UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA MONOGRAFÍA

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1 UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA FUNDAMENTOS DE MANTENIMIENTO CENTRADO EN MONOGRAFÍA Que para obtener el título de: INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA PRESENTA: CARLOS MANUEL MORENO BELLO DIRECTOR: MTRA. MARTHA EDITH MORALES MARTÍNEZ XALAPA, VER. Septiembre 2013

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3 PROLOGO El siguiente material tiene la intención de proporcionar los fundamentos básicos de la metodología "Mantenimiento Centrado en Confiabilidad", el cual ha revolucionado la forma en que se planea, realiza y evalúa el mantenimiento; todo debido a la cambiante necesidad de adaptarse a nuevos retos, no sólo debido a la complejidad de los equipos y sistemas, sino también a la imperiosa necesidad de optimizar el mantenimiento para hacerlo más efectivo y a menor costo. En este trabajo, se describe la historia del mantenimiento así como las nuevas expectativas y desafíos para lograr la optimización de este. La información aquí recabada, corresponde a una recopilación de los principales documentos que han sido base para la formación del personal que se hace cargo de la implementación del Programa de Confiabilidad de Equipo, en una central de generación de energía eléctrica. Esto no ha sido fácil ya que es necesario romper con los métodos tradicionales de mantenimiento preventivo basados en las recomendaciones del fabricante, los cuales suelen ser muy cómodos tanto para el personal que lo planea, personal que adquiere las partes de repuesto, personal operativo que tiene ya definidos los periodos con los que va a dejar fuera de servicio los equipos, personal de diseño que ya no tiene que buscar cambios al diseño y por último el personal ejecutor del mantenimiento que solo se apega a lo que le dicen que tiene que realizar sin buscar nuevas estrategias como serian un mantenimiento predictivo. Sin embargo, de manera global para la visión de la empresa, el método tradicional no se alinea con sus expectativas de producción y económicas, al no obtener los resultados esperados de eficiencia y confiabilidad en la operación de sus procesos. Lo que busca el Mantenimiento Centrado en Confiabilidad es definir las tareas requeridas y su frecuencia de ejecución, para asegurar que los equipos que son críticos para el proceso, están disponibles y confiables durante todos los periodos requeridos maximizando la producción, reduciendo los mantenimientos correctivos, así como también se reduce el tiempo y frecuencia de las salidas de producción. Para lograr esto, se valdrá de un equipo de trabajo multidisciplinario ii

4 que pueda con base en las FUNDAMENTOS DE MANTENIMIENTO CENTRADO EN experiencias internas y externas, definir nuevas estrategias, nuevas tareas de mantenimiento e incluso cambios al diseño; y por si fuera poco también optimizara los recursos humanos, económicos y de partes de repuesto al mismo tiempo que proporcionará mayor disponibilidad de las estructuras, sistemas y equipos. Algunos otros beneficios del Mantenimiento Centrado en Confiabilidad son aumentar la vida útil de los equipos, mejorar la calidad del producto final, mejorar la seguridad e incluso menor daño al medio ambiente. Por todo esto la mejor opción actual para los procesos industriales, es el Mantenimiento Centrado en Confiabilidad. iii

5 Índice 1.0 Introducción Antecedentes Nuevas expectativas Nuevas investigaciones Nuevas Técnicas Los desafíos que enfrenta el mantenimiento Metodología RCM Fallas Funcionales Modos de Falla Efectos de Falla Consecuencias de la Falla Tareas Proactivas Tareas a Condición Acciones a falta de El Proceso de Selección de Tareas de RCM Aplicación del método simplificado del RCM Selección de sistemas Datos requeridos Análisis de criticidad Selección de tareas Comparación de tareas Implementación 25 iv

6 3.7 Otros temas de la Confiabilidad Programa Viviente (dinámico) Análisis de Modo de Falla y Efectos (AMEF) Conclusiones BIBLIOGRAFIA ANEXOS 49 v

7 Capítulo 1 FUNDAMENTOS DE MANTENIMIENTO CENTRADO EN 1

8 1.0 INTRODUCCIÓN FUNDAMENTOS DE MANTENIMIENTO CENTRADO EN A partir de la década de los 80 s el mantenimiento ha cambiado quizás más que cualquier otra disciplina gerencial. Estos cambios se deben principalmente al enorme aumento en número y en variedad de los activos físicos (plantas, equipos, edificios) que requieren mantenimiento en todo el mundo, con diseños más complejos, nuevos métodos de dar ese mantenimiento, y una óptica cambiante en la administración del mantenimiento y sus responsabilidades. El mantenimiento también está respondiendo a expectativas cambiantes. Estas incluyen una creciente toma de conciencia para evaluar hasta qué punto las fallas en los equipos afectan a la seguridad y al medio ambiente; conciencia de la relación entre el mantenimiento y la calidad del producto, y la presión de alcanzar una alta disponibilidad en la planta y mantener los costos lo más bajo posible. El Mantenimiento Centrado en Confiabilidad llamado RCM, es la respuesta a tales demandas de los equipos y este puede ser definido como un enfoque que emplea prácticas y estrategias de mantenimiento reactivo, preventivo, predictivo y proactivo de una manera integrada para incrementar la probabilidad que una máquina o componente funcionará en la manera requerida sobre su ciclo de vida de diseño con el mantenimiento mínimo. El logro del RCM es preservar la función del equipo con la disponibilidad y confiabilidad requerida al costo más bajo. El RCM requiere que las decisiones de mantenimiento sean basadas en los requerimientos para efectuarlo soportados por justificaciones técnicas y económicas. El RCM ha sido usado extensamente en aviación, industria espacial, defensa militar e industria nuclear donde las fallas funcionales tienen el potencial de causar grandes pérdidas de vidas, implicaciones de seguridad nacional, o impacto medioambiental extremo. El análisis del RCM se basa en un detallado Análisis de Efectos y Modos de Fallas (FMEA: Failure Modes and Effects Analysis) e incluye identificación de modos de fallas de equipo (como este tiende a fallar) y las causas de fallas (el porqué falla). Los resultados son usados para determinar las tareas de mantenimiento apropiado para direccionar cada uno de los modos de falla, las causas y sus consecuencias. 2

