MANTENIMIENTO INDUSTRIAL (FALLAS)
Lohanyolis Jardel A. Williams Zamora M. 1
CONTENIDO 2
Las Fallas
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Tipos de fallas
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Por su alcance
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Por su velocidad de aparición
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Por su impacto
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Por su dependencia
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Origen de las fallas
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Curva de la bañera
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Patrones de falla
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Análisis de las fallas
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Indicadores de Gestión del Mantenimiento
LAS FALLAS
14 Problema
Toda instalación destinada a producir un bien o un servicio, debe ser mantenida en condiciones que le permitan seguir en funcionamiento, logrando un producto de determinada calidad, y a un costo lo más bajo posible. Entre las funciones del mantenimiento de cualquier tipo de instalación se encuentra el ofrecer la reparación de los desperfectos que surjan y las modificaciones necesarias para que estos no aparezcan. Dentro del mantenimiento se debe conocer las posibles averías que se pueden producir en las instalaciones, máquinas o equipos y estudiar los procesos para evitarlas o, si es necesario, repararlas. No solo es necesario detectar una falla y repararla, lo importante es descubrir el origen del desperfecto y prever que no se repita en el futuro. Es una tarea de aprendizaje, utilizando la experiencia propia y ajena, que nos va permitiendo
Una Falla se define como: “El deterioro o desperfecto en las instalaciones, máquinas o equipos que no permite su normal funcionamiento”
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Por su velocidad de aparición:
Por su alcance: Parcial: Afecta como su nombre lo indica parcialmente al objeto, esto puede seguir en marcha pero trabaja con desviaciones de sus características normales de funcionamiento.
Progresiva: Es aquella que viene afectando el sistema u objeto de manera paulatina donde se va degradando el normal funcionamiento y desempeño.
Total: Cuando el objeto o sistema se ve afectado en todas sus características y no permite su funcionamiento en el sistema productivo.
Intermitente: Es aquella que se presenta de forma alterna durante cierto tiempo que afecta el desempeño del objeto o sistema. Súbita: Es aquella que aparece repentinamente y afecta en sus totalidad sin haber podido preverla mediante diagnósticos del objeto.
TIPOS DE FALLAS 4. Por su impacto:
Por su dependencia:
Menor: Esta falla no llega a afectar las metas de producción que se tengan previstas.
Independiente: Este es el tipo de falla que su consecuencia no afecta o repercute en otros sistemas interconectados.
Mayor: Esta llega a afectar de forma parcial los objetivos trazados de producción.
Dependiente: Es el tipo de fallas que al presentarse afecta otros sistemas interconectados repercutiendo en estos.
Crítica: Esta es de gran impacto porque llega a afectar por completo los objetivos de producción.
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ORIGEN DE LAS FALLAS a) Mal diseño o error de cálculo en las máquinas o equipos: Se dan casos en que el propio fabricante, por desconocer las condiciones en que trabajará, realiza un diseño no adecuado de estas máquinas o equipos. Se puede estimar éste error en un 12 % del total de las fallas. Este tipo de situación es muy difícil de revertir, y es probable que tengamos que asumir un alto índice de desperfectos.
c) Mal uso de las instalaciones, máquinas o equipos: Es la más frecuente de los casos de fallas, y se producen por falta de conocimiento del modo de operarlas, o por usarlas para realizar trabajos para los cuales no fueron diseñadas. Alcanzan al 40 % del total de las fallas. d) Desgaste natural o envejecimiento por el uso: Debido al paso del tiempo y al trabajo cotidiano de las instalaciones, máquinas o equipos estos alcanzan niveles de desgaste, de abrasión, de corrosión, etc. A este tipo de falla se estima en el 10,45 %. Segregaciones, porosidades, incrustaciones, grietas (generadas en el proceso del material) que pueden conducir a la falla del material.
