, por el material. El ultrasonido se genera y detecta mediante fenómenos de piezoelectricidad y magnetostricción. Son ondas elásticas de la misma naturaleza que el sonido con

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frecuencias que alcanzan los 109 Hz. Su propagación en los materiales sigue casi las leyes de la óptica geométrica. Midiendo el tiempo que transcurre entre la emisión de la señal y la recepción de su eco se puede determinar la distancia del defecto, ya que la velocidad de propagación del ultrasonido en el material es conocida. Tiene la ventaja adicional de que además de indicar la existencia de grietas en el material, permite estimar su tamaño lo que facilita llevar un seguimiento del estado y evolución del defecto. También se está utilizando esta técnica para identificar fugas localizadas en procesos tales como sistemas de vapor, aire o gas por detección de los componentes ultrasónicos presentes en el flujo altamente turbulentos que se generan en fugas (válvulas de corte, válvulas de seguridad, purgadores de vapor, etc.). Esta tecnología se basa en que casi todas las fricciones mecánicas, arcos eléctricos y fugas de presión o vacío producen ultrasonido en frecuencias cercanas a los 40.000 Hertz, y de unas características que lo hacen muy interesante para su aplicación en mantenimiento predictivo: las ondas sonoras son de corta longitud atenuándose rápidamente sin producir rebotes. Por esta razón, el ruido ambiental por más intenso que sea, no interfiere en la detección del ultrasonido. Además, la alta direccionalidad del ultrasonido en 40 Khz. permite con rapidez y precisión la ubicación del fallo. La aplicación del análisis por ultrasonido se hace indispensable especialmente en la detección de fallas existentes en equipos rotativos que giran a velocidades inferiores a las 300 RPM, donde la técnica de medición de vibraciones es un procedimiento poco eficiente. Entre las características más importantes que hay que tener en cuenta a la hora de elegir un medidor de ultrasonidos están las siguientes: ⎯ Capacidad para variar la frecuencia de captación. No todos los equipos pueden variar la frecuencia ⎯ Que tenga los accesorios necesarios para poder realizar las medidas que se necesitan (direccionadores, diversos tipos de captadores, auriculares, etc.) ⎯ Que la pantalla del equipo sea clara e indique en dB la intensidad del sonido captado ⎯ Que el software que acompaña al equipo permita investigar el fallo y realizar informes.

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8. Análisis de aceites El aceite lubricante juega un papel determinante en el buen funcionamiento de cualquier máquina. Al disminuir o desaparecer la lubricación se produce una disminución de la película de lubricante interpuesto entre los elementos mecánicos dotados de movimiento relativo entre sí, lo que provoca un desgaste, aumento de las fuerzas de rozamiento, aumento de temperatura, provocando dilataciones e incluso fusión de materiales y bloqueos de piezas móviles. Por tanto el propio nivel de lubricante puede ser un parámetro de control funcional. Pero incluso manteniendo un nivel correcto el aceite en servicio está sujeto a una degradación de sus propiedades lubricantes y a contaminación, tanto externa (polvo, agua, etc.) como interna (partículas de desgaste, formación de lodos, gomas y lacas). El control de estado mediante análisis físico-químicos de muestras de aceite en servicio y el análisis de partículas de desgaste contenidas en el aceite (ferrografía) pueden alertar de fallos incipientes en los órganos lubricados. El análisis de aceite consiste en una serie de pruebas de laboratorio que se usan para evaluar la condición de los lubricantes usados o los residuos presentes. Al estudiar los resultados del análisis de residuos, se puede elaborar un diagnóstico sobre la condición de desgaste del equipo y sus componentes. Lo anterior, permite a los encargados del mantenimiento planificar las detenciones y reparaciones con tiempo de anticipación, reduciendo los costos y tiempos de detención involucrados.

9. Análisis de vibraciones Todas las máquinas en uso presentan un cierto nivel de vibraciones como consecuencia de holguras, pequeños desequilibrios, rozamientos, etc. El nivel vibratorio se incrementa si, además, existe algún defecto como desalineación, desequilibrio mecánico, holguras inadecuadas, cojinetes defectuosos. La vibración mecánica es el parámetro más utilizado universalmente para monitorear la condición de la máquina, debido a que a través de ellas se pueden detectar la mayoría de los problemas que ellas presentan. La base del diagnóstico de la condición mecánica de una maquina mediante el análisis de sus vibraciones se basa en que las fallas que en ella se originan, generan fuerzas dinámicas que alteran su comportamiento vibratorio. La vibración medida en diferentes puntos de la maquina se analiza utilizando diferentes indicadores vibratorios buscando el conjunto de ellos que mejor caractericen la falla. Entre los indicadores vibratorios que incluyen los programas de monitoreo continuo se encuentran entre otros: el espectro, la medición de fase de componentes vibratorias, los promedios sincrónicos y modulaciones. En la práctica, se requiere del uso de diferentes indicadores y técnicas de análisis, debido a que problemas diferentes pueden presentar síntomas similares. Para 251

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ilustrar la situación, suponga que el sistema de vigilancia de la máquina detecta un cambio en la amplitud de la componente vibratoria a 1xrpm. Este síntoma puede tener su origen en numerosos problemas: Desbalanceamiento, desalineamiento, solturas mecánicas, eje agrietado, pulsaciones de presión, resonancia, etc. Para poder discernir cuál es el problema específico, es necesario utilizar en forma integrada un conjunto de técnicas de diagnóstico. Para aplicarla de forma efectiva, es necesario conocer determinados datos de la máquina como son el tipo de cojinetes, de correas, número de alabes, etc., y elegir los puntos adecuados de medida. También es necesario seleccionar el analizador más adecuado a los equipos existentes en la planta.

10. Medida de la presión Dependiendo del tipo de máquina puede ser interesante para confirmar o descartar ciertos defectos, utilizada conjuntamente con otras técnicas predictivas. Se suele utilizar la presión del proceso para aportar información útil ante defectos como la cavitación, condensación de vapores o existencia de golpes de ariete. En otros casos es la presión de lubricación para detectar deficiencias funcionales en los cojinetes o problemas en los cierres por una presión insuficiente o poco estable.

11. Medida de temperatura El control de la temperatura del proceso no suele utilizarse desde el punto de vista predictivo. Sin embargo se utiliza muy eficazmente el control de la temperatura en diferentes elementos de máquinas cuya variación siempre está asociada a un comportamiento anómalo. Así se utiliza la temperatura del lubricante, de la cual depende su viscosidad y, por tanto, su poder lubricante. Un aumento excesivo de temperatura hace descender la viscosidad de modo que puede llegar a romperse la película de lubricante. En ese caso se produce un contacto directo entre las superficies en movimiento con el consiguiente aumento del rozamiento y del calor generado por fricción, pudiendo provocar dilataciones y fusiones muy importantes. En los rodamientos y cojinetes de deslizamiento se produce un aumento importante de temperatura de las pistas cuando aparece algún deterioro. Asimismo se eleva la temperatura cuando existe exceso o falta de lubricante. También aumenta la temperatura ante la presencia de sobrecargas. Por todo ello se utiliza frecuentemente la

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medida de temperatura en rodamientos y cojinetes, junto con otras técnicas, para la detección temprana de defectos y su diagnóstico. La temperatura en bobinados de grandes motores se mide para predecir la presencia de fallos como sobrecargas, defectos de aislamiento y problemas en el sistema de refrigeración. Por último también puede aportar información valiosa la temperatura del sistema de refrigeración. En efecto, cualquier máquina está dotada de un sistema de refrigeración más o menos complejo para evacuar el calor generado durante su funcionamiento. La elevación excesiva de la temperatura del refrigerante denota la presencia de una anomalía en la máquina (roces, holguras inadecuadas, mala combustión, etc.) o en el propio sistema de refrigeración.

12. Termografía Junto con el análisis de vibraciones detallado en el punto 9, las técnicas termográficas son las estrellas del mantenimiento predictivo. Las inspecciones termográficas se basan en que todo equipo y/o elemento emite energía desde su superficie. Esta energía se emite en forma de ondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz a través del aire o por cualquier otro medio de conducción. La termografía infrarroja es la técnica de producir una imagen visible a partir de radiación infrarroja invisible para el ojo humano, emitida por objetos de acuerdo a su temperatura superficial. La termografía es una técnica que utiliza la fotografía de rayos infrarrojos para detectar zonas calientes en dispositivos electromecánicos. Mediante la termografía se crean imágenes térmicas cartográficas que pueden ayudar a localizar fuentes de calor anómalas. Así se usa para el control de líneas eléctricas (detección de puntos calientes por efecto Joule), de cuadros eléctricos, motores, máquinas y equipos de proceso en los que se detectan zonas calientes anómalas bien por defectos del propio material o por defecto de aislamiento o calorifugación. Para ello es preciso hacer un seguimiento que nos permita comparar periódicamente la imagen térmica actual con la normal de referencia. La termografía permite detectar, sin contacto físico con el elemento bajo análisis, cualquier falla que se manifieste en un cambio de la temperatura, midiendo los niveles de radiación dentro del espectro infrarrojo.

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En general, un fallo electromecánico antes de producirse se manifiesta generando e intercambiando calor. Este calor se traduce habitualmente en una elevación de temperatura que puede ser súbita, pero, por lo general y dependiendo del objeto, la temperatura comienza a manifestar pequeñas variaciones. Si es posible detectar, comparar y determinar dicha variación, entonces se pueden detectar fallos que comienzan a gestarse y que pueden producir en el futuro cercano o a mediano plazo una parada de planta y/o un siniestro afectando personas e instalaciones. Esto permite la reducción de los tiempos de parada al minimizar la probabilidad de paradas imprevistas, no programadas, gracias a su aporte en cuanto a la planificación de las reparaciones y del mantenimiento. Como primera aproximación, pueden tomarse como referencia las siguientes variaciones sobre la temperatura ambiente, a fin de determinar un programa de reparación: Hasta 20ºC..Indica problemas, pero la reparación no es urgente. Se puede efectuar en paradas programadas. 20ºC a 40ºC. Indica que la reparación requerida es urgente dentro de los 30 días. 40ºC y más. Indica una condición de emergencia. La reparación, se debe realizar de inmediato.

13. Control de espesores en equipos estáticos Una de las pruebas más relevantes en lo que se refiere al mantenimiento sistemático de tubos, tanques y de una gran gama de piezas es “La medición de espesores” la cual garantiza la seguridad de las instalaciones a través del tiempo, y consiste en medir el espesor de pared de las partes más críticas de los equipos, puesto que con el tiempo se van desgastando de acuerdo con sus ciclos de trabajo y las condiciones climáticas donde estén operando las cuales generan grados de corrosión elevados y por lo tanto, desgaste de los mismos. Los procedimientos usuales involucran una fuente o emisor y un receptor, en general todos los métodos se basan en la absorción de energía del elemento bajo estudio. Así, éstos pueden clasificarse en: de transmisión y de retrodispersión. En el primero, el material a medir se encuentra entre el emisor y el receptor. El valor a estudiar es la absorción que se experimenta, proporcional al espesor, al material y a su densidad.

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Los métodos de retrodispersión se basan en la fracción de la radiación emitida que se desvía de su trayectoria original con ángulos superiores a 90º luego de haber interactuado con el medio a medir. Aunque existen otras técnicas, los Medidores Ultrasónicos de Espesores son muy utilizados para medir un amplio rango de substratos y aplicaciones por pérdida de espesor debido al desgaste, y la erosión o corrosión. Los medidores están diseñados para medir el espesor de substratos metálicos (hierro fundido, acero y aluminio) y cualquier otro conductor de ondas ultrasónicas considerando que ha tenido un paralelo relativo en superficies inferiores y superiores. El sistema de medición como tal, utiliza el principio ultrasónico no destructivo del pulso-eco para medir el espesor de pared. Es ideal para control de calidad y para medir los efectos de corrosión, erosión y desgaste. Está provisto de una sonda -Probe- (transductor) la cual transmite un pulso ultrasónico dentro de la pieza. Este pulso viaja a través del material hasta el otro lado. Cuando se encuentra en una interfase tal como aire u otro material, el pulso se refleja de vuelta a la sonda. Para determinar el espesor, el instrumento mide el tiempo que le toma al pulso hacer este viaje de ida y vuelta y lo divide por dos. El resultado se multiplica por la velocidad del sonido en el material del cilindro. La velocidad del sonido se expresa en términos de pulgadas por microsegundo o metros por segundo. Es diferente para todos los materiales. Por ejemplo el sonido viaja a través del acero más rápido (0,233 pulgadas por microsegundo) de lo que viaja a través del plástico (0,086 pulgadas por microsegundo) La medición se lleva a cabo en una forma muy sencilla, 1. Simplemente se aplica a la superficie que se va a medir material acople, para así eliminar brechas de aire entre la cara de contacto y la superficie. 2. Se coloca la sonda sobre la superficie del equipo en el punto exacto de medición donde colocó el material acople, y se presiona la sonda moderadamente. Cuando la sonda percibe el eco del ultrasonido, se puede leer el espesor en pantalla y tomar hasta seis mediciones por segundo. Cuando la sonda se retira de la superficie del equipo en pantalla queda la última medición. Las compañías que utilizan métodos de inspección no destructivos en la medición de espesores minimizan las preocupaciones de seguridad, aseguran el cumplimiento de normas o códigos, y reducen la frecuencia de reparaciones mayores. (Y los costos subsecuentes).

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14. Impulsos de choque Dentro de las tareas de mantenimiento predictivo suele tener un elevado peso el control de estado de los rodamientos por ser éstos elementos muy frecuentes en las máquinas y fundamentales para su buen funcionamiento, al tiempo que están sujetos a condiciones de trabajo muy duras y se les exige una alta fiabilidad. Entre las técnicas aplicadas para el control de estado de rodamientos destaca la medida de los impulsos de choque. Proporcionan una medida indirecta de la velocidad de choque entre los elementos rodantes y las pistas de rodadura, es decir, la diferencia de velocidad entre ambos es el momento del impacto. Esos impactos generan, en el material, ondas de presión de carácter ultrasónico llamadas “impulsos de choque”. Se propagan a través del material y pueden ser captadas mediante un transductor piezoeléctrico, en contacto directo con el soporte del rodamiento. El transductor convierte las ondas mecánicas en señales eléctricas que son enviadas al instrumento de medida. Para mejorar su sensibilidad y, como quiera que el tren de ondas sufre una amortiguación en su propagación a través del material, el transductor se sintoniza eléctricamente a su frecuencia de resonancia. Los impulsos de choque, aunque presentes en cualquier rodamiento, van aumentando su amplitud en la medida en que van apareciendo defectos en los rodamientos, aunque estos defectos sean muy incipientes. Por ello es utilizada la medida de la amplitud como control de estado de los rodamientos en los que, tras la realización de numerosas mediciones, se ha llegado a establecer los valores “normales” de un rodamiento en buen estado y los que suponen el inicio de un deterioro aunque todavía el rodamiento no presente indicios de mal funcionamiento por otras vías.