9 1.1 ANTECEDENTES FUNDAMENTOS DE MANTENIMIENTO CENTRADO EN La evolución del RCM se ha adaptado a los cambios y necesidades de la industria, así como a los requerimientos de los clientes, de forma tal que esta evolución se puede describir en tres etapas o generaciones: La primera generación cubre el período que se extiende hasta la Segunda Guerra Mundial. En estos días la industria no estaba altamente mecanizada, por lo que el tiempo de parada de máquina no era de mayor importancia. Esto significaba que la prevención de las fallas en los equipos no era una prioridad para la mayoría de los gerentes. A su vez, la mayor parte de los equipos era simple, y la gran mayoría estaban sobredimensionados. Esto los hacía confiables y fáciles de reparar. Como resultado, no había necesidad de un mantenimiento sistemático más allá de una simple rutina de limpieza, servicio y lubricación. Se necesitaban menos habilidades para realizar el mantenimiento que hoy en día. La segunda generación: Durante la Segunda Guerra Mundial todo cambio drásticamente. La presión de los tiempos de guerra aumentó la demanda de todo tipo de bienes, al mismo tiempo que decaía abruptamente el número de trabajadores industriales. Esto llevó a un aumento en la mecanización. Para los años 50 s había aumentado la cantidad y complejidad de todo tipo de maquinas. La industria estaba empezando a depender de ellas. Al incrementarse esta dependencia, comenzó a concentrarse la atención en el tiempo de parada de máquina. Esto llevo a la idea de que las fallas en los equipos podían y debían ser prevenidas, dando lugar al concepto de mantenimiento preventivo. En la década de los sesenta, éste mantenimiento consistió principalmente en reparaciones mayores a intervalos prefijados mediante sistemas de planeación y control del mantenimiento, lo anterior buscando maximizar la vida útil de los activos fijos. Con la tercera generación a partir de los 80 s, el proceso de cambio en la industria ha adquirido aun más impulso. Los cambios han sido clasificados en: nuevas expectativas, nuevas investigaciones, y nuevas técnicas. 1.2 Nuevas Expectativas La figura 1.1 muestra la evolución de las expectativas de mantenimiento. El tiempo de parada de maquina afecta la capacidad de producción de los activos físicos al reducir la producción, aumentar los costos operacionales, y afectar el servicio al cliente. En las décadas del sesenta y setenta esto ya era una preocupación en los sectores mineros, manufactureros y de transporte. Los efectos del tiempo de parada de máquina fueron agravados por la tendencia mundial hacia sistemas 3

10 Just-in-time", donde los reducidos inventarios de material en proceso hacen que una pequeña falla en un equipo probablemente hiciera parar toda la planta. Actualmente el crecimiento en la mecanización y la automatización, han tornado a la confiabilidad y a la disponibilidad en factores clave en sectores tan diversos como el cuidado de la salud, el procesamiento de datos, las telecomunicaciones y la administración de edificios. PRIMERA Y SEGUNDA GUERRA MUNDIAL DE LA SEGUNDA GUERRA MUNDIAL A LA MECANIZACION Y COMPLEJIDAD: NACE MANTTO. PREVENTIVO MAYOR AUTOMATIZACION NUEVAS EXPECTATIVAS NUEVAS INVESTIGACIONES NUEVAS TÉCNICAS Primera Generación REPARAR CUANDO SE ROMPE (A LA FALLA) Segunda Generación MAYOR DISPONIBILIDAD MAYOR VIDA DE LOS EQUIPOS MENOR COSTO. Tercera Generación MAYOR DISPONIBILIDAD DE PLANTA MAYOR SEGURIDAD MEJOR CALIDAD SIN DAÑO AL MEDIO AMBIENTE. MAYOR VIDA DE LOS EQUIPOS. MAYOR COSTO-EFICACIA Figura 1.1 Evolución de las expectativas del mantenimiento Una mayor automatización también significa que más y más fallas afectan nuestra capacidad de mantener parámetros de calidad satisfactorios. Esto se aplica tanto para parámetros de servicio como para la calidad del producto. Por ejemplo, las fallas en los equipos pueden afectar el control del clima en los edificios o la puntualidad de las redes de transporte, así como interferir con el logro de las tolerancias deseadas en la producción. Más y más fallas acarrean serias consecuencias para el medio ambiente o la seguridad, al tiempo que se elevan los requisitos en estas áreas. En algunas partes del mundo se ha llegado a un punto que las organizaciones deben, o bien adecuarse a las expectativas de seguridad y cuidado ambiental de la sociedad, o dejar de operar. Nuestra dependencia a la integridad de nuestros activos físicos cobra ahora una nueva magnitud que va más allá del costo, y que se torna en una cuestión de supervivencia de la organización. 4

11 Al mismo tiempo que crece nuestra dependencia a los activos físicos, crece también el costo de tenerlos y operarlos. Para asegurar el máximo retorno de la inversión que representa tenerlos, deben mantenerse trabajando eficientemente tanto tiempo como se requiera. Por último, el costo de mantenimiento también está aumentando, tanto en términos absolutos como en proporción del gasto total. En algunas industrias representa ahora el segundo rubro más alto, o hasta el más alto costo operativo. En consecuencia, en sólo treinta años ha pasado de ser un costo casi sin importancia a estar en la más alta prioridad en el control de costos. 1.3 Nuevas Investigaciones Más allá de la existencia de mayores expectativas, las nuevas investigaciones están cambiando muchas de nuestras creencias más profundas referidas a la edad y las fallas. En particular, parece haber cada vez menos conexión entre la edad de la mayoría de los activos y la probabilidad de que estos fallen. La figura 1.2 muestra como en un principio la idea era simplemente que a medida que los elementos envejecían eran más propensos a fallar. Una creciente conciencia de la "mortalidad infantil" llevó a la Segunda Generación a creer en la curva de "bañera", o bañadera. Figura 1.2 Cambios en los puntos de vista sobre fallas de equipos Sin embargo, investigaciones en la Tercera Generación revelan no uno ni dos sino seis patrones de falla que realmente ocurren en la práctica. Como se discutirá con mayor detalle en el capítulo 2, una de las conclusiones más importantes que se deduce de estos estudios es que un gran número de tareas que surgen de los conceptos tradicionales de mantenimiento, a pesar de que se realicen exactamente como se planeó, no logran ningún resultado, mientras que otras son contraproducentes y hasta peligrosas. Esto es especialmente cierto con muchas 5