- Errores al no considerar adecuadamente los efectos de las entallas. - Insuficientes criterios de diseño por no tener la información suficiente sobre los tipos y magnitudes de las cargas especialmente en piezas complejas (No se conocen los esfuerzos a los que están sometidos los elementos). - Cambios al diseño sin tener en cuenta los factores elevadores de los esfuerzos.
e) Fenómenos naturales y otras causas: Las condiciones atmosféricas pueden influir en el normal funcionamiento de las instalaciones, máquinas o equipos, y junto con otro tipo de fallas pueden ocasionar roturas y paradas de la producción. Tiene un aproximado del 27 % de las fallas totales.
b) Defectos de fabricación de las instalaciones, máquinas o equipos: Si en la fabricación se descuida el control de la calidad de los materiales, o de los procesos de fabricación de las piezas componentes, las máquinas e instalaciones pueden poseer defectos que se subsanan reemplazando la pieza defectuosa. Este tipo de error se puede encontrar en un 10, 45 % del total de las fallas.
En general, todo lo que existe, especialmente si es móvil, se deteriora, rompe o falla con el correr del tiempo. Dicho deterioro puede ser a corto plazo o a muy largo plazo
- Datos poco exactos del material (ensayo de tensión, dureza). - Empleo de criterios erróneos en la selección del material. - Darle mayor importancia al costo del material que a su calidad. 4
Las fallas se presentan en mayor medida al principio de la vida útil para luego estabilizarse durante un tiempo relativamente largo, en un valor que depende del tipo y características del bien, para luego comenzar a ascender, lo cual marca en general, el límite de la vida útil de ese bien.
CURVA DE LA BAÑERA · Fallos iníciales: Esta etapa se caracteriza por tener una elevada rata de fallas que desciende rápidamente con el tiempo. Estos fallos pueden deberse a diferentes razones como equipos defectuosos, instalaciones incorrectas, errores de diseño del equipo, desconocimiento del equipo por parte de los operarios o desconocimiento del procedimiento adecuado.
La curva de la bañera, es un gráfica que representa los fallos durante el período de vida útil de un sistema o máquina. Se llama así porque tiene la forma una bañera cortada a lo largo.
>Malas técnicas de Fabricación. >Mal Control de Calidad. >Materiales Inadecuados fuera de especificación. >Piezas dañadas en Almacén o Transporte. >Mala instalación. >Errores en la operación.
La vida útil: Es la duración estimada que un objeto puede tener cumpliendo correctamente con la función para la cual ha sido creado. Normalmente se calcula en horas de duración. Cuando se refiere a obras de ingeniería, como carreteras, puentes, represas, etc., se calcula en años, sobre todo para efectos de su amortización, ya que en general estas obras continúan prestando utilidad mucho más allá del tiempo estimado como vida útil para el análisis de factibilidad económica.
· Fallos normales: Etapa con una rata de fallas menor y constante. Los fallos no se producen debido a causas inherentes al equipo, sino por causas aleatorias externas. Estas causas pueden ser accidentes fortuitos, mala operación, condiciones inadecuadas u otros. >Existencia de una resistencia menor que la esperada. >Existencia de un esfuerzo mayor que el esperado. >Interferencia, suposición y acumulación de esfuerzos por encima del diseño de los componentes. >Insuficiente Factor de Seguridad. >Defectos que escapan a las mejores técnicas de detección de fallas. >Errores humanos. >Causas naturales.
Rata de fallas (λ): Es la probabilidad de falla casi inmediata de un equipo al llegar a un tiempo “t” de operación. Se expresa generalmente en números de fallas por unidad de tiempo (horas). En la curva de la bañera se pueden apreciar tres etapas:
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CURVA DE LA BAÑERA · Fallos de desgaste: Etapa caracterizada por una rata de fallas rápidamente creciente. Los fallos se producen por desgaste natural del equipo debido al transcurso del tiempo. >La Edad. >El Desgaste. >La Fatiga Metálica. >La Corrosión.
Las fallas son más propensas a ocurrir a medida que pasa el tiempo y por lo tanto, para evitar las fallas reacondicionaremos o cambiaremos los componentes antes que se cumpla su vida útil en la cual aumentaría rápidamente su probabilidad condicional de falla.
