1. CONCEPTO DE CONFIABILIDAD, HISTORIA Y CAMPOS DE APLICACIÓN

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1 1. CONCEPTO DE CONFIABILIDAD, HISTORIA Y CAMPOS DE APLICACIÓN 1.1 CONCEPTO DE CONFIABILIDAD Desde el punto de vista de Ingeniería, se ha aceptado la definición de Confiabilidad de un elemento, como la probabilidad que tiene este de desarrollar las funciones para las cuales fue diseñado durante un período de tiempo específico y bajo unas condiciones de operación dadas. Otra definición ampliamente aceptada habla de la probabilidad que tiene un elemento o un sistema de trabajar sin presentar ningún tipo de falla bajo condiciones preestablecidas. Un programa de Confiabilidad es un proceso de monitoreo, evaluación y control de elementos por medios estadísticos el cual permite en un momento dado modificar los programas de mantenimiento aplicables a dichos elementos, con el fin de obtener una mayor disponibilidad de éstos, minimizando los paros no programados, maximizando los recursos disponibles para aumentar los niveles de calidad de los productos y/o servicios a la vez que se reducen los costos de mantenimiento y operación La Confiabilidad puede ser aplicada a una gran variedad de elementos a los cuales se les puede medir su desempeño por medio de unidades de operación; éstos elementos pueden ser o no sistemas complejos, en los cuales la medida total de la Confiabilidad será la resultante de la de cada uno de los elementos que componen dicho sistema. La medida de la Confiabilidad de un elemento mecánico, es la frecuencia a la cual la falla ocurre en el tiempo, la cual debe ser especificada según la naturaleza del sistema en consideración. Es aquí donde se debe especificar la unidad a ser empleada dependiendo de las características de operación del elemento; dichas unidades pueden ser: Ciclos, Horas de operación, 1

2 revoluciones, número de activaciones, metros u otras. La determinación de la unidad depende en gran medida de la persona que realice el estudio y de las características del trabajo. Para los estudios de Confiabilidad se deben tener presentes dos importantes relaciones: Relación Desempeño - Confiabilidad: Cuando a un elemento se le desea incrementar su desempeño, normalmente se aumentan las cargas a las cuales se encuentra sometido implicando un incremento en la probabilidad de ocurrencia de falla en éste; para evitar que esto suceda, se debe establecer un equilibrio entre los dos conceptos (Confiabilidad y Desempeño), con el fin de tener un elemento con un elevado índice de Confiabilidad y a la vez un alto Desempeño. Esta relación es de vital importancia en los estudios de Confiabilidad ya que un desbalance en ésta puede resultar muy costosa para la industria. Relación Costo - Confiabilidad: La inversión en programas de mantenimiento para alcanzar una Confiabilidad elevada de los elementos, se debe analizar desde el punto de vista de los beneficios que se esperan se reviertan respecto al capital invertido en dicho programa, estableciendo un equilibrio entre los gastos e ingresos. Una falla, desde el punto de vista de Confiabilidad, es cuando el elemento no desarrolla completamente las funciones para las cuales fue diseñado, es decir, un motor que no desarrolla el torque especificado o una estructura que excede una deflexión determinada pueden trabajar de una manera aparentemente normal, pero se encuentran fuera de sus patrones de diseño. Otros términos usados para caracterizar la Confiabilidad son el tiempo medio de falla y el índice de falla para elementos no reparables; disponibilidad y tiempo medio entre reparaciones para elementos reparables. 2

3 Desde el punto de vista de Confiabilidad se distinguen tres tipos de falla, los cuales se presentan sin intervención alguna por parte del operador o algún elemento externo a este. Estos tipos de falla son: Falla prematura Es la que ocurre en la vida temprana del elemento. Generalmente se originan por baja calidad de los materiales o descuidos en los controles de calidad en la línea de producción. Este tipo de falla puede ser eliminado por medio de chequeos operacionales al equipo, en los cuales se simulen sus cargas de trabajo (de diseño y ambientales) previo a la entrega de éste. Falla por desgaste Son las fallas causadas por falta de mantenimiento en los equipos y por el desgaste de sus elementos. La frecuencia de falla depende de cada uno de los componentes y se puede prevenir por medio de la implementación de programas de mantenimiento, en los cuales se realicen cambios periódicos de los elementos cuando esto sea posible, en caso contrario, es decir, cuando no se puedan efectuar estos reemplazos, se deben usar elementos con un período de falla mucho mayor a la vida útil del equipo. Fallas aleatorias Generalmente ocurren por acumulación de esfuerzos en los elementos. Este tipo de falla, como lo indica su nombre ocurre sin un patrón definido de comportamiento, por lo cual es bastante difícil de predecir. La teoría y la práctica de Confiabilidad diferencia entre estos tres tipos de fallas por dos razones: la primera habla de que cada falla sigue una distribución estadística diferente y la segunda es que para cada distribución se requiere un método de aproximación específico para lograr una solución adecuada. 3

