MANTENIMIENTO PREDICTIVO Y MONITOREO SEGUN CONDICION

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1 MANTENIMIENTO PREDICTIVO Y MONITOREO SEGUN CONDICION Dr. lng. Pedro Saavedra G. Profesor Departamento de Ingeniería Mecánica Universidad de Concepción Ingeniero Consultor en Mantenimiento Predictivo. El mantenimiento predictivo es cada día más utilizado en todo tipo de industria, especialmente en aquellas de producción continua. En numerosas publicaciones ha quedado de manifiesto lo ventajoso que es su uso para obtener mayor confiabilidad y menores costos de mantenimiento. Sin embargo, no siempre es el tipo de mantenimiento más conveniente de utilizar. El objetivo de este trabajo es presentar el estado del arte en el tema, los principales técnicas que se utilizan hoy en día, algunos criterios que ayuden a los profesionales de los diferentes industrias que trabajan en el tema a decidir si un programa de mantenimiento predictivo tendría ventajas de ser aplicado a sus equipos, y finalmente entregar algunas directrices que se debieran considerar para que su implementación sea exitosa. Los tipos o estrategias de mantenimiento se clasifican, generalmente, en tres categorías: 1.Mantenimiento reactivo o de funcionamiento hasta la falla (MR). En esta estrategia se le permite a la máquina operar hasta que falle, o hasta que soporte. Sólo en ese instante se realiza la reparación o reemplazo de ella. A este tipo de mantenimiento también a veces se le llama correctivo, aunque esta aceptación actualmente se usa para otro tipo de mantenimiento. 2.Mantenimiento preventivo basado en tiempo (MP). Consiste en reparar o cambiar componentes de una máquina a intervalos de tiempo fijos, aun cuando dicha máquina esté operando satisfactoriamente. 3.Mantenimiento predictivo o basado en la condición de la máquina (MPD). Consiste en determinar en todo instante la condición mecánica real de la máquina mientras ella se encuentra operando, a través de un programa sistemático de mediciones de algunos parámetros o síntomas.

2 El mantenimiento, entonces, se programa de acuerdo a la evolución de su condición mecánica. Nombres sinónimos que se usan para este tipo de mantenimiento son: Mantenimiento según condición o mantenimiento sintomático. Existen varias otras clasificaciones que se pueden hacer de los tipos de mantenimiento. Una, es dividirlo en planificado (MP y MPD) y no planificado (MR). Otra es agregar un nuevo tipo de mantenimiento, que actualmente se está utilizando bastante: el mantenimiento correctivo (MR), el cual se relaciona con los soluciones de Ingeniería que se realizan para corregir problemas recurrentes. El mantenimiento reactivo es el más fácil de implementar, sin embargo, presenta tres desventajas básicas: -Permitir que falle un componente de una máquina puede causar daño a otros y consecuentemente los costos pueden ser muy altos. -la falla puede ocurrir a una hora inconveniente, o si el equipo es móvil, en un lugar inconveniente, de manera que no estará disponible ni el personal ni los repuestos necesarios para su reparación. Hay Plantas que no pueden ser detenidos de un momento, a otro, sea porque proveen un servicio esencial o porque manejan productos tales como alimentos o materiales fundidos, los cuales se deteriorarán o solidificarán o producirán otros efectos dañinos si la planta se detiene repentinamente. El mantenimiento preventivo realizado a intervalos de tiempos regulares es un avance comparado con el mantenimiento reactivo respecto a la prevención de fallas inesperados. Sin embargo, no es el método óptimo para obtener una máximo seguridad y confiabilidad de la Planta. Esto fundamentalmente, porque las fallas no se producen a intervalos regulares de tiempo, sino que se producen a intervalos de tiempo de acuerdo a una distribución como la indicada en Figura N' 1. De aquí que el intervalo de tiempo entre detenciones se elija como un valor de compromiso entre un intervalo corto (sobre mantenimiento) que resulta seguro, pero muy caro, y un intervalo largo (sub mantenimiento) que es barato, pero hay riesgo de que ocurran muchas fallos durante dicho intervalo. El intervalo de tiempo entre detenciones se determina a menudo estadísticamente como el período de tiempo durante el cual el fabricante espera que menos del 2% de máquinas nuevas o totalmente revisados fallen, es decir, una confiabilidad del 98 %. Este intervalo de intervención debe ser revisado continuamente, ya que estudios demuestran que dicho valor cambio a lo largo de la vida de la máquina En consecuencia el mantenimiento preventivo presenta tres desventajas básicas. - Algunas fallos de todas formas ocurrirán entre los intervalos de reparación, y esto puede ser inesperado e inconveniente.

