Gestin integral de mantenimiento

Captulo 1Los fallos

Todos tenemos clara la idea de que una empresa crea un producto por- que existe una serie de clientes a los que les interesa. Cuanto ms se adapte este producto a sus necesidades ms satisfechos estarn, atrayendo a nuevos clientes. El xito de muchos productos se basa en estudiar tanto las necesidades de los clientes para poder lograr su satisfaccin, como el proceso productivo para lograr el mximo beneficio. Cuando hablamos de producto nos referimos tanto a un servicio como a cualquier objeto y cuando hablamos de clientes a quien recibe el producto.Para el caso de mantenimiento, la idea no es tan trivial pero puede aplicarse igualmente. La necesidad que nos produce cualquier instala- cin es la de conservarla en situacin de que permita obtener el fin al que est destinada. Mantenimiento ofrece como producto para cubrir esta necesidad la reparacin de las anomalas que surjan e incluso las correcciones para que no lleguen a producirse. En principio, el cliente de mantenimiento ser el departamento de produccin. Aunque el cliente en este caso es nico, sus necesidades pueden ser muy variadas en fun- cin del tipo de instalacin.De la misma manera que para lanzar un nuevo producto se estudia el mercado (el lentes y sus necesidades) y el proceso de produccin ptimo, Mantenimiento debe estudiar las posibles averas que se presenten en la instalacin y el proceso de su reparacin.En ocasiones, se comete el error de centrar el mantenimiento en las reparaciones olvidando el anlisis de la avera. La manera de hacer una buena reparacin pasa por evitar que ocurra la avera nuevamente, es por tanto imprescindible conocer las causas que la han originado y eli- minarlas.Empezaremos por definir qu es una avera, los diferentes tipos y las clasificaciones que podemos hacer de ellas.

1.1 DEFINICIN Y CLASIFICACIONES

La definicin de avera viene dada como: Deterioro o desperfecto en cualquiera de los rganos de un aparato que impide el funcionamiento normal de ste.Experimentalmente observamos que no existe un equipo perfecto que est libre de cualquier fallo o anomala a lo largo de su utilizacin.

11

A nivel industrial se suele entender como avera un fallo que impide que la instalacin mantenga el nivel productivo. Esta idea debemos am- pliarla a los fallos que ocasionan falta de calidad del producto, falta de seguridad, prdidas energticas y contaminacin ambiental.Los equipos deben ser capaces de alcanzar la produccin para la que se disearon pero, adems, deben hacer el producto que se esperaba. Si la calidad del producto depende del estado de la instalacin, cualquier hecho que haga descender esta calidad ser igualmente un fallo.Por otra parte, si el estado de las mquinas puede ocasionar algn riesgo para las personas o el resto de la instalacin, tambin debe con- siderarse un fallo.Como ltimo tipo de fallo podemos considerar el ambiental. La nor- mativa en este aspecto es cada vez ms exigente y afecta no slo a los procesos productivos sino tambin al estado y mantenimiento de los equipos. Dentro de este tipo de averas debemos considerar prdidas energticas y posibles poluciones.Ahora podemos completar la definicin que dbamos al principio, y considerar como fallo o avera cualquier hecho que se produzca en la instalacin y que tenga como consecuencia un descenso en el nivel pro- ductivo, en la calidad del producto, en la seguridad o bien que aumente la degradacin del medio ambiente.

