domingo, julio 27, 2008

Monitoreo de Condición

Monitoreo de Condición – Una estrategia de Integración de Tecnologías

Gerardo Trujillo C. – Noria Latín América

GTrujillo@Noria.com


Introducción

El mantenimiento predictivo y el monitoreo de condición son dos herramientas ampliamente utilizadas por los departamentos de mantenimiento en todo el mundo, como una herramienta poderosa para una mayor productividad y competitividad. La selección de la maquinaria para ser incluida en estos programas depende de un análisis de su criticidad, su costo, sus requerimientos de seguridad y ambientales, la confiabilidad esperada y el impacto de su falla. En industrias como la generación de energía y petroquímica, el análisis de vibración ha sido históricamente la técnica seleccionada para monitorear la condición de los grandes componentes críticos de equipo rotatorio. Inversamente, las compañías de transporte y maquinaria pesada, han confiado en el análisis de aceite para tomar efectivas decisiones de mantenimiento predictivo. En otras industrias como las de metales primarios, papeleras, manufactura, etc., podríamos encontrar la aplicación o combinación de diferentes técnicas predictivas incluyendo la termografía, análisis de corriente en motores, el ultrasonido y eventualmente pruebas no destructivas.

El diseño adecuado de una estrategia de mantenimiento basado en condición (MBC) permitirá acceder a los beneficios y aprovechar al máximo las inversiones en tecnología y educación que se deben hacer.

Objetivos del MBC:

El objetivo de un programa de monitoreo de condición, es conocer la condición de la maquinaria, de tal manera que se pueda determinar su operación de manera segura, eficiente y con economía. Las técnicas de monitoreo están dirigidas a la medición de variables físicas que son indicadores de la condición de la máquina y mediante un análisis, efectuar la comparación con valores normales, para determinar si está en buen estado o en condiciones de deterioro. Esta estrategia asume que hay características medibles y observables que son indicadores de la condición de la maquinaria. Podemos clasificar los beneficios del MBC en:

  • Detectar condiciones que pueden ser causa de falla – (proactiva)

  • Detectar problemas en la maquinaria – (predictiva)

  • Evitar fallos catastróficos – (predictiva)

  • Diagnóstico de la causa de la falla – (proactiva)

  • Pronóstico de utilidad – (predictiva)

El monitoreo de condición estudia la evolución de los parámetros seleccionados en función del tiempo y establece una tendencia que indica la existencia de un fallo, su gravedad y el tiempo en que el equipo puede fallar. La toma de decisiones a tiempo permite evitar que el fallo se presente (proactivo) o eliminar la posibilidad de un fallo catastrófico (predictivo). La ventaja de esta estrategia, es que puede ser efectuado mientras el equipo está funcionando. De esta manera, las acciones de mantenimiento o corrección de los parámetros de funcionamiento cuando las mediciones así lo indiquen, evitando acciones intrusivas a la maquinaria que son generadoras de defectos.

Selección de la maquinaria a monitorear:

El MBC no es una estrategia económica y deberán ser identificados aquellos equipos en el proceso de producción que afectan a cualquiera de las siguientes:

  • Confiabilidad

  • Disponibilidad

  • Costo

  • Seguridad

En cualquier entorno, debemos considerar una condición de optimización de las estrategias de mantenimiento y conservación, de tal manera que los costos de la aplicación de las tecnologías y estrategias no sean superiores a los que se tratan de evitar. Vea la Fig. 1.

Fig. 1 Optimización del Mantenimiento


Selección de la tecnología adecuada:

La selección de la tecnología adecuada para cada maquinaria depende de varios factores como son: el tipo de maquinaria, el modo de fallo a diagnosticar y la capacidad de inversión.

Una de las mejores maneras de aplicar esta tecnología es mediante el Análisis de Modos de Falla, Efecto y Criticidad. (AMEF). Otras opciones incluyen el desarrollo de metodologías como Mantenimiento centrado en confiabilidad (RCM), Análisis de causa raíz, Análisis de Pareto, Análisis de frecuencia de falla (TPEF), etc.

Lo que realmente importa, es que el programa de monitoreo de condición esté dirigido a la causa de falla y que puedan identificarse los indicadores de su deterioro.

