- Definición del
mantenimiento Predictivo - Organización para el
mantenimiento predictivo - Metodología de las
inspecciones. - Técnicas aplicadas al
mantenimiento predictivo - Análisis de
vibraciones - Análisis de
lubricantes - Análisis por
ultrasonido - Termografía
- Análisis por árbol
de fallas - Análisis
FMECA - Conclusión
- Bibliografía
Sin dudas, el desarrollo de
nuevas
tecnologías ha marcado sensiblemente la actualidad
industrial mundial. En los últimos años, la
industria
mecánica se ha visto bajo la influencia
determinante de la electrónica, la automática y las
telecomunicaciones, exigiendo mayor
preparación en el personal, no
sólo desde el punto de vista de la operación de la
maquinaria, sino desde el punto de vista del mantenimiento
industrial.
La realidad industrial, matizada por la enorme necesidad
de explotar eficaz y eficientemente la maquinaria instalada y
elevar a niveles superiores la actividad del mantenimiento.
No remediamos nada con grandes soluciones que
presuponen diseños, innovaciones, y tecnologías de
recuperación, si no mantenemos con una alta disponibilidad
nuestra industria.
Es decir, la Industria tiene que distinguirse por una
correcta explotación y un mantenimiento eficaz. En otras
palabras, la operación correcta y el mantenimiento
oportuno constituyen vías decisivas para cuidar lo que se
tiene.
DEFINICIÓN DEL
MANTENIMIENTO PREDICTIVO.
El mantenimiento predictivo es una técnica para
pronosticar el punto futuro de falla de un componente de una
maquina, de tal forma que dicho componente pueda reemplazarse,
con base en un plan, justo antes
de que falle. Así, el tiempo muerto
del equipo se minimiza y el tiempo de vida del componente se
maximiza.
ORGANIZACIÓN PARA EL MANTENIMIENTO
PREDICTIVO.
Esta técnica supone la medición de diversos parámetros que
muestren una relación predecible con el ciclo de vida
del componente. Algunos ejemplos de dichos parámetros son
los siguientes:
- Vibración de cojinetes
- Temperatura de las conexiones
eléctricas - Resistencia del aislamiento de la bobina de un
motor
El uso del mantenimiento predictivo consiste en
establecer, en primer lugar, una perspectiva histórica de
la relación entre la variable seleccionada y la vida del
componente. Esto se logra mediante la toma de lecturas (por
ejemplo la vibración de un cojinete) en intervalos
periódicos hasta que el componente falle. La figura
muestra
una
curva típica que resulta de graficar la variable
(vibración) contra el tiempo. Como la curva lo sugiere,
deberán reemplazarse los cojinetes subsecuentes cuando la
vibración alcance 1,25 in/seg (31,75 mm/seg). Los
fabricantes de instrumentos y software para el
mantenimiento predictivo pueden recomendar rangos y valores para
reemplazar los componentes de la mayoría de los equipos,
esto hace que el análisis histórico sea innecesario
en la mayoría de las aplicaciones.
METODOLOGÍA
DE LAS INSPECCIONES.
Una vez determinada la factibilidad y
conveniencia de realizar un mantenimiento predictivo a una
máquina o unidad, el paso siguiente es determinar la o las
variables
físicas a controlar que sean indicativas de la
condición de la máquina. El objetivo de
esta parte es revisar en forma detallada las técnicas
comúnmente usadas en el monitoreo según
condición, de manera que sirvan de guía para su
selección general. La finalidad del
monitoreo es obtener una indicación de la condición
(mecánica) o estado de
salud de la
máquina, de manera que pueda ser operada y mantenida con
seguridad y
economía.
Por monitoreo, se entendió en sus inicios, como
la medición de una variable física que se
considera representativa de la condición de la
máquina y su comparación con valores que indican si
la máquina está en buen estado o deteriorada. Con
la actual automatización de estas técnicas, se
ha extendido la acepción de la palabra monitoreo
también a la adquisición, procesamiento y almacenamiento de
datos. De
acuerdo a los objetivos que
se pretende alcanzar con el monitoreo de la condición de
una máquina debe distinguirse entre vigilancia,
protección, diagnóstico y pronóstico.