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PATRONES DE FALLA Conforme ha evolucionado el mantenimiento, en el diseño de los equipos se han incorporado una serie de patrones estadísticos de falla que caracterizan la vida útil de los componentes diseñados y ensamblados en las máquinas cuando éstas trabajan en condiciones operativas previamente conocidas. A continuación se presentan los 6 patrones de falla típicos que han sido investigados, desarrollados e incorporados en las diferentes tecnologías a través de todo el mundo por más de 60 AÑOS. Estos patrones son identificados como tipo A, B, C, D, E y F, y sus principales características relacionadas con el diseño y la confiabilidad se detallan a continuación.
A
B
C
D E F
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PATRONES DE FALLA El patrón A, es conocido como la curva de la bañera, se caracteriza por tener una combinación de dos o más patrones de falla diferentes: el primero de ellos, al inicio de la curva en la zona denominada “mortalidad infantil” presenta alta tendencia a las fallas, seguida de una segunda zona central con probabilidad condicional de falla constante o gradual, y finalmente presenta una tercera zona de desgaste acelerada típicamente de fatiga que la hace propicia para realizar los overhauls (mantenimientos detallados generales) o para el reemplazo de componentes a intervalos definidos.
El patrón B, propuesto por Wisdom durante la primera generación, es un modelo válido para equipos simples y algunos complejos donde se logre determinar con cierta precisión los “modos de falla típicos” normalmente asociados con fallas de fatiga, corrosión, abrasión y evaporación entre otras. En la zona inicial, su función de distribución de probabilidad condicional de falla es constante o de poca variación (pendiente baja), por lo cual presenta pocas fallas prematuras durante este periodo de vida útil, y finaliza con una zona de desgaste similar al patrón A. La función de distribución de probabilidad característica es la normal.
El patrón C muestra una probabilidad condicional de falla que crece lentamente durante todo el tiempo de operación, razón por la cual no tiene definido claramente un límite de edad para el desgaste como en el caso de los patrones A y B. La falla típica en los componentes diseñados con este patrón es la fatiga causada por esfuerzos cíclicos, y su comportamiento está determinado con gran precisión por las curvas S-N (Esfuerzos-ciclos de operación) para fatiga de cada componente.
El patrón D muestra una probabilidad condicional de falla que es constante durante toda la vida de servicio, lo que indica que las fallas de los componentes diseñados con este patrón tienen un comportamiento aleatorio y la función de distribución que rige este modelo es una distribución exponencial. El comportamiento de estos elementos pueden predecirse por las curvas típicas de falla P-F (Fallas potenciales y fallas funcionales).
El patrón E, es el más común de los seis patrones según los estudios reportados, presenta una zona inicial de alta mortalidad infantil que cae rápidamente a otra zona con una probabilidad condicional de falla constante o que se incrementa lentamente con el tiempo de operación y no tiene un límite claramente definido para la vida útil del componente y/o equipo durante el periodo de funcionamiento. Este patrón al igual que el patrón A, se caracteriza por que su probabilidad condicional de falla disminuye con el tiempo de funcionamiento después de pasar por la etapa crítica de mortalidad infantil.
El patrón F presenta una baja probabilidad condicional de falla cuando el equipo nuevo inicia su proceso de operación, seguido de un crecimiento rápido hasta un valor constante donde no se le identifica un límite de edad de desgaste. Su función de distribución de falla está asociada con la distribución de Weibull cuando el parámetro de forma (β), es (1 < β< 2).
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ANÁLISIS DE LAS FALLAS ENSAYOS Y CÁLCULOS:
Es importante identificar las fallas para luego poder encarar su análisis y en base a esto solucionar los problemas, no siempre es fácil realizar ésta tarea por lo que se han desarrollado numerosas técnicas para identificar y analizar las fallas. Estas técnicas no sólo se aplican en mantenimiento, son también de utilidad para los diversos aspectos donde se implementa el mejoramiento continuo: calidad de procesos, diseño y desarrollo de productos, control de inventarios, etc.
Examen preliminar (Visual) de la parte fallada - Ensayos no destructivos: Líquidos penetrantes, partículas magnetizables, radiografía, ultrasonido, etc.
