MONITOREO DE CONDICION Y ANALISIS DE FALLAS

AREQUIPA - PERU2014

Docente: Carlos Tacusi Russell

Objetivos Generales• Se conocerá los criterios básicos del monitoreo de condición así

como la aplicación de tecnologías que permitan detectar fallas en su etapa temprana de desarrollo.

• En la asignatura, el alumno conocerá las herramientas y técnicas que se emplean en el análisis de detección de causa raíz de fallas, así como la metodología a emplear para un análisis eficiente.

• Se hará hincapié en nociones de seguridad así como determinar problemas relevantes encontrados en maquinaria pesada, así como los instrumentos empleados en su detección, análisis y solución.

• Se conocerán técnicas a emplear en la planificación de tareas para implementación de tareas orientadas a la solución de problemas antes de que ellos sucedan.

Objetivos específicos• Empleo de tecnologías modernas para detección de fallas.• Reconocer e identificar los distintos tipos de desgaste y fracturas.• Identificar las distintas fallas que se producen en los componentes

mecánicos del motor, transmisión y sistemas hidráulicos

Resultados• Este curso aporta al logro de los siguientes Resultados de la Carrera:• Los estudiantes analizan, desarrollan y mantienen sistemas mecánicos

eléctricos y electrónicos en maquinaria pesada aplicando sus sólidos conocimientos en la tecnología de ingeniería mecánica y herramientas modernas.

• Los estudiantes aplican conocimientos actualizados de matemática, ciencia y tecnología .

• Los estudiantes identifican y analizan problemas, proponen y desarrollan soluciones.

Sistemas de evaluación

• Nota Final = 0.30 Pa + 0.40 Pb + 0.30 E• Donde:• E = Examen• Pa = Pruebas de Aula• Pb = Pruebas de Laboratorio

TAREAS BASADAS EN LA CONDICION

Existe una pequeña o ninguna relación entre cuanto tiempo un recurso a estado en servicio y cuando probablemente fallará.

Muchos tipos de falla no esta relacionados con la edad sin embargo nos dan advertencias de lo que esta pasando o de lo que esta en proceso de ocurrir.

Si se logra encontrar evidencias de que algún elemento esta en su etapa final de falla, es posible estar a tiempo de tomar una medida que prevenga una falla catastrófica y evitar sus consecuencias.

CONSIDERACIONES GENERALES

Falla Potencial: Es una condición identificable la cual indica que una falla funcional esta ocurriendo o esta a punto de ocurrir. Ej.

• Vibraciones indicando inminente falla de cojinetes• Cables eléctricos expuestos con claro recalentamiento• Concentraciones inadecuadas de partículas en muestra de aceite• Presencia de fisuras

CONCEPTOS PREVIOS

Falla Funcional: Es la condición de un componente o sistema en la que se ha perdido la función especificada por el diseño o por la aplicación.

CONCEPTOS PREVIOS

COMPORTAMIENTO DE FALLA

Intervalo P-F Si una falla potencial se detecta entre los puntos P – F es posible tomar una acción para evitar o prevenir las consecuencias de la falla funcional

Es importante tener en cuenta que tomar una acción correctiva depende de que tan rápido ocurre la falla. Estas tareas se conocen como tareas basadas en la condición de los equipos

Son llamadas así por que los elementos que son inspeccionados siguen prestando servicio con la condición que se encuentren en condiciones normales

Esto es lo mismo que mantenimiento predictivo por que se trata de predecir si – y posiblemente cuando – el artículo va a fallar en base a su rendimiento actual

Esto es mas conocido como Mantenimiento Basado en la Condición

CONCLUSIONESTareas basadas en la condición:

El intervalo de inspecciones (tareas

basadas en la condición de los equipos) debe ser siempre menor al

intervalo P – F

= (periodo de advertencia

)

=(Tiempo previo de

falla)

= ( Periodo

de desarrollo de falla)

INTERVALO P – F¿ Cómo interpretarlo?

