metodologia para el pronostico de fallas

Pronóstico y Administración de la Salud de Activos Físicos, PASAF.

Metodología para la Predicción de Eventos de Falla, unaHerramienta Indispensable en la Optimización de los Activos, de empresas dedicadas a la Generación de Energía Eléctrica

Dr. Gabriel Ángel Carrillo Ramosgabriel. [email protected]

© Derechos Reservados 2008



Es el proceso mediante el cual, se estima la vida remanente de un sistema, equipo o producto, basado en su condición actual e histórica; en términos que resultan de suma utilidad al proceso de toma de decisiones relacionado con su posible cambio, rehabilitación o mantenimiento.

Además mediante este proceso, es posible mejorar entre otros, el diseño del producto y por consecuencia llevarlo a su mejor desempeño hasta el término de su vida útil, siempre dentro de determinados límites de confiabilidad.

PASAF permite que la confiabilidad de un producto, sea evaluada y pronosticada en las condiciones actuales de operación, con lo que es posible obtener del producto, su ciclo de vida normal al operarse dentro de los parámetros de mantenimiento requeridos por el mismo. Asegurándose con ello, la mejor tasa de retorno de la inversión (ROI) para la empresa.


PASAF, es una metodología que se basa en la valoración de la confiabilidad observada en sitio, lo que permite estimar la vidaremanente de los productos, antes de la toma de decisiones de cambio, rehabilitación o mantenimiento.

Este pre-diagnóstico, combina la determinación del monitoreo de la vida consumida, con la medición de las cargas físicas y ambientales a las que se sujeta el producto, que tienen su base en los esfuerzos y la modelación del daño, para estimar la vida consumida en el producto.

Lo anterior, es posible con la aplicación de dos métodos, el mantenimiento centrado en la confiabilidad (MCC) y el mantenimiento basado en la condición (MBC), los que permiten una evaluación precisa de la condición o estado operativo actual de cualquier activo físico.


Si es posible medir, el ciclo de vida de la condición operativa de un producto en sitio, los resultados pueden ser usados para:

1.- Advertirnos sobre posibles fallas durante la operación.

2.- Minimizar el mantenimiento no-programado, ampliando los ciclos entre mantenimientos y permitiendo un efectivo control de los tiempos de reparación.

3.- Reducir los costos del ciclo de vida de un producto, reduciendo los costos de inspección y pruebas, los tiempos de parada fuera de servicio y el inventario de partes y refacciones.

4.- Asistir a los fabricantes en el diseño y la logística, que soporten un mejor desempeño futuro de los productos.

5.- Obtener la mejor relación costo-beneficio de los activos físicos adquiridos.


Etapas a cubrir en la aplicación del PASAF:

I.- Monitoreo de los precursores de fallas, analizando la información de comportamiento y apoyado la toma de decisiones con pruebas.

II.- Uso de dispositivos de sacrificio, en donde sea posible.

Estructuras experimentales, que son equivalentes a los productos o sus partes, calibrados para fallar a un tiempo menor que el producto bajo observación.

III.-Consideración y modelación de los daños acumulados por fallas físicas y monitoreo en sitio de las condiciones ambientales y operativas, experimentadas por el producto.


PRONOSTICO y ADMINISTRACIÓNDE LA SALUD DE LOS ACTIVOS

FÍSICOS DE LA CFE

MANTENIMIENTO CENTRADO EN LA CONFIABILIDAD

MANTENIMIENTO BASADOEN LA CONDICIÓN

PROCESO

SIMULACIÓN

PRUEBAS

EFICIENCIA EN LAADMINISTRACIÓNDE LOS ACTIVOS

RESULTADO


Desarrollo de las fallas en los equipos a través del tiempo de operación


La experiencia ha demostrado, que el período de falla o intervalo P-F sigue el comportamiento mostrado en la figura anterior.

En la cual, el tiempo que existe entre el punto donde se comprueba que el equipo esta fallando (falla potencial) y el punto donde se presenta la falla (falla funcional) puede ser estimado; y se debe tener en cuenta al momento de establecer el intervalo de pruebas, el cual debe ser menor que el intervalo P-F para poder detectar a tiempo la falla potencial, antes de que se presente la falla funcional del equipo y se presenten entonces los mecanismos de degradación.


MANTENIMIENTO BASADO EN

LA CONDICIÓN

DIAGNÓSTICO DEL ESTADO ACTUAL MEDIANTE PRUEBAS

PRONÓSTICO DE FALLAS

MANTENIMIENTO CENTRADOEN LA CONFIABILIDAD

NUEVO PRONÓSTICO DE FALLAS, MÁS COMPLETO

PLAN DE ACCIÓN

DISEÑO, MANTENIMIENTO,REHABILITACIÓN, CAMBIO,

PRUEBAS


Servicios que permiten establecer la condición de los equipos de generación

1001782Total

4.2075Establecimiento del comportamiento y pronóstico, I C y M.