ETAPAS DE UN ANÁLISIS DE FALLAS: ANTECEDENTES:
ANÁLISIS DE RESULTADOS, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:
Etapa inicial, consiste en pensar, estudiarla evidencia, hacer preguntas detalladas acerca de las partes, el equipo, las circunstancias de la falla y tomar nota de las respuestas. No destruir evidencias. Inicialmente el analista se reúne con el personal involucrad (ingenieros de mantenimiento, de proceso, etc.) para discutir el problema. Se realizan preguntas relevantes concernientes a la pieza:
En esta etapa se combina toda la información (antecedentes y resultados de los ensayos) y se discute la causa más probable de falla. En las conclusiones se resumen el modo de fractura y la causa de la falla. En las recomendaciones se presentan puntos de vista acerca de posibles soluciones del problema.
•Proceso involucrado. •Tipo de material, especificaciones de forma, dimensiones y técnica de proceso •Parámetros de diseño. •Condiciones de servicio. •Registros de mantenimiento. •Frecuencia de falla. •Secuencia de eventos que precedieron a la falla.
Luego de la Identificación y el análisis de la falla, se establece la prioridad de reparación tomando en cuenta lo siguiente: Para establecer la importancia entre los diferentes equipos y poder determinar la prioridad que será requerida por cada máquina, es conveniente estudiar cada equipo con respecto al conjunto de instalaciones con que cuenta la empresa. Este análisis conviene realizarlo según los siguientes factores:
Toda esta información permite definir correctamente el problema. “Un buen planteo del problema es parte de la solución”
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ANÁLISIS DE LAS FALLAS Este análisis conviene realizarlo según los siguientes factores:
OTROS PROCEDIMIENTOS PARA EL ANÁLISIS DE PROBLEMAS Y FALLAS
•Producción •Calidad •Mantenimiento •Medio ambiente •Seguridad
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, las causas o problemas que se deben investigar hasta llegar a conclusiones que permitan eliminarlos de raíz.
Se realizan tablas en las cuales se pondera la influencia de cada sub factor los cuales serán estudiados y adaptadas a cada planta en particular. Ejemplo: Influencia sobre la Producción:
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 las conoce como causas vitales. Las causas que no aportan en magnitud o en valor al problema, se las conoce como causas triviales.
-Porcentaje de tiempo de uso del equipo. -Equipo duplicado o posibilidad de recuperar la producción con otro equipo. -Influencia sobre los otros elementos productivos. Porcentaje de Uso:
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 éstas, es posible que las causas triviales se lleguen a transformar en vitales.
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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.
ANÁLISIS DE LAS FALLAS DIAGRAMA CAUSA-EFECTO
ESTRUCTURA BÁSICA DE LAS 5M
Este diagrama se utiliza para representar la relación entre algún efecto y todas las causas posibles que lo pueden originar. Todo tipo de problema, como el funcionamiento de un motor o una lámpara que no enciende, puede ser sometido a éste tipo de análisis.
Las subdivisiones en base a las 5 M, además de organizar las ideas, estimulan la creatividad. En ésta fase quienes intervienen deben liberarse de preconceptos, en caso contrario se puede condicionar la búsqueda a las soluciones que ya se han propuesto o probado y que no han aportado la solución. Las causas sugeridas se incluyen situándolas en el brazo correspondiente. En el ejemplo se ilustra con algunas de las posibles causas en forma genérica.
Generalmente, se presenta con la forma del espinazo de un pez, de donde toma el nombre alternativo de Diagrama de espina de pescado. También se conoce como Diagrama de Ishikawa que es quién lo impulsó.
Los diagramas de causa efecto se construyen para ilustrar con claridad cuáles son las posibles causas que producen el problema. Un eje central se dirige al efecto. Sobre el eje se disponen las posibles causas. El análisis causa-efecto, es el proceso mediante el cual se parte de una definición precisa del efecto que se desea estudiar. Posteriormente, se disponen todas las causas que pueden provocar el efecto. A las causas conviene agruparlas por tipos. 11
INDICADORES DE GESTIÓN DEL MANTENIMIENTO DISPONIBILIDAD
Disponibilidad por averías
Disponibilidad total
Es sin duda el indicador más importante en mantenimiento, y por supuesto, el que más posibilidades de ‘manipulación’ tiene. Si se calcula correctamente, es muy sencillo: es el cociente de dividir el Tiempo Promedio entre fallas, entre la suma del Tiempo Promedio entre Fallas más el Tiempo Proedio de Reparación.