4 De acuerdo a lo anterior se establecen varias funciones para la Ingeniería de Confiabilidad las cuales tienden a predecir matemáticamente el comportamiento de un equipo o elemento bajo unas condiciones dadas. Dichas funciones se encuentran relacionadas con cada uno de los tipos de fallas existentes. Para fallas prematuras se deben implementar procedimientos estrictos de control de calidad como es el empleo de muestreos cuidadosamente planeados de los elementos y tener la posibilidad de eliminar los problemas en la manufactura. Igualmente se deben determinar los períodos de prueba mínimos en servicio necesarios con el fin de evitar la ocurrencia de este tipo de fallas. Para las fallas por desgaste se monitorea el comportamiento del elemento bajo condiciones de operación reales y la información recolectada es particularmente importante, pues revela cargas y factores no tenidos en cuenta en el diseño, lo que implicaría un punto a favor para convertir el elemento en uno con mejor desempeño mediante la redefinición de procesos de mantenimiento e intervalos de tiempo entre servicios. Para las fallas aleatorias se realizan estudios tratando de evaluar su comportamiento (mantenimiento predictivo), ya que dentro de un programa de Confiabilidad bien desarrollado, son este el tipo de fallas las que afectan al elemento durante su vida económica. 1.2 HISTORIA DE LOS ESTUDIOS DE CONFIABILIDAD Los estudios de Confiabilidad de elementos mecánicos, se inician en la década de los 50 cuando el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, se enfrenta a continuos problemas en los sistemas de defensa, debido a la baja calidad de los componentes electrónicos que se empezaban a emplear en esta época; por lo anterior en agosto de 1952 se crea el AGREE (Advisory Group on Reliability of Electronic 4

5 Equipment) el cual buscaba fomentar los estudios en Confiabilidad con el fin de aumentar la disponibilidad y disminuir las fallas de los equipos. El AGREE, se reúne de manera contínua durante los cinco años siguientes y en 1957 se entrega el "AGREE Report.", el cual sirve como base para establecer requerimientos mínimos de Confiabilidad dentro de las especificaciones militares para cada uno de los elementos mecánicos y electrónicos que eran empleados en los mecanismos de defensa norte americanos. En las décadas de los 70`s y 80`s se dan nuevos enfoques de Confiabilidad y se empieza a incorporar el concepto de Aseguramiento de la Calidad. De lo anterior se conformó en 1985 el SAERMS Committee, con el propósito de concentrar los esfuerzos de industria y gobierno para desarrollar un sistema de desempeño por RMS (Reliability, Maintenability & Supportability) a la vez que se lograba una reducción de costos debido a la planeación del mantenimiento. Todo los esfuerzos anteriores se fueron canalizando con el fin de dar más consistencia a los programas de Confiabilidad, buscando una mayor disponibilidad de los equipos. Desarrollar un equipo Confiable no es tarea fácil, exige el montaje de una serie de actividades que deben relacionarse con otras consideraciones de diseño, las cuales se analizan desde el punto de vista Costo- Beneficio que satisfagan las necesidades del cliente. En el caso de la Aviación, los estudios de la Confiabilidad aparecen como el resultado de la evolución en los programas de mantenimiento. Inicialmente éstos programas se basaron en la creencia que cada parte funcional del avión requería ser desensamblada para inspección cada cierto tiempo; este tipo de procedimiento se conoce como mantenimiento "Hard Time" A medida que la industria aeronáutica evolucionó, la aplicación del mantenimiento "Hard Time" se volvió obsoleta debido a los altos costos en inversión de repuestos y los avances permitieron establecer que no 5

