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MANTENIMIENTO INDUSTRIAL – II (Recopilación) 2010 ANTONIO ROS MORENO MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MANTENIMIENTO "Cuando todo va bien, nadie recuerda que existe" "Cuando algo va mal, dicen que no existe" "Cuando es para gastar, se dice que no es necesario" "Pero cuando ...

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MANTENIMIENTO INDUSTRIAL – II (Recopilación) 2010 ANTONIO ROS MORENO

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

MANTENIMIENTO "Cuando todo va bien, nadie recuerda que existe" "Cuando algo va mal, dicen que no existe" "Cuando es para gastar, se dice que no es necesario" "Pero cuando realmente no existe, todos concuerdan en que debería existir" A.SUTE

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MANTENIMIENTO INDUSTRIAL (Recopilación)

PARTE I.Introducción. Consideraciones Fundamentales. Gestión del Mantenimiento. PARTE II.Técnicas Específicas de Mantenimiento. El Futuro del Mantenimiento. PARTE III.Ejecución del Mantenimiento. Ejemplo de un Plan de Mantenimiento.

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INDICE - II: 4.- TÉCNICAS ESPECÍFICAS DE MANTENIMIENTO 4.1.- Análisis de Fiabilidad de Equipos 4.1.1.- Introducción 4.1.2.- Definiciones básicas 4.1.3.- Teoría de la fiabilidad 4.1.4.- Leyes Estadísticas 4.1.5.- Modos de fallo y modelos de indisponibilidad 4.1.6.- Fiabilidad de los Sistemas 4.1.7.- Sistemas Complejos. Método del Árbol de Fallos 4.1.8.- Mantenibilidad. Disponibilidad 4.2.- Alineación de Ejes 4.2.1.- Importancia de la alineación 4.2.2.- Concepto de alineación y tipos de desalineamiento 4.2.3.- Reglas y nivel 4.2.4.- Reloj comparador 4.2.5.- Sistema de rayo láser 4.2.6.- Corrección por condiciones de servicio 4.2.7.- Tolerancias de alineación 4.2.8.- Desalineación de correas 4.3.- Equilibrado de Rotores 4.3.1.- Importancia del equilibrado 4.3.2.- Causas de desequilibrio 4.3.3.- Tipos de desequilibrio y efectos 4.3.4.- Reducción del desequilibrio 4.3.5.- Valores permisibles del desequilibrio permanente en rotores 4.3.6.- Proceso general de Equilibrado 4.3.7.- Equilibrado Estático 4.3.8.- Máquinas de Equilibrado Estático 4.3.9.- Desequilibrio y Equilibrado Dinámico 4.3.10.- Máquinas de Equilibrado Dinámico 4.3.11.- Equilibrado “in situ” 4.4.- Diagnóstico de Fallos en Equipos 4.4.1.- Análisis de fallos en componentes mecánicos 4.4.2.- Análisis de averías en máquinas de procesos 4

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4.5.- Mecanismos de Desgaste y Técnicas de Protección 4.5.1.- Mecanismos y modos de desgaste 4.5.2.- Técnicas de tratamiento superficial 4.5.3.- Selección de tratamientos 4.6.- Análisis de Averías 4.6.1.- Introducción 4.6.2.- Justificación 4.6.3.- Fallos y averías de los sistemas 4.6.4.- Métodos de análisis de averías 4.6.5.- Como llevar a cabo un análisis de averías 4.6.6.- Informe de análisis de averías 4.6.7.- Análisis de fallos y medidas preventivas 4.6.8.- Ejemplo de “Análisis de Averías” 4.6.9.- Herramientas para el análisis de averías 4.7.- Técnicas de Mantenimiento Predictivo 4.7.1.- Definición y principios básicos 4.7.2.- Parámetros para control de estado 4.7.3.- Establecimiento del mantenimiento predictivo 4.7.4.- Técnicas de mantenimiento predictivo 4.8.- Análisis de la degradación y contaminación del aceite 4.8.1.- Introducción 4.8.2.- Viscosidad 4.8.3.- Punto de inflamación 4.8.4.- Acidez/Basicidad 4.8.5.- Insolubles 4.8.6.- Detergencia/Dispersividad 4.8.7.- Contaminación del aceite 4.8.8.- Espectrometría 4.8.9.- Ferrografía 4.8.10.- Análisis de la mancha de aceite 4.8.11.- Normas ASTM 4.8.12.- Control de aceites en servicio 4.9.- Análisis de Vibraciones 4.9.1.- Conceptos fundamentales 4.9.2.- Instrumentos de medida de vibración 5