Con lo dicho hasta ahora, nos encontramos ante una primera clasifi- cacin de los fallos: los que afectan directamente al producto (cantidad- calidad) y los que afectan al entorno (seguridad-medio ambiente). En la prctica nos encontramos con averas que pueden ser combinacin de varios de estos tipos.Podemos obtener otras clasificaciones y tipos de fallo por numerosos conceptos. Empezaremos por el origen de la avera, diferenciando los si- guientes casos:Fallos debidos a un mal diseo o a errores de clculo del equipo. No conocer exactamente las condiciones en las que trabajar la m- quina, despreciar efectos que luego resultan ms importantes de lo que se esperaba o el exceso de simplificacin en el aparato para obtener mejores precios, ocasiona errores de diseo que adquirimos con el equipo. El nmero de fallos atribuibles a este hecho son del orden del 12% del total de fallos. La solucin a estos fallos resulta muy difcil si el planteamiento original difiere mucho de la realidad y posiblemente no nos quede otra opcin que asumir una tasa de fallos elevada.Fallos debidos a defectos durante la fabricacin del equipo. Si se descuidan los controles de calidad de los materiales y piezas que com- ponen el equipo, nos encontraremos con fallos potenciales incluidos en la mquina que no tardarn en aparecer. Las soluciones pasan por reemplazar las piezas defectuosas de origen. Este tipo de fallos repre- senta el 10,45%.

12

Los fallos

Conceptos fundamentales

Fallos producidos por el mal uso de la instalacin. Porcentual mente son los ms numerosos (el 40%); provienen de un desconocimiento del manejo del equipo, por emplearlo en aplicaciones para las que no est diseado y, sobre todo, por utilizarlo en regmenes superiores a los especificados por el diseador.Fallos debidos al desgaste natural y al envejecimiento. Estos son los fallos que nos son ms familiares. Se trata de roturas, desgastes, abra- siones, corrosin, fatiga, cavitacin, etc. Suponen el 10,45%.Fallos debidos a fenmenos naturales y otras causas. Dentro de este grupo incluimos los que son debidos a fenmenos meteorolgicos y causas exteriores al propio equipo. Suponen el 27%.Desde el punto de vista de mantenimiento existen dos clasificaciones interesantes. La primera en funcin de la capacidad de trabajo de la ins- talacin y la segunda en funcin de la forma de aparecer.En funcin de la capacidad de trabajo distinguiremos entre fallos to- tales y parciales. Un fallo total implica un paro de todo el sistema pro- ductivo. Un fallo parcial afecta slo a una serie de elementos pudiendo continuar trabajando con el resto. La aparicin de uno u otro tipo de fa- llo depende, en gran medida, de la complejidad de la instalacin y de si los diferentes sistemas estn unidos en serie o en paralelo.Como ejemplo de avera total podemos poner el de un automvil que sufre un pinchazo en una de sus ruedas; es necesario parar inmediata- mente y cambiar la rueda para poder continuar. Una avera parcial se- ra una rueda deshinchada; continuaramos el trayecto hasta encontrar una oportunidad para inflarla.En funcin de cmo aparece el fallo podemos diferenciar entre pro- gresivos y repentinos. Los progresivos son los que, de una u otra manera, hacen prever su aparicin. Son fallos asociados al desgaste, la abrasin, desajustes, etc., y con un seguimiento se puede I legar a establecer cundo se producir el fallo definitivo. Los repentinos corresponden a una fun- cin aleatoria y suelen depender de que coincidan una serie de factores difciles de predecir. Suelen tener relacin con roturas de piezas o ele- mentos.Volviendo al caso del automvil un fallo progresivo sera el desgaste del dibujo de la rueda. Podemos ir verificando la altura del dibujo antes de llegar a lmites de peligrosidad e incluso, en funcin de las carrete- ras que frecuentemos, podemos predecir cada cuntos kilmetros de- beremos cambiar las ruedas. Un fallo repentino sera, en este caso, el re- ventn de una de las ruedas.Si realizamos un esquema como el de la figura 1.1, combinando es- tas dos clasificaciones, obtenemos cuatro cuadrantes.En el primer cuadrante se sitan las averas que afectan a una parte de la instalacin y que, adems, podemos preverlas. En principio, estas ave- ras son las menos complejas. Con un seguimiento podemos detectarlas y estar preparados para la reparacin. Al no afectar a toda la cadena de produccin, la rapidez de actuacin no es tan crtica. Si no se toman me-