15. Análisis de gases El analizador de gases es el instrumento que se utiliza para determinar la composición de los gases de escape en calderas y en motores térmicos de combustión interna. Consta básicamente de un elemento sensor que puede llevar integrada la medición de varios gases o uno sólo, y un módulo de análisis de resultado, donde el instrumento interpreta y muestra los resultados de la medición. El equipo es capaz de medir la concentración en los gases de escape de un número determinado de compuestos gaseosos. Los que se miden habitualmente son los que se detallan en la tabla 45. 256

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Tabla 45

La concentración de esas sustancias en los gases de escape se mide con dos finalidades, igualmente importantes: ⎯ Asegurar el cumplimiento de los condicionantes ambientales del motor, en base a los permisos y normativas legales que deba cumplir la planta ⎯ Asegurar el buen funcionamiento de caldera, el motor o la turbina

El primero de esos objetivos parece claro. La planta en la que está instalado el equipo de combustión debe cumplir una serie de normas, y para asegurarlo, las propias normas establecen la periodicidad con la que deben medirse determinados gases. En cuanto al segundo, la composición de los gases revelará la calidad del combustible, el estado del motor y el correcto ajuste de determinados parámetros, como la regulación de la mezcla de admisión, la relación de compresión y la eficacia de la combustión. La tabla 46 detalla los problemas que se pueden diagnosticar si se detectan concentraciones anormales de los gases analizados.

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Tabla 46

Es recomendable que el plan de mantenimiento de un equipo de combustión o de un motor térmico contemple análisis periódicos de los gases de escape, siendo aconsejable que se realicen con una frecuencia inferior a tres meses.

16. Otras técnicas Debido a que existen máquinas con características de diseño y funcionamiento muy diferentes, se ha hecho necesario investigar en nuevas técnicas de análisis que permitan su diagnóstico confiable. Entre las máquinas rotatorias que no son susceptibles de diagnosticar confiablemente con las técnicas de análisis “tradicionales”, están las máquinas de velocidad y carga variable, las máquinas de baja velocidad (menos de 600rpm) y las máquinas de muy alta velocidad. Por ejemplo para las máquinas de velocidad variable se ha incluido en algunos equipos comerciales una función llamada “Análisis de Orders” o “Order Tracking”, para el análisis espectral, sin embargo, se ha visto que tienen limitación cuando la velocidad varia rápidamente. Otro ejemplo son las máquinas de baja velocidad las cuales comúnmente generan vibraciones de niveles muy 258

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bajos que no son posibles de analizar debido al nivel de ruido inherente en la cadena de medición y por tanto es necesario desarrollar tanto, instrumentos y sensores con menor ruido inherente como también técnicas de procesamiento para el tratamiento de ruido de las señales periódicas.

4.8. Análisis de la degradación y contaminación del aceite 4.8.1. Introducción Los sistemas de lubricación juegan un papel muy importante en el funcionamiento de cualquier tipo de máquina y tienen encomendadas una serie de funciones, entre las que destacan: • lubricar las partes sometidas a fricción (reducir el rozamiento y, por tanto, el desgaste y la energía consumida por este concepto). • disipar el calor generado por fricción. • reducir fugas internas (sellado de piezas, etc.). • proteger las piezas de la corrosión. • arrastrar partículas, condensados y sedimentos limpiando y controlando la formación de barros. Para que el aceite pueda cumplir todas estas funciones satisfactoriamente debe mantenerse limpio, químicamente estable y libre de contaminantes. Por ello los síntomas que sirven para controlar el estado del sistema de lubricación son la degradación y la contaminación del aceite. Además de esto, es fundamental que la presión, temperatura y caudal de aceite se mantengan dentro de los valores apropiados en cada caso. La degradación del aceite es el proceso por el que se reduce su capacidad para cumplir sus funciones por alteración de sus propiedades. La contaminación del aceite se debe a la presencia de sustancias extrañas, tanto por causas externas como internas: • Elementos metálicos, procedentes de desgaste de piezas sometidas a fricción y que producen a su vez desgaste abrasivo.

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• Óxidos metálicos, procedentes de la oxidación de piezas y desgaste de las mismas que originan igualmente desgaste abrasivo. • Polvo y otras impurezas que se introducen en el sistema de lubricación y proceden del medio exterior (filtros rotos, orificios, respiraderos, etc.) • Agua procedente de los sistemas de refrigeración y/o condensación de humedad atmosférica. • Combustibles, que diluyen el aceite. • Productos procedentes de la degradación de los aceites, como barnices y lacas que resultan del proceso de envejecimiento del aceite. La contaminación y degradación del aceite están íntimamente relacionadas, ya que la contaminación altera las propiedades físicas y químicas del aceite acelerando su degradación. Por otra parte, la degradación produce sustancias no solubles en el aceite que facilitan el proceso de desgaste.

4.8.2. Viscosidad I. Definición y Técnicas de Medidas. La viscosidad es la propiedad física más importante del lubricante, ya que fija las pérdidas por fricción y la capacidad de carga de los cojinetes. La viscosidad del aceite depende de la temperatura. Para expresar la tendencia del aceite a cambiar su viscosidad con la temperatura se utiliza el índice de viscosidad, que se obtiene de la comparación de la viscosidad del aceite en SSU a 100º F con la de otros dos aceites en las mismas condiciones, pero uno de ellos tiene poca variación de la viscosidad con la temperatura (base parafínica, al que se asigna arbitrariamente el valor 100) y otro cuya variación es muy elevada (base nafténica, al que se asigna el valor 0). El índice de viscosidad es menos significativo como parámetro de diagnóstico que la viscosidad, ya que la disminución del índice de viscosidad por degradación de los aditivos correspondientes no es detectable en la mayoría de los casos. La viscosidad se mide mediante viscosímetros, distinguiéndose diversos métodos: - Medición de la viscosidad mediante el tiempo de escurrimiento del aceite a través de un capilar. Son los llamados viscosímetros cinemáticos (Ostwal, etc.).

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- Medición de la viscosidad mediante el tiempo de escurrimiento del aceite a través de un pequeño tubo u orificio. Entre ellos se encuentran los viscosímetros Saybolt, Redwood y Engler. - Medición del efecto de cizallamiento producido en el aceite contenido entre dos superficies, sometidas a un movimiento relativo. Son los viscosímetros dinámicos (Mac Michel, etc.) - Medición de la viscosidad mediante el tiempo de desplazamiento de un objeto sólido a través del aceite. Los de bolas poseen dos tubos que se llenan de aceites nuevo y usado. - Utilizan dos bolas similares para medir la diferencia de viscosidad entre los dos aceites. Son los llamados viscosímetros comparativos.

II. Efecto de los fallos sobre la viscosidad del aceite. Un aceite en servicio puede aumentar, disminuir ó permanecer constante su viscosidad. - La viscosidad disminuye normalmente por contaminación con el combustible (motores térmicos), mezcla con condensables del gas comprimido (compresores de gas combustible), contaminación con otro aceite menos viscoso, etc. - La viscosidad aumenta normalmente por oxidación del aceite, que da lugar a la formación de productos de descomposición más viscosos, partículas carbonosas y otros contaminantes. Ello puede ocurrir por contaminación tanto interna como externa, tanto de partículas sólidas como agua. Algunos fallos típicos son: • Combustión defectuosa • Filtro de aire de admisión obstruido • Turbocompresor defectuoso • Desgaste excesivo en los conjuntos camisa-segmentos • Fallos en sistema de refrigeración que producen fugas de agua • Filtro de aceite sucio ó obstruido. - Si la viscosidad permanece constante no significa siempre que las propiedades del aceite no se han alterado, ya que pueden coexistir fallos que tienden a disminuir la viscosidad junto con otros que tienen a aumentarla, compensándose ambos efectos.

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III. Parámetros de Diagnóstico. Los parámetros de diagnóstico asociados a la viscosidad del aceite son la medida de la misma, por los diversos métodos: a) Viscosidad absoluta ó dinámica (μ), medida directamente con viscosímetros dinámicos: • Su ecuación de dimensiones: [μ] = [F] [T] [L]-2 • Su unidad en el S.I. es el N.s/m2 = 1 Pa. s • Todavía se usa la unidad del sistema c.g.s.: 1 dina.s/cm2 = 1P (Poise) y su submúltiplo el centipoise: 1 cP = 10-2 P • Es la medida que se debe usar para aceites usados b) Viscosidad cinemática υ = μ/ρ • Su ecuación de dimensión: [υ] = [L]2 [T]-1 • Su unidad en S.I. es 1 m2/s. • Se sigue utilizando la unidad del sistema c.g.s.: 1 cm2/s = 1 St (Stoke) y su submúltiplo el centistoke: 1 cSt = 10-2 St. c) Viscosidad en otras unidades empíricas: grados Engler, segundos Saybolt, segundos Redwood, etc.

IV. Desviación admisible. Se considera un aceite en servicio degradado y sin capacidad para realizar bien su función si su viscosidad ha variado ± 20% de la del nuevo.

4.8.3. Punto de inflamación I. Definición y Técnicas de Medida El punto de inflamación es la temperatura mínima a la que se desprenden vapores combustibles capaces de inflamarse en presencia de una llama. Está muy relacionado con la viscosidad, de forma que cuando el punto de inflamación baja también lo hace la viscosidad y viceversa. Se determina calentando una muestra contenida en un pequeño vaso y aplicando una pequeña llama en la proximidad de la superficie. La temperatura a la cual se inflama

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momentáneamente representa el punto de inflamación de la muestra (Métodos Normalizados ASTM D92 de vaso abierto y ASTM D93 de vaso cerrado).

II. Efecto de los fallos sobre el punto de inflamación del aceite El punto de inflamación de un aceite en servicio, puede aumentar ó disminuir, como ocurre con la viscosidad. El aumento del punto de inflamación del aceite usado es debido al tiempo de utilización, debido a la vaporización de las partes volátiles. La reducción del punto de inflamación del aceite usado es debido a la presencia de combustible (motores térmicos) los cuales provocan un descenso muy acusado.

III. Desviación admisible Se considera inadmisible cuando el punto de inflamación ha disminuido un 30% ó si baja de 180ºC.

4.8.4. Acidez/Basicidad I. Definición y Técnicas de Medida En un aceite el grado de acidez ó alcalinidad puede expresarse por el número de neutralización respectivo, el cual se define como la cantidad de base ó ácido, expresado en mgr. de KOH, que se requiere para neutralizar el contenido ácido ó base de un gramo de muestra, en condiciones normalizadas. La acidez ó alcalinidad de un aceite nuevo da información sobre el grado de refino y aditivación; mientras que el de uno usado da información sobre los contaminantes y fundamentalmente sobre la degradación del mismo. Existen métodos normalizados para medir tanto la acidez como la basicidad. (Métodos ASTM D-943 y ASTM D-974).

II. Efectos de los fallos sobre la acidez/basicidad del aceite Los fallos que producen un aumento de la acidez del aceite producen simultáneamente una reducción en la basicidad propia del aceite. El aumento de la

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acidez está asociado a su oxidación y a la contaminación por los ácidos provenientes de la combustión (motores térmicos). Los más importantes son: • Bomba de inyección o inyectores defectuosos. • Turbocompresor defectuoso. • Filtro de aire obstruido. • Contaminación del aceite con azufre del combustible y otros ácidos. • Sobrecalentamientos por fallo de la refrigeración. • Filtro obstruido ó ineficiente.

III. Parámetros de diagnóstico Los parámetros de diagnóstico para la acidez/basicidad del aceite son: - TAN (Número de ácido total). Representa los mgr de KOH necesarios para neutralizar todos los constituyentes ácidos presentes en 1 gramo de muestra de aceite. Se utiliza poco porque su medida depende de los aditivos presentes en el aceite. Además, experimentalmente se puede comprobar que existe una relación entre la reducción del número de base total y el aumento del TAN, por lo que se prefiere seguir la evolución del primero por ser más significativo para evaluar un aceite y diagnosticar causas de fallos. - TBN (Número de base total). Representa los mgr. equivalentes de KOH necesarios para neutralizar sólo a los constituyentes alcalinos presentes en un gramo de muestra.

Figura 113 264

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Además de estar íntimamente relacionados el TAN y TBN, existe una relación directa entre la reducción del TBN y el desgaste, según se aprecia en la figura. Se inicia un desgaste anormal por corrosión cuando el valor del TAN cruza el TBN.

IV. Desviación admisible En la evaluación de un aceite motor, se aconseja el cambio de aceite cuando el TBN es inferior al 60% del TBN inicial, ó se encuentra por debajo del valor recomendado por el fabricante del motor. El TBN de un aceite de motor nuevo debe ser mayor cuanto mayor sea el contenido en azufre del carburante. En cuanto al TAN es aconsejable el cambio cuando éste llega a un valor del 80% del TBN medido.

4.8.5. Insolubles I. Definición y Técnicas de Medida Varios de los productos de la degradación de los aceites son sólidos insolubles en el aceite base, formando lacas, barnices y lodos. El resto queda disuelto en el aceite aumentando su viscosidad. Su conocimiento es interesante para el diagnóstico ya que están relacionados directamente con la degradación del aceite, la eficacia de los filtros, el desgaste y en el caso de aceites detergentes con la saturación de su capacidad dispersante. Los insolubles se miden mediante métodos basados en la sucesiva solubilidad ó insolubilidad en diversos disolventes. El método consiste en disolver una parte de la muestra del aceite en un disolvente y posteriormente se separa la parte insoluble por filtración y centrifugación. Los insolubles en pentano representan la casi totalidad de insolubles del aceite y están formados por contaminantes externos y por productos de la degradación del mismo que se separan fácilmente. Los insolubles en tolueno representan productos de contaminación externa, de la corrosión, del desgaste, carbón formado en la combustión incompleta y posible coquización del aceite. La diferencia entre los insolubles en pentano y los insolubles en tolueno son los óxidos orgánicos que es lo que se trata de determinar.

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II. Efecto de los fallos sobre los insolubles del aceite Los insolubles se forman por oxidación, combustión, desgaste y contaminación externa. Los fallos más importantes que producen aumento de insolubles son: • Bomba de inyección ó inyectores defectuosos. • Turbocompresor defectuoso. • Desgaste de componentes del motor. • Filtro de aire roto u obstruido. • Aceite degradado, ya que la degradación produce insolubles. • Filtro de aceite obstruido ó ineficiente.

III. Desviación admisible Un valor superior al 3% de insolubles indica que el aceite está degradado.

4.8.6. Detergencia/Dispersividad I. Definición y Técnicas de Medida La propiedad detergente de los aceites se refiere a su capacidad para evitar ó reducir la formación de depósitos carbonosos en alojamientos (de segmentos, guías, etc.), originados por las altas temperaturas. Los aceites detergentes mantienen en suspensión los depósitos producidos. La dispersividad de los aceites se refiere a su capacidad para mantener dispersos, es decir, evitar la aglomeración de los lodos húmedos originados en el funcionamiento en frío del motor, que son compuestos complejos de carbón, óxidos y agua. La detergencia y la dispersividad se reducen con la degradación y el consumo de los aditivos correspondientes que están formados por compuestos de calcio, magnesio y bario en los detergentes y por compuestos orgánicos (carbón e hidrógeno) en los dispersantes. El método más sencillo y utilizado para la evaluación de la detergencia y dispersividad por su sencillez y rapidez es el análisis de la mancha de aceite, que se explica más adelante. Los aditivos que confieren la detergencia y dispersividad tienen carácter básico por lo que son estos aditivos los que se cuantifican cuando se determina el TBN. Por tanto, para evaluar la detergencia y dispersividad lo mejor es controlar el TBN. Asimismo se pueden determinar elementos por espectroscopia.

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II. Efectos de los fallos sobre la detergencia y dispersividad del aceite. Los fallos enumerados antes, que degradan el aceite, hacen reducir su detergencia y dispersividad.