El intervalo P – F se puede medir en muchas unidades que proporcionen indicaciones de cargaEj.• Minutos, horas, días, meses o años de trabajo• Unidades producidas• Ciclos de arranque – parada, etc.

Si el intervalo de tareas BC > que intervalo P – F entonces: Se pierde el rastro de la falla totalmente.

Si el intervalo de tareas BC es demasiado < que intervalo P – F entonces: Se desperdician recursos en inspección de procesos

ANALISIS DEL INTERVALO P - F

En la practica se recomienda usar la siguiente relación

• Seleccione una frecuencia de tareas igual a la mitad

del intervalo P – F

Esto asegura que la inspección detectará la falla potencial antes de

una falla funcional y proporciona una cantidad de tiempo razonable para

hacer algo al respecto (intervalo neto P – F)

ANALISIS DEL INTERVALO P - F

Es el mínimo tiempo que

transcurre entre el descubrimiento de la falla potencial y la ocurrencia de la

falla funcional.Determina la cantidad de

tiempo disponible para decidir que

acción es necesaria para

reducir o eliminar las consecuencias

de la fallaEntonces:

Dependiendo del contexto operativo del

equipo las advertencias de falla permiten a

los usuarios reducir o

eliminar las consecuencias

de varias formas:

ANALISIS DEL INTERVALO P - FIntervalo Neto P - F:

Para que una tarea basada en la condición

sea técnicamente factible, el intervalo neto P – F debe ser

mas largo que el tiempo requerido para

tomar acciones y así evitar o reducir las

consecuencias de una falla

En la practica los intervalos P – F largos son deseables por las siguientes razones:• Es posible llevar a

cabo lo necesario para evitar las consecuencias de la falla de una manera más considerada

• Se requieren menos inspecciones basadas en la condición

FACTIBILIDAD DEL TAREAS BASADAS EN LA CONDICION

Las curvas P- F no son constantes

Se debe seleccionar un

intervalo de tareas que sea

substancialmente menor que el mas

corto de los probables

intervalos P – F.

Si el intervalo neto P – F asociado con este

mínimo intervalo es lo bastante grande , de tal

forma que permite tomar acciones que

contrarresten las consecuencias de la falla, entonces la tarea basada

en la condición es técnicamente factible

Si el intervalo P – F es extremadamente

inconsistente entonces no es

posible establecer un intervalo de tareas adecuado por tanto se debe buscar otras

alterativas que contrarresten la falla

(Inconsistencia)

CONSISTENCIA DEL INTERVALO P - F

La programación de tareas basadas en la condición son técnicamente factibles si:

Es posible definir una condición de

falla potencial clara

El intervalo P – F es

razonablemente

consistente

Es práctico monitorear los ítems

en intervalos menores que el intervalo P – F

El intervalo neto P – F es lo bastante grande para ser

usado

FACTIBILIDAD TECNICA DE TAREAS BASADAS EN LA CONDICION

Se dividen en 4 categorías

Técnicas de monitoreo de condición, que involucran el uso

de equipo especializado para monitorear las condiciones de

otros equipos

Técnicas basadas en las variaciones de la calidad del producto

Técnicas de monitoreo de efectos primarios, el cual considera el uso

inteligente de instrumentos existentes y equipo de monitoreo

de procesos

Técnicas de inspección basados en los sentidos

humanos

1 432

TECNICAS EMPLEADAS PARA MONITOREO BASADO EN LA CONDICIÓN

Se usa algún equipo para monitorear la condición de otro equipo

Existen cientos de técnicas pero todas estas son diseñadas para detectar

efectos de las fallas. Como son:

1

MONITOREO DE CONDICION USANDO EQUIPO ESPECIALIZADO

EFECTOS DINAMICOS

Este monitoreo detecta fallas potenciales la

cuales emiten una anormal cantidad

de energía emitida en forma de ondas

tales como la vibración, pulsos y efectos acústicos.

•Ej.•Análisis de vibraciones•Análisis ultrasónico•Emisión acústica, etc.

EFECTOS DE PARTICULAS

Detecta fallas potenciales

debido a partículas de

diferentes tamaños y formas

que están en el medio donde los elementos están

operando.