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4.9.3.- Establecimiento de un programa de medidas de vibraciones 4.9.4.- Diagnóstico de problemas por análisis de vibraciones 4.9.5.- Valores límites admisibles 4.9.6.- Monitorización de equipos 4.10.- Planificación de tareas 4.10.1.- Introducción 4.10.2.- Planificación de tiempos 4.10.3.- Planificación de cargas 4.10.2.- Planificación de costos 5.- EL FUTURO DEL MANTENIMIENTO 5.1.- Introducción 5.2.- Tendencias actuales 5.3.- Gestión del Mantenimiento Asistido por Ordenador 5.3.1.- Implantación y beneficios del GMAO 5.3.2.- El mercado de GMAO 5.4.- Diagnóstico Mediante Sistemas Expertos 5.4.1.- Componentes de un S.E. 5.4.2.- Justificación del uso de un Sistema Experto

BIBLIOGRAFÍA.

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4. TÉCNICAS ESPECÍFICAS DE MANTENIMIENTO En las últimas décadas, como ya se ha indicado, las estrictas normas de calidad y la presión competitiva han obligado a las empresas a transformar sus departamentos de mantenimiento. Estos cambios suponen pasar de ser un departamento que realiza reparaciones y cambia piezas o máquinas completas, a una unidad con un alto valor en la productividad total de la empresa, mediante la aplicación de nuevas técnicas y prácticas. En la situación actual es imprescindible, tanto en las grandes como en las medianas empresas, la implantación de una estrategia de mantenimiento predictivo para aumentar la vida de sus componentes, mejorando así la disponibilidad de sus equipos y su confiabilidad, lo que repercute en la productividad de la planta. La gestión del mantenimiento ha evolucionado mucho a lo largo del tiempo. El mantenimiento industrial, día a día, está rompiendo con las barreras del pasado. Actualmente, muchas empresas aplican la frase: “el mantenimiento es inversión, no gasto”. El primer mantenimiento llevado a cabo por las empresas fue el llamado mantenimiento correctivo, también llamado mantenimiento de emergencia. Esta clase de mantenimiento consiste en solucionar los problemas de los equipos cuando fallan, reparando o sustituyendo las piezas o equipos estropeados. Estas técnicas quedaron obsoletas, ya que, si bien el programa de mantenimiento está centrado en solucionar el fallo cuando se produce, va a implicar altos costes por descenso de la productividad y mermas en la calidad. De esta situación surge el mantenimiento preventivo, que consiste en revisar de forma periódica los equipos y reemplazar ciertos componentes en función de estimaciones estadísticas, muchas veces proporcionadas por el fabricante. Con este mantenimiento se reduce el coste del mantenimiento no planeado y los fallos imprevistos, de forma que se incrementa la confiabilidad en los equipos pero su principal inconveniente es que presenta unos costes muy elevados, ya que genera gastos excesivos y muchas veces innecesarios. En la década de los noventa se observa una nueva tendencia en la industria, el llamado mantenimiento predictivo o mantenimiento basado en la condición de los equipos. Se basa en realizar mediciones periódicas de algunas variables físicas relevantes de cada equipo mediante los sensores adecuados y, con los datos obtenidos, se puede evaluar el estado de confiabilidad del equipo. Su objetivo es ofrecer información suficiente, precisa y oportuna para la toma de decisiones. Predecir significa “ver con anticipación”. Con el conocimiento de la condición de cada equipo podemos hacer “el mantenimiento adecuado en el momento 7

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adecuado” anticipándonos a los problemas. Por eso se dice que es un mantenimiento informado. En una organización estas tres estrategias de mantenimiento no son excluyentes, si no que cuando una empresa se plantea qué estrategia de mantenimiento seguir, normalmente la respuesta es una combinación de los tres tipos de mantenimiento anteriores. En este marco, es necesario exponer algunas de las más importantes técnicas aplicables en el mantenimiento industrial, imprescindibles para avanzar por el camino anticipativo y de mejora continua. Entre las técnicas más importantes podemos citar las siguientes: - Análisis de fiabilidad de equipos. - Alineación de ejes. - Equilibrado de rotores. - Mto. Correctivo: Diagnóstico de fallos en equipos. - Mto. Correctivo: Mecanismos de desgaste y técnicas de protección. - Análisis de averías. - Técnicas de mantenimiento predictivo. - Inspecciones visuales y lectura de indicadores. - Inspecciones boroscópicas. - Diagnóstico de averías por análisis de la degradación y contaminación del aceite. - Diagnóstico de averías por análisis de vibraciones. - Termografía infrarroja.