12 de las tareas que se hacen en nombre de mantenimiento preventivo. Por otro lado, para operar con seguridad los sistemas industriales más modernos y complejos se necesita realizar un gran número de tareas que no figuran en los programas de mantenimiento. En otras palabras, la industria en general es devota a prestar mucha atención para hacer las tareas de mantenimiento correctamente (hacer correctamente el trabajo), pero se necesita hacer mucho más para asegurarse que los trabajos que se planean son los trabajos que deben hacerse (hacer el trabajo correcto). 1.4 Nuevas Técnicas Ha habido un crecimiento explosivo de nuevos conceptos y técnicas de mantenimiento. Cientos de ellos han sido desarrollados en los últimos veinte años, y emergen aun más cada semana. La Figura 1.3 muestra como ha crecido el énfasis en los clásicos sistemas administrativos y de control para incluir nuevos desarrollos en diferentes áreas. Los nuevos desarrollos incluyen: Herramientas de soporte para la toma de decisiones, tales como el estudio de riesgo, análisis de modos de falla y sus efectos, y sistemas expertos. Nuevos métodos de mantenimiento, tal como el monitoreo de condición. Diseño de equipos, con un mayor énfasis en la confiabilidad y facilidad para el mantenimiento. Un drástico cambio en el modo de pensar de la organización hacia la participación, trabajo en equipo y flexibilidad. Como se dijo anteriormente, uno de los mayores desafíos que enfrenta el personal de mantenimiento es no sólo aprender qué son estas técnicas sino decidir cuáles valen la pena y cuáles no para sus propias organizaciones. Si hacemos elecciones adecuadas es posible mejorar el rendimiento de los activos y al mismo tiempo contener hasta reducir el costo del mantenimiento. Si hacemos elecciones inadecuadas se crean nuevos problemas mientras empeoran los que ya existen. 6

13 Primera Generación Segunda Generación Terecera Generación FUNDAMENTOS DE MANTENIMIENTO CENTRADO EN Reparar cuando falla Reparaciones programadas Sistemas de Planeamiento y control de trabajo Computadoras grandes y lentas Monitoreo de condición Diseño direccionado a la confiabilidad Estudio de riesgos Computadoras pequeñas y rapidas Análisis de modos de falla y sus efectos Sistemas expertos Trabajo multifacético y en grupos Figura 1.3 Cambios en las técnicas de mantenimiento 1.5 Los desafíos que enfrenta el mantenimiento La primera industria que enfrentó estos desafíos sistemáticamente fue la industria de la aviación comercial. El elemento crucial que provocó esta reacción, fue el darse cuenta que se debe dedicar tanto esfuerzo en asegurarse que se están realizando las tareas correctamente como en asegurarse que se están haciendo las tareas correctas. El darse cuenta de esto dio lugar al desarrollo de procesos de toma de decisión comprensivos que se conocieron dentro de la industria aeronáutica con el nombre de MSNG3 y fuera de esta como Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad o RCM. En casi todos los campos de esfuerzos humanos organizados, RCM se está volviendo fundamental para la custodia responsable de los activos físicos de la misma manera que lo es la contabilidad de doble entrada para la custodia responsable de los activos financieros. No existe ninguna otra técnica comparable para determinar la cantidad mínima segura de tareas que deben ser hechas para preservar las funciones de los activos físicos, especialmente en situaciones críticas o peligrosas. El creciente reconocimiento mundial del papel fundamental que juega el RCM en la formulación de las estrategias de administración de activos físicos - y la importancia de aplicar RCM correctamente-condujo a la American Society of Automotive Engineers 1999 a publicar la norma SAE JA1011: "Criterio de Evaluación del Proceso de Mantenimiento Centrado en Confiabilidad (RCM)". 7

14 Capítulo 2 MÉTODOLOGIA RCM 8

15 2.0 MÉTODOLOGIA RCM FUNDAMENTOS DE MANTENIMIENTO CENTRADO EN La sección 5 del estándar de SAE JA-1011, da los criterios de evaluación para los procesos del RCM, resumiendo los atributos clave de cualquier proceso del RCM. Este estándar requiere que las 7 preguntas siguientes sean contestadas satisfactoriamente y en la secuencia mostrada abajo como parte de un análisis del RCM: Cuáles son las funciones y los parámetros de funcionamiento asociados al activo en su actual contexto operacional? De qué manera falla en satisfacer dichas funciones? Cuál es la causa de cada falla funcional? Qué sucede cuando ocurre cada falla? En qué sentido es importante cada falla? Qué puede hacerse para prevenir o predecir cada falla? Qué debe hacerse si no se encuentra una tarea proactiva adecuada? Funciones y Parámetros de Funcionamiento Antes de poder aplicar un proceso para determinar qué debe hacerse para que cualquier activo físico continúe haciendo aquello que sus usuarios quieren que haga en su contexto operacional, necesitamos hacer dos cosas: determinar qué es lo que sus usuarios quieren que haga asegurar que es capaz de realizar aquello que sus usuarios quieren que haga Por esto el primer paso en el proceso de RCM es definir las funciones de cada activo en su contexto operacional, junto con los parámetros de funcionamiento deseados. Lo que los usuarios esperan que los activos sean capaces de hacer puede ser dividido en dos categorías: Funciones primarias, que en primera instancia resumen el por qué de la adquisición del activo. Esta categoría de funciones cubre temas como velocidad, producción, capacidad de almacenaje o carga, calidad de producto y servicio al cliente. Funciones secundarias, la cual reconoce que se espera de cada activo que haga más que simplemente cubrir sus funciones primarias. Los usuarios también tienen 9

