mtto proactivo

8/18/2019 MTTO PROACTIVO

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TRATAMIENTO ANALÍTICO DEL MANTENIMIENTO CONDICIONAL(PREDICTIVO Y PROACTIVO)

Por el Ing. Aeronáutico Alejandro J. Pistarelli - Argentina

Especialista en Ingeniería de Mantenimiento

Autor del Libro:

Manual de Mantenimiento. Ingeniería, Gestión y Organización.ISBN: 978-987-05-8420-9


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1° Parte

Se sabe que los programas de Mantenimiento Preventivo proponen realizar, de manera

sistemática, acciones de restauración o reemplazo periódico. Sin desconocer las ventajasasociadas a dichas tareas preventivas, que por cierto son muchas, en algunas ocasiones unMantenimiento Preventivo deliberado hace perder efectividad pues no es sencillo determinar conexactitud en todos los casos, la vida útil de los elementos cuando actúan en su contexto particularde funcionamiento. Además, la dispersión de los fallos suele ser alta y las bases de datosgeneralmente incompletas. El patrón de fallas que rige al Mantenimiento Preventivo (curva de labañera), y que sirve para fijar el intervalo entre tareas, se obtiene de una muestra de elementosiguales pero actuando en contextos operativos diferentes. Esto ocasiona que muchos elementossean reparados o reemplazados antes de llegar a su máximo aprovechamiento. Además, y deestar vigentes programas de mantenimiento preventivo tendientes a evitar fallas imprevistas, quedala incógnita de cuánto habrían durado los componentes sustituidos, si no se hubiese aplicado elplan. Podría proponerse un estudio estadístico más ajustado, permitiendo que los elementosfuncionen en su propio contexto hasta la falla catastrófica y evaluar, entonces, la vida particular decada uno. Sin embargo, hay procesos demasiado riesgosos como para esperar el resultado de

este tipo de ensayos.Por su lado, y como se describe en este artículo, el Mantenimiento Condicional sugiere un plan

de inspecciones basado en el monitoreo del estado de funcionamiento de las partes del equipo (oalguna de sus variables de proceso) para aprovechar al máximo su vida de funcionamiento normaly aceptada, antes de intervenirlo o retirarlo de servicio.

Resulta interesante, entonces, plantear alternativas como las que propone el MantenimientoCondicional (expresión más general del Mantenimiento Predictivo y del Proactivo).

Con una tarea de Mantenimiento Condic ional se mide el deterioro progresivo de cada equipo(o los síntomas prematuros de los defectos de sus partes) sin desarmes mayores, tiempo antesque se produzca la detención súbita e inesperada. Se procura llevar al límite de su utilización lavida remanente de los componentes. La expresión mantenimiento condicional ó a condición sefundamenta en que las partes bajo inspección se dejan en funcionamiento a condición de su

estado al momento del chequeo. Si están bien, las dejamos funcionar; si están mal, lasreemplazamos o restauramos. Los resultados de controlar parámetros, también llamados de salida,permiten a los responsables de Mantenimiento, definir si es conveniente una acción restaurativa yen qué momento llevarla a cabo.

Este sistema de mantenimiento no supone únicamente aplicar tecnologías hoy vigentes. Si asífuese, podría pensarse que existe desde hace muy poco tiempo. En realidad, la predicción dedefectos incipientes se utiliza desde los comienzos mismos de la actividad industrial. El hombretiene tendencia natural a la predicción y algunos sentidos humanos (vista, audición, tacto y olfato)fueron las primeras armas predictivas. El inconveniente radica en que nuestras capacidadeshumanas son limitadas y subjetivas y, lamentablemente, se llega demasiado tarde sucediendo lapérdida de función total casi consecutivamente al síntoma.

Conforme el desarrollo de la electrónica y otras ciencias, y con el advenimiento de nuevosmétodos, algunas fallas prematuras pueden descubrirse hoy con mayor antelación y precisión que

en el pasado, sin esperar a que acontezca la falla total para luego actuar en consecuencia. Noobstante, sigue siendo sumamente poderoso el uso de los sentidos humanos porque puedeidentificarse una amplia gama de fallos simultáneamente y a muy bajo costo.