4.8.7. Contaminación del aceite La presencia de materias extrañas en el aceite, sean de origen interno o externo, provocan la contaminación del aceite y degradación de sus propiedades. Las más frecuentes fuentes de contaminación son: • presencia de agua • presencia de materia carbonosa • presencia de polvo atmosférico • presencia de metales de desgaste interno

MATERIA CARBONOSA I. Definición y Técnicas de Medida En un aceite de motor la presencia de materia carbonosa es el resultado del paso de los productos de la combustión al aceite. Estos productos además de producir espesamiento del aceite cambiando su viscosidad, producen depósitos en las superficies internas del motor. Se mide mediante un fotómetro el cual compara la opacidad de una solución en benceno del aceite usado con una serie de filtros de opacidad conocida. Los filtros están graduados directamente en porcentaje de materia carbonosa, de 0,2 en 0,2%. Se considera un aceite contaminado cuando se alcanza un 3% de materia carbonosa. También se mide mediante la valoración de insolubles y con el método de la mancha de aceite.

II. Efecto de los fallos sobre la contaminación con materias carbonosas en el aceite. Los fallos que producen un aumento anormal de materias carbonosas en el aceite de un motor son: • Fallos del sistema de inyección. 267

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• Turbocompresor defectuoso o intercooler obstruido. • Filtro de aire obstruido. que están asociados a una combustión anormal. Además hay otros tipos de fallos que favorecen este tipo de contaminación, como son: • Desgaste excesivo del conjunto segmentos-camisas. • Degradación del aceite. • Filtro de aceite obstruido o ineficiente.

AGUA I. Definición y Técnicas de Medida La contaminación con agua procede, en un motor, de la condensación en el interior por bajas temperaturas o aumento de la presión en el cárter. También las puede producir las posibles fugas del sistema de refrigeración. El efecto del agua sobre el aceite es su degradación y corrosión de los metales. Existen varios métodos para su medida: - Método de la crepitación en plancha caliente, el más utilizado como indicador cualitativo de presencia de agua en cantidades superiores a 0,05%. Consiste en dejar caer una gota de aceite en una plancha caliente y observar si se produce crepitación. La intensidad del ruido de crepitación es una indicación de la cantidad de agua contaminante. - La medida de la constante dieléctrica también detecta cualitativamente concentraciones de agua superiores al 0,1%. - El método de la mancha de aceite, aunque con este método solo se detectan concentraciones muy elevadas (superiores al 5%).

II. Efecto de los fallos sobre el agua en el aceite Los principales fallos asociados con el aumento del contenido en agua del aceite son todos aquellos que producen fugas internas de refrigerante al aceite. Se considera que un aceite tiene una contaminación de agua inadmisible y, por tanto, debe ser sustituido cuando se alcanza más de un 0,5%.

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0TROS ELEMENTOS CONTAMINANTES I. Definición y Técnica de Medida Son elementos metálicos o no (hierro, cobre, sílice, boro, etc.) que entran al aceite provenientes tanto de fuentes externas como internas. Su análisis alertan, por tanto, tanto del posible desgaste de elementos internos como sobre otras posibles fuentes de contaminación. A continuación, aparece una tabla con los elementos contaminantes y su posible procedencia en el aceite.

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4.8.8. Espectrometría Es el método de determinación y cuantificación de elementos contaminantes en el aceite más usado. Se basa en la propiedad de los átomos de emitir radiación compuesta de longitudes de onda características de cada elemento cuando son excitados. Esta radiación es función de la configuración electrónica del átomo, de forma que elementos diferentes emiten radiaciones diferentes, lo que permite su identificación. Para el análisis de elementos contaminantes en aceites usados se aplican métodos de espectrometría tanto de emisión como de absorción, aunque la espectrometría de emisión tiene el inconveniente de ser insensible a partículas de más de 5μm. Se recomienda no usar sólo la concentración de partículas como parámetro de diagnóstico pues al aumentar la severidad del fallo también aumenta el tamaño de las partículas, como se puede apreciar en la siguiente figura:

Figura 114

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4.8.9. Ferrografía I. Es una técnica analítica que separa las partículas magnéticas del aceite, aplicándole un campo magnético (Fig. 115). Las partículas grandes se depositan primero y las pequeñas recorren una mayor distancia en el porta-objeto.

Figura 115

La distribución de partículas en el porta-objeto se denomina Ferrograma. Se utilizan tres técnicas de análisis: - Ferrografía cualitativa, basada en un análisis de opacidad en un punto específico antes del final del ferrograma. - Ferrografía de lectura directa, que valora la concentración de partículas de desgaste mediante la toma de dos medidas de opacidad en puntos diferentes al comienzo del Ferrograma. - Análisis de los ferrogramas al microscopio para diagnosticar modos de fallo basado en el tamaño y forma de las partículas. La eficacia de la Ferrografía depende obviamente de la facilidad de separación magnética de las partículas del aceite. En relación con la Espectrometría, la Ferrografía produce mejores datos cualitativos sobre morfología de las partículas, distribución de tamaños (de 2 a 20 μm), modo de desgaste y características metalográficas, pero no tiene la calidad cuantitativa de la espectrometría. 271

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II. Efecto de los fallos sobre los elementos contaminantes del aceite. Los fallos más importantes asociados con la presencia de elementos contaminantes en un aceite de motor son: 1. Desgaste anormal del conjunto camisa-segmentos. Genera partículas de hierro y cromo, salvo que solo procedan de la camisa en cuyo caso genera solo partículas de hierro. Son los elementos más sometidos a desgaste en un motor y como la película de aceite entre ambos suele ser de 3 a 7 μm, se deduce que las partículas generadas por este tipo de desgaste tendrán menos de 10 μm. 2. Desgaste anormal del pistón o alojamientos de los segmentos. Como quiera que la mayoría de los motores actuales tienen el pistón en aleación de aluminio, el desgaste del pistón se detecta por un aumento del contenido en aluminio del aceite. 3. Desgaste anormal del cigüeñal. Generalmente se detecta por aumento de la presencia de partículas de hierro en el aceite. 4. Desgaste anormal de cojinetes. Se detecta por la presencia de elementos como el plomo, antimonio, estaño y cobre, componentes del metal anti-fricción con que se hacen los cojinetes. Como la película de aceite entre cojinetes y cigüeñal suele estar en el rango de 0,5 a 20 μm, las partículas asociadas a su desgaste son las de menos de 20 μm. 5. Desgaste anormal del árbol de levas y empujadores. Este es el segundo conjunto en importancia en lo referente al desgaste de un motor y, por consiguiente, en la aportación de hierro que es su principal constituyente. El espesor de película de aceite entre levas y empujadores está en el rango de 0 a 1μm, por lo que las partículas generadas suelen ser de tamaño inferior a 1μm. 6. Motor muy desgastado o gripado. Se trata de un desgaste global del motor y, consecuentemente, se detectará por la presencia de la mayoría de los elementos contaminantes del aceite en valores elevados, acompañado de una gran velocidad de desgaste. 272

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7. Filtro de aire roto o mal instalado. Produce un aumento de elementos como sílice y aluminio en el aceite, provenientes del polvo atmosférico. 8. Filtro de aceite obstruido o ineficiente. Cuando se obstruye el filtro de aceite, la circulación del mismo se produce por el by-pass, con lo que aumenta la contaminación del aceite rápidamente.

III. Parámetros de diagnóstico de los elementos contaminantes del aceite. - Parámetros de diagnóstico en Espectrometría. Se utilizan la concentración de partículas y la velocidad de contaminación, La concentración se expresa en ppm de cada elemento metálico y el valor límite depende del tipo de motor y condiciones de servicio, siendo lo más aconsejable hacer un seguimiento de la evolución de cada motor. - Parámetros de diagnóstico en Ferrografía. Se usan la densidad del ferrograma y la lectura directa del ferrograma (D). La densidad se define como el porcentaje de área cubierta por el campo de visión del sensor óptico de evaluación, que puede tomar valores entre 0 y 100% de área cubierta. La lectura directa del ferrograma es una cuantificación de partículas en los ferrogramas y puede tomar valores entre 0 y 190, medido de forma similar a la densidad pero tanto el sensor como el porta-objeto (cilíndrico en este caso) son distintos. Se hacen dos lecturas, una referida a la densidad de partículas grandes (Dg) y otra a las pequeñas (Dp).

4.8.10. Análisis de la mancha de aceite I. Descripción del método. Consiste en depositar una gota de aceite usado sobre un papel de filtro determinado y observarla al cabo de varias horas. La gota se deposita con una varilla de vidrio de 6 mm. de diámetro para que el ensayo sea repetitivo; sin embargo, aunque el tamaño de la mancha está influido por el volumen de la gota, su configuración no se altera sensiblemente. 273

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La mancha presenta generalmente tres zonas como se observa en la figura:

Figura 116.- Mancha de aceite

― Zona central o de carbón, con su barrera límite. ― Zona intermedia o de detergencia. ― Zona exterior o de oxidación. Se hacen dos manchas con cada aceite usado: una a 20ºC (más o menos temperatura ambiente) y otra a 200ºC (temperatura de funcionamiento). Es un ensayo sencillo que permite obtener, sin embargo, bastante información sobre la situación del aceite. Su precisión, por el contrario, no es grande y requiere cierta experiencia.

II. Interpretación de la mancha. - La zona central está formada por partículas insolubles. Su opacidad caracteriza el contenido en carbón. - La zona intermedia, más o menos oscura, caracteriza el poder dispersante residual del aceite. Se aprecia, por tanto, la dispersividad por la diferencia de diámetros de las dos zonas.

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En esta zona intermedia también se aprecia el contenido en agua: el anillo de difusión aparece irisado de rayos y dientes de sierra, como un sol. - La zona exterior, desprovista de materias carbonosas, es donde llegan las fracciones más volátiles del aceite o combustible contaminante. Su coloración más o menos amarillenta está relacionada con la oxidación del aceite o con la presencia de combustible.

4.8.11. Normas ASTM 1. Determinación de la Viscosidad Cinemática. NORMA ASTM D-445. La viscosidad absoluta de un fluido es la fuerza tangencial por unidad de área necesaria para mover un plano horizontal con respecto a otro a una velocidad unitaria y que se mantiene a una distancia unitaria separado por el fluido. Cuando el espesor del fluido es un centímetro, la fuerza una dina por centímetro cuadrado y la velocidad un centímetro por segundo, la viscosidad es un poise. El método más usado para reportar la viscosidad es Segundos Saybolt Universal (SSU) o centistokes, el valor cinemático. Estos valores se pueden convertir a otros sistemas como el Furol, Saybolt, Engler y Redwood. • Determinación de la Viscosidad Cinemática por medios capilares. Se han diseñado varios tubos capilares de vidrio para obtener datos de viscosidad en aceites. Algunos de estos se muestran en la figura 117. Cada instrumento tiene sus propias características y detalles específicos de operación (Ver Norma ASTM D-446).

Figura 117.- Viscosidad Ubbelohde (fluidos opacos) y Cannon Fenske (fluidos transparentes)

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DespuĂŠs de que se llena el viscosĂ­metro, lo que se hace normalmente aplicando un ligero vacĂ­o al tubo de mayor diĂĄmetro y llevando el aceite hacia arriba en el brazo capilar, la unidad se monta firmemente en forma vertical en un baĂąo a temperatura constante. Se deja que el viscosĂ­metro cargado llegue a la temperatura del baĂąo y se ajusta el nivel del aceite por encima de la primera marca en el capilar. Esto se puede hacer aplicando un vacĂ­o ligero en el extremo del capilar. Se mide el periodo de tiempo necesario para que el menisco del aceite dentro del capilar fluya desde la primera a la segunda marca. Si se conoce la constante de calibraciĂłn del viscosĂ­metro, el tiempo de flujo se convierte a la lectura de viscosidad cinemĂĄtica:

đ?‘Ł = đ??ś Ă— ∆đ?‘Ą

donde: C = Constante de calibraciĂłn del viscosĂ­metro. ∆t = intervalo de tiempo necesario para el flujo.

2. DeterminaciĂłn del NĂşmero de NeutralizaciĂłn (TAN). NORMA ASTM D-664 y ASTM D-974. El TAN de un aceite nuevo indica su calidad, y en un aceite usado representa su grado de descomposiciĂłn. Todos los aceites durante su servicio se oxidan y si los productos de oxidaciĂłn son perĂłxidos o ĂĄcidos orgĂĄnicos (que se forman cuando el aceite mineral reacciona con el oxĂ­geno a altas temperaturas), producen desgaste corrosivo sobre las piezas que lubrican. Cuando el aumento en la viscosidad de un aceite usado es debido a su oxidaciĂłn, el TAN aumenta. Para evaluar esta caracterĂ­stica es necesario conocer el valor del TAN del aceite nuevo. 2.1. Indicador de color (ASTM D-974). Una cantidad de lubricante, dependiendo del color y la acidez o basicidad, se agrega a una soluciĂłn solvente (tolueno mĂĄs alcohol isopropĂ­lico y agua). La mezcla monofĂĄsica resultante se titula con una base estĂĄndar o una soluciĂłn ĂĄcida hasta que se observa el cambio de color o el punto final en el indicador adicionado (fenoftaleĂ­na). Si la muestra es fuertemente ĂĄcida, el nĂşmero se puede determinar extrayendo otra porciĂłn de la muestra en agua caliente y titulando el extracto acuoso con soluciĂłn de hidrĂłxido de potasio en indicador de anaranjado de metilo.

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Figura 118.- Variación del TBN, TAN y de la viscosidad de un aceite de motor

2.2. Método potenciométrico (ASTM D-664). Una muestra representativa se disuelve en una mezcla de tolueno, alcohol isopropílico y agua. La neutralización se efectúa agregando ya sea una solución de ácido clorhídrico o de hidróxido de potasio dependiendo si la muestra es básica o ácida. Los puntos finales se detectan potenciométricamente mediante el uso de un electrodo de referencia de calomel junto con un electrodo de vidrio protegido internamente. Para determinar el punto final se necesita una gráfica que relacione las medidas de voltaje resultantes de la lectura de titulación a los volúmenes de solución titulante. Normalmente, los puntos de inflexión de la curva indican el punto final. Sin embargo, cuando los puntos de inflexión no están bien definidos, el punto final se aproxima a la lecturas del potenciómetro que correspondan a aquellas determinadas para soluciones estabilizadoras no acuosas estándar. La figura 119 representa curvas de titulación para aceites típicos. La curva A muestra inflexiones no muy bien definidas, el punto final se debe aproximar de las lecturas correspondientes a aquellas que se encontraron para las soluciones estabilizadoras no acuosas. La curva B muestra un punto típico de un aceite que contiene un ácido débil, mientras que la curva C muestra inflexiones comunes para aceites que contienen tanto ácidos fuertes como débiles.

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3. Determinación del Número Básico de Neutralización (TBN). NORMA ASTM D-664. El TBN es básicamente una medida del potencial que tiene el aceite para neutralizar los ácidos que se vayan formando, como son: los compuestos de azufre, cloro y bromo. Este concepto se aplica principalmente a los aceites de motor y en transmisiones mecánicas y/o hidráulicas que requieren limpieza de los componentes que forman la transmisión. Está relacionado con la capacidad detergencia-dispersancia del aceite; a medida que el valor de TBN disminuye, se reduce, por ejemplo, la capacidad de limpieza del aceite hacia las partes del motor, en especial la zona de la cabeza del pistón, en los anillos de compresión y raspador de aceite.