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4.1. Análisis de Fiabilidad de Equipos 4.1.1. Introducción Las empresas buscan asegurar y mejorar su competitividad por medio de los esfuerzos, acciones y decisiones orientadas a garantizar sistemas y equipos operando de manera eficiente y eficaz, riesgos reducidos, cero incidentes ambiéntales y costos óptimos. Así los propietarios, la comunidad, los empleados y los clientes se sienten en un entorno “Confiable”. Esto significa que para poder mostrar que se es competitivo y exitoso, es necesario usar mediciones de factores clave como son: la calidad, la productividad, la rentabilidad, la imagen, la seguridad y la integridad ambiental que en su conjunto expresan el desempeño. A estos factores las empresas han agregado otro muy importante como la “Fiabilidad”. Muchas personas asocian la fiabilidad y la disponibilidad de los equipos en forma directa y exclusiva con las actividades del mantenimiento, sin embargo, la verdadera causa raíz de los problemas de disponibilidad y confiabilidad, normalmente comienzan mucho antes de que el mantenimiento sea requerido. En estos momentos Fiabilidad es la palabra de moda, la pregunta es ¿Los responsables del mantenimiento conocen conscientemente las mejores prácticas y técnicas para buscar la “Optima Fiabilidad”?. La fiabilidad es concebida durante la etapa de diseño por el equipo o personal de ingeniería, donde aspectos claves como la fiabilidad intrínseca de cada componente y el mantenimiento deben ser considerados, posteriormente la fiabilidad de los equipos será condicionada por las mejores prácticas que se hayan incorporado durante la etapa de construcción, montaje e instalación y finalmente por la operación del equipo reflejado en buenas prácticas de trabajo para su buen funcionamiento. Existen empresas que han ido más allá de considerar la estadística y han revisado sus prácticas internas, efectuando comparaciones con las que son destacadas en dicho proceso. Estas organizaciones llegaron a la conclusión de que es imposible hablar de fiabilidad como una cifra única, por lo tanto es necesario usar diversas mediciones como indicadores fundamentales de entrada y salida de los procesos. El concepto más conocido para definir que es fiabilidad es: “La probabilidad de que un equipo o sistema opere sin fallos durante un tiempo (t) determinado, en unas condiciones ambientales dadas”. Más sencillamente, fiabilidad es la probabilidad de que un sistema o producto funcione.

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Para los sistemas y productos de un solo servicio, (como un misil o los motores de un cohete de combustible sólido), la definición se reduce a la probabilidad de funcionar en las condiciones previstas. La teoría de la fiabilidad es el conjunto de teorías y métodos matemáticos y estadísticos, procedimientos y prácticas operativas que, mediante el estudio de las leyes de ocurrencia de fallos, están dirigidos a resolver problemas de previsión, estimación y optimización de la probabilidad de supervivencia, duración de vida media y porcentaje de tiempo de buen funcionamiento de un sistema. En conclusión, la planificación de la fiabilidad exige la comprensión de las definiciones fundamentales. 1. Cuantificación de la fiabilidad en términos de probabilidad. 2. Clara definición de lo que es un buen funcionamiento. 3. Del ambiente en que el equipo ha de funcionar. 4. Del tiempo requerido de funcionamiento entre fallos. Si no es así, la probabilidad es un número carente de significado para los sistemas y productos destinados a funcionar a lo largo del tiempo. La necesidad de fiabilidad en las instalaciones es tan antigua como la humanidad, pero es innegable que la creciente importancia de los temas ambientales y de seguridad han conducido a la necesidad de cambiar nuestra perspectiva debido a: - Alta presión para disminuir los costos y poder competir - Mayor número de funciones operacionales realizadas por equipos y máquinas - Mayores dificultades para hacer intervenciones de mantenimiento, debido al aumento en utilización de los equipos. - Tendencias a usar componentes informáticos, electrónicos, neumáticos e hidráulicos que tienen comportamientos diferentes de desgaste con relación a los componentes que fallan en función de la edad. - Legislaciones actuales cada vez más exigentes y poco tolerantes.