16 expectativas relacionadas con las áreas de seguridad, control, contención, confort, integridad estructural, economía, protección, eficiencia operacional, cumplimiento de regulaciones ambientales, y hasta de apariencia del activo. Los usuarios de los activos generalmente están en la mejor posición por lejos para saber exactamente qué contribuciones físicas y financieras hace el activo para el bienestar de la organización como un todo. Por ello es esencial que estén involucrados en e l proceso de RCM desde el comienzo. Si es hecho correctamente, este paso toma alrededor de un tercio del tiempo que implica un análisis RCM completo. Además hace que el grupo que realiza el análisis logre un aprendizaje considerable - muchas veces una cantidad alarmante - acerca de la forma en que realmente funciona el equipo. 2.1 Fallas Funcionales Los objetivos del mantenimiento son definidos por las funciones y expectativas de funcionamiento asociadas al activo en cuestión. Pero, Cómo puede el mantenimiento alcanzar estos objetivos? El único hecho que puede hacer que un activo no pueda desempeñarse conforme a los parámetros requeridos por sus usuarios es alguna clase de falla. Esto sugiere que el mantenimiento cumple sus objetivos al adoptar una política apropiada para el manejo de una falla. Sin embargo, antes de poder aplicar una combinación adecuada de herramientas para el manejo de una falla, necesitamos identificar qué fallas pueden ocurrir. El proceso de RCM lo hace en dos niveles: En primer lugar, identifica las circunstancias que llevaron a la falla Luego se pregunta qué eventos pueden causar que el activo falle. En el mundo del RCM, los estados de falla son conocidos como fallas funcionales porque ocurren cuando el activo no puede cumplir una función de acuerdo al parámetro de funcionamiento que el usuario considera aceptable. Sumado a la incapacidad total de funcionar, esta definición abarca fallas parciales en las que el activo todavía funciona pero con un nivel de desempeño inaceptable (incluyendo las situaciones en las que el activo no puede mantener los niveles de calidad o precisión). Evidentemente estas sólo pueden ser identificadas luego de haber definido las funciones y parámetros de funcionamiento del activo. 10

17 2.2 Modos de Falla FUNDAMENTOS DE MANTENIMIENTO CENTRADO EN Como se mencionó en el párrafo anterior, una vez que se ha identificado cada falla funcional, el próximo paso es tratar de identificar todos los hechos que de manera razonablemente posible puedan haber causado cada estado de falla. Estos hechos se denominan modos de falla. Los modos de falla "razonablemente posibles" incluyen aquellos que han ocurrido en equipos iguales o similares operando en el mismo contexto, fallas que actualmente están siendo prevenidas por regímenes de mantenimiento existentes, así como fallas que aún no han ocurrido pero son consideradas altamente posibles en el contexto en cuestión. La mayoría de las listas tradicionales de modos de falla incorporan fallas causadas por el deterioro o desgaste por uso normal. Sin embargo, para que todas las causas probables de fallas en los equipos puedan ser identificadas y resueltas adecuadamente, esta lista debería incluir fallas causadas por errores humanos (por parte de los operadores y el personal de mantenimiento), y errores de diseño. También es importante identificar la causa de cada falla con suficiente detalle para asegurarse de no desperdiciar tiempo y esfuerzo intentando tratar síntomas en lugar de causas reales. Por otro lado es igualmente importante asegurarse de no malgastar el tiempo en el análisis mismo al concentrarse demasiado en los detalles. 2.3 Efectos de Falla El cuarto paso en el proceso de RCM tiene que ver con hacer un listado de los efectos de falla, que describen lo que ocurre con cada modo de falla. Esta descripción debería incluir toda la información necesaria para apoyar la evaluación de las consecuencias de la falla, tal como: Qué evidencia existe (si la hay) de que la falla ha ocurrido De qué modo representa una amenaza para la seguridad o el medio ambiente (si la representa) De qué manera afecta a la producción o a las operaciones (si las afecta) Qué daños físicos (si los hay) han sido causados por la falla Qué debe hacerse para reparar la falla 11

18 2.4 Consecuencias de la Falla FUNDAMENTOS DE MANTENIMIENTO CENTRADO EN Un análisis detallado de la empresa industrial promedio probablemente muestre entre tres mil y diez mil posibles modos de falla. Cada una de estas fallas afecta a la organización de algún modo, pero en cada caso, los efectos son diferentes. Pueden afectar operaciones del proceso, también pueden afectar a la calidad del producto, el servicio al cliente, la seguridad o el medio ambiente. Todas para ser reparadas tomarán tiempo y costarán dinero. Son estas consecuencias las que más influencian el intento de prevenir cada falla. En otras palabras, si una falla tiene serias consecuencias, haremos un gran esfuerzo para intentar evitarla. Por otro lado, si no tiene consecuencias o tiene consecuencias leves, quizás decidamos no hacer más mantenimiento de rutina que una simple limpieza y lubricación básica. Un punto fuerte del RCM es que reconoce que las consecuencias de las fallas son más importantes que sus características técnicas. De hecho reconoce que la única razón para hacer cualquier tipo de mantenimiento proactivo no es evitar las fallas per se sino evitar o reducir las consecuencias de las fallas. El proceso de RCM clasifica estas consecuencias en cuatro grupos, de la siguiente manera: Consecuencias de fallas ocultas: las fallas ocultas no tienen un impacto directo, pero exponen a la organización a fallas múltiples con consecuencias serias y hasta catastróficas. (La mayoría están asociadas a sistemas de protección sin seguridad inherente) Consecuencias ambientales y para la seguridad: una falla tiene consecuencias para la seguridad si es posible que cause daño o la muerte a alguna persona. Tiene consecuencias ambientales si infringe alguna normativa o reglamento ambiental tanto corporativo como regional, nacional o internacional. Consecuencias Operacionales: Una falla tiene consecuencias operacionales si afecta la producción (cantidad, calidad del producto, atención al cliente, o costos operacionales además del costo directo de la reparación). Consecuencias No-Operacionales: Las fallas que caen en esta categoría no afectan a la seguridad ni la producción, sólo implican el costo directo de la reparación. Como veremos luego, el proceso de RCM hace uso de estas categorías como la base de su marco de trabajo estratégico para la toma de decisiones en el mantenimiento. Obligando a realizar una revisión de las consecuencias de cada modo de falla en relación con las categorías recién mencionadas, integra los 12