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4. Determinación de la Oxidación. NORMA ASTM D-943 o TOST y método ASTM D-2272. La degradación de los aceites lubricantes bajo condiciones de servicio puede ser a menudo generada por la oxidación. La oxidación es la reacción química de las moléculas del aceite con el oxígeno y puede ser más o menos severa, dependiendo de factores del medio tales como agua, humedad, ácidos, contaminantes sólidos y metales catalizadores como el cobre.

4.1. Método ASTM D-943. El vaso de reacción consiste de un tubo de prueba largo con un tubo de entrada de oxígeno removible en su centro que sostiene una bobina catalizadora de cobre y acero de baja aleación. Un condensador enfriado por agua cierra el tubo y retorna los constituyentes volátiles al vaso de reacción (figura 120). Después de que se ha hecho el montaje de los equipos, se introducen 300 mL de la muestra de aceite, a 95º C, y oxígeno a una rata de 0.5 L/h. También se deben agregar 60 mL de agua destilada. La temperatura del aceite se mantiene constante (a 95º C) mediante un baño controlado termostáticamente. Cada 50 a 200 horas se sacan 10 mL de aceite y se le chequea el número de neutralización, ya sea por el método colorimétrico ASTM D-974 o por el potenciométrico ASTM–664. Esta prueba se emplea básicamente para los aceites de turbinas de vapor, en los cuales la calidad se da en términos de su resistencia a la oxidación. El aceite pasa la prueba si alcanza 1000 horas de ensayo como mínimo, con un número de neutralización por debajo o máximo de 2.0.

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4.2. Método ASTM D 2272. El método consiste en colocar una muestra del aceite nuevo o usado dentro de un recipiente hermético en el cual se encuentra alojada una bomba rotativa, inclinada 30º respecto a la horizontal figura 121. Se le agrega agua al aceite y la bomba, que gira a 100 RPM, le inyecta oxígeno a la muestra a una presión de 170 PSI. El tiempo de inducción (reacción del aceite con el oxígeno) se mide hasta el momento en que la presión del oxígeno dentro del recipiente hermético desciende 25 PSI.

Teóricamente, 10 minutos de inducción equivalen a un año de servicio del aceite. Este método en el caso de los aceites usados, sirve para evaluar el contenido de aditivos antioxidantes que aún le quedan al aceite, al compararlo con la resistencia a la oxidación del aceite nuevo. El límite mínimo de minutos de ensayo para un aceite nuevo es de 100 y para un aceite en servicio el 20% del valor original.

DIAGNOSTICO Los análisis de laboratorio, son una valiosa herramienta dentro del mantenimiento, siempre y cuando los resultados se sepan interpretar. Poco o nada se ganaría con enviar al laboratorio un sinnúmero de muestras de aceite usado, si en el momento de obtener los resultados el usuario no tiene los conceptos bien claros para interpretar y correlacionar las diferentes pruebas efectuadas. Es igualmente importante que a las muestras que se envíen al laboratorio se les realicen los análisis que realmente necesiten porque, dependiendo del tipo de aceite 280

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pueden requerir más o menos pruebas, las cuales pueden resultar importantes para un tipo de aceite e inservibles para otro. Las pruebas efectuadas que no se requieran elevan innecesariamente el costo del análisis.

DECISIONES Como paso siguiente en el proceso del mantenimiento predictivo, y teniendo los resultados del laboratorio, el lubricador deberá tomar las decisiones pertinentes para asegurar un programa de acción para los equipos que lo requieran, ya que por medio de estas se puede detectar y corregir anomalías tales como en el diseño, calidad de los repuestos, reducir costos por consumo de lubricantes, entre otros. Todas las acciones que se tomen a partir de los resultados de los análisis de aceites deben estar encaminados a hacer que los equipos logren un mejor desempeño en la cadena productiva de la empresa, por lo tanto el encargado de tomar las decisiones debe ser una persona que conozca y domine el tema, para que sus decisiones en lugar de mejorar las condiciones de los equipos, las deterioren.

4.8.12. Control de aceites en servicio Un problema relacionado con el mantenimiento del sistema de lubricación y que se plantea al técnico de Mantenimiento es cuándo debe cambiar el aceite por otro nuevo, es decir, cuándo se agotan las propiedades de un lubricante. Conocer este

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aspecto es vital para un buen mantenimiento de la maquinaria y, a su vez, para evitar costos por cambios prematuros. Para ello se recurre a analizar las propiedades mรกs significativas. Estos valores junto con las tolerancias que se apuntarรกn seguidamente, resuelven el problema planteado.

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Los límites anteriores se han ido estableciendo con la experiencia de fabricantes y usuarios. Sin embargo cada vez aparecen más normas relativas al análisis de lubricantes para mantenimiento predictivo. Entre ellas citaremos como más importantes:

• ASTM D 4378 Para turbinas de vapor y de gas • ASTM D 6224 Para engranajes, bombas, compresores y sistemas hidráulicos.

- Estas normas recogen los siguientes aspectos: • Test de aceptabilidad de un lubricante nuevo • Procedimiento de adquisición de muestras para lubricantes en servicio • Información para la interpretación de resultados de los ensayos • Niveles de alarma de lubricantes en servicio • Fuentes de procedencia de elementos inorgánicos

- Para el control del deterioro del lubricante con el tiempo de servicio es aplicable la ISO 3448. - Otras normas específicas para el control predictivo: • ISO 4406 (1987) • MIL – STD 1246 C (1994) • NAS 1638 (1992)

- Para que los resultados de análisis sean fiables es muy importante la adecuada adquisición de muestras. Para que la muestra sea representativa debemos vigilar los siguientes aspectos: • toma de muestra con el equipo en marcha mejor que parado • toma de muestra en un punto representativo del flujo de aceite y no en un punto de remanso • recipiente de toma de muestra perfectamente limpio • agitación de la muestra antes de analizar para su homogeneización.

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4.9. Anålisis de Vibraciones 4.9.1. Conceptos fundamentales Todos los problemas mecånicos son fuentes de vibración. De ahí que de todas las tÊcnicas predictivas (vibraciones, termografía, anålisis de aceites, ferrografía, etc.) la vibración es la mås utilizada pues permite conocer el estado de la maquinaria, su evolución y determinar la causa de la misma. • Paråmetros a recordar en relación con el fenómeno de las vibraciones mecånicas: La vibración es un movimiento periódico. Casi siempre es una superposición de varios movimientos periódicos de frecuencias y amplitudes variables que sumados dan lugar a movimientos periódicos complejos. - Frecuencia: Nº de ciclos por unidad de tiempo, [Hz (hertzios) = CPS]. Es la inversa del período. - Período: Tiempo que se invierte en un ciclo vibratorio completo (segundos). - Amplitud: Intensidad o magnitud de la vibración. Puede expresarse como • Desplazamiento • Velocidad • Aceleración - Desplazamiento: Magnitud mås adecuada para bajas frecuencias (hasta 10Hz) donde las aceleraciones son bajas. X = x sen ωt que se suele expresar en las siguientes unidades: micras: Ο (milÊsima de mm.) mils: milÊsima de pulgada - Velocidad: Magnitud mås adecuada para rango medio (10 a 1.000 Hz), donde se suelen presentar la mayor parte de los problemas mecånicos: �=

đ?‘‘đ?‘‹ đ?œ‹ = đ?œ”đ?‘Ľ cos đ?œ”đ?‘Ą = đ?œ”đ?‘Ľ đ?‘ đ?‘’đ?‘› (đ?œ”đ?‘Ą + ) đ?‘‘đ?‘Ą 2

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que se suele expresar en Îź /s (micras por segundo) o en mils/s (milĂŠsima de pulgada por segundo). - AceleraciĂłn: Magnitud para medida a altas frecuencias (>1.000 Hz).

đ?‘Ž=

đ?‘‘2 đ?‘‹ = −đ?œ”2 đ?‘Ľ đ?‘ đ?‘’đ?‘› đ?œ”đ?‘Ą = đ?œ”2 đ?‘Ľ đ?‘ đ?‘’đ?‘› (đ?œ”đ?‘Ą + đ?œ‹) đ?‘‘đ?‘Ą 2

que se expresa en Îź /s2 (micras por segundo al cuadrado ) Ăł en mils/s2 (milĂŠsima de pulgada por segundo al cuadrado). Cada una de estas tres magnitudes se pueden expresar como: (P) Valor Pico (P-P) Valor Pico a Pico = 2 P

RMS = Valor eficaz =

AVG = valor medio =

t

1 T 1 T

x 2 t dt = 0,707 P 0 t

xdt = 0,637 P 0

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• Otros parámetros relacionados con la vibración: - Fuerza centrífuga: (De una masa m en rotación excéntrica) m: masa rotor Fcf = m r ω2

r : distancia del CDG al C.D. Rotación ω: velocidad angular

- Fase vibratoria: Concepto fundamental para el análisis de vibraciones. Es el adelanto o retraso (desfase) de una onda vibratoria respecto a otra de igual período. La figura 124 muestra un desfase de 180º en las ondas vibratorias generadas por dos discos, con el mismo período y frecuencia:

Figura 124.- Discos solidarios desfasados 180°

- Factor de amortiguación: Capacidad interna que tiene todo sistema mecánico para disipar la energía vibratoria. Factor a tener en cuenta pues afecta a los valores de amplitud de vibración y su transmisión a los sensores de los aparatos medidores.

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4.9.2. Instrumentos de medida de vibración - Transductores: Es el elemento sensor que transforma la vibración mecánica en una señal eléctrica analógica para ser procesada, medida y analizada. • Transductor de desplazamiento: Corriente de fugas. Se usan para bajas frecuencias (< 10 Hz) en cojinetes de fricción de turbomaquinaria, para monitorizado en continuo. Permite establecer niveles de alarma que avisan cuando se alcanzan determinados valores inadmisibles, actuando incluso sobre la máquina parándola en caso de riesgo importante. Emiten una señal analógica proporcional a la amplitud del desplazamiento pero en realidad están midiendo la corriente de fugas generada por variación de la holgura entre sensor y eje. • Transductor de velocidad: Sísmico ( imán permanente en el centro de una bobina de cobre). Cuando la carcasa vibra, vibra igualmente el imán induciendo una tensión proporcional a la velocidad del movimiento (Ley de Faraday). Rango de medidas 10 a 1000 Hz. Dimensiones relativamente grandes. •Transductor de aceleración: Piezoeléctricos. Genera una tensión proporcional a la aceleración, por presión sobre un cristal piezoeléctrico. Puede captar con precisión señales entre 1 Hz y 15.000 Hz, por lo que son apropiados para tomar datos de vibración a alta frecuencia (>1000 Hz).

TRANSDUCTORES

Figura 125 Transductor de desplazamiento tipo “eddy probe”

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Figura 127.- Transductor piezoeléctrico

Figura 126.- Transductor sísmico de velocidad

Tanto uno como otros pueden ser instalados en instrumentos de medida de vibraciones que podemos clasificar del siguiente modo: a) Atendiendo a la capacidad de análisis del instrumento: • Vibrómetros de valor global • Analizadores de frecuencia b) Atendiendo a las características de uso: • Aparatos portátiles, para medidas puntuales en campo • Sistemas fijos, para monitorizado en continuo. - Los vibrómetros son instrumentos que reciben la señal eléctrica de un transductor y la procesan (filtrado, integración) para obtener el valor del nivel global de vibración. Son fáciles de manejar, de poco peso y costo asequible. - Analizadores de frecuencia, pueden convertir una muestra de señal en el dominio de tiempo en una señal espectral o dominio de la frecuencia. Esta es la representación más útil para el analista pues mientras la frecuencia (eje horizontal) identifica el tipo de problema, su amplitud (eje vertical) nos da la severidad del mismo. Conocido comúnmente como FFT (Fast Fourier Transformed) 290

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Figura 128.- Vibr贸metros

Figura 129.- FFT 291

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4.9.3. Establecimiento vibraciones

de

un

programa

de

medidas

de

La medida del nivel vibratorio de una máquina persigue conseguir los datos necesarios para analizar, con tiempo suficiente, un problema cuando su estado es incipiente, de forma que nos permita tomar medidas correctoras antes de que el deterioro sea mayor y de peores consecuencias. El análisis de vibraciones consta de dos etapas bien diferenciadas. La primera es la adquisición de datos y la segunda es la interpretación de los mismos para hacer diagnósticos de fallos. La adquisición de datos supone dar la siguiente serie de pasos, en cada una de las máquinas a controlar: 1.- Determinar las características de diseño y funcionamiento de la máquina que están directamente relacionadas con la magnitud de las vibraciones como son: -velocidad de rotación -tipo de rodamientos y posición -datos de engranajes (número de dientes, velocidad) -posible presencia de cojinetes de fricción 2.- Seleccionar los parámetros de medición (desplazamiento, velocidad o aceleración) dependiendo de la frecuencia del elemento rotativo. Ello determina el transductor que es preciso utilizar, como hemos indicado antes. 3.- Determinar la posición y dirección de las medidas. Se tomará generalmente en rodamientos o puntos donde sea más probable que se transmitan las fuerzas vibratorias. En la figura se indican las tres direcciones del espacio en que se deben tomar medidas en un rodamiento.

Figura 130.- Sentido de toma de datos en un soporte

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4.- Seleccionar el instrumento de medición y transductores. 5.- Determinar los datos requeridos, según el propósito de la medida. El propósito de la medida puede ser: -medidas de rutina, para vigilancia del estado y creación de una base de datos histórica para conocer el valor habitual en condiciones normales. -medidas antes y después de una reparación, para análisis y diagnóstico de problemas. y los datos obtenidos pueden ser: -magnitud total, para determinar el estado general -espectro amplitud-frecuencia, para diagnóstico de problemas 6.- Toma de datos. Es importante asegurar la calidad en la toma de datos pues de ello va a depender, en gran manera, los resultados del análisis efectuado. Para ello debe establecerse sin ambigüedades y de forma metódica: a) los lugares de la toma de datos, que serán siempre los mismos. El transductor debe mantenerse unido de forma firme para garantizar la exactitud de la medida. b) la secuencia y sentido de las medidas, para que las mismas sean comparables con medidas anteriores y con máquinas similares.

Figura 131.- Puntos de toma de datos en motor y bomba 293

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4.9.4. Diagnóstico de problemas por análisis de vibraciones El paso siguiente, una vez que hemos obtenido los datos, es el diagnóstico que consiste en identificar la causa del problema que nos permitirá decidir la solución más apropiada y el momento oportuno de la reparación, para optimizar el coste. Generalmente la máxima vibración aparece en los puntos donde se localiza el problema, aunque muchas veces la vibración se transmite a otros puntos de la máquina aunque en ellos no se encuentre el problema y ello puede desorientar al analista. El análisis del espectro amplitud-frecuencia puede indicar el tipo de defecto existente, pero muy pocas veces aparecen problemas únicos y por tanto, espectros donde se refleje un defecto claramente. La experiencia y conocimientos de la máquina son fundamentales a la hora de identificar la causa que produce una vibración elevada. A continuación se estudian los problemas más comunes que se pueden identificar analizando el espectro de las máquinas rotativas: • desequilibrio de rotores • desalineación de ejes • holguras • fallos en rodamientos • defectos en engranajes pueden ser diagnosticados por el análisis de las vibraciones que generan.