Una vez que se ha efectuado el análisis de las causas de falla críticas de la maquinaria, es importante identificar una acción de mantenimiento que permita eliminarla, detectarla y controlarla. De esta manera construimos nuestro plan de mantenimiento. De la misma manera, estamos ahora en condiciones de establecer nuestro programa de monitoreo de condición, seleccionando la tecnología o estrategia que pueda ayudarnos a responder las siguientes preguntas:

  1. ¿De dónde proviene?

  2. ¿Qué la causa?

  3. ¿Qué tan severa es?

  4. ¿Se puede controlar?

  5. ¿En cuánto tiempo ocurrirá?

Técnicas y tecnologías de monitoreo de condición - El monitoreo de condición es un concepto que ha sido utilizado desde hace mucho tiempo. Por lo general los operadores y mecánicos perciben señales de la maquinaria con sus propios sentidos. Ahora lo que se pretende es amplificar estas señales y aislarlas para incrementar su percepción mediante tecnología y medición.

Las técnicas de monitoreo las podemos clasificar en:

  • Inspecciones de la maquinaria

  • Mediciones de desempeño de la maquinaria

  • Monitoreo de las condiciones dinámicas de la maquinaria

  • Monitoreo de los fluidos

  • Monitoreo de las partículas de desgaste

Fortalezas y debilidades - Cada una de las técnicas descritas anteriormente tiene fortalezas y debilidades. En función de ellas debemos seleccionar la que pueda responder a las preguntas del profesional de la confiabilidad.

Hagamos la analogía de nuestra situación con la de un médico ante la presencia de una enfermedad. En una primera consulta, por lo general se basa en la descripción de la condición externa del paciente y lo interroga para conocer su estado. Efectúa una inspección visual de los principales indicadores externos, utilizando la vista, los oídos, el tacto y el olfato. Posteriormente puede utilizar instrumentos que le ayuden a precisar la situación, como estetoscopio, lámparas y magnificadores, termómetros, etc. Sus observaciones le irán proporcionando información que debe analizar y procesar para determinar si los síntomas que aprecia son suficientes para diagnosticar una enfermedad.

En caso de que la información reci9bida no sea concluyente, le pedirá al paciente que acuda a efectuar algunos análisis más detallados. Dependiendo de la causa probable, determinará si requiere de un estudio por rayos X, una tomografía, análisis de orina o sangre, electrocardiograma, o incluso un muestra de tejido o inspección interna por cámara de fibra óptica.

Esos resultados, en conjunto con los de su inspección inicial, seguramente le permitirán identificar el síndrome a partir de los síntomas. Sin embargo la selección de las pruebas es definitiva en el resultado a obtener. En el caso extremo de un daño en el hígado; si el médico selecciona hacer una prueba de rayos X, es seguro que no recibirá información de la causa de falla o de los efectos. In embargo, la muestra de sangre, orina y probablemente un ultrasonido pueden ayudar a diagnosticar adecuadamente antes de que la condición se vuelva crítica.

Hagamos pues, un análisis de nuestras causas de falla y veamos cuál técnica o tecnología tiene la capacidad de responder a la mayor cantidad de las 5 preguntas planteadas arriba. Bien; ahora veamos cuáles de ellas tienen la capacidad de avisarnos antes que las otras y como estas tecnologías y técnicas se interrelacionan entre sí. Vea Fig. 2.

Fig. 2 – Seleccione la tecnología que esté dirigida a las causas de falla

Frecuencia de monitoreo – Una vez que hemos seleccionado las técnicas y tecnologías para monitorear la causa de falla y sus efectos, es necesario determinar la frecuencia con la que aplicaremos este monitoreo, que garanticen su eficiencia.

De gran valía en esta decisión es considerar una de las herramientas de RCM: el análisis del periodo P-F. Toda la maquinaria debe entregar un rango de desempeño. Mientras el desempeño esperado se mantenga dentro de esos límites, se considera que el activo está efectuando su trabajo. Supongamos que tenemos una bomba debe entregar entre 45 y 50 gpm en el proceso para mantener su funcionalidad. Cuando la bomba está nueva, entrega 50 gpm y conforme se gasta, su desempeño disminuye a 45 gpm. Al llegar a este valor, se determina que el equipo está fuera de especificación de desempeño y debe ser reparado a la condición original o reemplazado. Esta pérdida de desempeño puede deberse a un deterioro gradual del equipo por su funcionamiento y entonces estaremos esperando que el tiempo que transcurra sea equivalente a la vida útil esperada del equipo (TEV). Otro escenario es que se presente una causa de falla en el equipo que pueda acortar su desempeño. Cuando esta causa de falla se presenta, el periodo de vida esperada de la bomba se acorta y tendremos una falla del equipo antes del TEV. Dependiendo del modo de falla, será la severidad del daño y por consecuencia el tiempo en que la bomba fallará.