19 objetivos operacionales, ambientales, y de seguridad a la función mantenimiento. Esto contribuye a colocar a la seguridad y al medio ambiente dentro de las prioridades principales de la administración del mantenimiento. El proceso de evaluación de las consecuencias también cambia el énfasis de la idea de que toda falla es negativa y debe ser prevenida. De esta manera focaliza la atención sobre las actividades de mantenimiento que tienen el mayor efecto sobre el desempeño de la organización, y resta importancia a aquellas que tienen escaso resultado. También nos alienta a pensar de una manera más amplia acerca de diferentes maneras de manejar las fallas, más que concentrarnos en prevenir fallas. Las técnicas de manejo de fallas se dividen en dos categorías: Tareas proactivas.- estas tareas se emprenden antes de que ocurra una falla, para prevenir que el ítem llegue al estado de falla. Abarcan lo que se conoce tradicionalmente como mantenimiento "predictivo" o "preventivo", aunque veremos luego que el RCM utiliza los términos reacondicionamiento cíclico, sustitución cíclica, y mantenimiento a condición. Acciones a falta de: estas tratan directamente con el estado de falla, y son elegidas cuando no es posible identificar una tarea proactiva efectiva. Las acciones a falta de incluyen búsqueda de falla, rediseño, y mantenimiento a rotura. 2.5 Tareas Proactivas Mucha gente todavía cree que la mejor manera de optimizar la disponibilidad de la planta es hacer algún tipo de mantenimiento proactivo de rutina. El pensamiento de la Segunda Generación sugería grandes reparaciones, o reposición de componentes a intervalos fijos. La figura 1.4 muestra la perspectiva de la falla a intervalos regulares. Figura 1.4 La perspectiva tradicional de la falla La figura 1.4 se basa en la presunción de que la mayoría de los equipos operan confiablemente por un período "X", y luego se desgastan. El pensamiento clásico sugiere que los registros extensivos acerca de las fallas nos permiten determinar y planear acciones preventivas un tiempo antes de que ellas ocurran. Este patrón es cierto para algunos tipos de equipos simples, y para algunos ítems complejos con modos de falla dominantes. En particular las características de 13

20 desgaste se encuentran a menudo en casos en los que el equipo tiene contacto directo con el producto. Las fallas relacionadas con la edad frecuentemente van asociadas a la fatiga, corrosión, abrasión y evaporación. Sin embargo, los equipos en general son mucho más complejos de lo que eran hace veinte años atrás. Esto ha traído al mismo tiempo sorprendentes cambios en los patrones de falla, como lo muestra la Figura 1.5. Los gráficos muestran la probabilidad condicional de la falla con relación a la edad operacional para una variedad de elementos mecánicos y eléctricos. El patrón A es la ya conocida curva de la "bañadera". Comienza con una gran incidencia de fallas (llamada mortalidad infantil), seguida por un incremento constante o gradual de la probabilidad condicional de falla, y por último una zona de desgaste. El patrón B muestra una probabilidad condicional de falla constante o de lento incremento, y que termina en una zona de desgaste (igual que la Figura 1.4). El patrón C muestra una probabilidad condicional de falla que crece lentamente, pero no tiene una edad de desgaste claramente identificable. El patrón D muestra una baja probabilidad condicional de falla cuando el equipo es nuevo o recién Figura 1.5 Seis patrones de falla salido de la fábrica y luego un veloz incremento a un nivel constante, mientras que el patrón E muestra una probabilidad condicional de falla constante a todas las edades por igual (falla al azar). El patrón F comienza con una alta mortalidad infantil que finalmente cae a una probabilidad de falla constante o que asciende muy lentamente. Estudios realizados en aeronaves comerciales demostraron que un 4% de los elementos correspondían al patrón A, un 2% al B, un 5% al C, un 7% al D, un 14% al E, y no menos de un 68% al patrón F. (El número de veces que estos patrones ocurren en aeronaves no es necesariamente el mismo que en la industria, pero no cabe duda de que a medida que los elementos se hacen más complejos. encontramos cada vez más patrones E y F). 14

21 Estos descubrimientos contradicen la creencia de que siempre hay conexión entre la confiabilidad y la edad operacional. Esta creencia dio origen a la idea de que cuanto más seguido un ítem es reparado, menos posibilidades tiene de fallar. Actualmente esto es cierto en muy pocos casos. A menos que exista un modo de falla dominante relacionado con la edad, los límites de edad tienen que ver poco o nada con mejorar la confiabilidad de los componentes complejos. De hecho las reparaciones pueden en realidad aumentar los promedios de fallas generales al introducir la mortalidad infantil en sistemas que de otra manera serían estables. La toma de conciencia de estos hechos ha llevado a algunas organizaciones a abandonar por completo la idea de mantenimiento proactivo. Y esto puede que sea lo más acertado para fallas con consecuencias menores. Pero cuando las consecuencias de las fallas son importantes, algo debe hacerse para prevenir o predecir las fallas, o al menos para reducir las consecuencias. Esto nos lleva nuevamente a la cuestión de las tareas proactivas. Como ya mencionamos anteriormente el RCM divide a las tareas proactivas en tres categorías: Tareas de reacondicionamiento cíclicas Tareas de sustitución cíclicas Tareas a condición Tareas de reacondicionamiento y sustitución cíclicas El reacondicionamiento cíclico implica reconstruir un componente o reparar un conjunto antes de un límite de edad específico sin importar su condición en ese momento. De manera parecida, las tareas de sustitución cíclica implican sustituir un componente antes de un límite de edad específico, más allá de su condición en ese momento. En conjunto estos dos tipos de tareas son conocidos generalmente como mantenimiento preventivo. Solían ser los tipos de mantenimiento proactivo más ampliamente usados. Sin embargo, debido a las razones mencionadas anteriormente, se usan mucho menos de lo que se usaba veinte años atrás. 2.6 Tareas a condición El crecimiento de nuevos tipos de manejo de falla se debe a la continua necesidad de prevenir ciertos tipos de falla, y la creciente ineficacia de las técnicas clásicas para hacerlo. La mayoría de las nuevas técnicas se basan en el hecho de que la mayoría de las fallas dan algún tipo de advertencia de que están por ocurrir. Estas 15

