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CURSO DE PLANEAMIENTO Y PROGRAMACIÓN DEL MANTENIMIENTO, BASTÁNTE BUENO, DICTADO EN EL TECSUP, LIMA, PERÚ. 11/11

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  1. 1. Tecsup Unidad 11 : La Confiabilidad y Mantenibilidad
  2. 2. Tecsup Virtu@l Índice Índice 51. LA MANTENIBILIDAD Y CONFIABILIDAD DE LOS EQUIPOS ......................................... 1 2. LA MANTENIBILIDAD ................................................................................................ 1 3. LA CONFIABILIDAD................................................................................................... 2 3.1. LA CONFIABILIDAD IDEAL................................................................................ 3 3.1.1. LA CONFIABILIDAD EN SERIE ................................................................ 3 3.1.2. CONFIABILIDAD EN PARALELO............................................................... 4 3.2. USO PRÁCTICO DE LA CONFIABILIDAD............................................................. 6 3.3. PRECISIONES SOBRE CONFIABILIDAD .............................................................12
  3. 3. Tecsup Virtu@l Planificación y Programación del Mantenimiento - 1 - UNIDAD 11 “LA CONFIABILIDAD Y MANTENIBILIDAD” 1. LA MANTENIBILIDAD Y CONFIABILIDAD DE LOS EQUIPOS Desde hace varios años se practican estudios y pruebas con objeto de minimizar todas las funciones del mantenimiento industrial, como el tiempo dedicado al mantenimiento planificado, los tiempos de parada, la cantidad de reparaciones o repuestos, la falta de conocimiento y habilidades del personal que interviene en la máquina (instalación, operación y conservación) y, en fin, todo aquello que de una u otra forma tiene que hacerse para permitir que los recursos sujetos a mantenimiento continúen operando satisfactoria y económicamente durante todo su ciclo de vida (LCC) dentro de la calidad esperada. Esto produce, como consecuencia, que los fabricantes y diseñadores de equipos formen sus criterios de especificación y diseño utilizando un conjunto de ciencias como administración, ingeniería y finanzas; y a esta combinación se le llama “Terotecnología” cuya aplicación trata de llevar al máximo dos de los más importantes atributos que deben tener los activos fijos de una empresa: “Mantenibilidad y Confiabilidad”. 2. LA MANTENIBILIDAD Es la rapidez con la cual las fallas, o el funcionamiento defectuoso en los equipos son diagnosticados y corregidos, o el mantenimiento programado es ejecutado con éxito. Otra definición más específica es : “Mantenibilidad es la característica cualitativa combinadas del diseño y de instalación de una máquina, el cual hace posible cumplir los objetivos operacionales a un mínimo costo incluyendo mano de obra, personal especializado, equipo de prueba, herramientas y subsidios, documentación técnica, piezas de repuesto en las condiciones ambientales de funcionamiento en la cual el mantenimiento programado y no programado debe cumplirse”.Durante el diseño, debe procurarse que el equipo cuente, en lo posible, con lo siguiente: • Las partes y componentes deben ser estandarizados, para permitir su minimización e intercambio en forma sencilla y rápida. • Las herramientas necesarias para intervenir la máquina deben ser, en lo posible, comunes y no especializadas, ya que esto último haría surgir la necesidad de tener una gran cantidad de herramientas, con los consiguientes problemas de mano de obra y control complicados. • Los conectores que unen a los diferentes subsistemas deben estar hechos de tal modo, que no puedan ser intercambiados por error. • Las labores de operación y mantenimiento pueden ser ejecutadas sin poner en peligro a las personas, al equipo o a otros equipos cuyo funcionamiento dependa del primero. • El equipo debe tener soportes, asas, apoyos y sujetadores que permitan mover sus partes con facilidad y apoyarlas sin peligro, mientras se interviene. • El equipo debe poseer ayudas de diagnóstico o elementos de autodiagnóstico que permitan una rápida identificación de las causas de la falla. • El equipo debe contar con un sistema adecuado de identificación de puntos de prueba y componentes que sean fácilmente vistos e interpretados.