Las estrategias de diagnóstico basadas en el estado paramétrico, están tomando cada vez másprotagonismo en la batalla contra las fallas, por su efectividad, confiabilidad y bajo costo integral.Por cierto, resultará ventajoso en aquellos casos para los que la falla avisa antes de llegar a sutotal deterioro. Si así sucede, y estamos lo suficientemente atentos (inspeccionando la variablefísica apropiada en el momento apropiado), podremos seguir la evolución del síntoma minimizandosu impacto.

Alcance y Definición del Mantenimiento CondicionalUn sistema o equipo sometido a un análisis condicional debe encontrarse en funcionamiento, y laejecución de las inspecciones realizarse en forma periódica. De poco servirá estudiar una muestra


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de aceite de un transformador de potencia que lleva dos años fuera de servicio, o efectuar unatermografía infrarroja sobre un tablero desconectado. En general, los parámetros que se miden enel equipo permiten poner de manifiesto sus fallas sintomáticas provocadas por desgaste, defectos

o desviación de alguna variable física. Los mayores beneficios de aplicar una técnica condicionalse obtienen en equipos vitales para el proceso productivo, o en aquellos cuyas fallas ponen enriesgo la integridad física de las personas o afectan el medio ambiente. En virtud de lo anterior,muchas veces se cae en el error de suponer que sólo porque un sistema es prioritario (altagravedad por su falla), se justifica la utilización de una estrategia condicional; lamentablemente haymodos de falla que no dan indicio alguno de la falla sintomática. Para aplicar monitoreo condicionaldebe ser técnicamente posible (tecnología + diagnóstico) identificar la falla sintomática para elmodo de falla estudiado. Además, la estrategia tiene que demostrar cierto nivel de confiabilidad enel diagnóstico.

El Mantenimiento Condicional persigue poner en evidencia, con la mayor anticipación posible,defectos, desvíos o síntomas de falla (fallas sintomáticas) que se manifiestan sobre las piezas o

componentes de los equipos en funcionamiento antes de su falla funcional, con la ayuda deinstrumentos o pruebas no destructivas minimizando así el perjuicio sobre el servicio o la

producción.

Un programa de Mantenimiento Condicional no se limita exclusivamente a tareas de medición,análisis de muestras o captura de datos. Debe incluir el seguimiento permanente de la variable deestudio en el tiempo de operación, debe diagnosticar las causas raíz de falla y predecir con lamáxima exactitud el momento oportuno para el reemplazo (vida remanente de seguridad ). Muchossíntomas de avería pueden descubrirse también a través de alteraciones en las propiedades de losproductos que el equipo fabrica (controles de calidad ó control estadístico de proceso). Ciertasfallas sintomáticas inciden directamente en las especificaciones de los productos. Este tipo derutinas son de baja complejidad técnica pero de gran beneficio porque pueden ser ejecutadas porlos mismos operadores de la máquina a través de chequeos de inspección dinámica.

Dentro de las inspecciones condicionales encontramos al Mantenimiento Predictivo. Sueledecirse que una tarea es de mantenimiento predictivo cuando la medición de la variable física es

capaz de identificar fallas sintomáticas irreversibles. Si el resultado de medir la variable refleja unestado de anormalidad en el elemento, se impulsa entonces una acción inevitable de reemplazo,restauración o investigación. No se evita el gasto que ocasionan estos trabajos, o los productosrechazados que pudieron haberse generado, pero sí se logra minimizar las consecuencias que lafalla repentina ocasionaría. Algunas herramientas utilizadas por el Mantenimiento Predictivo son:

Los sentidos humanos a través de inspecciones Análisis de Vibraciones Termografía Infrarroja Inspección por Ultrasonido Cromatografía de líquidos y gases Emisión acústica Inspección con tintas penetrantes

Endoscopia industrial Gammagrafía.