13

Figura 1.1. Clasificacinde averas

didas, estas averas podrn provocar otras nuevas y extenderse a ms equipos de la instalacin. Su tendencia ser de pasar al segundo y ter- cer cuadrante y, en el peor de los casos, al cuarto.En el otro extremo estaran las averas del cuarto cuadrante. Al supo- ner un paro total, precisan una intervencin rpida y, al ser repentinas, puede sorprendernos sin la suficiente preparacin para poderlas resol- ver.Los otros cuadrantes representan casos intermedios entre estos dos. Aunque estos cuatro cuadrantes nos pueden dar una idea de la gra-vedad de la avera, debe tenerse en cuenta el efecto global que producepara tener una evaluacin real de la misma.Podemos utilizar otros conceptos de clasificacin como es la espe- cialidad a la que afectan (mecnicos, elctricos, instrumentacin, etc.), si dependen o no de otros fallos (dependientes, independientes), por el tiempo de existencia (estables, temporales, intermitentes), etc.

1.2 LA ESTADSTICA APLICADA A LOS FALLOS. FIABILIDAD

Hemos hablado hasta ahora de las averas y sus diferentes clasifica- ciones. Nos interesa conocer tambin qu relacin existe entre el tiempo de uso y la aparicin de los fallos. La teora ms desarrollada sobre el fa- llo es la probabilstica, con el concepto de fiabilidad.Entendemos por fiabilidad R(t) [reliability] de una pieza o equipo la probabilidad de que ste cumpla, sin fallo, una cierta funcin durante un tiempo dado y bajo unas condiciones determinadas.

14

Para poder llevar esta definicin a la prctica nos vemos obligados a definir perfectamente el fallo y a controlar las variaciones en las condi- ciones de trabajo. El intervalo de tiempo que fijamos puede ser sustituido por el nmero de ciclos u operaciones que realice el sistema pero, en cualquier caso, debemos disponer de un contador. Si falta rigurosidad en la definicin o medicin de cualquiera de estos parmetros, difcil- mente obtendremos unos resultados vlidos.Si representamos el nmero de fallos que aparecen en un equipo en relacin al tiempo de funcionamiento, obtendremos la funcin de den- sidad de fallo f(t). Esta curva nos indicar que la probabilidad de que se produzca un fallo en un tiempo t ser el rea por debajo de la curva desde el origen hasta ese tiempo. De la misma manera podemos definir el suceso contrario, infiabilidad F(t), como la probabilidad de que una pieza falle antes de un tiempo t, trabajando bajo unas condiciones de- terminadas. Matemticamente tendremos:

Otro concepto importante que nos puede ser til es el ndice de fallo Z(t). Se define como la probabilidad de que una pieza falle en el inter- valo (t, t +d t), habiendo llegado con vida al instante t.La expresin matemtica que nos relaciona el ndice de fallo con la fiabilidad la podemos obtener igualando las probabilidades de que la pieza falle en el intervalo (t, t + d t) y la de que la pieza llegue al instante f y falle en el intervalo (t, t + dt). Esto sera:

Si suponemos que para un instante t = 0 ponemos en marcha un n- mero de equipos n(0) y que para un instante t quedan con vida n(t) equi- pos, tendremos:

As pues, el ndice de fallo nos relaciona la velocidad de fallo con el nmero de supervivientes en cada instante; sus unidades sern t-1.