22 advertencias se denominan fallas potenciales, y se definen como condiciones físicas identificables que indican que una falla funcional está por ocurrir o están en el proceso de ocurrir. Las nuevas técnicas son utilizadas para detectar fallas potenciales y permitir actuar evitando las posibles consecuencias que surgirían si se transformaran en fallas funcionales. Se llaman tareas a condición porque los componentes se dejan en servicio a condición de que continúen alcanzando los parámetros de funcionamiento deseados. (El mantenimiento a condición incluye el mantenimiento predictivo, mantenimiento basado en la condición y monitoreo de condición). Si son utilizadas correctamente, las tareas a condición son una muy buena manera de manejar las fallas, pero a la vez pueden ser una pérdida de tiempo costosa. RCM permite tomar decisiones en esta área con certeza particular. El monitoreo de la condición de un equipo rotatorio puede ser llevado a cabo por medio de una toma de vibraciones cada cierto periodo de tiempo, termografías en rodamientos y partes eléctricas susceptibles a calentamiento por el paso de la corriente, falsos contactos, etc.; y para complementar la parte eléctrica, se puede utilizar equipo de diagnostico en línea como el PDM 2.7 Acciones a falta de El RCM reconoce tres grandes categorías de acciones a falta de: búsqueda de fallas: las tareas de búsqueda de falla implican revisar periódicamente funciones ocultas para determinar si han fallado (mientras que las tareas basadas en la condición implican revisar si algo está por fallar) rediseño: rediseñar implica hacer cambios de una sola vez a las capacidades iniciales de un sistema. Esto incluye modificaciones al equipo y también cubre los cambios de una sola vez a los procedimientos. ningún mantenimiento programado: como su nombre lo indica, aquí no se hace esfuerzo alguno en tratar de anticipar a prevenir los modos de falla y se deja que la falla simplemente ocurra, para luego repararla. Esta tarea a falta de también es llamada mantenimiento "a rotura" o mantenimiento a la falla. 2.8 El Proceso de Selección de Tareas de RCM Un punto fuerte del RCM es la manera en que provee criterios simples, precisos y fáciles de entender, para decidir cuál de las tareas proactivas es técnicamente factible en el contexto operacional dado (si existe alguna), y para decidir quién debería hacerlas y con qué frecuencia. 16

23 Si una tarea proactiva es técnicamente factible o no, está determinado por las características técnicas de la tarea y de la falla que pretende prevenir. Si vale la pena hacerlo o no depende de la manera en que maneja las consecuencias de la falla. De no hallarse una tarea proactiva que sea técnicamente factible y que valga la pena hacerse, entonces debe tomarse una acción a falta de adecuada. La esencia del proceso de selección de tarea es el siguiente: Para fallas ocultas, la tarea proactiva vale la pena si reduce significativamente el riesgo de falla múltiple asociado con esa función a un nivel tolerablemente bajo. Si esto no es posible, debe realizarse una tarea de búsqueda de falla. De no hallarse una tarea de búsqueda de falla que sea adecuada, la decisión a falta de secundaria indicará que el componente pueda ser rediseñado (dependiendo de las consecuencias de la falla múltiple). Para fallas con consecuencias ambientales o para la seguridad, una tarea proactiva sólo vale la pena si por sí sola reduce el riesgo de la falla a un nivel muy bajo, o directamente lo elimina. Si no puede encontrarse una tarea que reduzca el riesgo a niveles aceptablemente bajos, entonces el componente debe ser rediseñado o debe cambiarse el proceso. Si la falla tiene consecuencias operacionales, una tarea proactiva sólo vale la pena sí el costo total de realizarla a lo largo de un cierto período de tiempo es menor al costo de las consecuencias operacionales más el costo de la reparación en el mismo periodo de tiempo. En otras palabras, la tarea debe tener justificación en el terreno económico. Si no se justifica, la decisión a falta de inicial es ningún mantenimiento programado. (Si esto ocurre y las consecuencias operacionales siguen siendo inaceptables, entonces la decisión a falta de secundaria es nuevamente el rediseño). Si una falla tiene consecuencias no operacionales sólo vale la pena una tarea proactiva si el costo de la tarea a lo largo de un período de tiempo es menor al costo de reparación en el mismo tiempo. Entonces estas tareas también deben tener justificación en el terreno económico. Si no se justifica, la decisión a falta de inicial es otra vez ningún mantenimiento programado, y si los costos son demasiado elevados entonces la siguiente decisión a falta de secundaria es nuevamente el rediseño. Este enfoque significa que las tareas proactivas son sólo definidas para las fallas que realmente lo necesitan, lo que a su vez lleva a reducciones sustanciales en cargas de trabajo de rutina. Un menor trabajo de rutina también significa que es más probable que las tareas restantes sean realizadas correctamente. Esto, 17

24 sumado a la eliminación de tareas contraproducentes, lleva a un mantenimiento más efectivo. Comparemos esto con el enfoque tradicional usado para el desarrollo de políticas de mantenimiento. Tradicionalmente, los requerimientos de mantenimiento de cada activo son definidos en términos de sus características técnicas reales o asumidas, sin considerar las consecuencias de la falla. El programa resultante es utilizado para todos los activos similares, nuevamente sin considerar que se aplican a diferentes consecuencias en diferentes contextos operacionales. Esto tiene como resultado un gran número de programas desperdiciados, no porque estén 'mal' en el sentido técnico, sino porque no logran ningún resultado. Debemos notar además que el proceso de RCM considera los requerimientos de mantenimiento de cada activo, antes de preguntarse si será necesario reconsiderar el diseño. Esto es así simplemente porque el ingeniero de mantenimiento que está a cargo hoy tiene que mantener el equipo tal como está hoy, y no pensando en lo que quizás sea en algún otro momento en el futuro. 18