Algunas de estas técnicas pueden practicarse en forma continua1, periódica o discrecional.

Nota: El mantenimiento predictivo difiere del proactivo – ambos constituyen el mantenimiento acondición – por el carácter de reversibilidad o irreversibilidad que le confieren a las fallassintomáticas. En el proactivo, el desvío de la condición normal (falla sintomática) es descubiertocon más anticipación que en el predictivo, pudiéndose tomar acciones para desviar la tendencianatural hacia la falla funcional y evitar, en muchos casos, el reemplazo de más elementos.

1 Habitualmente los dispositivos de monitoreo continuo se consideran “protecciones indicativas” y su estrategia demantenimiento se analiza por separado.


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Mantenimiento ProactivoResulta interesante ver cómo ciertas técnicas de monitoreo de condición son capaces de identificar

fallas sintomáticas en forma muy prematura. Aprovechar la potencia tecnológica para poner demanifiesto anomalías tan anticipadamente, resulta cada vez más conveniente porque minimiza oimpide el proceso de transformación de una causa raíz en una falla funcional.

El Mantenimiento Proactivo aparece como alternativa de mejora para anticiparse al momento enque una causa raíz de falla puede convertirse en una falla sintomática irreversible. Cabe aclararque, aunque la estrategia pone de manifiesto síntomas de carácter reversible, no significa que eldesarrollo de cualquier causa raíz pueda convertirse en reversible. Algunas tareas realizadas enMantenimiento Proactivo son de carácter investigativo.

Ejemplo 1

El monitoreo del contenido de agua en aceites dieléctricos de transformadores, es una acciónproactiva. Una lectura superior, por ejemplo, a 15 ppm de agua disuelta (ASTM D1533) essíntoma de disminución en la rigidez dieléctrica. Cuando la variable supera cierto valor de

alarma, podría realizarse una deshidratación y purificación para torcer la tendencia delparámetro desviado (contenido de agua). Así, el síntoma prematuro no culminará en la fallafuncional del aceite (y una posible avería grave en el transformador), pudiendo recuperarse.

Es muy difícil marcar estrictamente la frontera entre el Mantenimiento Predictivo y el Proactivo. Sinembargo, puede al menos considerarse que si existe una técnica capaz de identificar la fallasintomática en un estado prematuro tal que pueda tomarse alguna acción que evite la sustituciónfinal de otro componente de importancia, se dice que ésta es proactiva. De todas maneras, elMantenimiento Proactivo puede resultar poco efectivo y muy caro si no se planifica racionalmente yno se cuenta con el nivel de capacitación requerido. Debe enfocarse a equipos cuyos modos defalla provoquen graves consecuencias en el activo, en el proceso productivo o en la seguridad. Acontinuación se listan algunas herramientas de Mantenimiento Proactivo.

Análisis físico – químico de lubricantes, (oxidación, viscosidad, etc.). Alineación y Balanceo. Estudios de amperaje. Recuento de partículas contaminantes. Verificación de metales y aleaciones. Estudio de condición operativas en lubricantes.

Los factores adversos comúnmente considerados sobre el Mantenimiento Condicional surgende una evaluación técnica o económica desacertada. Suele referirse al costo que encierran comouna desventaja; si la conveniencia económica se justifica, el costo total e integral será menor, aúncuando el valor de su aplicación parezca elevado. La necesidad de contar con personal máscapacitado para el diagnóstico o interpretación de resultados, es más una ventaja que un aspectonegativo; dado que se eleva el nivel general de la organización.