En la actualidad, la fiabilidad tiene sus orígenes en la aeronáutica (seguridad de funcionamiento). Un paso significativo se dio en Alemania cuando se trabajó con el misil V1. Von Braun consideraba erróneamente que en una cadena de componentes, 10

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cuyo buen funcionamiento era esencial para el correcto funcionamiento del conjunto, la probabilidad de fracaso dependía exclusivamente del funcionamiento del componente más débil. Erich Pieruschka (matemático del equipo) dio vida a la fórmula de la fiabilidad del sistema a partir de la fiabilidad de los componentes, que permite afirmar que la fiabilidad del conjunto es siempre inferior a la de sus componentes individuales. Posteriormente en el sector militar en EEUU, para garantizar el funcionamiento de sistemas electrónicos y finalmente en el industrial, para garantizar la calidad de los productos y eliminar riesgos de pérdidas valiosas, dieron el impulso definitivo para su paulatina implantación en otros campos.

4.1.2. Definiciones básicas Las definiciones necesarias y básicas para comenzar el estudio de fiabilidad son las siguientes (incluida la de fiabilidad ya definida con anterioridad): - Fallo: Es toda alteración o interrupción en el cumplimiento de la función requerida. - Fiabilidad (de un elemento): Es la probabilidad de que funcione sin fallos durante un tiempo (t) determinado, en unas condiciones ambientales dadas. - Mantenibilidad: Es la probabilidad de que, después del fallo, sea reparado en un tiempo dado. - Disponibilidad: Es la probabilidad de que esté en estado de funcionar (ni averiado ni en revisión) en un tiempo dado.

Si adoptamos, para simplificar, que el esquema de vida de una máquina consiste en una alternancia de "tiempos de buen funcionamiento" (TBF) y "tiempos de averías" (TA):

Figura 12

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en los que cada segmento tiene los siguientes significados: TBF: Tiempo entre fallos TA: Tiempo de parada TTR: Tiempo de reparación TO: Tiempo de operación n: Número de fallos en el periodo considerado

podemos definir los siguientes parámetros como medidas características de dichas probabilidades: a) El tiempo medio entre fallos (MTBF) como medida de la Fiabilidad:

𝑀𝑇𝐵𝐹 =

𝑛 0

𝑇𝐵𝐹𝑖 [𝑑í𝑎𝑠] 𝑛

y su inversa (λ) conocida como la tasa de fallos:

λ=

1 [Nº de fallos/Año] MTBF

b) El tiempo medio de reparación (MTTR) como medida de la Mantenibilidad:

𝑀𝑇𝑇𝑅 =

𝑛 0

𝑇𝑇𝑅𝑖 [𝑑í𝑎𝑠] 𝑛

y su inversa (μ) conocida como la tasa de reparación:

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μ=

1 [Nº de Repasraciones/Año] MTTR

c) La disponibilidad (D) es una medida derivada de las anteriores:

𝐷=

𝑛 1

𝑇𝐵𝐹𝑖 = 𝑇𝑂

𝑇𝐵𝐹𝑖 = 𝑇𝐵𝐹𝑖 + 𝑇𝐴𝑖

𝑇𝐵𝐹𝑖 /𝑛 𝑀𝑇𝐵𝐹 = 𝑇𝐵𝐹𝑖 /𝑛 + 𝑇𝐴𝑖 /𝑛 𝑀𝑇𝐵𝐹 + 𝑀𝑇𝑇𝑅

Es decir, la disponibilidad es función de la fiabilidad y de la mantenibilidad.

Otra medida de la fiabilidad es el factor de fiabilidad:

𝐹𝐹 =

𝐻𝑇 − 𝐻𝑀𝐶 𝐻𝑇

donde: HT: Horas totales del periodo HMC: Horas de Mantenimiento Correctivo (Averías) HMP: Horas de Mantenimiento Preventivo (programado)

Y otra medida de la disponibilidad es el factor de disponibilidad:

𝐹𝐷 =

𝐻𝑇 − 𝐻𝑀𝐶 − 𝐻𝑀𝑃 𝐻𝑇

donde se pone claramente de manifiesto que la disponibilidad es menor que la fiabilidad, puesto que al contabilizar el tiempo de buen funcionamiento, en la 13

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disponibilidad se prescinde de todo tipo de causas posibles (se incluye el tiempo de mantenimiento preventivo programado):

𝐷=

𝑇𝑂 − 𝑛0 𝑇𝐴𝑖 𝑇𝑂

Sin embargo en el cálculo de la fiabilidad, al contabilizar el tiempo de buen funcionamiento, no se incluye el tiempo de mantenimiento preventivo programado. El esquema siguiente es un resumen de los parámetros que caracterizan la vida de los equipos:

Figura 13

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4.1.3. Teoría de la fiabilidad Hemos definido antes la FIABILIDAD como la probabilidad de que un elemento, conjunto ó sistema funcione sin fallos, durante un tiempo dado, en unas condiciones ambientales dadas. Ello supone: a) Definir de forma inequívoca el criterio que determina si el elemento funciona ó no. b) Que se definan claramente las condiciones ambientales y de utilización y se mantengan constantes. c) Que se defina el intervalo t durante el cual se requiere que el elemento funcione.