El punto P en este análisis, es el momento en que la causa de falla se puede detectar en el equipo (P siempre será posterior al momento en que la causa de falla se presenta) y F es el momento en el que el activo llega a su límite inferior de desempeño. Vea Fig. 3. En nuestro ejemplo F es cuando la bomba entrega menos de 45 gpm.

Fig. 3 Inicio de Falla – Final de la Falla P-F

Es muy importante señalar que en un mismo modo de falla, podemos tener varios P-F, dependiendo de la tecnología que se seleccione. El analista debe seleccionar la tecnología que proporcione el periodo P-F más largo que permitirá que la toma de decisiones permita mantener el equipo dentro de su rango de desempeño útil. Vea Fig.4.

Fig. 4 Seleccione la Tecnología con el P-F más largo

Una vez que hemos seleccionado la tecnología que proporciona el P-F más largo, debemos establecer el periodo de monitoreo que nos permita capturar el modo de falla que significa el P-F crítico más corto en el equipo. Si nuestra frecuencia de monitoreo (FM) es establecida con una frecuencia igual al P-F, entonces nuestra posibilidad de detectar el problema es muy remota. Si por el contrario, nuestra FM es mayor que P-F, entonces nuestro programa no será capaz de detectar este problema y nuestro programa carece de sentido.

A partir de lo anterior, es obvio que nuestra FM debe ser menor que P-F. Idealmente deberá ser establecida como FM = P-F/3. De esta manera estamos en la condición de detectar el inicio del problema, su avance y todavía estar en condiciones de monitorear el final de la vida del equipo. Vea Fig. 5.

Fig. 5 Frecuencia ideal de muestreo



En muchas ocasiones la maquinaria puede tener un P-F demasiado corto para algunos modos de falla, ocasionando que las tecnologías de monitoreo deban ser efectuadas en línea para garantizar su efectividad.

Conclusión:

Integración de Tecnologías – La tendencia del MBC actual está llevando a los departamentos de confiabilidad del mundo a utilizar un conjunto de tecnologías dirigidas a los principales modos de falla, integradas en un solo departamento que pueda sumar la información para la toma de decisiones. Cada vez son más los profesionales bilingües, trilingües o políglotas en términos de la manera en que la maquinaria se comunica con ellos y aprovechan al máximo esta integración. La utilización de sistemas expertos que pueden diagnosticar, alarmar y en ocasiones corregir automáticamente la maquinaria hace más eficiente esta estrategia. La estrategia del MBC puede ser implementada dentro de las diferentes filosofías del mantenimiento como RCM, Mantenimiento Productivo Total TPM, Mantenimiento Basado en Riesgos MBR, etc.

Habrá también que reconocer que esta estrategia no es capaz de localizar todas las fallas de la maquinaria y que depende de la cantidad de técnicas y tecnologías aplicadas y su frecuencia de monitoreo. Por lo general las fallas súbitas, las que son por fatiga y aquellas que no generan señales posibles de monitorear permanecen fuera del alcance de un programa de MBC.

Factores claves de éxito – La aplicación de los siguientes principios puede ayudarle a implementar un programa de MBC exitoso:

  1. La selección adecuada de las tecnologías

  2. Tecnologías dirigidas a la causas de falla y sus síntomas

  3. Determinación de una adecuada frecuencia de monitoreo

  4. Habilidad para interpretar los resultados y la tendencia

  5. Métodos y programas de almacenamiento y análisis de la información

  6. Establecimiento de límites y alarmas adecuados

  7. Actualización de la tecnología

  8. Integración de las tecnologías en un mismo departamento

  9. Toma de decisiones adecuada

  10. Cuantificación de los beneficios del programa (No evento)

  11. Educación y certificación de los profesionales a cargo del programa

1er. Congreso Mexicano de Confiabilidad y Mantenimiento – T/F (477) 711.2323 y 711.1236 www.cmcm.com.mx

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