- Vigilancia de máquinas. Su objetivo es indicar
cuándo existe un problema. Debe distinguir entre
condición buena y mala, y si es mala indicar cuán
mala es. - Protección de máquinas. Su objetivo es
evitar fallas catastróficas. Una máquina
está protegida, si cuando los valores
que indican su condición llegan a valores considerados
peligrosos, la máquina se detiene
automáticamente. - Diagnóstico de fallas. Su objetivo es definir
cuál es el problema específico. Pronóstico
de vida la esperanza a. Su objetivo es estimar cuánto
tiempo más Podría funcionar la máquina sin
riesgo de
una falla catastrófica.
En el último tiempo se ha dado la tendencia a
aplicar mantenimiento predictivo o sintomático, sea, esto
mediante vibroanálisis, análisis de aceite usado,
control de
desgastes, etc.
TÉCNICAS
APLICADAS AL MANTENIMIENTO PREDICTIVO.
Existen varias técnicas aplicadas para el
mantenimiento
preventivo entre las cuales tenemos las
siguientes:
El interés de
de las Vibraciones Mecánicas llega al Mantenimiento
Industrial de la mano del Mantenimiento Preventivo y Predictivo,
con el interés de alerta que significa un elemento
vibrante en una Maquina, y la necesaria prevención de las
fallas que traen las vibraciones a medio plazo.
Registro de vibraciones
en un ciclo de trabajo de la
pala
Transformada
Tiempo-Frecuencia.
El
interés principal para el mantenimiento deberá ser
la identificación de las amplitudes predominantes de las
vibraciones detectadas en el elemento o máquina, la
determinación de las causas de la vibración, y la
corrección del problema que ellas representan. Las
consecuencias de las vibraciones mecánicas son el aumento
de los esfuerzos y las tensiones, pérdidas de
energía, desgaste de materiales, y
las más temidas: daños por fatiga de los
materiales, además de ruidos molestos en el ambiente
laboral,
etc.
Parámetros de las vibraciones.
- Frecuencia: Es el tiempo necesario para
completar un ciclo vibratorio. En los estudios de
Vibración se usan los CPM (ciclos por segundo) o HZ
(hercios). - Desplazamiento: Es la distancia total que
describe el elemento vibrante, desde un extremo al otro de su
movimiento. - Velocidad y Aceleración: Como valor
relacional de los anteriores. - Dirección: Las vibraciones pueden
producirse en 3 direcciones lineales y 3
rotacionales
Tipos de vibraciones.
Vibración libre: causada por un sistema vibra
debido a una excitación instantánea.
Vibración forzada: causada por un sistema
vibra debida a una excitación constante las causas de las
vibraciones mecánicas
A continuación detallamos las razones más
habituales por las que una máquina o elemento de la misma
puede llegar a vibrar.
Vibración debida al Desequilibrado (maquinaria
rotativa).
Vibración debida a la Falta de Alineamiento
(maquinaria rotativa)
Vibración debida a la Excentricidad (maquinaria
rotativa).
Vibración debida a la Falla de Rodamientos y
cojinetes.
Vibración debida a problemas de
engranajes y correas de Transmisión (holguras, falta de
lubricación, roces, etc.)
Estos se ejecutan dependiendo de la necesidad,
según:
Análisis Iniciales: se realizan a productos de
aquellos equipos que presenten dudas provenientes de los
resultados del Estudio de Lubricación y permiten
correcciones en la selección del producto,
motivadas a cambios en condiciones de
operación
Análisis Rutinarios: aplican para equipos
considerados como críticos o de gran capacidad, en los
cuales se define una frecuencia de muestreo, siendo
el objetivo principal de los análisis la
determinación del estado del aceite, nivel de desgaste y
contaminación entre otros
Análisis de Emergencia: se efectúan para
detectar cualquier anomalía en el equipo y/o Lubricante,
según:
- Contaminación con agua
- Sólidos (filtros y sellos
defectuosos). - Uso de un producto inadecuado
Equipos
- Bombas de extracción
- Envases para muestras
- Etiquetas de identificación
- Formatos
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Este método
asegura que tendremos:
Máxima reducción de los costos
operativos.