-Para evaluar la fiabilidad se usan dos procedimientos: a) Usar datos históricos. Si se dispone de muchos datos históricos de aparatos iguales durante un largo período no se necesita elaboración estadística. Si son pocos aparatos y poco tiempo hay que estimar el grado de confianza. b) Usar la fiabilidad conocida de partes para calcular la fiabilidad del conjunto. Se usa para hacer evaluaciones de fiabilidad antes de conocer los resultados reales.

-Consideramos t "tiempo hasta que el elemento falla" como variable independiente (período al que se refiere la fiabilidad). .Función de distribución de probabilidad: f (t) .Probabilidad de que el elemento falle en instante t: f (t) dt

Figura 14

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.Probabilidad de que falle en el instante t ó antes (infiabilidad):

𝑡

𝐹(𝑡) =

𝑓 𝑡 𝑑𝑡 0

donde F(t) es la función de distribución de probabilidad acumulada

∞𝑡

𝑓 𝑡 𝑑𝑡 = 1 (𝑇𝑜𝑑𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑎𝑐𝑎𝑏𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎𝑟) 0

.Fiabilidad, R(t), Probabilidad de que funcione todavía en el instante t:

𝑅(𝑡) = 1 − 𝐹(𝑡)

𝑡

𝐑(𝑡) = 1 −

𝑓 𝑡 𝑑𝑡 0

.Tasa de fallos, λ(t), es la función de distribución de Probabilidad (condicional) de un elemento que ha funcionado bien hasta el instante t, y falla en el tiempo comprendido entre t y t+dt. .Véase la diferencia entre f (t) y λ (t): -f (t) dt representa la fracción de población que falla entre t y t+dt, respecto una población sana en t=o (original). -λ (t)dt representa la fracción de población que falla entre t y t+dt, respecto una población sana en el momento t (es menos numerosa, ó como máximo igual a la población original). 16

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.f (t) dt es una probabilidad a priori, referida al instante inicial de funcionamiento. .λ (t)dt es una probabilidad a posteriori, condicionada a la información cierta de que el aparato ha funcionado bien hasta el momento t.

Relación entre fiabilidad R(t) y tasa de fallos 𝜆(t)

𝑓 𝑡 𝑑𝑡 = 𝑅 𝑡 × 𝜆 𝑡 𝑑𝑡 (𝑃𝑟𝑜𝑏𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑑𝑎)

Prob.de que falle en período t+dt = Prob.de que funcione todavía en t x Prob.de que falle en t+dt, estando bien en t. .Recordando que:

𝑓(𝑡) =

𝑑𝑅(𝑡) 𝑑𝐹(𝑡) =− 𝑑𝑡 𝑑𝑡

𝑑𝑅(𝑡) = −𝑓 𝑡 𝑑𝑡 = −𝑅 𝑡 𝜆 𝑡 𝑑𝑡

Separando variables:

𝑑𝑅(𝑡) = −𝜆 𝑡 𝑑𝑡 𝑅(𝑡)

e integrando entre 0 y t:

ln 𝑅(𝑡) − ln 𝑅(0) = −

𝑡 0

𝜆 𝑡 𝑑𝑡

→

𝑅(𝑡) = 𝑒 −

𝑡 0𝜆

𝑡 𝑑𝑡

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ya que ln R (0)= 0 porque R (0)= 1. La fórmula anterior que es la fiabilidad en función de la tasa de fallos, junto con las siguientes:

𝑓 𝑡 = 𝜆 𝑡 𝑅 𝑡 = 𝜆 𝑡 𝑒−

𝑡 0𝜆

𝑡 𝑑𝑡

(𝑑𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑏𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑜𝑠)

𝐹 𝑡 = 1 − 𝑅 𝑡 = 1 − 𝑒−

𝑡 0𝜆

𝑡 𝑑𝑡

(𝑖𝑛𝑓𝑖𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖ó𝑛 ...