9.98178Pruebas de especialidad eléctrica

12.62225Pruebas de especialidad mecánicas

27.28486Régimen térmico y eficiencia

5.0690Sistemas de control

7.36131Control de emisiones al ambiente

19.70351Metalografía y pruebas químicas

13.80246Pruebas no-destructivas

% del total

Número de servicios

Especialidades de la Ingeniería


MANTENIMIENTO CENTRADO

EN LA CONFIABILIDAD

DIAGNÓSTICO DEL ESTADO ACTUAL

MODELACIÓN DE LA CONFIABILIDAD

MODELACIÓN MATEMÁTICADEL COMPORTAMIENTO

PRONÓSTICO DE FALLAS

PLAN DE ACCIÓN

DISEÑO, MANTENIMIENTO,REHABILITACIÓN, CAMBIO,

PRUEBAS


Activos físicos:

Caracterización:

- No-reparables: Confiabilidad (parámetros)

Vida útil esperada y programa de reciclaje.

- Reparables: Confiabilidad y Mantenibilidad (parámetros)

Programa de mantenimiento de los activos =

Mantenimiento centrado en la confiabilidad + Mantenimiento basado en la condición


CARACTERIZACIÓN DEL PROCESO DE GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD

CENTRAL GENERADORA

ACTIVOS FÍSICOS:Unidad Generadora REPARABLES:Sistemas, Equipos, Componentes MayoresProductos y Materiales. Generador de vapor CARACTERIZACIÓN DE

Turbina FALLA y DECREMENTO:Generador eléctrico Componentes, Sistemas,Transformador de potencia Equipos, Productos yOtros Materiales

NO-REPARABLES:

Pronóstico y Administración de la Salud de Activos Físicos, PASAF.Distribución de Weibull: Parámetros β, θ, δ

Tasa de fallaTiempo medio entre fallasTiempo medio entre reparacionesConfiabilidad en el percentil 30Tasa de reparación

Gráfico de Carrillo:

Distrib. de Frecuencias y Tasa de falla anualCartas de Control: Tasa de falla promedio

Tasa de falla superiorTasa de falla inferiorTasa de falla desviación estándar

Regresión y Correlación Algoritmo de comportamiento linealSimple: Algoritmo de comportamiento cuadrático

Coeficiente de determinaciónCoeficiente de correlaciónEstimación del pronóstico de eventos de fallaEstimación del pronóstico de eventos de decrementos

Ingeniería de Confiabilidad y Mantenibilidad:

Confiabilidad y ConfiabilidadMantenibilidad: Tiempo promedio de reparación de fallas

MantenibilidadTiempo promedio de reparación de decrementos

Estimadores Globales Disponibilidadde Desempeño: Indisponibilidad por: falla

decrementomantenimientootras causas

Edad: horas de operación

Componentes y/o equipos Rehabilitados y/o cambiados:


Mantenimiento centrado en la confiabilidad (MCC).

A continuación se muestran los pasos a seguir para establecer la condiciónoperativa actual de un activo físico.


Tabla 1.- Resumen del Diagnóstico Estadístico de Comportamiento, Estimadores Generales

UNIDAD

FECHA DE PRIMERA

SINCRONIZACIÓN

HORAS DE

OPERACIÓN ACUMULADAS

DISPONIBILIDAD

PROMEDIO EN %

TOTAL

DE SALIDAS

TOTAL

DE DECREMENTOS

INDISPONIBILIDAD

POR FALLA PROMEDIO EN %

TASA DE FALLA

PROMEDIO

7

2 DE ENERO

DE 2004

23,777.09

25,206.22

90.39

77.65

15

25

4 4

0.20

0.28

0.000630

0.000991

Nota: Los datos en negro, corresponden al periodo del 2 de enero de 2004 a diciembre de 2006. Los datos en rojo, corresponden al periodo del 2 de enero de 2004 a mayo de 2007.


Tabla 2.- Índices del Comportamiento Operativo de la Unidad

INDICES DE MEJORA – COMPORTAMIENTO 2004 – 2006TOMA DE DECISIONES 2007

UNIDAD TASA DE FALLA DISPONIBILIDAD INDISPON. POR FALLA INDISPON. POR DECREM. 2005 2006 2005 2006 2005 2006 2005 2006

7 0.2287 0.8828 99.84 77.59 0.11 0.39 0.05 0.00

Nota: La estimación de la tasa de falla del año 2006, incluye hasta el mes de mayo de 2007.