Máxima vida útil de los componentes con
mínimo desgaste.
Máximo aprovechamiento del lubricante utilizado.
Mínima generación de efluentes.
En cada muestra podemos conseguir o estudiar los siguientes
factores que afectan a nuestra maquina:
Elementos de desgaste: Hierro, Cromo,
Molibdeno, Aluminio,
Cobre,
Estaño, Plomo.
Conteo de partículas: Determinación de la limpieza,
ferrografía.
Contaminantes: Silicio, Sodio, Agua, Combustible, Hollín,
Oxidación, Nitración, Sulfatos, Nitratos.
Aditivos y condiciones del lubricante: Magnesio, Calcio, Zinc,
Fósforo, Boro, Azufre, Viscosidad.
Gráficos e historial: Para la evaluación
de las tendencias a lo largo del tiempo.
De este modo, mediante la implementación de
técnicas ampliamente investigadas y experimentadas, y con
la utilización de equipos de la más avanzada
tecnología, se logrará disminuir
drásticamente:
Tiempo perdido en producción en razón de desperfectos
mecánicos.
Desgaste de las máquinas y sus
componentes.
Horas hombre
dedicadas al mantenimiento.
Consumo general de lubricantes
Este método estudia las ondas de sonido de baja
frecuencia producidas por los equipos que no son perceptibles por
el oído
humano.
Ultrasonido pasivo: Es producido por mecanismos
rotantes, fugas de fluido, pérdidas de vacío, y
arcos eléctricos. Pudiéndose detectarlo mediante la
tecnología apropiada.
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El Ultrasonido permite:
Detección de
fricción en maquinas rotativas.
Detección de fallas y/o fugas en válvulas.
Detección de fugas de fluidos.
Pérdidas de vacío.
Detección de "arco eléctrico".
Verificación de la integridad de juntas de recintos
estancos.
Se denomina Ultrasonido Pasivo a la
tecnología que permite captar el ultrasonido producido por
diversas fuentes.
El sonido cuya frecuencia está por encima del
rango de captación del oído humano (20-a-20.000
Hertz) se considera ultrasonido. Casi todas las fricciones
mecánicas, arcos eléctricos y fugas de presión o
vacío producen ultrasonido en un rango aproximado a los 40
Khz Frecuencia con características muy aprovechables en el
Mantenimiento Predictivo, puesto que las ondas sonoras son de
corta longitud atenuándose rápidamente sin producir
rebotes. Por esta razón, el ruido
ambiental por más intenso que sea, no interfiere en la
detección del ultrasonido. Además, la alta
direccionalidad del ultrasonido en 40 Khz. permite con rapidez y
precisión la ubicación de la falla.
La aplicación del análisis por ultrasonido
se hace indispensable especialmente en la detección de
fallas existentes en equipos rotantes que giran a velocidades
inferiores a las 300 RPM, donde la técnica de
medición de vibraciones se transforma en un procedimiento
ineficiente.
De modo que la medición de ultrasonido es en
ocasiones complementaria con la medición de vibraciones,
que se utiliza eficientemente sobre equipos rotantes que giran a
velocidades superiores a las 300 RPM.
Al igual que en el resto del mundo industrializado, la
actividad industrial en nuestro País tiene la imperiosa
necesidad de lograr el perfil competitivo que le permita
insertarse en la economía globalizada. En consecuencia,
toda tecnología orientada al ahorro de
energía y/o mano de obra es de especial interés
para cualquier Empresa.