3 - Durante la detención muchos componentes en buenas condiciones se desmontarán, se inspeccionarán, o se cambiarán innecesariamente, y si se comete algún error en el reensamble, la condición final con que queda la máquina puede ser peor que antes de realizar la intervención. Como en una reparación general se requiere examinar gran número de elementos, ello puede tomar un tiempo considerable y puede resultar en una gran pérdida de producción. La respuesta aparente a estos problemas es realizar un mantenimiento basado en la condición o estado de la máquina (MPD). En este tipo de mantenimiento, las revisiones a intervalos fijos de tiempo se sustituyen por mediciones de ciertos síntomas o parámetros a intervalos fijos. Esto se denomina control y seguimiento de la condición, o monitoreo de la condición (condition monitoring). El principio de mantenimiento predictivo es que la intervención de la máquina se realiza únicamente cuando los mediciones indican que es necesario. Esto está, además de acuerdo con el recelo que la mayoría de los ingenieros tiene en intervenir las máquinas que funcionan bien. Todo lo anterior pareciera indicar que el mantenimiento predictivo es lo ideal, sin embargo, su aplicación no es tan directo como parece serlo, como se verá más adelante. Definiremos monitoreo de la condición de la máquina, como el control de su funcionamiento y el análisis de las mediciones obtenidas tendientes a detectar fallos incipientes o deterioramiento de ella; a diagnosticar estas fallos; y a predecir cuánto tiempo podría funcionar continuamente la máquina en forma segura. La hipótesis base del mantenimiento predictivo asume que hay características medibles u observables, los cuales definen exactamente la condición de la máquina. En muchos casos esto es verdad. Sin embargo, en otros es difícil o muy caro encontrar indicadores de un problema. Las magnitudes físicas que se van a monitorear se eligen de manera que puedan detectar en la forma más incipiente posible los problemas más probables que se espera encontrar en la máquina.

4 Debido al gran interés en el tema, se han desarrollado y se continúan desarrollando en el último tiempo numerosas técnicas predictivas. la mayoría de ellos pueden agruparse en tres grupos: Técnicas que monitorean el comportamiento dinámico de la máquina. Estas técnicas se basan en que fallos de elementos situados dentro o fuera de la máquina, especialmente sus elementos móviles, generan nuevas fuerzas dinámicas que afectan los niveles de algunas magnitudes dinámicas en puntos a los cuales se tiene acceso de medición del exterior. Las magnitudes dinámicas más frecuentemente controladas son: vibraciones, ruidos, impulsos de choque, emisiones acústicas. 2.-Técnicas que monitorean el flujo lubricante y/o refrigerante y sus residuos. Ellos se basan en que como resultado del deterioramiento de un elemento que tenga contacto con el fluido, generalmente aceite, se producirá alguna reacción en este último, o éste servirá de medio de transporte de los residuos de desgaste generados. Los análisis más frecuentemente realizados son: análisis de propiedades del aceite, análisis espectrométrico, ferrografía. 3.-Técnicas que monitorean la performance y las variables de operación de la máquina. Estas técnicas controlan directamente la forma en que equipos o componentes de ellos están realizando la función que les fue asignada. Por ejemplo, en una turbomáquina avaluando su rendimiento o en una máquina herramienta controlando la rugosidad y tolerancia de fabricación de las piezas mecanizadas. Una vez definidas las magnitudes a monitorear, se sigue su evolución en el tiempo. Una extrapolación de los datos permitirá predecir cuando serán alcanzados los niveles de estas magnitudes que se consideran peligrosas para que la máquina pueda seguir funcionando en forma segura. La implementación en su forma más básica contempla tres elementos Tendencias cronológicas de las magnitudes medidas o calculados que han sido consideradas indicatorias de las fallas que se desean detectar o controlar. 2.-Valores límites de alarma y peligro para dichas magnitudes. 3.-Conclusiones lógicas. Si se considera la vida normal de una máquina dejando de lado las situaciones accidentales, una curva típica de la evolución teórica en el tiempo de la magnitud medida indicativa de las fallas a controlar es como la indicado en Figura N' 2.

5 El intervalo de tiempo entre mediciones deberá ser lo bastante pequeño como para registrar un número suficiente de mediciones que permitan la predicción. Cuando se registra un cambio significativo en la magnitud monitoreada se deberá disminuir drásticamente el período entre mediciones con el objeto de poder controlar la rapidez de aumento del deterioro. Cuando el valor de la magnitud medida supera un nivel de alerta elegido de antemano, se tiene una indicación de que se ha producido un cambio en la condición o estado de salud de la máquina y se deberá empezar a planificar su intervención. Se debe también especificar un nivel de peligro que la máquina no debe superar, pues al hacerlo arriesga una falla catastrófica. Los niveles de alerta y peligro, punto fundamental en la confiabilidad del sistema, deberá ser discutido con el constructor de la máquina y basado en diversos estándares internacionales que serán discutidos posteriormente. DE UNA ESTRATEGIA EN MANTENIMIENTO Un aspecto básico en la selección del tipo de mantenimiento a utilizar, son las características de las fallas que se espera que puedan ocurrir. A este respecto podemos clasificar las fallas en tres categorías. -Fallas repentinas, que ocurren en un tiempo extremadamente corto.