25 Capítulo 3 APLICACIÓN DEL MÉTODO SIMPLIFICADO DEL RCM 19

26 3.0 Aplicación del Método Simplificado del RCM La figura del Anexo 1 muestra el flujograma de la metodología del Mantenimiento Centrado en Confiabilidad de manera gráfica, además los siguientes puntos describen algunos pasos clave en el análisis. 3.1 Selección de Sistemas Antes que el análisis del RCM sea iniciado, el sistema y sus límites serán apropiadamente definidos. Todo el equipo primario y de soporte requerido para un éxito funcional del sistema a ser analizado debe ser identificado y englobado dentro de los límites establecidos. Esto incluye el equipo mecánico y eléctrico así como la instrumentación y mecanismos de control. La metodología del RCM al inicio del análisis, permite la exclusión de ciertos componentes dentro de los límites del sistema de la evaluación adicional. Estos componentes incluyen aquellos que se considera tienen comparativamente menores índices de fallas y también los que no tienen impacto en la seguridad o en el medioambiente. Un ejemplo serían válvulas manuales, indicaciones locales, sistemas de tubería, push-buttons e interruptores manuales cuya falla no debería afectar la seguridad, medioambiente o la producción. Estos componentes han sido analizados en el pasado y son típicamente identificados como No Críticos y A la Falla. La evaluación de equipo tal como vasijas y sistemas de tuberías presurizadas con respecto a la integridad de la frontera de presión ha sido omitida del análisis ya que la cuestión está típicamente cubierta bajo un programa de inspección (por ejemplo, In Service Inspection o ISI por sus siglas). La exclusión de tal evaluación implicaría que, o el programa de inspección existente es adecuado y no requiere acción adicional para verificar o cuestionar la adecuación del mismo o bien un análisis separado (por ejemplo: la inspección de análisis de riesgo) debe ser realizado para evaluar tuberías y vasijas con respecto a la integridad de la frontera de presión si como programa tal ya no existe. 3.2 Datos Requeridos: Típicamente los datos requeridos para realizar un análisis de RCM incluye: información de diseño, manuales de entrenamiento, diagramas de flujo, eléctricos y lógicos, lista de equipo, PM s normales y regulatorios, códigos y requerimientos de aseguramientos (si aplican). Adicionalmente, otra información puede ser obtenida por intervención del staff de operación la cual es especialmente útil. Información tal como el relatorio del operador y el historial de mantenimiento puede ser útil en un análisis de RCM. 20

27 3.3 Análisis de Criticidad FUNDAMENTOS DE MANTENIMIENTO CENTRADO EN Una vez que las funciones primarias están definidas, los componentes dentro del límite de la función son sujetos a un Análisis Crítico. El análisis crítico realizado aquí es una combinación de un FMEA y un análisis de consecuencia. El objetivo del Análisis Crítico es determinar la criticidad del componente (es decir, si el componente es Crítico o No-crítico con respecto al valor de los objetivos financieros o de seguridad del usuario/propietario). Esto en cambio es usado para determinar el nivel de recursos que deben ser destinados para cada uno de los componentes de acuerdo a su criticidad. Un componente que es determinado crítico, demandaría más atención y recursos en cuestiones de mantenimiento que otro que es determinado No crítico. Los análisis de criticidad empiezan con un FMEA. Todos los modos de falla creíbles para el componente analizado serán identificados. Debe ser notado que en ciertos casos un modo de falla puede ser caracterizado como deterioro del componente en un nivel no aceptable y no como falla total del componente. Todos los modos de falla identificados son revisados y aprobados a la satisfacción del usuario/propietario. Una vez que los modos de falla son identificados, los efectos de cada modo de falla son específicamente valorados con un FMEA. Los efectos de falla esencialmente describen que sucedería si un modo de falla ocurriera. Estos efectos podrían incluir efectos operativos (por ejemplo: la falla funcional o degradación de la función primaria, indisponibilidad, pérdida de la redundancia, efectos en la seguridad (daños al personal), efectos medioambientales (liberaciones al medioambiente) y daño colateral (daño a otro equipo). La evaluación de las consecuencias parte de un Análisis Crítico enfocado sobre el grado al cual los efectos de la falla pueden o no ser tolerados por los recursos del usuario/propietario. A continuación se proporcionan algunos ejemplos de criterios críticos o cruciales son los siguientes, los cuales fueron tomados del AP-913 así como de la base de datos de EPRI: CRITICO A Posible muerte o daños serios al personal CRITICO B Impacto al medio ambiente CRITICO A Paro de planta CRITICO A Derrateo de planta > 50 % 21

28 CRITICO B Derrateo de planta entre 10 y 50 % CRITICO B Pérdida de un tren o un tren múltiple de generación CRITICO A Pérdida de un tren simple con función de seguridad CRITICO B Pérdida de uno de los trenes de un tren múltiple de alto nivel de seguridad CRITICO A > a un día de retraso después de un paro CRITICO B Retraso entre 1 10 días después de un paro CRITICO B Costo para reparación / reemplazo de componente no aceptable CRITICO B Impacto grande en los recursos de personal CRITICO B Provoca la falla de otro componente crítico o significante El criterio A representa consecuencias de mayor severidad que el criterio B. El modo de falla de un componente (evaluado dentro del contexto de la función a ser analizada) si como resultado cae dentro de uno o más criterios listados arriba, haría al componente crítico y las recomendaciones para la tarea apropiada se harían proporcionales a la importancia del componente en el sistema. Si ninguno de los modos de falla se encuentra en por lo menos uno de los criterios críticos, entonces el componente es clasificado como No Crítico. Para componentes que han sido determinados como No Críticos, un conjunto diferente de criterios (Criterios No Críticos) deben ser aplicados. La intención aquí es poner énfasis en lo económico y otras consideraciones juzgadas importantes más que la protección del equipo. Estos criterios evalúan los beneficios de dar mantenimiento a un componente o bien llevarlo a la falla (run to failure). Estos criterios son los siguientes: MINOR Posible daño al personal (requiriendo primeros auxilios) MINOR Reducción en la potencia térmica o eléctrica < al 10 % MINOR impacto menor al medio ambiente MINOR Costo para reparación / reemplazo de componente grande MINOR Impacto menor en los recursos de personal 22