-Desequilibrio dinámico de Rotores Problema muy común que se presenta cuando el centro de masa no coincide con el eje de rotación. Puede deberse a las siguientes causas: • Montaje deficiente de los elementos del rotor • Asimetrías en montaje de álabes, palas y hélices • Desgaste del rotor o sus partes • Desprendimiento de elementos del rotor • Especificaciones de equilibrado incorrectas o inexistentes Su espectro en frecuencia se caracteriza por los siguientes síntomas: • Picos de gran amplitud a 1 x rpm de giro en dirección radial • Escaso nivel de vibración a 1 x rpm de giro en dirección axial • Armónicos de la frecuencia de giro del rotor de baja amplitud • Forma de onda senoidal a 1 x rpm.

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Figura 132.- Espectro de velocidad de un problema de desequilibrio

Para conocer la cantidad de desequilibrio hay que encontrar la amplitud de la vibración en la frecuencia igual a 1 x rpm. La amplitud es proporcional a la cantidad de desequilibrio. Normalmente, la amplitud de vibración es mayor en sentido radial (horizontal y vertical) en las máquinas con ejes horizontales, aunque la forma de la gráfica sea igual en los tres sentidos. Como se ha dicho antes, para analizar datos de vibraciones son tan importantes la experiencia y el conocimiento de la máquina como los datos tomados en ella. Cuando aparece un pico en frecuencia igual a 1 x rpm el desequilibrio no es la única causa posible, pues la desalineación también puede producir picos a esta frecuencia. Al aparecer vibraciones en esta frecuencia existen otras causas posibles como los engranajes o poleas excéntricas, falta de alineamiento o eje torcido si hay alta vibración axial, bandas en mal estado (si coincide con sus rpm.), resonancia o problemas eléctricos; en estos casos además del pico a frecuencia de 1 x rpm. habrá vibraciones en otras frecuencias. En general, si existen armónicos de gran amplitud de la velocidad de giro del rotor, puede deducirse la existencia de otros defectos mecánicos adicionales.

-Desalineación Se presenta cuando las líneas centrales de dos ejes acoplados no son coincidentes (paralelismo), o bien cuando forman un cierto ángulo. Se distinguen, pues, los siguientes tipos de desalineación: - Desalineación radial u offset 295

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- Desalineaciรณn angular - Desalineaciรณn compuesta (offset + angular) - Otras desalineaciones (rodamientos y poleas) Las caracterรญsticas espectrales de la desalineaciรณn son: Grandes picos de amplitud a 1 x rpm y 2 x rpm de giro, direcciรณn axial Grandes niveles de vibraciรณn a 1 x rpm y 2 x rpm de giro, en direcciรณn radial Bajas amplitudes en los picos de armรณnicos 3 x rpm de giro y sucesivos Forma de onda temporal repetitiva y sin impactos.

La desalineaciรณn paralela produce fuertes componentes radiales a 1 x rpm y 2 x rpm de giro. La desalineaciรณn angular produce un fuerte pico a 1 x rpm en direcciรณn axial. Casi nunca se dan los diferentes tipos de desalineaciรณn por separado.

Un ejemplo del espectro de este problema se indica en la siguiente figura:

Figura 133.- Espectro de velocidad de un problema de mala alineaciรณn

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-Holguras Pueden ser de dos tipos: Holguras estructurales Fijaciones a la base inexistentes o deterioradas Alojamientos agrietados o partidos Falta de apriete en sombreretes de cojinetes Soportes de cojinetes defectuosos. Holguras en elementos rotativos Álabes de rodete Palas de ventilador Rodamientos y cojinetes Acoplamientos A la hora del diagnóstico, ambos tipos de holguras tienen los mismos síntomas Gran número de armónicos de la velocidad de giro en el gráfico espectral Naturaleza direccional de la vibración (grandes diferencias en sentido V-H) En algunos casos, pueden aparecer entre dos picos síncronos, otros a 1/2 y 1/3 de armónico. Ocasionalmente aparecen subarmónicos Forma de onda errática, sin un patrón claro de repetición

Figura 134.- Desgaste cojinetes

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-Fallos en Rodamientos Son causas comunes de deterioro en rodamientos las siguientes: - daños producidos por inadecuado montaje - lubricación excesiva o inadecuada - mala selección del rodamiento - vibración excesiva - ajuste o tolerancia inadecuada Las características espectrales típicas son: - Existencia de picos armónicos no síncronos - Espectro con bandas laterales a frecuencia del eje de giro (1 x rpm) - Puede desarrollarse una banda ancha de energía en la base del espectro - La onda en el tiempo presenta impactos (medidos en G´S)

En la figura siguiente se puede obtener el espectro de un rodamiento de bolas defectuoso:

Figura 135.- Rodamiento defectuoso

Frecuencias fundamentales características del deterioro de un rodamiento: - BPFO Frecuencia de la pista exterior

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- BPFI

Frecuencia de la pista interior

- BSF

Frecuencia de bola

- FTF

Frecuencia fundamental de tren (jaula)

Fórmulas para el cálculo de estas frecuencias: FTF = (f/2) x (1-(Bd/Pd) x cosα)

BPFI = (Nb/2) x f x (1+(Bd/Pd) x cosα) BPFO = (Nb/2) x f x (1-(Bd/Pd) x cosα) BSF = (Pd/2Bd) x f x (1-(Bd/Pd)2 x (cosα)2)

Donde

Bd: Diámetro de la bola o rodillo Pd: Diámetro Primitivo Nb: Nº de bolas o rodillos α : Angulo de contacto f: Velocidad del eje en rev/s

Si no se conocen las dimensiones del rodamiento, usar las siguientes fórmulas aproximadas: BPFO = 0,4 x Nb x rpm BPFI = 0,6 x Nb x rpm Los valores FTF, BSF, BPFO y BPFI representan las frecuencias de fallo características. La existencia de picos en las frecuencias indicadas son señales de deterioro en los elementos correspondientes.

-Cojinetes Planos Si la frecuencia fundamental coincide con la de rotación del eje es indicio de una excentricidad o ajuste incorrecto del mismo.

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Si la frecuencia de vibración es alrededor del 50% de la de rotación, denota una autoexcitación causada por la película de aceite. En ese caso el eje no desliza uniformemente sobre la película de aceite sino que oscila sobre la superficie fluida. Es debido a variaciones de temperatura y viscosidad del aceite. Cuando la frecuencia de vibración es doble que la de rotación es síntoma de cojinete o acoplamiento incorrectamente ajustados.

-Fallos en engranajes La mayoría de los espectros de vibración en cajas de engranajes presentan un pico característico, independientemente de que los engranajes tengan o no algún defecto, debido a la gran cantidad de energía transmitida. Los picos de engrane (Gearmesh Frecuency) se producen a una frecuencia igual a la velocidad de giro multiplicada por el número de dientes:

GMF = N° de dientes x velocidad del engranaje

La amplitud de estos picos será mayor o menor dependiendo de la carga. Las bandas laterales de la frecuencia de engrane aparecen y crecen conforme la caja se deteriora. En la figura siguiente se representa el espectro típico de un engranaje defectuoso:

Figura 136.- Fallos en engranajes 300

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-Bombas Centrífugas y Ventiladores Por su propia constitución y forma de trabajo dan lugar a un par pulsante cuya frecuencia es el producto del número de álabes por la velocidad de giro del eje. Esta frecuencia se llama frecuencia de paso de álabe y está causada por el propio campo de presión que se forma en el interior de las máquinas.

-Problemas eléctricos La aparición de armónicos a 100 Hz (2 veces la frecuencia de red) son indicativos de fallo mecánico o eléctrico en el motor. La vibración es creada por fuerzas desiguales que pueden ser causadas por la forma interna de elemento. Es complicado reconocer gráficamente este problema, ya que no tiene características que indiquen de forma sencilla que esta es la causa de vibración. El espectro puede llevar a errores por ser similar a la del desequilibrio, solo que aquí al desconectar la corriente el problema desaparecerá. Se detectarán picos mayores a distancias iguales a cuatro veces la velocidad de giro si los polos son cuatro, distinguiendo la vibración separada una frecuencia coincidente con la velocidad de giro. En la figura se ve el espectro que da este tipo de problema.

Figura 137.- Problemas eléctricos

La tabla siguiente resume todo lo indicado hasta aquí y puede servir de guía para el diagnóstico: 301

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4.9.5. Valores límites admisibles Existen varias normas tanto nacionales como internacionales. Las propias compañías establecen sus límites, en función de su experiencia, según tipo de máquina e instalación. La norma ISO 2372 tiene las siguientes características más relevantes: • Aplicables a equipos rotativos en el rango 600 - 12.000 rpm • Parámetros para su aplicación: Nivel global de vibración en velocidad, valor eficaz RMS, entre 10 y 1000 Hz. • Distingue varias clases de equipos: Clase I. Equipos pequeños hasta 15 KW Clase II. Equipos medios de 15-75 KW. o hasta 300 KW con cimentación especial. Clase III. Equipos grandes >75 KW con cimentación rígida o > 300 KW con cimentación especial. Clase IV. Turbomaquinaria (equipos con RPM > Velocidad crítica). Para conocer si un determinado nivel de vibraciones en una máquina concreta es admisible o no, se aplica la tabla siguiente:

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Otras normas sobre vibraciones en máquinas: ISO 2041 Vocabulario ISO 2372 Vibraciones de Máquinas con velocidades de operación de 10 a 200 rev./s ISO 2373 Vibraciones de Maquinaria eléctrica con eje entre 80 y 400 m/m ISO 2954 Vibraciones de Maquinaria Rotativa y Alternativas (Instrumentos) ISO 3945 Vibraciones en grandes máquinas con velocidad entre 10 y 200 rev/s. ANSI 52.17-1980 Técnicas de Medida de Vibraciones en Maquinaria.

4.9.6. Monitorización de equipos -El seguimiento del nivel de vibraciones y, por tanto, del estado de la maquinaria se puede hacer con instrumentos portátiles o en continuo. En el primer caso se toman lecturas periódicas a la maquinaria a controlar, siempre en los mismos puntos. Posteriormente se analizan los datos tomados. Existen instrumentos registradores que, previamente definida la ruta y los puntos de medida, pueden volcar las medidas efectuadas directamente en la memoria de programas que ayudan al diagnóstico o simplemente alertar cuando se superan los límites preestablecidos. Se evitan así errores de transcripción. -El monitorizado en continuo se emplea cuando el fallo en la máquina puede aparecer de manera repentina o bien cuando las consecuencias del fallo son inaceptables (turbogeneradores y turbo maquinaria en general, que son máquinas únicas, costosas y críticas para el proceso). -Para establecer un plan de monitorizado continuo hay que dar los siguientes pasos: 1) Seleccionar las máquinas a monitorizar 2) Seleccionar el tipo de monitorización requerida 3) Formar al técnico que dirija el programa y seleccione la instrumentación apropiada. 4) Determinar la condición normal, niveles de alarma y de disparo para cada máquina seleccionada. 304

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La mayor parte de plantas de proceso y fabricación emplean una variedad de complejos sistemas de procesos mecánicos continuos que deben ser incluidos en el programa de mantenimiento predictivo. En esta clasificación se pueden incluir: máquinas de papel, laminadoras, líneas de envasado, prensas de estampación, líneas de teñido y muchas más. Estos sistemas pueden estructurarse, monitorizarse y analizarse de la misma manera que una simple máquina (bomba, ventilador, etc.). La obtención de los datos iniciales requiere un esfuerzo mayor, pero se aplican los mismos principios. Cada sistema deberá ser evaluado para determinar el eje común que componga el conjunto de máquina total. Usando el dato del eje común se evalúa cada eje para determinar el propio movimiento mecánico y las fuerzas dinámicas que genera, la dirección de cada fuerza y los modos de fallo anticipados. Entonces, esta información puede ser utilizada para determinar la localización de los puntos de medición y las bandas estrechas requeridas para monitorizar las condiciones de funcionamiento de la máquina. La selección de las bandas estrechas dependerá de las dinámicas operativas de cada máquina. Deberán usarse los mismos métodos que los usados en máquinas simples. Se debe recordar el tratar cada eje como una unidad básica para el establecimiento de bandas estrechas.

4.10.

Planificación de tareas

4.10.1. Introducción La planificación es un problema siempre presente para el servicio de mantención. Una técnica muy útil es el PERT (Program Evaluation and Review Technique), desarrollada en Estados Unidos en los años 50 para el desarrollo del proyecto del submarino nuclear POLARIS. El método PERT es, sin duda, el más utilizado en la teoría de redes, hasta el punto de dar su nombre a toda la teoría de grafos. La técnica considera 3 partes: planificación de tiempos planificación de cargas planificación de costos

305

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4.10.2. Planificaci贸n de tiempos En primer lugar definimos la red PERT, que est谩 constituida de los siguientes elementos: 1. Tareas Corresponde a la lista de acciones necesarias para completar una operaci贸n, realizadas en un cierto orden. Las tareas usualmente se designan con letras. 2. Tareas predecesoras Corresponde a las tareas a realizar antes 3. Etapas Corresponde al fin de una tarea y el comienzo de otra(s).

Figura 138.- Ejemplo de red Pert

Seg煤n figura 138, la etapa 2 se cumple al finalizar la tarea B y el comienzo de las tareas C y D.

Figura 139.- Ejemplo de red Pert

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Según figura 139, la tarea ficticia C, no toma tiempo, y une la etapa 3 a la etapa 4; la etapa 3 debe ser alcanzada antes de la etapa 4. La figura 140 representa la red Pert de la lista de tareas de tabla 48 Las tareas a realizar primero son aquellas que no tienen predecesoras, en este caso B y D (etapa 0); cuando son completadas, se encuentra que hay otras tareas que ya no tienen antecedentes y pueden ser comenzadas, y así hasta que todas las tareas han sido completadas.

Tabla 48.- Ejemplo Pert

Figura 140.- Ejemplo de red Pert

Ejemplo: Se tiene un proyecto donde, 1. la actividad C puede empezar inmediatamente después de que se hayan completado A y B, 2. La actividad E puede empezar inmediatamente después de haber completado solo B.

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La figura 141 muestra una representaci贸n incorrecta de la red pues la regla 2 es violada. E requerir铆a que A y B sean completadas para empezar. La forma correcta se muestra en figura 142.

Figura 141.- Red incorrecta

Figura 142.- Red correcta

4. Matriz de predecesoras El ejemplo anterior es deliberadamente sencillo. Para casos reales (desarrollados manualmente) se usa la matriz de tareas predecesoras.

308

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Se trata de una matriz cuadrada cuyas filas y columnas est谩n tituladas con los identificadores de las tareas; si la tarea j debe ser completada antes de comenzar la tarea i, la celda (i, j) de la matriz toma un valor unitario. Para ilustrar el uso, t贸mense los datos de tabla 49. La matriz se muestra en la tabla 51. Gracias a ella se facilita el dibujo de la red Pert (figura 143).

Tabla 49.- Lista de tareas

Tabla 50.- Tabla Captaci贸n

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Tabla 51.- Matriz de anterioridad

Figura 143.- Red Pert

5. Camino crítico Es el camino de mayor duración a través de la red y que impone la restricción más severa: cualquier demora en las tareas incluidas en el camino critico demorará el termino del proyecto. En el ejemplo de la figura 143, el camino crítico es H → F → I → B, con un tiempo de 13 días; este es el tiempo mínimo para completar el proyecto. Conociendo el camino crítico podemos saber cuándo es lo más pronto y lo más tarde que una etapa debe comenzar para terminar el proyecto en tiempo mínimo. Obviamente, para las etapas envueltas en el camino crítico estos dos instantes son iguales. La diferencia entre ambos tiempos es la holgura para realizar el trabajo una vez que la etapa está lista para empezar.