Intervenciones no programadas:
MTBF (Mid Time Between Failure, tiempo medio entre fallos) Nos permite conocer la frecuencia con que suceden las averías:
MTTR (Mid Time To Repair, tiempo medio de reparación)
donde : D= Disponibidad TPEF= Tiempo promedio entre fallas TPDR= Tiempo promedio de reparación
Nos permite conocer la importancia de las averías que se producen en un equipo considerando el tiempo medio hasta su solución:
Los periodos de tiempos nunca incluyen las paradas planificadas ni paros por producción, solo se toma en cuenta los tiempos relacionados con falla de equipos.
Deduciendo:
La disponibilidad da un valor entre 0 y 1; mientras el resultado sea más cercano al 1 será positivo; en este sentido, puede mejorarse el valor de la disponibilidad mejorando la confiabilidad (aumentando el TPEF) o mejorando la mantenibilidad (es decir disminuyendo el TPDR).
CONFIABILIDAD Es la probabilidad de que un elemento o sistema de producción realizará su función prevista sin fallas o averías, en un período de tiempo especificado bajo condiciones dadas de operación. En otras palabras, la confiabilidad de un equipo o sistema es la probabilidad de que este opere sin ningún contratiempo, al ser requerido por el sistema de producción.
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INDICADORES DE GESTIÓN DEL MANTENIMIENTO Indicador de costo total del mantenimiento (CTM) con respecto al costo total de producción:
Los parámetros que relacionan la confiabilidad son el tiempo promedio entre fallas (TPEF), la rata o tasa de fallas (Rf ) o la probabilidad de supervivencia (Ps). Estas vienen expresadas de la siguiente forma:
Indicador de costo de mano de obra con respecto al costo total de mantenimiento:
Las horas de operación de un equipo entre dos fallas consecutivas, es una medida de confiabilidad de dicho equipo y mayor será la confiabilidad cuanto menor sea la rata de fallas y mayor el tiempo promedio entre fallas
Indicador de costo de mantenimiento correctivo con respecto al costo total de mantenimiento:
Indicador de costo de materiales y repuestos con respecto al costo total de mantenimiento:
MANTENIBILIDAD La mantenibilidad es la probabilidad de que un equipo en estado de falla sea restablecido a una condición determinada de operación en un período de tiempo, utilizando los recursos necesarios.
Indicador de costo en relación a las órdenes de trabajo (OT) y la cantidad emitida:
COSTOS La información de los costos debe estar incluida en las órdenes de trabajo, y que esta debe reflejar un resumen mensual de los costos de mantenimiento. Este indicador ayudará a establecer los programas de reducción necesarios en la gestión de mantenimiento. Es importante destacar que los costos constituyen un aspecto relevante en la evaluación de cualquier gestión, donde cada egreso debe estar justificado.
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CASO PRÁCTICO PROBLEMA: La empresa Industrial PDVSA, ha evaluado el desempeño de los 20 motores con los cuales trabaja durante todo el año, con el fin de realizar las mejoras necesarias.
DISPONIBILIDAD:
1) La empresa tiene 20 motores que funcionaron todos durante el año, durante ese período se registraron un total de 12 fallas. Calcular el Tiempo Promedio Entre Fallas. INDICADOR DE CONFIABILIDAD
RESUMEN: CONFIABILIDAD:
= 20 motores x 24 Hs. x 365 días = 175.200 Hs de marcha.
TPEF = 14.600 Hs. esto nos indica que en promedio cada 14.600 Hs/equipo de marcha del grupo de motores, ocurre una falla. 2) En los 12 últimos meses han registrado 12 detenciones por mantenimiento correctivo. Si en ese período se registraron 60 horas fuera de servicio por mantenimientos correctivos para ese grupo de equipos. Calcular el Tiempo Promedio de Reparación.
MANTENIBILIDAD:
INDICADOR DE MANTENIBILIDAD
Esto nos indica que en promedio cada reparación de ese tipo de motor demora 5 Hs.
DISPONIBILIDAD: La disponibilidad es cercana a 1, por lo cual indica que se tiene una alta disponibilidad de los motores paa la empresa. 14
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