29 MINOR Historial grande de mantenimientos correctivos MINOR Costo del correctivo en exceso al costo del preventivo esperado MINOR Deterioro en la rutina de operación o de las actividades de mantenimiento MINOR Reducción en la capacidad para realizar las actividades de monitoreo del desempeño de equipo (predictivo) Si por lo menos el componente cae dentro de uno de estos criterios, este es clasificado como No Crítico y las recomendaciones para la tarea apropiada se harían proporcionales con la importancia del componente en el sistema. Si no cae en ninguno de los criterios anteriores entonces el componente será llevado a la falla y se realizará solo por mantenimiento correctivo. Aunque los procesos para el equipo típicamente siguen las reglas descritas anteriormente, hay ciertas situaciones en las cuales un componente crítico puede ser categorizado a la falla. Estos ejemplos típicamente incluyen casos donde un componente es determinado a ser crítico, sin embargo, las tareas de preventivo y el costo-efectivo no evitarán las fallas. En tales circunstancias, el cambio de diseño será recomendado. Debe ser notado que en los Análisis Críticos la acción del operador en respuesta a los eventos es explícitamente creíble como una parte del FMEA y del Análisis de Consecuencia, cuando es apropiado, en ciertos casos, las fallas pueden ser detectadas, diagnosticadas y exitosamente mitigadas por el operador sin ningún impacto funcional, de seguridad o medioambiental. También se debe notar que en la evaluación de las causas de falla son solamente identificados los componentes Críticos de acuerdo a la guía del INPO AP-913. Adicionalmente, las causas de falla son identificadas a un nivel que hace posible asignar tareas apropiadas que evitarán que ocurran estas causas de falla. 3.4 Selección de Tareas Una vez que un componente ha sido determinado como Crítico o No Crítico, por lo tanto, candidato de irse a la falla, el siguiente paso es desarrollar las tareas de mantenimiento proactivo aplicables y de costo-efectivo basadas en la criticidad del componente (es decir, importante). 23

30 Los componentes determinados como Críticos demandarán más atención y recursos en su mantenimiento que los No Críticos. El proceso de selección de tareas es usado para identificar tareas apropiadas de monitoreo de condición (recorridos del operador), tareas de predictivo, tareas periódicas tradicionales y tareas de vigilancias/búsqueda de fallas. Las tareas de monitoreo de condición (es decir, mantenimiento autónomo) son las primeras en la jerarquía de las tareas y son aplicadas en el mayor grado posible cuando sea apropiado. Estos tipos de tareas son con equipo en línea, con un costo recuperable y pueden efectivamente valorar la condición del equipo y detectar fallas potenciales. Las tareas de predictivo (por ejemplo, monitoreo de vibraciones), son las segundas en jerarquía. Estas también son con el equipo en línea y pueden ser usadas para detectar la degradación de un equipo. Una vez que empieza a degradarse un equipo, este puede programarse para poder sacarlo de servicio en un tiempo apropiado para inspección y reparación. Las tareas de monitoreo de condición y predictivo pueden identificar el inicio de fallas potenciales y son particularmente efectivas en prevenir modos específicos de fallas. Por lo tanto, reducen la probabilidad de fallas críticas y sus consecuencias que son un resultado del modo de falla. Por esta razón, también reducen el costo promedio de reparación evitando el daño secundario el cual es más costoso y que puede ser causado por una falla. Ya que estas tareas mencionadas anteriormente identifican el inicio de fallas, significa que el equipo realizará casi todas sus funciones. Adicionalmente, los costos de reparación y el número de unidades de repuestos necesarias para soportar el proceso de reparación son mantenidas al mínimo. Las tareas programadas (por ejemplo: overhauls), aunque requieren equipo fuera de servicio, son apropiadas y necesarias. Finalmente, las vigilancias y la búsqueda de fallas (por ejemplo: pruebas de carrera a válvulas, calibración, etc), son aplicadas como apropiadas para verificar la operabilidad y maximizar la disponibilidad del equipo. Las frecuencias de las tareas no son desarrolladas usando métodos estadísticos, más bien son desarrolladas cualitativamente basadas en la criticidad del equipo, medioambiente, frecuencia de uso, juicio de ingeniería estimado y experiencia operacional genérica. 24

31 El resultado de este ejercicio debe ser las tareas recomendadas junto con sus frecuencias y el responsable de realizarla con el propósito de mantener la confiabilidad de los Componentes Críticos. Lo mismo para componentes No Críticos. Posteriormente de acuerdo a los procedimientos y políticas de cada empresa se deberá elaborar un Plan de Trabajo para cada tarea recomendada donde para la cual un detalle adicional del desempeño de la tarea será necesario. 3.5 Comparación de Tareas Después que las tareas apropiadas han sido recomendadas, el siguiente paso en el proceso será reconciliar estas recomendaciones con el programa de Mantenimiento Preventivo (o con el que se cuente) y finalice todas las recomendaciones. Estas recomendaciones finales constituirán el programa de Mantenimiento Preventivo revisado y optimizado. 3.6 Implementación Una vez que las recomendaciones de la tarea son finalizadas y un programa de Mantenimiento Preventivo es desarrollado, es recomendado que los resultados sean implementados tan pronto como sea posible. La implementación puede incluir el uso de compra de nueva tecnología, paquetes y procedimientos de desarrollo de trabajos, incorporando cambios de diseño, entrenamiento y desarrollo de un mecanismo de retroalimentación. La implementación apropiada puede influenciar enormemente la efectividad total del programa. 3.7 Otros Temas de la Confiabilidad La metodología de la evaluación tiene la habilidad para identificar deficiencias en áreas como diseño, operación, procedimientos, entrenamiento, etc. Como este proceso es un enfoque integrado para desarrollo del programa, los vacíos entre las demandas del sistema y la confiabilidad inherente son identificados rutinariamente y pueden ser direccionados vía acciones recomendadas. Hay temas que no pueden ser cargados al mantenimiento y por lo tanto pueden ser direccionados como cambios de diseño, cambios de procedimientos operativos o análisis adicional tal como un análisis causa raíz (RCFA: root cause failure analisis). 25