  4. 4. Tecsup Virtu@l Planificación y Programación del Mantenimiento - 2 - Existen muchas otras consideraciones al respecto, pero nuestro objetivo es únicamente el de aclarar el concepto de Mantenibilidad, ya que su estudio a fondo es obligatorio para la ingeniería de diseño, más que para la alta administración del mantenimiento. La Mantenibilidad depende de factores como la habilidad del personal de instalación, preservación, mantenimiento y operación; el espacio de trabajo para ejecutar el mantenimiento; la facilidad de acceso a los equipos, la disponibilidad del equipo, la eficacia de los equipos de prueba, etc. Está en nuestras manos aumentar su Mantenibilidad, lo cual es posible lograr si, por ejemplo, dividimos un equipo en submontajes y tenemos uno o más submontajes preparados para su instalación en el momento oportuno, ya que es más rápido y fácil cambiar el carburador a un motor de combustión interna por uno nuevo o arreglado, que tener el motor parado mientras se arregla el carburador descompuesto. En forma similar, la instalación de las máquinas debe facilitar su mantenimiento (cuando la herramienta para atender a la máquina es de uso común, cuando el equipo se desarma con facilidad, cuando éste no necesita o tiene instalados sus propios aparatos de prueba, etc.) 3. LA CONFIABILIDAD Un concepto similar al de Mantenibilidad es el de confiabilidad o fiabildad del equipo. Para indicar que tenemos confianza en una persona, decimos es ésta es “confiable”; en forma parecida, para referirnos a la confianza que le tenemos a una máquina o cualquier recurso físico mencionamos que éste es “fiable”. La confiabilidad se define como la probabilidad de que un equipo no falle, es decir, funcione satisfactoriamente dentro de los límites de desempeño establecidos, en una determinada etapa de su vida útil y para un tiempo de operación estipulado, teniendo como condición que el equipo se utilice para el fin y con la carga para la que fue diseñado. Conforme un equipo esta operando, su confiabilidad disminuye, es decir, aumenta la probabilidad de que falle; las rutinas de mantenimiento planificado tienen la misión de diagnosticar y restablecer la confiabilidad perdida. Para distinguir las diferencias entre estos conceptos, analicemos el siguiente cuadro: Mantenibilidad Confiabilidad Se necesita poco tiempo para restaurar. Pasa mucho tiempo para fallar. Existe alta probabilidad de completar la restauración. Existe baja probabilidad de falla. El tiempo medio para restauración es pequeño. El tiempo medio entre fallas es grande. Se tiene alta tasa de restauración. Se tiene baja tasa de fallas. El comportamiento de la confiabilidad en los recursos es muy importante con respecto a la calidad del servicio, por lo cual se analiza a continuación más a fondo.
  5. 5. Tecsup Virtu@l Planificación y Programación del Mantenimiento - 3 - 3.1. LA CONFIABILIDAD IDEAL El valor ideal de la confiabilidad es el 100%; con esto se señala que si un equipo es 100% confiable durante un tiempo predeterminado, este equipo sin ninguna duda está trabajando durante ese tiempo considerado; por lo tanto: Confiabilidad ideal = 1 En la practica, esta confiabilidad no existe, pues siempre hay la posibilidad de que un equipo falle. La no confiabilidad es la probabilidad de que un equipo falle; por lo tanto, es el complemento de la confiabilidad : Confiabilidad de un equipo = Confiabilidad ideal – No confiabilidad del equipo Si llamamos a la confiabilidad de un equipo R y la no cofiabilidad NR, tenemos: R = 1 – NR 3.1.1. LA CONFIABILIDAD EN SERIE Se le llama maquina o equipo en serie al que esta instalado a continuación de otro, por lo que el servicio pasa del primero al segundo y así sucesivamente; con esta disposición, si cualquiera de los equipos deja de funcionar, se afecta de inmediato el servicio. EQUIPO 1 EQUIPO II EQUIPO III SERVICIO ENVIADO SERVICIO RECIBIDO Fig. 11.1 Equipos, maquinas o componentes conectados en serie. Ejemplo de confiabilidad en serie Cuando dos o más equipos se encuentran proporcionando un servicio y están instalados en serie, según se muestra en la figura 11.2, disminuyen su confiabilidad ya que se comportan en una forma similar a una cadena compuesta de varios eslabones, soportando una carga; en cualquier momento, la cadena puede fallar a través del eslabón mas débil. La confiabilidad de un sistema con componentes en serie Rs es igual al producto de las confiabilidades de sus componentes.