La Termografía Infrarroja es una técnica
que permite, a distancia y sin ningún contacto, medir y
visualizar temperaturas de superficie con
precisión.
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Los ojos humanos no son sensibles a la radiación
infrarroja emitida por un objeto, pero las cámaras
termográficas, o de termovisión, son capaces de
medir la energía con sensores
infrarrojos, capacitados para "ver" en estas longitudes de onda.
Esto nos permite medir la energía radiante emitida por
objetos y, por consiguiente, determinar la temperatura de
la superficie a distancia, en tiempo real y sin
contacto.
La gran mayoría de los problemas y averías
en el entorno industrial – ya sea de tipo mecánico,
eléctrico y de fabricación – están
precedidos por cambios de temperatura que pueden ser detectados
mediante la monitorización de temperatura con sistema de
Termovisión por Infrarrojos. Con la implementación
de programas de
inspecciones termográficas en instalaciones, maquinaria,
cuadros eléctricos, etc. es posible minimizar el riesgo de
una falla de equipos y sus consecuencias, a la vez que
también ofrece una herramienta para el control de
calidad de las reparaciones efectuadas.
El análisis mediante Termografía
infrarroja debe complementarse con otras técnicas y
sistemas de
ensayo
conocidos, como pueden ser el análisis de aceites
lubricantes, el análisis de vibraciones, los ultrasonidos
pasivos y el análisis predictivo en motores
eléctricos. Pueden añadirse los ensayos no
destructivos clásicos: ensayos, radiográfico, el
ultrasonido activo, partículas magnéticas,
etc.
El análisis mediante Cámaras
Termográficas Infrarrojas, está recomendado
para:
- Instalaciones y líneas eléctricas de
Alta y Baja Tensión. - Cuadros, conexiones, bornes, transformadores, fusibles y empalmes
eléctricos. - Motores eléctricos, generadores,
bobinados, etc. - Reductores, frenos, rodamientos, acoplamientos y
embragues mecánicos. - Hornos, calderas e
intercambiadores de calor. - Instalaciones de climatización.
- Líneas de producción, corte, prensado,
forja, tratamientos térmicos.
Las ventajas que ofrece el Mantenimiento Preventivo por
Termovisión son:
- Método de análisis sin detención
de procesos
productivos, ahorra gastos. - Baja peligrosidad para el operario por evitar la
necesidad de contacto con el equipo. - Determinación exacta de puntos deficientes en
una línea de proceso. - Reduce el tiempo de reparación por la
localización precisa de la Falla. - Facilita informes muy
precisos al personal de mantenimiento. - Ayuda al seguimiento de las reparaciones
previas. - 5.
Análisis por árbol de fallas.
El Análisis por Árboles de Fallos (AAF),
es una técnica deductiva que se centra en un suceso
accidental particular (accidente) y proporciona un método
para determinar las causas que han producido dicho accidente.
Nació en la década de los años 60 para la
verificación de la fiabilidad de diseño
del cohete Minuteman y ha sido ampliamente utilizado en el campo
nuclear y químico. El hecho de su gran utilización
se basa en que puede proporcionar resultados tanto cualitativos
mediante la búsqueda de caminos críticos, como
cuantitativos, en términos de probabilidad de
fallos de componentes.
Para el tratamiento del problema se utiliza un modelo
gráfico que muestra las distintas combinaciones de fallos
de componentes y/o errores humanos cuya ocurrencia
simultánea es suficiente para desembocar en un suceso
accidental.
La técnica consiste en un proceso deductivo
basado en las leyes del
Álgebra de Boole, que permite determinar la
expresión de sucesos complejos estudiados en función de
los fallos básicos de los elementos que intervienen en
él.
Consiste en descomponer sistemáticamente un
suceso complejo (por ejemplo rotura de un depósito de
almacenamiento de amoniaco) en sucesos intermedios hasta llegar a
sucesos básicos, ligados normalmente a fallos de
componentes, errores humanos, errores operativos, etc. Este
proceso se realiza enlazando dichos tipos de sucesos mediante lo
que se denomina puertas lógicas que representan los
operadores del álgebra de
sucesos.