C o n f i a b i l i d a d U n i d a d - 7 2006 vs 2007

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

100 500 1000 2000 3000 4000 4500 5000 6000 7000 8000 8760

horas de operación

Con

fiabi

lidad

Unidad 7-07 Unidad 7-06

Gráfica 1.- Comportamiento Operativo de la Unidad, Confiabilidad vs. Tiempo de Operación

Unidad-7 tasa de falla 0.6308

Unidad-7 tasa de falla 0.9918


Gráfica 2.1- Tasa de Falla por Componente Mayor, Unidad 7

UNIDAD 7 - GRÁFICA DE TASAS DE FALLA POR COMPONENTE MAYOR

0.0000

2.0000

4.0000

6.0000

8.0000

TURBGEN EQ. AUX. OTRAS UNIDAD

TURBGEN 0.1214 0.1143 0.5885 2.7989

EQ. AUX. 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

OTRAS 0.7286 0.1143 0.2943 4.1984

UNIDAD 0.8501 0.2287 0.8828 6.9973

2004 2005 2006 2007

Nota: La estimación de la tasa de falla, incluye hasta el mes de mayo de 2007.


Gráfica 3.1- Confiabilidad por Componente Mayor en 2006, Unidad 7

Confiabilidad por Componente en 2006 - Unidad 7

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 100 500 1000 1500 2000 2500 3000 4000 5000 6000 7000 8000 8760

horas de operación

Con

fiabi

lidad

TURBGEN EQ. AUX OTRAS UNIDAD

Gráfica 3.1a- Confiabilidad por Componente Mayor en 2007, unidad 7

Confiabilidad por Componente a mayo 2007 - Unidad 7

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 100 500 1000 1500 2000 2500 3000 4000 5000 6000 7000 8000 8760

horas de operación

Con

fiabi

lidad

TURBGEN EQ. AUX. OTRAS UNIDAD

Pronóstico y Administración de la Salud de Activos Físicos, PASAF.Gráfica 4.5 - Modelación matemática del comportamiento, unidad 5

TENDENCIA DE TASA DE FALLAS REAL/PRONOSTICO UNIDAD - 5

0.92

3.15

1.99

2.43

3.19

1.65

2.02

y = -0.0246x + 2.2908R2 = 0.0043

y = -0.0673x2 + 0.514x + 1.4829R2 = 0.1009

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

AÑOS

TASA

DE

FALL

AS

TENDENCIA REAL PROM + DESV.STD.PROM - DESV.STD. PROMEDIOLineal (TENDENCIA REAL) Polinómica (TENDENCIA REAL)


- Sistema de control Analógico – Digital de la Turbina de gas

- Motor bomba agua de enfriamiento al estator de Corriente Alterna

- Pilotos de cámara de combustión

- Válvulas de sangrado

- Compresor de aire

- Enfriadores agua, enfriadores al estator

- Dispositivos de control y protección al sistema de gas a turbina

Tabla 3.- Unidad 7 – Equipos a Monitorear en 2007


Tabla 3 - Resumen del pronóstico de comportamiento 2005-2006

UNIDAD PRONÓSTICO DEFALLAS

FALLAS REALES A

DICIEMBRE DEL

PRONÓSTICO DE DECREMENTOS

DECREMENTOS REALES A DICIEMBRE

DEL

AÑO

2005

2006

2005

2006

2005

2006

2005

2006

1

18.0

18.3

16

10

28.5

30.0

19

20

2

16.8

16.8

13

11

21.7

21.9

13

24

3

12.7

13.1

11

14

44.2

52.7

17

6

4

12.1

12.7

12

9

51.7

55.4

25

10

5

20.1

20.7

24

7

35.8

36.5

22

14

6

14.3

14.5

14

11

35.6

37.9

16

12


Comportamiento vs causa - 2006

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Unidad 7

Falla Decrem. Mantto. C. A. Sistema Dispon.

Gráfica 5.- Comportamiento Tipificado por Causas en 2006


CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES

1 De acuerdo con la importancia que tiene para el personal que administra la operación y el mantenimiento de la Unidad, se recomienda la actualización de este diagnóstico al finalizar el año de 2007.

Con lo que será posible, determinar una estimación del número de eventos de fallas y decrementos para el año de 2008; además de establecer con la debida anticipación, los programas de rehabilitación y mantenimiento de los equipos en los cuales se presentarán los eventos pronosticados.


3 La gráfica 5, muestra el comportamiento de la unidad y las causas que la mantienen fuera de servicio, durante 2006.

Lo anterior, de acuerdo a las causas tipificadas como: falla, decremento, mantenimiento y causas ajenas. En esta ocasión, se muestra también en la gráfica a la disponibilidad.

La relación que se establece a partir de la gráfica, es en el sentido, de que al no haberse programado tiempo para mantenimiento a la unidad; el número de fallas en los equipos que la integran, mostraron una tendencia a la alza.