Hipótesis y Condiciones de aplicaciónSe mencionó que para aplicar mantenimiento condicional debe ser posible detectar algunacaracterística (variable) relacionada con el grado de deterioro del elemento. Tómese por caso lafigura 1. La misma refiere que el nivel de buen funcionamiento de cierta variable, comienza adecaer en el punto E. A partir de E, el deterioro se hace progresivo hasta culminar en la fallafuncional (punto F). No obstante, en raras ocasiones es posible notar el síntoma justo en E.Cuando el estado paramétrico de la variable (deterioro) alcanza cierto valor, se dice que existe unaFalla Sintomática (falla incipiente identificable). Cuanto antes pueda detectarse el síntoma (puntoS), más largo será el espacio de tiempo entre éste y la falla total de la función, ( ∆tSF en la figura 1). ∆tSF es el intervalo de tiempo durante el cual la falla advierte de su existencia. Para detectarla, elintervalo entre cada inspección debe ser, por cierto, menor que ∆tSF. El periodo ∆tSF define la fasefinal de la vida de un elemento; nada nos dice sobre su confiabilidad ni sobre el tiempo que vivió


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saludablemente con anterioridad. En adelante, la unidad adoptada para los intervalos, es el tiempo;sin embargo, caben las mismas consideraciones para cualquier otra magnitud como horas demarcha, kilómetros, volumen de producción, ciclos, etc.

Un intervalo ∆tSF amplio permite hacer los chequeos con menor frecuencia y/o que haya mástiempo para tomar la acción contingente que evite la consecuencia final. Por tal motivo, se realizangrandes esfuerzos en establecer las condiciones físicas de una falla sintomática y desarrollar latécnica de detección temprana que permita un intervalo ∆tSF extenso. Nótese que un intervaloextenso hace que el punto S se acerque al punto E, siendo que el punto “móvil” es S y no E.

Figura 1 Curva de estado paramétrico e intervalo ∆t SF.

La curva de la figura 1 muestra el estado paramétrico (grado de deterioro) de una condiciónfísica o variable. La magnitud medida, intrínseca al elemento, debe demostrar una relación directaentre los valores que adopta y el grado de deterioro. El nivel vibratorio de una máquina rotante, latemperatura de un motor eléctrico o la concentración de ácido disuelto en un aceite; son ejemplosde variables mensurables y relacionadas con la degradación del componente o del equipo al quepertenece. S se denomina falla sintomática y su empeoramiento total hasta allí es ∆ES. Si bien elempeoramiento aparece como decreciente a partir de E, éste puede obedecer al crecimiento dealguna magnitud física (temperatura, vibración, ruido, concentración de agua, etc.). El deterioro seconsidera decreciente, independientemente del comportamiento de la magnitud que se evalúa.

La transición entre los puntos E y F no necesariamente adopta siempre la forma indicada en lafigura anterior; la ley de degradación a partir de E puede ser cualquier otra, aún lineal. Paradescribir el deterioro paramétrico en función del tiempo, se acepta la siguiente expresión:

(1)

En representa el valor nominal de buen funcionamiento, α la intensidad y β su ley de variación.Cuando se registran alteraciones en la magnitud medida, se produce una disminución en el estadoparamétrico E. Si β=1, se tiene una función lineal a partir de E en la variación del estado, comodescribe la figura 2. Conforme aumenta el parámetro de forma (β > 1), el decaimiento se comportasegún la figura 1. El signo menos en el parámetro α ratifica el concepto de deterioro; aunque ladegradación de la variable pueda manifestarse aún por el aumento de su magnitud. Resultaevidente, entonces, que el intervalo ∆tSF depende tanto de α como de β; a medida que estosaumentan en valor absoluto, más repentino será el deterioro y menor el ∆tSF.

Es imposible contar con la ley de variación para todas las magnitudes físicas y para todos loselementos. No sólo por la cantidad de parámetros existentes (infinitos valores para α y β), sino,además, porque cada uno adoptará distintas formas de acuerdo al contexto operativo en el que

E = En – α.t

β

Avería total

del componente

(Falla Funcional)

Síntoma identificable

(Falla Sintomática)

Estado

paramétrico

Tiempo

Estado paramétrico del componente Punto de quiebre en el estado

Intervalo de vida residual

desde la posible identificación

del síntoma hasta la

avería completa.

∆tSF

S

F

Intervalo de tiempo no siempre

conocido durante el cual la variablede estado toma valores normales.