6 todos los componentes necesitaban ser desensamblados basados en los tiempos de servicio. Este proceso se desarrolló y se conoce actualmente como mantenimiento "On Condition", en el cual una serie de pruebas son realizadas periodicamente, sin remover ni desensamblar un elemento de su posición en un sistema dado, con el fin de asegurar que este se encuentra en óptimas condiciones de servicio según los rangos normales de operación. Paralelamente a los estudios de Confiabilidad, se desarrolló en los E.E.U.U. el MSG (Maintenance Steering Group) de la Air Transport Association (ATA). La lógica de decisión del MSG es usada para establecer los programas de mantenimiento que aseguren los niveles de Confiabilidad del diseño original del avión. Dos versiones de la lógica de MSG se usan actualmente: Maintenance Steering Group-2 (MSG-2) y Maintenance Steering Group-3 (MSG-3). El MSG-2 reconoce tres procesos de mantenimiento : Hard Time (HT), On Condition (OC), Condition Monitoring (CM). Bajo el MSG-2 una propuesta inicial es tomada cuando cada unidad del avión es analizada y asignada a uno de los tres procesos de Mantenimiento. El MSG-3 elabora propuestas según un escalafón de importancia cuando el análisis de una falla está dirigido al nivel más manejable de los sistemas del avión. El MSG-3 identifica las labores de Mantenimiento adecuadas para prevenir fallas y mantener la integridad en el diseño original del sistema. Los Programas de Mantenimiento Programado son basados inicialmente en los requerimientos del Maintenance Review Board (MRB) y en el Maintenance Planning Data del Fabricante (MPD). Los cambios adicionales a estos programas usan el análisis adecuado de MSG. Esta lógica permite identificar procedimientos de mantenimiento con posibilidad de mejoramiento, y desarrollar nuevas tareas alrededor del mantenimiento preventivo del avión, el cual se aplicó inicialmente 6

7 en la fabricación de los aviones Boeing 747 a principios de la decada de los 70 s. A partir de este programa y analizando sus beneficios, se decidió generalizarlo de manera que un documento universal pudiera ser aplicable a nuevos aviones, este documento fue conocido como el MSG 2. El MSG 2 fue luego aplicado a aviones fabricados antes de los años 70, lográndose grandes reducciones de los costos de mantenimiento de éstos. A inicios de los años 80 se desarrolló el MSG 3 el cual hace una aproximación a los programas de mantenimiento desde el punto de vista de la consecuencia de la falla para determinar las acciones preventivas y correctivas que se le han de aplicar a los componentes. Finalmente en 1993 se hace la revisión número 2 al MSG 3, con el fin de establecer tareas de mantenimiento dentro de las capacidades operacionales certificadas de cada avión. Lo anterior exigía que cada empresa se encontrara debidamente autorizada para efectuar este tipo de mantenimiento, por lo cual la FAA (Federal Aviation Administration de los EEUU) comenzó a trabajar con las principales aerolíneas con el fin de crear un programa de control de mantenimiento que fuera mas ágil, pero que en ningún momento sacrificara la seguridad y la responsabilidad de regulación de la FAA. Dicho programa se baso en medir el desempeño de cada componente del avión y se conoce como "Control por Confiabilidad". En Colombia este tipo de programas fue aprobado por parte de la Unidad Administrativa Especial De Aeronáutica Civil (UAEAC) antes AEROCIVIL en el año de 1996, y es empleado por algunas aerolíneas en su interior para evaluar el trabajo de mantenimiento y corregir los problemas que se presentan durante la operación. En el caso de la industria Colombiana se sabe que los programas de Confiabilidad apenas están siendo investigados y aplicados a las empresas. En el caso de Cervecería Unión, se encuentran estudiando el control de fallas por medios estadísticos sin enfocarse totalmente a la Confiabilidad. Y por último, en el 7

8 sector eléctrico, caso Interconexión Eléctrica S.A. (ISA), en enero de 1996 se encontraban recolectando información básica sobre gerencia de mantenimiento por Confiabilidad. 1.3 CAMPOS DE APLICACIÓN Los programas de Confiabilidad se pueden extender a todas las industrias del sector productivo, servicios y militar, donde el direccionamiento y el grado de profundidad del programa depende mucho del tipo de industria que lo ha de manejar e implementar; es así como para el sector comercial el programa no ha de ser tan riguroso como en el caso del sector militar, sin embargo se deben mantener estándares altos de seguridad sin perder la relación costo-beneficio. Dentro de la industria se distinguen tres tipos de sectores que emplean los estudios de Confiabilidad para determinar el grado de calidad de sus productos y/o servicios, éstos son: La industria del transporte tanto el sector de producción como de mantenimiento. Las empresas de telecomunicaciones. Las empresas de servicios públicos, como es el caso de plantas generadoras de energía y plantas de tratamiento de aguas entre otras. Para el sector militar, se exigen altos niveles de Confiabilidad en todo el equipamiento de defensa, ya que los equipos empleados comprometen la seguridad de cada uno de los países y personas que los utilizan. 8