Cada uno de estos aspectos se representa
gráficamente durante la elaboración del
árbol mediante diferentes símbolos que representan los tipos de
sucesos, las puertas lógicas y las transferencias o
desarrollos posteriores del árbol.
Un ejemplo de árbol de fallos es el
siguiente:
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Los símbolos representan tanto sucesos, puertas
lógicas y transferencias. Los más importantes son
los siguientes:
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Otra útil técnica para la
eliminación de las características de diseño
deficientes es el análisis de los modos y efectos de
fallos (FMEA); o análisis de modos de fallos y efectos
críticos (FMECA)
La intención es identificar las áreas o
ensambles que es más probable que den lugar a fallos del
conjunto.
El FMEA define la función como la tarea que
realiza un componente –por ejemplo, la función de una
válvula es abrir y cerrar– y los modos de fallo son las
formas en las que el componente puede fallar. La válvula
fallará en la apertura si se rompe su resorte, pero
también puede tropezar en su guía o mantenerse en
posición de abierta por la leva debido a una rotura en la
correa de árbol de levas.
La técnica consiste en evaluar tres aspectos del
sistema y su operación:
Condiciones anticipadas de operación, y el fallo
más probable.
Efecto de fallo en el rendimiento.
Severidad del fallo en el mecanismo.
La probabilidad de fallos se evalúa
generalmente en una escala de 1 a 10,
con la criticidad aumentando con el valor del
número.
Esta técnica es útil para evaluar
soluciones alternativas a un problema pero no es fácil de
usar con precisión en nuevos diseños.
El FMEA es útil para evaluar si hay en un
ensamble un número innecesario de componentes puesto que
la interacción de un ensamble con otro
multiplicará los efectos de un fallo. Es igualmente
útil para analizar el producto y el equipo que se utiliza
para producirlo.
El FMEA, ayuda en la identificación de los modos
de fallo que es probable que causen problemas de uso del
producto. Ayuda también a eliminar debilidades o
complicaciones excesivas del diseño, y a identificar los
componentes que pueden fallar con mayor probabilidad. Su empleo no debe
confinarse al producto que se desarrolla por el grupo de
trabajo. Puede también usarse eficazmente para evaluar las
causas de parada en las máquinas de producción
antes de completar el diseño.
Es importante considerar que la productividad de
una industria aumentará en la medida que las fallas en las
máquinas disminuyan de una forma sustentable en el tiempo.
Para lograr lo anterior, resulta indispensable contar con la
estrategia de
mantenimiento más apropiada y con personal capacitado
tanto en el uso de las técnicas de análisis y
diagnóstico de fallas implementadas como también
con conocimiento
suficiente sobre las características de diseño y
funcionamiento de las máquinas.
En el presente trabajo se mencionaron varias de las
técnicas de análisis utilizadas hoy en día,
entre las que se destaca el análisis de vibraciones
mecánicas, ilustrando con un grafico su alcance así
como la necesidad de usar diferentes indicadores
con el fin de llegar a un diagnóstico acertado.
Diagnosticado y solucionado los problemas, la vida de las
máquinas y su producción aumentará y por
tanto, los costos de mantenimiento disminuirán.
- Rosaler, Robert C. (2002). Manual del Ingeniero de
Planta. Mac-Graw-Hill/Interamericana de Editores, S.A. de
C.V. - Bittel, L./Ramsey, J. (1992). Enciclopedia del
MANAGEMENT. Ediciones Centrum Técnicas y
Científicas. Barcelona, España. - www.solomantenimiento.com
- www.mantenimientomundial.com
FRANCO IRENE
UNIVERSIDAD GRAN MARISCAL DE AYACUCHO.
FACULTAD DE INGENIERÍA.
ESCUELA DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL.
NUCLEO CIUDAD GUAYANA.
Venezuela