  6. 6. Tecsup Virtu@l Planificación y Programación del Mantenimiento - 4 - Supongamos que tenemos un sistema integrado por cuatro componentes en serie: A, B, C y D, cuyos valores de confiabilidad son R1, R2, R3 y R4. El valor de la confiabilidad del sistema en serie Rs es: EQUIPO A R1 = 0,98 EQUIPO B R2 = 0,91 EQUIPO C R3 = 0,97 EQUIPO D R4 = 0,99 Fig. 11.2 Confiabilidad de un sistema en serie. Rs = 0,98 x 0,91 x 0,97 x 0,99 = 0,86 Por ello la confiabilidad de un sistema conectado en serie es menor con respecto a la menor de cualquiera de sus componentes. 3.1.2. CONFIABILIDAD EN PARALELO Se llama maquina o equipo en paralelo (redundante), al que esta instalado junto con otro y ambos suministran el mismo servicio, de tal manera que si cualquiera de ellos deja de funcionar, el servicio continúa suministrándose sin pérdida de calidad. Servicio Maquina 1 Maquina 2 Fig. 11.3 Equipos, maquinas o componentes conectados en paralelo. Ejemplo de confiabilidad en paralelo Cuando dos equipos están conectados en paralelo (redundantes), están proporcionando al mismo tiempo el mismo servicio, por lo que aumentan su confiabilidad debido a que se comportan en forma similar a un cable compuesto de varios hilos, el cual esta soportando una carga. La confiabilidad disminuye conforme se van rompiendo los hilos, pero la carga es soportada, hasta que el último hilo se rompe (el cable es más confiable para sostener una determinada carga, mientras mayor número de hilos tenga).
  7. 7. Tecsup Virtu@l Planificación y Programación del Mantenimiento - 5 - Supongamos que tenemos un sistema integrado por cuatro componentes en paralelo: A, B, C, y D, cuyos valores de confiabilidad son R1, R2, R3 y R4 (ver fig. 11.4). EQUIPO A R1 = 0,990 NR = 0,010 EQUIPO B R2 = 0,110 NR = 0,890 EQUIPO C R3 = 0,590 NR = 0410 EQUIPO D R4 = 0,240 NR = 0,760 Rp Rp = 1 - NRp Rp = 1 - 0,003 Rp = 0,997 Fig. 11.4 Confiabilidad de un sistema en paralelo La confiabilidad de un sistema con componentes en paralelo Rp se calcula restando de la confiabilidad ideal, la no confiabilidad del sistema NR. La no confiabilidad de un sistema con componentes en paralelo NRp es igual al producto de las no confiabilidades de cada uno de sus componentes. Por ello, el valor de la no confiabilidad del sistema en paralelo NRp es: NRp = NR1 x NR2 x NR3 x NR4 = 0,01 x 0,890 x 0,410 x 0,760 = 0,003 Como la confiabilidad de un sistema con componentes en paralelo es la resta de la confiabilidad ideal, menos la no confiabilidad del sistema, luego: Rp = 1 – NRp = 1 – 0,003 = 0,997 Con esto podemos afirmar que la Confiabilidad de un sistema conectado en paralelo es mayor con respecto a la mayor de cualquiera de sus componentes.