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MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

4.10.3. Planificación de cargas El método Pert permite determinar también la mano de obra necesaria para cada etapa; ello la convierte en una herramienta invaluable en la planificación de la mantención. El uso del método Pert ayuda a decidir el orden en que las tareas deben ser realizadas. Tómese el ejemplo de tabla 52. La carta Gantt se muestra en gráfico 7 y las cargas vs el tiempo en figura 145. En el instante 3, la carga es máxima y se requiere de 6 personas, dado que en t = 3 se ejecutan las tareas E (crítica),F (sin holgura) y C (con holgura), conviene realizar C en t = 1 o t = 2 y con ello reducir el personal necesario para el proyecto a 5 personas.

Tabla 52.- Lista de tareas

Figura 144.- Diagrama Pert

Gráfico 7.- Carta Gantt

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Figura 145.- DistribuciĂłn de cargas en el tiempo

1. Aspectos probabilĂ­sticos Una preocupaciĂłn principal de todo jefe de proyecto es respetar el programa. Sin embargo, siempre existen imponderables que implican que la duraciĂłn de las tareas sea aleatoria. Dado que el nĂşmero de variables que pueden afectar a un proyecto es usualmente grande, es razonable asumir distribuciones normales para la duraciĂłn de las tareas. Requerimos entonces de estimaciĂłn para la duraciĂłn media T y la desviaciĂłn standard Ďƒ. Para simplificar el anĂĄlisis, para cada tarea podemos estimar: 1. un tiempo optimista To 2. un tiempo realista Tr 3. un tiempo pesimista Tp y gracias a una regla propuesta por Bata se puede estimar que:

�=

đ?‘‡đ?‘œ + 4đ?‘‡đ?‘&#x; + đ?‘‡đ?‘? 6

đ?œŽ=

đ?‘‡đ?‘? − đ?‘‡đ?‘œ 6

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MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Las tareas que determinan el tiempo para completar el proyecto son aquellas que estĂĄn en la ruta crĂ­tica. Si los parĂĄmetros para dichas tareas se denotan Ti , Ďƒi entonces, para el proyecto:

�=

��

đ?œŽ2 =

đ?œŽđ?‘–2

Conociendo estos valores y consultando la tabla de la distribuciĂłn normal se puede estimar la probabilidad de que el proyecto no demore mĂĄs de cierto tiempo, con una cierta probabilidad. En la red Pert de figura 146, se han anotado los tiempos optimistas, realistas y pesimistas para cada tarea. Se desea calcular el tiempo esperado y la desviaciĂłn standard. SegĂşn el cĂĄlculo de la tabla 53, la ruta crĂ­tica es B-C-E con duraciĂłn esperada y varianza:

đ?‘‡ = 4,33 + 4,50 + 3,00 = 11,83 đ?œŽ 2 = 1,00 + 0,694 + 0,444 = 2,138 đ?œŽ = 1,462

La probabilidad de que el proyecto termine en 13 dĂ­as se calcula:

đ?‘?=

13 − 11,83 = 0,800 1,462

Consultado la tabla de distribuciĂłn normal, la probabilidad es 0,788.

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MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Tabla 53.- Tiempos esperados

Figura 146.- Red Pert

Según lo anterior, no es apropiado establecer fechas de terminación concretas de un proyecto. Deben proponerse diferentes fechas c/u con una cierta probabilidad de cumplimiento. Desde el punto de vista administrativo es mucho mejor reconocer la falta de certeza de las fechas de terminación que forzar el problema a una cierta duración especifica.

4.10.4. Planificación de costos Este método también se conoce como CPM (Critical Path Method).Es usual que al reducir el tiempo para completar un proyecto existan beneficios (por ejemplo, mayor producción), cuyo valor puede ser estimado.

314

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Para decidir quÊ acciones tomar, es necesario estudiar la relación entre reducir la duración del proyecto y los beneficios que ello pueda ocasionar. Para reducir el tiempo hay dos extremos: • programa crash: reducir el tiempo al mínimo posible, lo que incrementa los costos de intervención • programa normal: estimar costos con duraciones nominales para las tareas, a un costo normal. El gradiente de costos de cada tarea puede ser aproximado por:

đ?‘?đ?‘œđ?‘ đ?‘Ąđ?‘œ đ?‘?đ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘ đ?‘• − đ?‘?đ?‘œđ?‘ đ?‘Ąđ?‘œ đ?‘›đ?‘œđ?‘&#x;đ?‘šđ?‘Žđ?‘™ đ?‘Ąđ?‘–đ?‘’đ?‘šđ?‘?đ?‘œ đ?‘›đ?‘œđ?‘&#x;đ?‘šđ?‘Žđ?‘™ − đ?‘Ąđ?‘–đ?‘’đ?‘šđ?‘?đ?‘œ đ?‘šĂ­đ?‘›đ?‘–đ?‘šđ?‘œ

Las medidas a realizar es reducir el tiempo de las tareas ubicadas en la ruta crĂ­tica, entre estas, empezar con aquellas que tienen el menor gradiente de costos (las menos sensibles al tiempo). Sin embargo, es posible que la ruta crĂ­tica cambie sus tareas componentes y es necesario hacer un reanĂĄlisis. PodrĂ­amos evaluar entonces la probabilidad de que cierta actividad caiga en la ruta crĂ­tica. Todas las posibilidades pueden ser evaluadas como un problema de optimizaciĂłn de programaciĂłn lineal. En la tabla 54 se muestran tiempos y costos normales y limites para el proyecto mostrado en figura 147. Calcule costo y duraciĂłn normal, y la forma mĂĄs econĂłmica de reducir el tiempo en un dĂ­a.

Tabla 54.- AnĂĄlisis de costos

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Figura 147.- Red Pert

Según los datos, el tiempo normal es de 7 días y el costo de 330. Para reducir el proyecto a 6 días se puede acortar alternativamente las tareas A o E. Acortar la tarea A en un día cuesta

80 − 40 = 20 2 y 130 − 80 = 25 2

para la tarea E. Por lo tanto es más barato acortar la tarea A.

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5. EL FUTURO DEL MANTENIMIENTO 5.1. Introducción En la última década, las estrictas normas de calidad certificada que se deben cumplir, así como la intensa presión competitiva entre industrias del mismo rubro para mantenerse en el mercado nacional e internacional, ha estado forzando a los responsables del mantenimiento en las plantas industriales a implementar los cambios que se requieren para pasar de ser un departamento que realiza reparaciones y cambia piezas y/o máquinas completas, a una unidad de alto nivel que contribuye de gran manera en asegurar los niveles de producción. Es por tanto necesario hacer notar que la actividad de “mantener”, si es llevada a cabo de la mejor manera, puede generar un mejor producto lo que significa producción de mejor calidad, en mayor cantidad y con costos más bajos. El desarrollo del software de gestión del mantenimiento (CMMS – Computerized Maintenance Management System) surge para dar respuesta a la necesidad de una gestión eficaz en la Ingeniería del Mantenimiento, de acuerdo al actual contexto industrial, continuamente dirigido hacia una mejora continua de la productividad, optimización de los procesos, control del trabajo y reducción de costes. Es indudable que el aumento de la vida operativa de la máquina a través de una estrategia de mantenimiento predictiva – proactiva, disminuye los costos de mantenimiento e incrementa la productividad de la Planta. Sin embargo, se ha podido notar a través de experiencias de varias empresas, que no se han logrado los resultados esperados principalmente por falta de personas bien capacitadas en el tema. La ingeniería ha avanzado en todas sus ramas incluyendo los instrumentos y técnicas que se han desarrollado y que de alguna manera sustentan la credibilidad de los programas de mantenimiento predictivo implementados en la industria. Para que estos programas sean efectivos, es necesario poder determinar en cualquier instante la condición mecánica real de las máquinas bajo estudio, lo cuál se logra analizando las diferentes señales que ellas emiten al exterior. Modernos sistemas computacionales se han desarrollado para monitorear continuamente, registrar y procesar información proveniente tanto de los síntomas de vibración como de temperatura, presión, ruido entre otros.

5.2. Tendencias actuales Circunstancias diversas como crisis y éxitos de tipo administrativo, financiero, económico y comercial han obligado a muchas empresas a reflexionar y reaccionar sobre sus diferentes áreas para hacerlas más efectivas. La tendencia resultante consiste en subdividir la gestión de la compañía hasta el punto de crear un ambiente empresarial 317

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en cada una de las áreas: por tanto cada responsable de área se convierte en el gerente de esa parte, garantizando la rentabilidad de su gestión y un manejo eficiente de recursos. Esto ha generado fuertes choques en las organizaciones, hasta el punto de preguntarse si la función mantenimiento es justificable dentro de la empresa. En la búsqueda de costes óptimos ha sido necesario replantear la función del Mantenimiento orientándolo a hacerlo más efectivo y así al tiempo que su influencia en los costes totales se minimice. Si durante una primera etapa de industrialización predominan en las empresas los criterios orientados hacia la producción, en un siguiente paso la prioridad es de otros aspectos tales como operación fácil, baja emisión de ruido, economía durante todo el período de funcionamiento, seguridad de los trabajadores y mantenimiento adecuado. Las razones para estos cambios son las exigentes condiciones de la competencia, que no admiten ningún desperdicio de recursos tales como materias primas, tiempo, personal, repuestos, etc., la mayor complejidad de las instalaciones, así como también el grado creciente de interrelación de unidades productivas lo que ha aumentado considerablemente los costes de paros de producción y reparaciones. En consecuencia, los tiempos de detención breves y un bajo ratio de averías son factores que desempeñan un papel decisivo en el éxito económico Las nuevas tendencias en materia de mantenimiento, son entre otras: • No hacer en vez de hacer En ocasiones se producen intervenciones innecesarias que sólo se realizan “por rutina” y no aportan nada al equipo, suponiendo un aumento de los costes. El Mantenimiento Preventivo debe aumentar la disponibilidad de los equipos y suponer un gran avance en planificación del trabajo, pero puede resultar dañino para los equipos si se realizan excesivas intervenciones (por ejemplo de arme y desarme). • Prevención de fallos en vez de mantenimiento preventivo Mantenimiento predictivo basándose en termografías, indicadores de presión, caudal, tensión, etc. Estudio de los históricos de equipos. Como resultado de una actuación de mantenimiento preventivo ¿qué feedback se produce? ¿se van adaptando los mantenimientos en función de la experiencia y el conocimiento de los equipos? • Centralización de planificación y programación Coordinación de los equipos de producción y mantenimiento, aprovechar paradas del proceso para realizar las intervenciones, planes de “agenda común” que faciliten la información compartida.

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• Aplicación de indicadores de resultado Mantenimiento orientado a resultados, soportado por un seguimiento constante y valoración de indicadores. • Mantenimiento como gestión Responsabilidad compartida: el mantenimiento no es sólo una función, se inicia en la selección de los equipos, sigue en la instalación, se respalda con una correcta operación, con apoyo de compras e inventarios y con la definición de políticas de reposición de equipo. • Análisis de Puntos débiles Análisis de fallos como el principal respaldo de la mejora continua. Dado un equipo concreto ¿qué tipo de averías son las más frecuentes? ¿cada cuánto tiempo se producen?. • Rápida atención a emergencias Equipos entrenados y dispuestos a actuar en el menor tiempo posible, rediseño de las instalaciones para disminución de movimientos, sistemas de comunicaciones (telefonía móvil, terminales PDA), software CMMS con posibilidad de trabajar online. • Alta carga de datos para procesar Bases de datos para instalaciones, equipos, mano de obra, averías. Históricos de equipo. Integración con planos, manuales, sistemas CAD. • Mantenimiento basado en condición en vez de fechas La consigna es evitar los mantenimientos preventivos basados en tiempo y sustituirlos por actuaciones en base a condiciones.

Ejemplo: En vez de Revisión mensual del compresor (independientemente de horas o exigencia de uso), se realiza Revisión cada ‘x’ litros de aire comprimido, o Revisión cuando el caudal a través del filtro disminuya a menos de ‘y’ litros / minuto.

• Responsabilidad en la gestión del almacén e inventarios Gestión de materiales: codificar, describir y estimar repuestos a consumir.

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• Procedimientos estandarizados: La normalización posibilita un mayor control y favorece el desarrollo de conocimiento compartido. Documentación estandarizada (catálogos, planos, manuales como soporte para el mantenimiento). • Sistema de Información apropiado: El uso efectivo de sistemas CMMS para la administración de mantenimiento y logística. Tiene como misión administrar bien los recursos. • Mantenimiento de primera línea por el operario De acuerdo con el método de Mantenimiento Productivo Total, son los propios operarios los que realizan las operaciones de mantenimiento más sencillas (cambios de formato, cambios de lote, rearmes, etc.) • Equipos intercambiables y modulables: Para mejorar los tiempos de respuesta con cambios rápidos de ensambles ó partes para su posterior reparación. Las líneas de producción tienden a estar compuestas por muchas máquinas sencillas y multifuncionales en vez de pocas máquinas, complejas y especializadas.

5.3. Gestión del Mantenimiento Asistido por Ordenador La cantidad de informaciones cotidianas disponibles en un servicio de mantenimiento implica medios de recogida, almacenamiento y tratamiento que solo lo permite el útil informático. Un CMMS es un programa informático que permite la gestión de las operaciones de mantenimiento de una organización. Este software utiliza una base de datos fácilmente accesible por los trabajadores de mantenimiento de manera que puedan realizar sus trabajos con mayor eficiencia y ser utilizada por los gestores para tomar decisiones en base a los datos registrados. La información puede ser consultada a su vez por terceras partes, en relación con asuntos de calidad, finanzas, seguridad, etc. Los Programas CMMS permiten disponer de gran cantidad de información, que debe estar adecuadamente organizada y ser fácil de extraer. Es posible disponer de un historial de cada equipo (máquina o instalación), en cuanto a características técnicas, revisiones, sustituciones, fechas de las últimas incidencias o averías, personal, horas y materiales utilizados en la solución de los problemas, etc. Al mismo tiempo, permiten programar en función de los parámetros que se analicen, las revisiones preventivas y/o 320

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predictivas, generando los listados correspondientes para la tarea de los técnicos, según los plazos programados. Los Programas CMMS suelen estar compuestos de varias secciones o módulos interconectados, que permiten ejecutar y llevar un control exhaustivo de las tareas habituales en los Departamentos de Mantenimiento. Entre los diferentes proveedores y sistemas existentes en el mercado, es habitual encontrar programas que presentan algunas de estas funcionalidades: • Ordenes de trabajo (OT’s): Actuación de mantenimiento que ha sido programada, asignada a un personal concreto, con unos costes asociados y con material reservado para su realización. Se podría completar con información adicional sobre causas y efectos de los problemas, tiempos de avería, mediciones o recomendaciones. • Mantenimiento preventivo (MP): Planificación y Seguimiento de trabajos preventivos, incluyendo instrucciones o listas de tareas, material requerido, etc. Habitualmente los CMMS realizan una planificación automática en base a tiempos fijos o mediciones, y “avisan” cuando la operación de mantenimiento es necesaria. • Gestión de equipos: Registro de información en torno al equipamiento e instalaciones, incluyendo datos como especificaciones, garantía, proveedores, contratas, fechas de compra, tiempo de vida esperado, registro de incidencias, averías, etc. • Control del inventario: Gestión de los repuestos, herramientas y otros materiales almacenados, permitiendo la reserva de material para trabajos concretos y aportando datos de la ubicación concreta en los almacenes. El CMMS puede asimismo informar sobre cuándo deben pedirse los materiales y en qué cantidad, y realizar un seguimiento de las recepciones de material. Las aplicaciones CMMS pueden generar sofisticados informes de estado y documentación sobre detalles y sumarios de las actividades de mantenimiento. Existen también programas CMMS capacitados para actuar en la web, trabajando desde un servidor de la compañía proveedora o en un servidor propio de la compañía usuaria. La instalación y utilización de un programa de gestión de mantenimiento debe repercutir en una mejora de la planificación y de la ejecución de los trabajos, aumentando la eficiencia global, puesto que gracias a su utilización el mantenimiento se basa en datos precisos, conociendo en tiempo real la carga de trabajo y la disponibilidad de equipos y personas. Las siglas CMMS encuentran su equivalente en español como GMAO (Gestión del Mantenimiento Asistido por Ordenador) Así mismo, en la gran mayoría de los países latinoamericanos, se usan las siglas GMAC (Gestión de Mantenimiento asistida por Computadora). Existen programas CMMS de propósito genérico, y otros cuyo enfoque se centra en una sector industrial concreto. 321