2 No hay duda, respecto a que 2006 fue un año normal en el comportamiento operativo de la unidad y sus equipos. Se recomienda mejorar los trabajos y tiempos de mantenimiento, con lo que se mejorarán las tendencias mostradas por los indicadores operativos, obtenidos en la unidad.


4. Los indicadores del desempeño de la unidad durante 2006, muestran los valores siguientes:

4.1 De un total de 365 días posibles de operar, se operaron 22 días (6.06%), se atribuyeron al Sistema 261 días (71.53%) y no se operó la unidad por falla, decremento, mantenimiento y causas ajenas, un total de 82 días (22.41%).

4.2 Durante el año de 2006, la unidad, sumo un total de 6 eventos de falla y cero eventos de decrementos.

Los estimadores de mantenibilidad, mostraron que la duración promedio de cada una de las fallas fue de 5.73 horas, y la duración promedio de cada uno de los decrementos, fue de cero horas.

4.3 Se recomienda diseñar y ejecutar a tiempo la planeación del mantenimiento, manteniendo un almacén de refacciones y materiales óptimos. Asimismo, se recomienda, capacitar al personal de operación y mantenimiento, para disminuir al mínimo las fallas y las causas que las provocan.


Lo anterior, traerá como consecuencia una disminución en el número de horas dedicadas a la atención de fallas, que de inmediato se reflejarán en los estimadores de mantenibilidad y en un incremento de la disponibilidad de la unidad y sus costos asociados.

4.4 Estamos seguros, que al diseñar y aplicar una mejora a la planeación de las actividades de operación y mantenimiento, aunado a un manejo más oportuno de piezas y refacciones, traerácomo consecuencia un aumento en la confiabilidad y disponibilidad de la unidad generadora.


G r a c i a s p o r s u a t e n c i ó n


Gabriel Ángel Carrillo Ramos

Nació el 2 de junio de 1953 en la ciudad de Torreón, Coahuila, México.Graduado en diciembre de 1974 de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y

Eléctrica, del Instituto Politécnico Nacional, (ESIME-IPN), en la carrera de INGENIERO EN COMUNICACIONES y ELECTRÓNICA.

Graduado en abril de 1982 de la Escuela Superior de Contaduría y Administración, del Instituto Politécnico Nacional, (ESCA-IPN), en el posgrado de MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE NEGOCIOS.

En 2004, concluyó los estudios académicos del programa del DOCTORADO EN CIENCIA y TECNOLOGÍA del PICYT en la especialidad de Diseño y Desarrollo de Sistemas Mecánicos en la sede CIDESI-CONACYT.

En la actualidad es Candidato al Grado de Doctor en Ciencia y Tecnología.

Entre los años de 1974 a 1981, trabajo en diversas empresas de la iniciativa privada, entre las que destacan, la Cámara Nacional de la Industria Electrónica y de Comunicaciones Eléctricas, en donde ocupo el cargo de Subgerente Técnico y el Comité Consultivo Nacional de Normalización de la Industria Eléctrica, en donde ocupó el cargo de Gerente.


Desde el año de 1982, es el responsable de la Oficina de Confiabilidad, de la Gerencia del LAPEM, en donde es el responsable de desarrollar los Diagnósticos de Comportamiento de los equipos, productos y sistemas, empleados en la generación de electricidad.

Es el creador de la Metodología de Administración de la Salud de los Activos Físicos de la Comisión Federal de Electricidad. Dicha Metodología, se aplica en algunos países de Centro, Sud-América y el Caribe.

Asimismo, tiene la responsabilidad de modelar matemáticamente el comportamiento, de tal forma que sea posible llevar a cabo la reducción de costos y el cuidado de los activos físicos de la Comisión Federal de Electricidad.

Entre sus especialidades, se encuentran los Métodos Estadísticos, la Investigación de Operaciones, la Ingeniería de Confiabilidad y Mantenibilidad, el Diseño de Sistemas de Cómputo relacionados con el Análisis de Datos de Vida, el Diseño Estadístico de Experimentos, el Benchmarking y el Análisis de Superficie de Respuesta.

Es pionero en México, en el diseño y la implantación de metodologías de Mantenimiento Predictivo, en activos usados para la generación de energía eléctrica.

Su metodología incluye la gráfica de Carrillo, ampliamente conocida y utilizada en la predicción de eventos de fallas de equipos, por las Centrales Generadoras de Electricidad de México y de otros países.

Sus trabajos e investigaciones, son una referencia en los trabajos que sobre Ingeniería de Confiabilidad y Mantenibilidad, desarrollan Institutos de Investigación en México y en el extranjero.

metodologia para el pronostico de fallas

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