  8. 8. Tecsup Virtu@l Planificación y Programación del Mantenimiento - 6 - 3.2. USO PRÁCTICO DE LA CONFIABILIDAD Considerando lo anterior, podemos aplicar este conocimiento de confiabilidad en forma práctica. Como las máquinas o recursos están compuestos de sistemas, los sistemas de subsistemas, los subsistemas por equipos, los equipos por componentes, y así sucesivamente; y todos ellos intervienen de una u otra forma en proporcionar el servicio comportándose como “eslabones” con respecto al suministro de este (a veces en serie y, en ocasiones, en paralelo) sólo tenemos que analizar cuales consideramos que están debajo de la confiabilidad esperada, debido al tipo y frecuencia de fallas que presentan, con el objetivo de poner otro equipo (eslabón) o parte de este, en paralelo, para aumentar su confiabilidad. Esta operación se facilita utilizando el enfoque zoom (enfoque progresivo) durante nuestro análisis, el cual se aplica primero a los sistemas, tomando en cuenta el tipo de sistema, su fabricación, las recomendaciones del fabricante, el tipo, cantidad y frecuencia de fallas que ha tenido y, en fin, todo aquello que nos muestre en forma práctica la confiabilidad del sistema. Una vez terminado este análisis inicial, se continua con los subsistemas y así sucesivamente. Esto nos muestra que, para lograr una alta confiabilidad en el área de responsabilidad, normalmente no es necesario duplicar máquinas completas, sino solamente parte o partes que muestren una baja confiabilidad. Esta es la verdadera labor de las personas dedicadas al mantenimiento: estar en primer lugar, analizando las quejas de los usuarios a fin de corroborar si efectivamente existe alguna baja confiabilidad en la cadena de sistemas, subsistemas, equipos y componentes, que forman los eslabones de la cadena que proporciona el producto o servicio a los clientes; y en segundo, dedicarse a la preservación derivada de los trabajos de mantenimiento. Es útil recordar que la Mantenibilidad y Confiabilidad que un equipo trae de fabrica, puede malograrse en múltiples formas: por una mala instalación, operación, o mantenimiento; por eso es necesario que estemos conscientes de que cada una de ellas esta pensada para asegurar, de acuerdo a sus características, la calidad de servicio que debe proporcionar el recurso. Ejercicio Considerando que en una red de comunicaciones existe la cadena de comunicación entre los extremos A y B, como la que abajo se muestra; procedamos a calcular: • Las no confiabilidades de cada componente. • La confiabilidad total del sistema en serie (Rs). La Confiabilidad total de este sistema en serie es Rs = 0,58 Transmisor Ra = 0,98 Cable Rb= 0,82 Conmutador Rc = 0,99 Cable Rd = 0,74 Receptor Re = 0,98 Ahora pongamos en paralelo con los componentes de menor confiabilidad dos circuitos más y calculemos el conjunto: La confiabilidad total de este sistema es Rsp = 0,946
  9. 9. Tecsup Virtu@l Planificación y Programación del Mantenimiento - 7 - Transmisor Ra = 0,98 Cable Rb= 0,82 Conmutador Rc = 0,99 Cable Rd = 0,74 Receptor Re = 0,98 Fibra Optica Rb= 0,99 Fibra optica Rd = 0,99 La confiabilidad total de este sistema es Rsp = 0,946 Muchas empresas carecen de un centro de planeación y control para el mantenimiento de la planta y, además de una estadística confiable y de especialistas que puedan aplicar los criterios de Mantenibilidad y confiabilidad, tanto para la obtención de nuevas máquinas como para el dimensionamiento de la cantidad de mantenimiento que hay que proporcionar a las existentes. Sin embargo, existe la posibilidad de que se pueda aplicar este punto de vista desarrollando una herramienta que permita medir el grado de confiabilidad de algún equipo o instalación que se quiera calificar en un momento dado. En la práctica, la confiabilidad puede apreciarse por el estado que guardan o el comportamiento que tienen cinco factores, llamados universales, y que se considera existen en todo recurso por mantener; estos factores son los siguientes: • Edad del equipo. • Medio ambiente en donde opera. • Carga de trabajo. • Apariencia física • Mediciones o pruebas de funcionamiento. Por ejemplo, si se trata de verificar la confiabilidad de un transformador de 300 KWA, instalado en la subestación de la fabrica, empecemos por elaborar, con base a estos 5 factores, un transformador patrón para compararlo con el transformador que queremos clasificar, y determinar si debe o no rehabilitarse al conocer hasta que grado de confiabilidad se consigue llevarlo. Comenzamos por formar un comité de 3 ó 4 personas con experiencia en operación y mantenimiento en el tema, a fin de que analicen y discutan sobre la importancia relativa de cada un o de los factores mencionados. Se comienza por considerar la importancia del primer factor, y si éste resulta más importante que el segundo, se compara con el tercero; si ahora resulta más importante el tercero, este último se compara con el cuarto y el que resulte más importante se compara con el quinto; al seguir este procedimiento, en cada ocasión se discuten opiniones hasta llegar a un consenso. Una vez jerarquizados los 5 factores, se le da peso a cada uno de ellos a fin de que el resultado de la suma sea 100%.