∆TNormal

∆Es

E

Intervalo en que

el síntoma nopuede ser

identificado.


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trabaja el equipo. Esto obliga, en principio, a establecer un intervalo ∆tSF particular para cada caso. Algunos especialistas en Ingeniería de Mantenimiento cuentan con buenas aproximaciones paraequipos prioritarios. La experiencia y práctica sistemática del mantenimiento condicional, logran

aproximaciones bastante confiables para el intervalo ∆tSF.

Figura 2 Decaimiento lineal del estado paramétrico e intervalo ∆t SF.

Aunque el comportamiento paramétrico de la variable adopta cualquier forma en función de losparámetros α y β, en adelante se utiliza la curva de la figura 1. Un deterioro lineal a partir de E, sevincula más con fallas sintomáticas relacionadas con la edad; mientras que un deterioro acelerado

(β>1) guarda más relación con fallas sintomáticas del tipo aleatorias ( ∆Tnormal inconsistente).La situación nos obliga a establecer qué grado de deterioro debe tener el parámetro para que

pueda ser identificado. El punto S, y por consiguiente el tamaño de ∆tSF, dependerá del parámetroa controlar y de la metodología utilizada. En la figura, S puede representar alguno de los siguientessíntomas:

Daño incipiente en un rodamiento. Zonas calientes en el refractario de un horno. Fisuras o grietas que indican la fatiga de un material. Presencia de metales en el aceite de una máquina. Contaminación con agua en un aceite lubricante. Puntos calientes en un circuito o en un tendido eléctrico. Grado de oxidación de un aceite, etc.

Si el intervalo de estado normal ∆TNormal (figura 1) fuese siempre conocido y de elevadarepetibilidad, tal vez podría resultar más conveniente aplicar un reemplazo o restauraciónsistemática (Mantenimiento Preventivo); por el contrario si la dispersión de los ∆TNormal es alta (leyde distribución exponencial para la falla sintomática), podría ser útil una inspección condicional aintervalos fijos (tPR) siempre y cuando se cumplan las condiciones enumeradas a continuación.

Es importante resaltar el concepto anterior dado que, si bien puede ser posible encontrar algunatarea a condición aplicable a la situación estudiada, no necesariamente el intervalo ∆tSF cumpla conlas condiciones necesarias. Si así fuese, la técnica perdería validez.

En el esquema de la figura 3 se resumen las condiciones que debe satisfacer el intervalo ∆tSF para que sea posible (técnicamente) una tarea condicional. Desde luego, se deberá lograr tambiénuna validación económica (siempre que la consecuencia de la falla funcional sea sólo económica)para optar por su aplicación.

Estado

paramétrico

Tiempo

Punto de quiebre en el estado

F

∆TNormal

E

S

Síntoma identificable

(Falla Sintomática)

Avería total

del componente

(Falla Funcional)

∆tSFIntervalo en

que el síntoma

no puede ser

identificado.

Estado paramétrico

del componente

Intervalo de vida residual

desde la posible identificación

del síntoma hasta la

avería completa.

∆ES Intervalo de tiempo no siempreconocido durante el cual la variable

de estado toma valores normales.

En


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Figura 3 Condiciones a satisfacer por el intervalo ∆t SF para que sea técnicamente útil.

La fijación del punto S en la curva de deterioro es vital para estimar el intervalo ∆tSF. La

manifestación de la falla sintomática sucede en forma progresiva sobre la curva y va tomandodiferentes estados hasta llegar a la falla funcional. Es por ello que S no siempre es la causa raíz defalla, sino un síntoma del estado de gravedad del componente en cada momento. Una causa raízevoluciona a lo largo del tiempo y, durante su desarrollo, puede presentarse en distintos estados, loque obliga a utilizar diferentes técnicas de inspección.

Ejemplo 2El eje de una turbina de secado se encuentra montado con rodamientos de alta velocidad serie6208. La lubricación se logra por medio de un sistema forzado de bombeo y la evolución de la fallasintomática (y su detección), en el conjunto rodamientos más lubricante, podría transcurrir de lasiguiente forma.