15

Figura 1.2. Curvade Davies

Si tenemos un equipo reparable, es decir que cuando falla se repara inmediatamente para seguir funcionando, podemos definir el tiempo medio entre fallos MTBF [Mean Time Between Failure] como:

Si estudiamos la funcin de ndice de fallo de un equipo, obtenemos la Curva de Davies (figura 1.2), grfica del tipo llamado de baera.En este tipo de curva observamos tres zonas bien diferenciadas. La pri- mera se caracteriza por un ndice de fallo decreciente y se denomina mortalidad infantil. El nmero de equipos que fallarn en un instante pr- ximo en relacin a los que quedan con vida es cada vez menor. Este tipo de averas son debidas a defectos de fabricacin en el equipo, a defec- tos en los materiales no controlados por las inspecciones de calidad o a un mal ajuste inicial.La segunda zona de la grfica se caracteriza por un ndice de fallo constante, se denomina vida til del equipo o madurez. Las averas que se producen durante este intervalo suelen ser aleatorias y las causas que las originan son sobrecargas, mal empleo de la instalacin y variaciones en las condiciones de trabajo del equipo.Por ltimo, tenemos la zona de envejecimiento y desgaste donde el ndice de fallos pasa a ser creciente. Las averas provienen principal- mente de los desgastes y de las degradaciones.Este tipo de curvas ser ms o menos alargado en el tiempo en funcin del equipo a que corresponda. Para los equipos puramente mecnicos el desgaste comienza desde la puesta en marcha, por lo que la zona de vida

16

Los fallos

Conceptos fundamentales

til tender a ser creciente y no muy larga. Los equipos elctricos pre- sentan, sin embargo, una vida til proporcionalmente ms larga.

1.2.1 Fiabilidad en sistemas

Todo lo visto hasta ahora en cuanto a fiabilidad se refiere, est apli- cado a piezas o equipos simples. En la prctica nos encontraremos con equipos complejos compuestos de muchos elementos unidos y depen- dientes unos de otros. Veremos dos configuraciones tpicas simples: en serie y en paralelo (figura 1.3), con las que se pueden confeccionar con- figuraciones ms complejas.

Configuracin en serieBajo el punto de vista de fiabilidad, consideramos un sistema en serie cuando el fallo de uno de sus elementos conlleva al fallo total del sis- tema. Hemos definido que para un elemento cualquiera tenamos la fia- bilidad RJ(t) y la infiabilidad FJ(t).Para un sistema en serie tendremos:

Si la fiabilidad de cada componente es la misma tendremos que la fia- bilidad del sistema es:

17

Figura 1.3. Configura- ciones tpicas simples

Configuracin en paraleloConsideramos una configuracin en paralelo cuando el sistema fun- ciona siempre que funcione al menos uno de sus componentes. El fallo se producir cuando se haya producido el de todos sus elementos.Podemos expresar la infiabilidad y la fiabilidad como:

En el caso de que todos los elementos sean iguales:

Con un conjunto de elementos iguales, la configuracin en paralelo ser la de mxima fiabilidad, mientras que la configuracin en serie pre- sentar la mnima fiabilidad.

1.2.2 Distribuciones ms usuales

Las distribuciones ms utilizadas para el anlisis del ndice de fallo son la exponencial, la normal y la de Weibull. Dado que existe suficiente documentacin sobre estas distribuciones, pasaremos simplemente a re- cordarlas.a) Distribucin exponencialSe utiliza para componentes elctricos y electrnicos principalmente:

El ndice de fallo resulta constante, por lo que se adapta bien a la zona de vida til del equipo.Cabe destacar que en esta distribucin la probabilidad condicionada de fallo es independiente de la poca considerada. Por esta razn no se adapta bien a elementos mecnicos en los que el desgaste se va acu- mulando desde su puesta en marcha y la probabilidad de fallo debe ser creciente.

18

Los fallos

Conceptos fundamentales

b) Distribucin normalLas distribuciones que resultan vienen dadas por las ecuaciones:

El ndice de fallo resultante es creciente, por lo que se aplica a ele- mentos mecnicos o electromecnicos en la zona de envejecimiento.c) Distribucin de Weibull

donde: , parmetro de forma y , parmetro de escala

En funcin de los valores que adoptemos de , obtendremos ndices de fallo crecientes (>1), constantes (=1) o decrecientes (