  10. 10. Tecsup Virtu@l Planificación y Programación del Mantenimiento - 8 - La práctica demuestra que no es fácil llegar a calificar en el primer intento cada factor, por lo que se prosigue con un segundo, tercero o más intentos, hasta obtener una propuesta confiable. En la siguiente tabla se tiene un ejemplo de resultado final de un proceso de jerarquización. El siguiente paso es estudiar por separado cada uno de los factores, a fin de dividirlos en subfactores para que, al multiplicar cada uno de ellos por su peso correspondiente, nos proporcione un valor representativo del factor. Por ejemplo, en nuestro caso, el factor más importante es el resultado de las pruebas y mediciones que se hagan al transformador; si éstas resultan buenas, tendremos por este concepto una confiabilidad del 40%, la cual puede disminuir cuando el resultado de dichas pruebas acuse la existencia de ciertos problemas que alteran el funcionamiento esperado de la máquina. Para la elaboración de los subfactores se analiza a fondo el factor correspondiente, con el fin de determinar cuales son las fallas que pueden originar una operación inadecuada, y entre éstas, escoger la más importante para calificarla. Por ejemplo si se considera el factor “medición y pruebas de funcionamiento”, se observan cuando menos tres fallas que pueden ser verificadas durante el funcionamiento del equipo: el voltaje o tensión de salida, el aislamiento entre devanados y la corriente de salida; al analizarlos entre sí, se llega a la conclusión de que es posible detectar con más confianza la calidad de funcionamiento en el resultado que arroja la prueba del aislamiento entre devanados, por lo que se toma como subfactor y se verifican las condiciones óptimas que proporciona el fabricante (en este ejemplo, 10 o más MΩ); por lo que se procede de acuerdo con el criterio del comité, a ponderar paso a paso el subfactor como se muestra en la siguiente tabla:
  11. 11. Tecsup Virtu@l Planificación y Programación del Mantenimiento - 9 - Se continúa el ejemplo analizando el segundo factor en importancia, que resultó ser la carga de trabajo; en este caso se llegó al resultado que se muestra en la siguiente tabla: Respecto al tercer factor, la edad, como en este caso se considera que la vida útil dada por el fabricante (10 años) y la experiencia del comité aseguran que durante ese lapso no se producirán fallas por este concepto, asumiendo una buena atención al transformador, se obtiene la siguiente tabla: En el factor apariencia física se consideran como agentes de disminución de la confiabilidad la suciedad del transformador, las probables fugas de aceite o las roturas de su cubierta o aisladores, y la instalación fuera de normas, llegándose a escoger como indicador, las roturas de cubierta o aisladores, como se ve en el siguiente cuadro:
  12. 12. Tecsup Virtu@l Planificación y Programación del Mantenimiento - 10 - Finalmente, en el factor medio ambiente, el comité considera que en un equipo de estas características podría afectarlo, el ph, la humedad y la temperatura del local en donde se encontrará instalado, pero se determina que el más importante de estos agentes nocivos lo representa la temperatura, que podía sumarse a la de trabajo propia del transformador, por lo que se tomó como indicador la temperatura “pico” o máxima del local en donde está instalado el transformador. La siguiente tabla muestra los resultados: Con los factores y subfactores hasta aquí obtenidos, se forma un patrón de comparación que, aunque no es un parámetro matemáticamente logrado, es muy confiable para fines prácticos, sobre todo si el comité que tuvo a su cargo el estudio estuvo conformado por especialistas en el tema. El siguiente paso es que el comité se dirija al lugar en donde se encuentra instalado el transformador por calificar y lo revise, paso a paso, considerando los subfactores. Este trabajo se muestra en la siguiente tabla: Según modelo Condiciones encontradas Factor Valor Subfactor Valor Confiabilid ad Medición o pruebas 40 Aislamiento 1,5 MΩ 0,10 4 Carga de trabajo 30 80% de la nominal 1,00 30 Edad 12 6 años 1,00 12 Apariencia física 10 Rotura de aisladores de salida. 0,90 9 Medio ambiente 8 27°C 0,95 7,6 Totales: 100 62,6