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5.3.1. Implantación y beneficios del GMAO Un programa de mantenimiento asistido por ordenador (GMAO) ofrece un servicio orientado hacia la gestión de las actividades directas del mantenimiento, es decir, permite programar y seguir bajo los tres aspectos, técnico, presupuestario y organizacional, todas las actividades de un servicio de mantenimiento y los objetos de esta actividad a través de terminales distribuidos en oficinas técnicas, talleres, almacenes y oficinas de aprovisionamiento. Deberá tener una concepción modular que permita una implantación progresiva, aunque en cualquier caso hay que contar con un esfuerzo importante para la "documentación completa de las nomenclaturas" antes de poder ser utilizados. Un programa GMAO puede implicar una "eficaz modificación de las funciones del mantenimiento". Lo ideal es que, en un primer momento, no modifique demasiado los procedimientos, pero ayude a precisarlos. La tendencia actual es su desarrollo en lenguajes de 4ª generación (entornos gráficos), sobre bases de datos relacionadas. Podemos indicar que aporta las siguientes principales ventajas: - Exige que se ponga orden en el servicio de mantenimiento. - Mejora la eficacia. - Reduce los costos de mantenimiento. - Es una condición previa necesaria para mejorar la disponibilidad de los equipos.

Las cifras medias conocidas de rentabilidad son: - Reducción de un 6% en los costos de mantenimiento (mano de obra, propia, ajena, materiales, repuestos). - Mejora de un 15% de la eficacia industrial (productividad, carga pendiente, urgencias, horas extras, tiempos perdidos, eficacia de las acciones por decisiones tomadas en base a una información veraz y actual, mejor aprovechamiento de los recursos, etc.). - Tiempo de retorno de la inversión de dos años.

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En cuanto a los gastos de su implantación, indicar que no es sólo el costo del programa. La inversión total de implantación de un programa GMAO suele ser: - Costo del Software, 25% - Costo del Hardware, 25% - Tiempo dedicado a la documentación e integración, 35% - Formación de usuarios, 15%

5.3.2. El mercado de GMAO Como en toda la industria del software, la experiencia de los proveedores de soluciones GMAO se reduce a algo más de dos décadas en el caso de los más veteranos. Entre los diferentes productos que ofrecen estos proveedores hay una primera diferenciación: programas “puramente” de gestión de mantenimiento, y aplicaciones integradas dentro de sistemas ERP. Los sistemas ERP (Enterprise Resource Planning o Planificación de Recursos Empresariales) son sistemas de información gerenciales que integran y gestionan muchos de los aspectos asociados con las operaciones de producción y distribución de una compañía. Cuando un GMAO es una parte de uno de esos sistemas, la integración con el resto de las aplicaciones de administración (distribución, planificación, finanzas, recursos humanos) facilita un control total de las operaciones. En contrapartida, la implementación de estos paquetes ERP resulta costosa y ardua si se compara con la instalación de una aplicación “sencilla” de GMAO. Los 5 primeros CMMS más implantados a escala mundial son: 1. SAP (integrado en un sistema ERP) 2. MAXIMO 3. MP2, 4. Ellipse (integrado en un sistema ERP) 5. PMC Las compañías desarrolladoras de estos sistemas están presentes en multitud de países y actúan con una clara vocación global. Por otro lado, el tipo de empresas usuarias del software de estos proveedores son de tamaño medio-grande, en la mayoría de los casos multinacionales que eligen un GMAO concreto y lo aplican en todas sus plantas de todo el mundo, facilitando así la compatibilidad y convergencia de sus negocios. 323

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Existen Sistemas de Gestión de Mantenimiento para sistemas operativos MacOs y UNIX, pero la inmensa mayoría se han desarrollado sobre la plataforma Windows. En los últimos tiempos han empezado a aparecer sistemas basados en código abierto, aplicaciones on line y programas abstraídos del sistema operativo (lenguaje interpretado) A continuación se ven algunos de los sistemas más implantados a escala mundial y otros ejemplos del ámbito español, con una breve descripción de sus funcionalidades y desarrolladores.

• SAP Desarrollado por: SAP AG País: Alemania Web: www.sap.com Se estima que SAP PM es el software GMAO más utilizado del mundo. Su punto fuerte es la capacidad de integración total con el resto del paquete SAP, con el cual pueden controlarse todas las operaciones de una compañía (finanzas, logística, planificación, contabilidad...) - SAP es el primer proveedor de software empresarial en el mundo, con enfoque al sector de software de planificación de recursos empresariales. Abarca todo tipo de sectores y empresas de cualquier tamaño. Entre las aplicaciones que ofrece está la de PM, especialidad de Mantenimiento. - El módulo PM se encarga del mantenimiento complejo de los sistemas de control de plantas. Incluye soporte para disponer de representaciones gráficas de las plantas de producción y se puede conectar con sistemas de información geográfica (GIS), y contener diagramas detallados. Capacidad de gestión de problemas operativos y de mantenimiento, de los equipos, de los costes y de las solicitudes de pedidos de compras. - Su completo sistema de información permite identificar rápidamente los puntos débiles y planificar el mantenimiento preventivo. Los submódulos o componentes del sistema PM son los siguientes: • PM-EQM Equipos y objetos técnicos. • PM-PRM Mantenimiento preventivo. • PM-PRO Proyectos de mantenimiento.

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• PM-IS Sistema de información de PM. • PM-SM Gestión de servicios, encargado del control y gestión de servicios a los clientes que constituye un módulo propio. Entre sus funciones se encuentran la administración de la base instalada, gestión de peticiones de servicio, acuerdos y garantías, e incluso facturación periódica.

• MAXIMO Desarrollado por: MRO Software / IBM Tivoli Software País: EEUU Web: www.ibm.com/tivoli Maximo es una aplicación de propósito genérico (se adapta a cualquier sector industrial) enfocada en la gestión de los activos críticos de una compañía. Abarca mayores funcionalidades que las de un simple GMAO, incluyendo la gestión de activos tecnológicos (IT, hardware y software) y la posibilidad de integrar todos los factores que intervienen en el proceso industrial. Por ejemplo, permite realizar todo el ciclo de compra (creación de solicitudes, petición de ofertas a distintos proveedores, emisión de la orden de compra, verificación de la recepción y facturación) a través de Internet. Maximo es considerado el estándar mundial en Software de Gestión Estratégica de Activos y Servicios con clientes en 103 países y siendo utilizado en aproximadamente 10.000 instalaciones de sectores tan variados como energía, defensa, automoción, aguas, papel, fabricación, alimentación..., tanto en el sector privado como en el público. Se considera que es el Enterprise Asset Management (EAM) más vendido (300.000 usuarios finales).

• Desarrollado por MRO Software Compañía fundada en 1968, con base en Massachussets (EEUU). Cuenta con 900 empleados. En 2006 fue adquirida por IBM y en 2007 se incorporó en IBM Tivoli Software • Distribuidor en España: Allegro Systems. Cuenta con más de 60 empleados y 300 implantaciones de Maximo activas realizadas en España y Portugal funcionando en compañías de diversos tamaños y sectores.

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• Comunidad de usuarios Cuanta incluso con dos foros no oficiales de interacción: una página web (con mucha información compartida y actualizada sobre aplicaciones, problemas y dudas) y un grupo de Yahoo! con varias centenas de intervenciones mensuales. web: http://www.maximo-users.net/ group: http://tech.groups.yahoo.com/group/MAXIMO/ • Disponible en 9 idiomas primarios: Alemán, Español, Francés, Holandés, Inglés, Japonés, Chino simplificado, Portugués y Sueco. También esta traducido por las delegaciones locales a otros idiomas: Croata, Checo, Danés, Esloveno, Finlandés, Hebreo, Húngaro, Italiano, Rumano, Ruso, Polaco y Turco. • Tecnología Funciona con las bases de datos estándares Oracle, SQL Server e IBM DB2, y en sus últimas versiones utiliza la arquitectura Java J2EE . Cada estación de trabajo requiere la instalación de Windows y de Internet Explorer. El administrador requiere además en entorno Java.

• MP2 Desarrollado por: Infor (anteriormente Datastream) País: Estados Unidos Web: www.datastream.net MP2 ocupa el puesto nº 3 entre las aplicaciones CMMS más implantadas a escala mundial - Infor: Puesto 10º entre las mayores compañías de software del mundo. Presente en más de 100 países. - MP2 es un GMAO distribuido e implementado a escala internacional, pero con especial desarrollo en el continente americano. - Paquete basado en Windows. Disponible en inglés, francés, alemán, español y holandés. Compatibilidad con Microsoft Project. - MP2 es un sistema integrado de gestión que comprende: • Organización y seguimiento del inventario 326

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• Gestión de costes por equipo • Históricos de datos en equipos • Planificación de las tareas de mantenimiento preventivo • Localización de recursos • Solicitud y compra de repuestos • Estudio de fallos en equipos y necesidades de mantenimiento - Adaptación en cuanto a facilidades, tamaño y actualizaciones. La posibilidad de incorporar nuevas funcionalidades con el paquete instalado es uno de los puntos fuertes de MP2. - Diseñado para industrias de tamaño medio y superior.

• ELLIPSE Desarrollado por: MINCOM País: Australia Web: www.mincom.com Mincom Ellipse es una solución ERP que integra la administración de mantenimiento, materiales, administración financiera, y de recursos humanos. La aplicación de administración de mantenimiento está considerada como el cuarto GMAO más utilizado a nivel mundial. La particularidad de este software reside en que está estrechamente integrado con las otras funciones de administración del mismo paquete. - Capacidad de modelar y ejecutar la estrategia de mantenimiento, incluyendo Mantenimiento Centrado en Confiabilidad (RCM), basada en la condición, y estrategias de mantenimiento preventivo. - Asignación y archivo de equipos únicos y números de planta - Trabajos estándares para proveer plantillas de tareas recurrentes. - Programas de tiempo de mantenimiento (preventivos), incluyendo detenciones de equipos mayores.

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- Mantenimiento fuera de programa para reparar las siguientes averías de equipos. - Estadísticas de archivos de operación y producción para asistir a la automatización de los programas de tiempo de mantenimiento. - Monitoreo de las condiciones configurables de los equipos y componentes reparados para estimar tiempo de vida y proveer alertas con anticipación al fallo. - Análisis de la historia del equipo y costes. - Planificación de recursos y programación, para asegurar que los recursos apropiados y conjuntos de habilidades se encuentran disponibles para desarrollar las tareas. - Sistema de Soporte de Mantenimiento Estratégico (herramientas de análisis RMC). - Administración de Trabajos incluyendo solicitudes de trabajo, unidades compatibles, estimaciones, paquetes de trabajo y administración de trabajo. - Identificación y fuentes de recursos requeridos para trabajos – personas, equipos, y materiales. - Ayuda para las fuerzas móviles de trabajo incluyendo despacho de trabajo.

• PMC Desarrollado por: DPSI País: Estados Unidos Web: www.dpsi.com PMC es un sistema claramente enfocado en la facilidad de uso. Trabaja sobre plataforma Windows y sistema de base de datos Access. - Módulos de Orden de Trabajo, Planificación del mantenimiento, Gestión del inventario, Histórico de equipos. - Configurable por los usuarios de acuerdo a sus necesidades. - Compatible para OSHA, EPA, ISO 9000, QS 9000. - Infomes y gráficos configurables. 328

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- Módulo de código de barras. - Aplicación web para trabajo on-line. - Capacidad de enlazar e integrar archivos, gráficos, informes... - Disponible en Inglés y Español.

• ITHEC Productos: MicroMaint, MiniMaint, MaxiMaint, Prestamaint Desarrollado por: Ithec International País: Francia Web: www.ithec.com - “La gama de programas de gestión de mantenimiento (GMAO) se adapta a cualquier sector de actividad: mantenimiento industrial, mantenimiento edificios, servicios de mantenimiento, mantenimiento hospitales, mantenimiento hoteles, mantenimiento barcos, mantenimiento de flotas de vehículos, etc.” - Micromaint SQL: orientado a empresas que necesitan una herramienta de GMAO sencilla y económica para poder informatizar de manera rápida el departamento de mantenimiento Funcionalidades básicas de la GMAO (Activos detallados, estructuras en árbol, mantenimiento correctivo, mantenimiento preventivo, mejoras, almacén, análisis, etc.) - Minimaint SQL: Aplicación definida en función de las necesidades de los clientes, proporcionando todo lo que puede ofrecer una GMAO pero de manera muy operacional. - Integración sencilla y rápida, con un plazo de puesta en marcha de unos 3 meses. - MaxiMaint SQL: Concebido para una mayor exigencia, añadiendo funciones muy avanzadas. Existe en versiones específicas según la actividad (servicios externos, ayuntamientos, etc.) y permite cumplir con todas las exigencias que pueda tener un jefe de mantenimiento y un jefe de proyecto (planificación avanzada, etc.). - PrestaMaint: Mantenimiento multi-sitios. Integra una multitud de funciones propias a la actividad del mantenimiento. Concebido y organizado para ser plataforma de intercambios.

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• Lantek Avalon Desarrollado por: Lantek Facility Management País: España Web: fm.lantekbs.com - Lantek Facility Management pertenece al grupo Lantek, fundado en el año 1986 y con sede central en el Parque Tecnológico de Álava, en Vitoria-Gasteiz (Álava). - “Lantek Avalon es la solución de Gestión Integral de mantenimiento de sistemas de producción (conjunto de dispositivos, instalaciones y equipos) que cubre de forma completa las necesidades de profesionales implicados en la gestión de mantenimiento industrial.” Entre sus funcionalidades incluye: • Gestión de trabajos • Planificación de trabajos • Gestión de Costes • Solicitudes de reparación • Gestión de repuestos • Utilidades • Posibilidad de integración con Lantek FM Center (Solución de Gestión Integral de inmuebles, instalaciones y mantenimiento)

• Master Tools 4.0 Desarrollado por: Software, Maquinaria y Mantenimiento S.L. País: España Web: www.smmsl.com - Software, Maquinaria y Mantenimiento S.L. es una empresa madrileña de desarrollo de software nacida en el año 1988 y dedicada exclusivamente a la programación de herramientas para el mantenimiento. - Master Tools 4.0 se define como un programa de mantenimiento preventivo dirigido a empresas que dispongan entre sus activos de múltiple maquinaria y/o instalaciones, posibilitando un correcto control y mantenimiento de dichos activos. 330

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Entre sus funcionalidades incluye: • Idiomas: Castellano y Catalán. • Gráficos de estructura jerárquica. • Periodicidad de las intervenciones. • Personal. • Equipos. • Reparaciones. • Operaciones de Preventivo. • Normas de higiene y seguridad en el trabajo. • Repuestos. • Cálculo automático del diario de intervenciones de preventivo. • Emisión automática de órdenes de trabajo. • Control de Partes de mano de obra. • Acopios de almacén con actualización automática. • Avisos de Correctivo. • Código de barras. • Carga de órdenes de trabajo a un terminal portátil por equipos. • Conexión con sondas de máquinas. • Emisión automática de OT‟s de alarmas. • Almacén, familias, proveedores, pedidos. • Planning anual y mensual de intervenciones. • Gráficos de cargas de trabajo. • Gráficos de Instalaciones, Máquinas, Piezas.