6 -Fallas de desarrollo progresivo en un intervalo de tiempo uniforme. -Fallas de desarrollo progresivo en un intervalo de tiempo aleatorio. Los principios tanto del mantenimiento preventivo, como del mantenimiento predictivo, asumen que la falla se va a desarrollar progresivamente. El mantenimiento preventivo asume además, que la falla se desarrolla razonablemente en forma uniforme para justificar los intervalos regulares de intervención. El mantenimiento predictivo asume a su vez un desarrollo progresivo de la falla para justificar el concepto de tendencia. Aunque lo anterior es lo que sucede generalmente, hay situaciones en que fallas repentinas tienden a ocurrir con mayor frecuencia que fallas progresivas. En los molinos de carbón que producen combustible pulverizado para centrales de energía, la ocasional ingestión de piezas de metal o rocas muy duras, puede causar repentinas roturas de los elementos internos del molino. Esto puede ocurrir más frecuentemente que las fallas progresivas que ocurren en la transmisión. Cuando esto sucede, la única solución es utilizar una estrategia de mantenimiento reactivo. Cualquier programa de mantenimiento basado en intervalos regulares de tiempo sería ilógico. Otro ejemplo donde el mantenimiento reactivo es adecuado, son los sistemas digitales electrónicos, los cuales operan fundamentalmente en un modo on/off y por consiguiente, debería esperarse que fallaran de una manera repentina o intermitente, más que de una manera progresiva. Hay en cambio situaciones donde un mantenimiento preventivo regular es la mejor estrategia, tal como cuando el deterioro de elementos en la máquina tienen un desarrollo progresivo regularmente uniforme. Ejemplos típicos son los cambios de filtro o los cambios de elementos de sacrificio para el control de la corrosión. A pesar de los casos de excepción citados precedentemente, la tendencia general actual en mantenimiento es hacia una estrategia basada en la condición de la máquina. Sin embargo, debe tenerse presente que la estrategia de mantenimiento más eficaz será un desarrollo combinado y ponderado de un programa reactivo/preventivo/predictivo. Otro aspecto básico a considerar en la selección de una estrategia de mantenimiento es de tipo económico. Para establecer si es económicamente ventajosa utilizar una estrategia de mantenimiento predictivo para una o más máquinas o elementos de ellos, deberá efectuarse un balance de costos/ahorros como el indicado en Figura número 3.

7 Sin embargo, evaluar los posibles ahorros que se obtendrían en la implementación de una estrategia de mantenimiento predictivo es difícil. Por ejemplo, si no ha producido una falla catastrófica en una máquina es difícil evaluar lo que se ahorraría si se puede evitar que ella se produzca. Una forma en la que se podría intentar evaluar los ahorros que se obtendrían al implementar una estrategia de mantenimiento predictivo es confeccionando una lista de los detenciones producidos en los últimos años en conjunto con sus causas. Con esto se podría determinar: - Cuáles intervenciones podrían haber resultado más económicas si se hubiera detectado, la falla en una etapa más incipiente, evitando que la máquina funcionara hasta la rotura. - Qué averías podrían haber sido reparadas más rápidamente si se hubiese conocido bien, antes de abrir la máquina, cuál era el elemento defectuoso. - Cuáles serían los ahorros si después de efectuado un mantenimiento se controla la calidad del mantenimiento realizado. Para esto se evalúa la condición mecánica en que quedó la máquina a través del análisis de las mediciones realizadas inmediatamente después de la reparación. Las técnicas actuales del mantenimiento predictivo permiten verificar si un elemento reemplazado quedó disminuido debido a un procedimiento de montaje inadecuado (por ejemplo, un rodamiento con sus pistas de rodadura indentados). Evalúe así las economías que se obtendrían por ese concepto si los elementos reemplazables de las máquinas de su planta duraran lo especificado en las normas bajo los cuales fueron compradas las máquinas. - El costo del mantenimiento debe considerar: Costos directos (repuestos, materiales, mano de obra, etc.), costos de movilización de repuestos, costos de lucro cesante o pérdidas por no producción, costos por falta de calidad del producto.

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