  13. 13. Tecsup Virtu@l Planificación y Programación del Mantenimiento - 11 - En síntesis, este transformador proporciona una Confiabilidad del 62,6 % y es notorio que lo que más reduce esta Confiabilidad es el bajo aislamiento que registran las pruebas; por lo tanto, es necesario rehabilitarlo, siempre que resulte económico al compararlo con el cambio de un nuevo transformador. Por lo anterior es posible concluir que se llega al mismo grado de Confiabilidad rehabilitando el transformador o cambiándolo por uno nuevo, ya que en ambos casos se tendría una mejora del 100% en los factores de mediciones o pruebas y en el de apariencia física. El factor que no se puede mejorar con este enfoque es el del medio ambiente, ya que no es consecuencia del estado del transformador. Asimismo, es necesario considerar los costos que intervienen en ambos casos, pero si se opta por la rehabilitación, seguramente se incurriría en los siguientes: • Alquiler de un transformador en buen estado. • Desmontaje del transformador en mal estado y montaje de uno nuevo. • Rehabilitación completa del transformador usado. • Desmontaje y montaje de los transformadores correspondientes. Si se opta por el cambio de transformador, se tendría: • Compra del nuevo transformador (descontando la venta del viejo). • Desmontaje del viejo transformador y montaje del nuevo. Además de este último caso, se ganarían 6 años de edad y la posibilidad de comprar un transformador con mayor rendimiento o más adecuado a las necesidades actuales. El ejemplo puede ser aplicado a cualquier tipo de recurso, solamente estudiando los 5 factores universales, con respecto a lo que se desea calificar, para obtener un modelo.
  14. 14. Tecsup Virtu@l Planificación y Programación del Mantenimiento - 12 - 3.3. PRECISIONES SOBRE CONFIABILIDAD • La Confiabilidad es la probabilidad de que un producto, componente de un equipo o un sistema lleve a cabo su función prevista durante un periodo especificado bajo condiciones especificadas de operación. • Las fallas en los productos son las funcionales al inicio de la vida del producto y las de confiabilidad, después de determinado tiempo de uso. • La Confiabilidad inherente es la Confiabilidad predicha, determinada por el diseño del producto o proceso, y la confiabilidad alcanzada, o lograda, es la confiabilidad real que se observa durante el uso. • La Confiabilidad se mide mediante el número de fallas por unidad de tiempo, a lo cual se le llama frecuencia de fallas. El recíproco de la frecuencia de fallas es el tiempo promedio a la falla, o el tiempo promedio entre fallas para artículos reparables. • La curva de características de vida del producto muestra el índice instantáneo de fallas en cualquier momento en el tiempo. Esas curvas se usan para determinar las políticas de diseño y pruebas, al igual que para elaborar las garantías. • La probabilidad de sobrevivencia, como función del tiempo, se llama función de Confiabilidad y, normalmente se modela mediante una distribución exponencial. Las funciones de Confiabilidad de los componentes individuales se pueden usar para predecir la Confiabilidad de sistemas complicados de configuraciones en serie, en paralelo, o en serie-paralelo. • En la ingeniería de Confiabilidad entran técnicas como normalización, redundancia, física de la falla, diversos métodos de prueba, análisis de modo de falla y de sus efectos, y análisis de árbol de fallas. • La administración de la Confiabilidad debe abarcar la consideración de los requisitos de funcionamiento por parte del cliente, factores económicos, condiciones ambientales, costo y análisis de datos de campo. • La Confiabilidad de programas de cómputo es un tema difícil, pero importante. Se han creado muchas técnicas para ayudar a asegurar la Confiabilidad en esos programas. FIN DE LA UNIDAD

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