•Ej.•Análisis ferrográfico•Presión diferencial•Contador de partículas•Sensor ferromagnético•Grado de filtración, etc.

EFECTOS QUIMICOS

Detecta fallas potenciales los cuales han sido causados por cantidades de

elementos químicos

dentro del medio

•Ej.•Espectroscopia por emisión o absorción atómica•Espectrometría•Espectroscopia infrarroja•Cromatografía de gases•Microscopia electrónica•Corrosión electroquímica•Analizador de escape de gases, etc.

EFECTOS FISICOS

Detectan fallas que abarcan

cambios en la apariencia física o estructura de los equipos los cuales pueden ser detectados directamente

•Ej.•Líquidos y tintes penetrantes•Inspección por partículas magnéticas•Ultrasonido por la técnica de pulso – eco•Rayos X, etc.

EFECTOS DE LA TEMPERATURA

Detectan fallas potenciales que causan

elevación de la temperatura

del propio equipo

•Ej.•Buscadores infrarrojos•Técnicas de termometría

EFECTOS ELECTRICOS

Estas técnicas muestran

cambios en la resistencia,

conductividad, fuerza

eléctrica y potencial

•Ej:•Resistencia eléctrica•Monitoreo de potencial•Pruebas de megger•Análisis de circuitos de motor•Descarga parcial, etc.

Estos métodos son extremadamente sensibles, algunos de ellos nos dan varios meses o varios años de advertencia de la falla.

Sin embargo están limitados debido a que monitorean solamente un parámetro o condición. Lo que poseen en sensibilidad no lo tienen en versatilidad (característica inherente de los seres humanos)

Las técnicas de monitoreo de la condición pueden ser espectacularmente efectivas cuando son usadas apropiadamente, pero cuando son inadecuadas llegan a ser muy caras y ocasionan lamentables perdidas de tiempo

CONCLUSION

•En el momento en el que es posible detectar muchas fallas usando los sentidos humanos, el proceso de deterioro esta ya bastante avanzado, esto significa intervalos P – F muy cortos por lo tanto las inspecciones deben ser más frecuentes y respuestas más rápidas•El proceso es subjetivo, esto dificulta el desarrollo de un criterio preciso de inspección y las observaciones dependen mucho de las experiencias y aun del estado mental del observador

Son las más conocidas técnicas de inspección

(vista, oído, tacto y olfato) pero tiene dos

potenciales desventajas al ser

usadas:

4

MONITOREO DE CONDICION USANDO LOS SENTIDOS HUMANOS

Sin embargo también tienen ventajas:•El ser humano es versátil y puede descubrir una amplia gama de condiciones de falla•Esto puede ser muy rentable, si el monitoreo es hecho por personal que esta cerca o de alguna forma relacionado con los equipos en el curso de sus deberes normales•Un ser humano puede ser entrenado para juzgar la severidad de una falla potencial y además tomar una acción apropiada para contrarrestar sus consecuencias

SELECCIÓN DE TECNICA DE MONITOREO DE CONDICION CORRECTA

CURVAS P – F NO LINEALES

Si una técnica cuantitativa como en análisis vibracional es

usado para detectar una falla potencial, esto

conduce a la noción de que después de que se observe una desviación inicial, se deben tomar lecturas adicionales de

la vibración en intervalos progresivamente más

cortos hasta que se alcance un punto en la cual se debe tomar una

acción.

en la práctica esto solo es posible si el intervalo P – F es bastante largo

para permitir la toma de lecturas adicionales (de

hecho no deberían tomarse lecturas adicionales si el intervalo es bien

conocido en cambio si el intervalo es altamente inconsistente debe de

hacerse)En resumen una combinación de

variables hace imposible predecir cuantos ciclos de operación deberán

transcurrir antes de que la falla se muestre

CURVA P – FLINEAL

Si un ítem se deteriora de un modo mas o

menos lineal durante toda su vida

Solo se encuentran donde las fallas de los

mecanismos están intrínsecamente

relacionados con la edad

COMO DETERMINAR EL INTERVALO P - F

Es normalmente sencillo determinar el intervalo P – F para equipos cuyos modos de falla están relacionados con la edad.