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MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

• Listados de Costes por máquina, Instalación, Centro de Coste. • Ficha de cada máquina. • Listados de Costes de Correctivo y Preventivo entre fechas. • Listado de Materiales empleados entre fechas

• ABISMO Desarrollado por: Works Gestión del Mantenimiento S.A. País: España Web: www.wgm.es - “Abismo no requiere conocimientos de informática, y permite la integración de todas las áreas: gestión de activos, gestión de almacenes, gestión de compras. Dispone de todos los informes de gestión necesarios, tanto técnicos como económicos para facilitar la toma de decisión. Es adaptable a cualquier tamaño de organización. La implantación de Abismo va a permitir adecuar la actividad de Mantenimiento al cumplimiento de las normativas ISO 9001 e ISO 9002 para cubrir las exigencias de aseguramiento de los medios productivos de acuerdo con los Procedimientos de Calidad establecidos.” - Recopila y organiza toda la información aportada por el conjunto del departamento de mantenimiento para que el Centro de Estudios y Planificación del Mantenimiento. (CEPM), tenga los históricos técnicos y económicos necesarios para tomar las decisiones correctas en cada momento. - Aplicación cliente / servidor desarrollada bajo entorno Microsoft Windows sobre base de datos, con protocolos de comunicación TCP/IP.

• GIM (Gestión Integral del Mantenimiento) Desarrollado por: tcman País: España Web: www.tcman.com - Utilizado por más de 1.000 empresas en 4 continentes. - GIM es una herramienta para la gestión informatizada del mantenimiento, que integra en su totalidad las actividades de los departamentos de organización de activos. 332

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- Entre sus funcionalidades incluye: • Mantenimiento planificado y no planificado • Gestión de incidencias • Gestión de múltiples almacenes • Gestión de recursos humanos • Sistema de información geográfica GIS • Business Intelligence (B.I.) • GIM web – gestión del mantenimiento desde la red • Plataforma PDA y telefonía móvil • Códigos de barras

5.4. Diagnóstico Mediante Sistemas Expertos Cuando los programas de ayuda al mantenimiento son capaces de diagnosticar fallos se habla de MAO (Mantenimiento Asistido por Ordenador). Entre ellos también existen categorías: • Sistemas integrados en autómatas programables. Necesitan una programación particular. • Tarjetas de diagnóstico o de adquisición datos. Comparan en tiempo real los ciclos de las máquinas a un estado de buen funcionamiento inicial o teórico. • Generadores de sistemas expertos, que permiten buscar la causa inicial (raíz) del fallo, si se ha documentado correctamente. Los sistemas expertos (S.E.) representan un campo dentro de la llamada Inteligencia artificial que más se ha desarrollado en la actualidad en el área de diagnósticos en mantenimiento, después de una probada eficacia en el campo de la medicina. Los S.E. son programas informáticos que incorporan en forma operativa, el conocimiento de una persona experimentada, de forma que sea capaz tanto de responder como de explicar y justificar sus respuestas. Los expertos son personas que realizan bien las tareas porque tienen gran cantidad de conocimiento específico de su dominio,

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compilado y almacenado en su memoria a largo plazo. Se necesita al menos 10 años para adquirir tal información, la cual está formada por: -conocimientos básicos y teóricos generales -conocimientos heurísticos (hechos, experiencias) Es casi imposible que se obtengan todos a partir de la experiencia solamente. La diferencia de un S.E. con respecto a los programas informáticos convencionales radica en que los S.E., además de manejar datos y conocimientos sobre un área específica, contiene separados el conocimiento expresado en forma de reglas y hechos, de los procedimientos a seguir en la solución de un determinado problema. Finalmente los S.E. pueden justificar sus resultados mediante la explicación del proceso inductivo utilizado. Los S.E. son programas más de razonamiento que de cálculo, manipulan hechos simbólicos más que datos numéricos. El primer S.E. de diagnóstico fue el MYCIN (1976) para diagnóstico médico (Universidad de Stanford). Después se han desarrollado una gran cantidad de S.E. de diagnóstico en diversas áreas (química, geología, robótica, diagnóstico, etc.).

5.4.1. Componentes de un S.E. La figura 148 es una representación esquemática de los principales componentes de un S.E.: Ingeniero del conocimiento

EXPERTO HUMANO

Sensores

ADQUISICIÓN

BASE DE CONOCIMIENTOS

BASE DE HECHOS

MOTOR DE INFERENCIAS

INTERFACE

USUARIOS

Figura 148.- Componentes de un sistema experto

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-Base de Conocimiento y Base de Hechos. Es el lugar dentro del S.E. que contiene las reglas y procedimientos del dominio de aplicación, que son necesarios para la solución del problema. El conocimiento se almacena para su posterior tratamiento simbólico. Se entiende por tratamiento simbólico a los cálculos no numéricos realizados con símbolos, con el fin de determinar sus relaciones. El Módulo de reglas, que se encuentra en la Base de Conocimientos, contiene los conocimientos operativos que señalan la manera de utilizar los datos en la resolución de un problema, simulando el razonamiento o forma de actuar del experto. La Base de Hechos se estructura en forma de base de datos. Ejemplo: Hecho 1: un aceite diluido reduce la presión de lubricación. Regla 1: SI el aceite está diluido. ENTONCES la presión del aceite se reducirá. -Motor de Inferencia. Es la unidad lógica que controla el proceso de llegar a conclusiones partiendo de los datos del problema y la base de conocimientos. Para ello sigue un método que simula el procedimiento que utilizan los expertos en la resolución de problemas. Su módulo de control señala cuál debe ser el orden en la aplicación de las reglas. -Interfase de Usuarios. Componente que establece la comunicación entre el S.E. y el usuario. -Adquisición del Conocimiento. Es el proceso de extracción, análisis e interpretación posterior del conocimiento, que el experto humano usa cuando resuelve un problema particular y la transformación de este conocimiento en una representación apropiada en el ordenador. -Mecanismo de aprendizaje. Es el proceso mediante el cual el S.E. se perfecciona a partir de su propia experiencia. Los S.E. pueden estar desarrollados en lenguajes clásicos de programación (BASIC,FORTRAN, COBOL), en lenguajes de inteligencia artificial I.A. (LISP, PROLOG), en lenguajes orientados a objetos (SMALLTALK) y conchas o shells, que

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son entornos más sofisticados en los cuales solo hay que introducir los conocimientos, utilizando sus propios módulos de representación del conocimiento.

5.4.2. Justificación del uso de un Sistema Experto A la hora de plantearse el uso de un S.E. hay que determinar si el problema es adecuado para resolverlo mediante S.E. Para ello se tienen en cuenta tres condiciones: - Plausibilidad (que sea posible) - Justificación - Adecuación - Plausibilidad - Existencia de expertos en el área del problema. - Los conocimientos del experto no solo son teóricos sino que además aporta experiencia en su aplicación. - Los expertos deben poder explicar los métodos que usan para resolver los problemas. - Disponer de casos de pruebas que permitan comprobar los casos desarrollados. - La tarea no debe ser ni demasiado fácil ni demasiado difícil. Lo más difícil es expresar el conocimiento en la estructura adecuada para el S.E. - Justificación - Ventajas que ofrece su utilización. - Rentabilidad económica. - Adecuación - Problemas que no se presten a una solución algorítmica. - Problema suficientemente acotado para que sea manejable y suficientemente amplio para que tenga interés práctico. - Problemas con ciertas cualidades intrínsecas como: Conocimiento subjetivo, cambiante, dependiente de los juicios particulares de las personas, etc.

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BIBLIOGRAFÍA. 1.- Abello Linde, S. A., Proyección Térmica, 2004, pp. 1 - 20. 2.- Amendola, L. Aplicación de la Confiabilidad en la Gestión de Proyectos en Paradas de Plantas Químicas, Papers VI Internacional Congreso on Project Engineering, AEIPRO, ISBN84-600-9800-1, pp. 154, Barcelona, España, Octubre 2002. 3.- Amendola, L. Metodología de Dirección y Gestión de Proyectos de Paradas de Plantas de Proceso. IV Congreso de Project Managemet Institute, Sao Pablo, Brasil, Octubre de 2003. 4.- Ana María Rodríguez, Lecciones Aprendidas en un Proyecto de Parada de Planta, Published in PM World Today - April 2007 (Vol. IX, Issue IV). 5,- Análisis PM Kunio Shirose y Otros Productivity Press. Madrid (1997) 6.- Balancing problems with API 610 7th Edition, Douglas G. Stadelbauer, 7.- C. Kaner, J. Falk, H.Q. Nquyen, Testing Computer software (2nd Ed), International Thomson Computer Press, 1993. 8.- Cálculo de Elementos de Máquinas Vallance-Doughtie Alsina 9.- Carreira, J; Costa, D. Dependability Validation, Evaluation and Testing of Safety-Critical Aerospace Systems. DASIA‟99. May 1999. 10.- Caubet, J.J.: "Teoría y Práctica Industrial del rozamiento". España, 1971. 11.- Curso de Gestión de Mantenimiento. S.G. Garrido (2003), CTCC. 12.- Diagnóstico de motores diesel mediante el análisis del aceite usado. Bernardo Tormos. 13.- Díaz, J. Técnicas de Mantenimiento Industrial. EPSA-UC 14.- Diseño de elementos de Máquina, Faires. 15.- Diseño de elementos de Máquinas Aguirre Esponda Trillas 16.- Diseño de Máquinas Hall-Holowenco-Lau McGraw-Hill 17.- Diseño en Ingeniería Mecánica J. Shigley McGraw-Hill 18.- Documentación sobre tribología del curso de Experto univ. en Mantenimiento Predictivo y técnicas de diagnóstico. 337

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19.- Edward Dainhith, Paul Glatt, Pruftechnik AG.Reduce Cost with laser alignment, Hidrocarbon Processing, Agosto 1996 20- Elementos de Máquinas Dr. Ing. O. Fratschner Gustavo Gili 21.- Fundamentals of Mechanical Design M. Phelan McGraw-Hill 22.- Gestión del mantenimiento Industrial de A Nelly y H Harris 23.- Guía de EPRI “TR-1009745” System, Component and Program Health Reporting Utility Best Practices 24.- Guía de EPRI “TR-107668” Guideline for System Monitoring by System Engineers 25.- Herman, H. y Sampath, S., Thermal Spray Coating, 1996. 26.- Hermanek, Frank J., Thermal Spraying, 2004. 27.- Improving Machinery Reliability. Heinz P. Bloch. Gulf Publishing Co. Houston (1988) 28.- Ingeniería de Mantenimiento. Técnicas y Métodos de aplicación en la fase Operativa de los equipos Crespo Márquez, Moreu de León y Sánchez Herguedas Ediciones AENOR. Madrid (2004) 29.- INPO: “AP-913 R-1” Equipment Reliability Process Description 30.- Introducción al mantenimiento industrial. Braun, W. (1998), México. 31.- J. D. Musa “Software Reliability Engineering”. Second Edition. 2004 32.- J. Pukite “Modeling for Reliability Analysis”. Wiley-IEEE PRess, 1998 33.- Lipson, C.: "Importancia del desgaste en el Diseño". New Jersey, USA, 1970. 34.- M.A. Friedman, P.Y. Tran y P.L. Goddard, “Reliability of Software Intensive Systems”, Noves Data Corporation, ISBN: 0-8155-1361-5, 1995. 35.- Machinery Component Maintenance and Repair. H. P. Bloch. Gulf Publishing Co. Houston (1985) 36.- Machinery Failure Analysis Troubleshooting. H. P. Bloch. Gulf Publishing Co. Houston (1986)

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37.- Maintenance Engineering Handbook. Lindley R. Higgins McGraw-Hill (1995) 38.- Major Process Equipment Maintenance and Repair. H.P. Bloch. Gulf Publishing Co. Houston (1985) 39.- Mantenimiento de Motores de Combustión Interna Alternativos. Vicente Macián Muñoz. Universidad Politécnica Valencia (1993) 40.- Mantenimiento de Motores Diesel V. Macian Universidad Politécnica de Valencia (2002) 41.- Manual de Mantenimiento Industrial Morrow C.E.C.S.A. 42.- Manual del Constructor de Máquinas H. Dubbel Labor 43.- Manual del Ingeniero Hütte II A Academia Hütte Gustavo Gili 44.- Manual Del Ingeniero Industrial. Karlins, David (1990). Editorial Mc GrawHill, México. 45.- Manual del Ingeniero Mecánico de Marks Baumeister y Marks Uteha 46.- Manual SKF de mantenimiento de rodamientos. SKF. Suecia (1992) 47.- Mitchell, John, Introduction to Machinery Analysis and Monitoring 48.- Munson, J; Khoshgoftaar, T. Handbook of Software Reliability Engineering”. Wiley. 1996. 49.- Ortúzar M., R.: "Estudio teórico de las técnicas de medición de desgaste en piezas de un motor diesel con trazadores radiactivos". A.P.N., 1988. 50.- Pawlowski, Lech, The Science and Engineering of Thermal Spray Coatings, 1995. 51.- Pietrowski, John. Shaft Alignment.Handbook 52.- Práctica de la Lubricación. R. Benito Vidal (Editor-Autor). Barcelona (1991) 53.- Proyecto de Elementos de Máquinas M. F. Spotts Reverté 54.- R. S. Presuman, “Ingeniería del Software: Un enfoque práctico”. 5ª Edición. Mc Graw Hill.

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55.- Ramón F. Mateo G.: Diferentes Tipos de Vibraciones Mecánicas 56.- Sawyer's Turbomachinery Maintenance Handbook (3 vol.) J.W. Sawyer Turbomachinery International Publications. Norwalk (Connecticut, USA) (1980) 57.- Shell Global solutions. Programa de Optimización de Refinerías. 2002. 58.- Streeter, John: "Introducción a la Terología y sus aplicaciones". Chile, 1987. 59.- Técnicas del Mantenimiento y Diagnóstico de Máquinas Eléctricas Rotativas. Manés Fernández Cabanas y Otros Marcombo. Barcelona (1998) 60.- Tecnología del Mantenimiento Industrial. Félix Cesáreo Gómez de León Universidad de Murcia (1998) 61.- Teoría y Práctica de la Lubricación Dudley D. Fuller Interciencias 62.- Vilana A., José R., Recubrimiento de Superficies por Proyección Térmica, Revista Habitat, 2002. 63.- Xu, M., J.Zatelazo y R.D. Marangoni, Reducing Power Loss through Shaft Alignment” P/PM Technology, Octubre 1993.

1.- www.mantenimientoplanificado.com 2.- www.renovetec.com

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