En primer lugar puede aparecer contaminación con partículas en el lubricante, falla sintomáticareversible e identificable con conteo de partículas (ISO 4406); además, se debería disparar una

tarea de investigación para evidenciar la fuente u origen de la contaminación (causa raíz). Laposible solución consistiría en filtrar el aceite y evitar el ingreso definitivamente. De no actuarse atiempo, y como consecuencia de la contaminación, se manifestará alguna falla incipiente en losrodamientos (falla irreversible para el rodamiento), lo que podría detectarse a través de un análisisde vibraciones. Si el deterioro avanza aún más, la termografía infrarroja tal vez acusaría unincremento en la temperatura fuera de lo normal (en la medida que sea físicamente posibleefectuarla). Finalmente, y cerca del colapso, el daño provocado en los rodamientos emitiría unruido detectable por el oído humano. Finalmente, el posible colapso del sistema.

Obsérvese que la causa raíz de falla evoluciona manifestando distintos estados y, en función desu gravedad y estado de avance, pueden aplicarse distintas técnicas de chequeo.

Este ejemplo es sólo ilustrativo y en ningún caso debe tomarse como aplicable a la realidad.

Algunas herramientas condicionales permiten intervalos ∆tSF más prolongados, pudiendo

disminuirse la cantidad de inspecciones. Muchas veces esto justifica la aplicación de un técnica porsobre otra y se cuenta con más tiempo para programar los trabajos de restauración o recambio.Pero quizás el factor más importante para intervalos extensos es que la falla sintomática puedepasar de irreversible a reversible; con los beneficios económicos que esto implica. Cuanto más altoy a la izquierda se encuentre S en la curva, habrá menores desviaciones respecto a la condiciónnormal ( ∆ES pequeño), especialmente si en las primeras fases el deterioro no es lineal. Cuantomás pequeña sea la desviación, más sensible debe ser la técnica de monitoreo condicional.

Frecuencia de las Tareas CondicionalesUna acción de mantenimiento condicional puede obedecer a tres tipos distintos de monitoreo;dependiendo del equipo, sistema productivo, falla sintomática o contexto operativo.

Periódico.

La falla sintomática en S se manifiesta de talLa falla sintomática en S se manifiesta de tal

manera que puede ser identificada.manera que puede ser identificada.

Condiciones a satisfacer

por el intervalo ∆tSF

La tarea o técnica seleccionada, es capaz deLa tarea o técnica seleccionada, es capaz de

identificarla en la mayoría de los casos.identificarla en la mayoría de los casos.

Debe existir la certeza que S constituye unaDebe existir la certeza que S constituye una

falla sintomática.falla sintomática.

El tamaño deEl tamaño de ∆ ∆t t SF SF debe ser suficiente comodebe ser suficiente como

para poder tomar alguna medida previa a la para poder tomar alguna medida previa a la

falla funcional.falla funcional.

Debe existir baja dispersión en el tamaño delDebe existir baja dispersión en el tamaño del

intervalointervalo ∆ ∆t t SF SF para todas las veces que para todas las veces que

ocurre S.ocurre S.


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Discrecional.

Continuo.

Continuará…

Bibliografía

Manual de Mantenimiento. Ingeniería, Gestión y Organización – Alejandro J. PistarelliMantenimiento Industrial. Organización, Gestión y Control . Raimundo H. González.RCMII Mantenimiento Centrado en Confiabilidad . John Moubray.Seminario de Mantenimiento Proactivo y Análisis de Aceites, Ing. Esteba. Lantos. Noria –Laboratorio Dr. Lantos, Buenos Aires – Argentina.Norma SAE JA1011 “Evaluation Criteria for Reliability-Centered Maintenance (RCM) Processes”.

Norma SAE JA1012 “A Guide to Reliability-Centered Maintenance (RCM)”.Norma MIL-STD 2173 (AS) Reliability – Centered Maintenance Requirements for Naval Aircraft,Weapons Systems and Support Equipment .

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