Pero por otro lado los intervalos P-F pueden ser sorprendentemente difíciles de determinar en los casos en que las fallas suceden al azar debido a que no se puede conocer cuando comenzara un modo de falla y por tanto no se puede determinar cuan larga es la curva P-F

Existen 5 posibilidades para determinar el intervalo

OBSERVACION CONTINUA

Es posible determinar el intervalo P-F por observación continua de un determinado ítem el cual esta en servicio hasta que una falla potencial ocurra. Anotar cuando esto ocurra y luego continuar observando hasta que falle completamente

DESVENTAJA: esta aproximación no es práctica, primero por que una observación continua es muy cara y segundo por que el ítem tiene que fallar , con todas las consecuencias que esto trae.

1

EMPEZAR CON UN INTERVALO CORTO Y GRADUALMENTE IR EXTENDIENDOLO

Se establece un intervalo P –F arbitrario bastante corto y luego se espera hasta que se averigüe lo que el intervalo en realidad deberá ser, por el gradual entendimiento del intervalo

DESVENTAJA: desafortunadamente en este punto va a presentarse la falla funcional con lo cual estamos en el caso anterior. Esta aproximación es potencialmente peligrosa, por que no hay garantía que el intervalo inicial seleccionado sea mas corto que el intervalo P-F

2

INTERVALOS ARBITRARIOS

Seleccionar intervalos arbitrarios razonablemente cortos para todas las tareas basadas en la condición de los equipos

DESVENTAJA: Esta aproximación es la menos satisfactoria y la mas peligrosa para determinar frecuencias sobre tareas de condición debido a que nuevamente no hay garantía de que el razonablemente corto intervalo arbitrario sea más corto que el intervalo P-F

por otro lado un verdadero intervalo P-F debe ser mas largo que el intervalo arbitrario

3

INVESTIGACIÓN

La mejor manera de establecer un intervalo es simular la falla de tal manera que no hay ninguna consecuencia seria cuando esta ocurre en el futuro

DESVENTAJA: Estos ensayos se realizan el laboratorio relativamente caros y toman tiempo en dar resultados. Son solo factibles cuando un gran numero de componentes están en riesgo

4

UNA APROXIMACIÓN RACIONAL

Un intervalo P-F puede ser estimado con sorprendente exactitud sobre las bases del juicio y la experiencia:

• El primer truco es hacer la pregunta correcta (debe preguntarse cuanto tiempo transcurre desde la falla potencial hasta el momento de la falla funcional) y no con que frecuencia falla o cuanto tiempo dura

• El segundo truco es preguntar a la gente correcta (normalmente a la gente que tiene un intimo conocimiento del equipo) deben preguntarse si el intervalo podría durar días o semanas, llegar a un consenso y el intervalo ya estará establecido

• El tercer truco es concentrarse en un solo modo de falla (Ej. si el modo de falla es desgaste, el análisis debe concentrarse sobre las características del desgaste y no discutir sobre corrosión o fatiga por ejemplo)

5

CUANDO UNA TAREA BASADA EN LA CONDICION DEBE SER VALORADA

Debe cumplir los siguientes criterios:

• Si un incidente esta oculto, no tiene ninguna consecuencia directa. Así una tarea basada en la condición prevista para prevenir un incidente oculto debe reducir el riesgo de un incidente múltiple a un nivel aceptable bajo

• Si la falla tiene consecuencias con la seguridad o el medio ambiente• La tarea debe ser efectiva en lo que a costos se refiere. Significa que el

costo de hacer la tarea debe ser menor que el costo de no hacerlo• Las consecuencias operacionales son usualmente caras por lo tanto

la tarea basada en la condición representa un costo efectivo• El único costo de la falla funcional que no tiene consecuencias

operacionales es el costo de reparación, en este caso la tarea basada en la condición puede ser técnicamente factible, pero no efectiva en los costos

GRACIAS