La fiabilidad en la técnica agrícola. Generalidades y problemas resueltos

Resumen

En el trabajo se hace un análisis teórico
general de la fiabilidad como ciencia aplicada a la
mecanización agrícola y se particulariza en los
detalles que el especialista debe conocer para obtener y procesar
de manera adecuada la información obtenida, ya sea desde
las condiciones propias de explotación, o desde los bancos
de pruebas que se utilizan para estos fines. El trabajo
está expuesto en un total de 81 páginas y en el
cuerpo del mismo aparecen 5 figuras y 16 tablas que ayudan a la
comprensión de los resultados obtenidos en los ejemplos
resueltos facilitando su análisis, se anexan además
14 tablas estadísticas para que se pueda comprobar la
correcta selección de los valores usados en la
solución de los ejercicios propuestos y para su
confección se utilizaron 11 citas
bibliográficas.

Introducción

Uno de los problemas principales que debe resolver el
ingeniero agrícola en la actualidad, está
indisolublemente ligado a la necesidad de crear, administrar,
explotar, reparar y mantener la maquinaria agrícola,
asegurando que el trabajo de la misma se realice conservando en
el tiempo elevados indicadores de fiabilidad [8], pues
está demostrado, que la calidad de las máquinas se
refiere no solo a su capacidad para realizar determinadas
funciones, sino además, a su capacidad para conservar en
el tiempo sus indicadores técnico explotativos entre
límites permisibles.

En otras palabras, la calidad de las máquinas se
caracteriza por su capacidad para mantener, y de ser necesario,
para recuperar su capacidad de trabajo con un mínimo de
gastos, tiempo y recursos. De este modo, las
características de: durabilidad, reparabilidad,
conservabilidad y trabajo sin fallos, caracterizan en la
actualidad la calidad del parque de equipos.

En este sentido, la ingeniería de la fiabilidad
se puede definir como el estudio de la longevidad y el fallo de
los equipos, a través de la investigación de las
causas por las que envejecen y fallan, aplicando principios
científicos y matemáticos, donde el objetivo
estriba en que una mayor comprensión de los fallos
ayudará a la identificación de las mejoras que
puedan introducirse en los diseños y en la
explotación de los productos para aumentar su vida, o por
lo menos, para limitar las consecuencias adversas de los fallos.
[10].

La mayoría de las personas reconocen que los
artículos manufacturados tienen vidas finitas, y que un
mejor diseño y una mejor explotación de los
productos implican con frecuencia vidas funcionales más
largas. Así mismo, mucha gente es consciente de algunos de
los ejemplos catastróficos de fallos de equipos como son:
fallos de fatiga en el fuselaje de un avión, la
pérdida del motor de un avión comercial, los
accidentes de los reactores nucleares de Three Mile Island y
Chernobil, y los accidentes de los transbordadores espaciales
Challenger, los que son algunos ejemplos muy conocidos de fallos
catastróficos de sistemas. Pero a la vez, casi todo el
mundo ha experimentado fallos de sistemas a menor escala, como el
de un electrodoméstico, el desgaste de una batería,
o el fallo de una bombilla.

Todos estos ejemplos tienen características
comunes, pero también presentan diferencias que se pueden
utilizar para enfatizar conceptos.

Las características comunes son:

1. Los fallos de los sistemas son lo suficientemente
importantes como para requerir un esfuerzo de ingeniería
con el fin de intentar comprenderlos y controlarlos.

2. El diseño de los sistemas es complicado, por
lo que las causas y las consecuencias de los fallos no son
obvias.

Sin embargo, existen algunas diferencias importantes
entre los ejemplos mencionados anteriormente. Eligiendo dos casos
extremos, el fallo de una bombilla y el accidente de Three Mile
Island, nos ofrecen un contraste aclaratorio. El accidente de
Three Mile Island fue causado por el fallo de un componente
físico del equipo, pero también estuvo influenciado
por la respuesta humana al fallo del componente y por las
políticas de decisión establecidas. Por el
contrario, el fallo de una bombilla y sus consecuencias
normalmente no están relacionados con decisiones y
rendimientos humanos. Lo que es significativo es que existen
muchos productos y sistemas modernos, cuyo funcionamiento
operativo depende de la efectividad conjunta de algunos de los
factores siguientes:

• El equipo físico;

• los operadores humanos;

• el software;

• los protocolos de gestión.

Varios autores [1; 2; 3; 4], han elaborado
métodos analíticos para construir modelos que
ejemplifiquen los efectos que las personas y el software pueden
ejercer sobre la fiabilidad de los sistemas, y se ha hecho esto
porque se cree, no sin fundamentos a veces, que los individuos
causan más fallos de sistemas que los equipos propiamente
dichos. Este punto de vista parece bastante acertado, no
obstante, la implementación de los modelos
matemáticos existentes de la fiabilidad humana y del
software requiere aceptar, que la variabilidad de procesos
elementales estables determina la dispersión observada en
el rendimiento.

La precisión en la predicción de la
fiabilidad es también crucial desde el punto de vista
económico, pues determina la productividad operativa del
producto y los gastos de reparación y mantenimiento,
pudiendo determinar así mismo el intervalo en que se
distribuyen los costos operativos y dónde se obtienen
ingresos o servicios. Por tanto, la fiabilidad es un factor
central para determinar el costo del ciclo de vida de un
producto.

No obstante, además de las consideraciones
relativas al costo del ciclo de vida, la prevención de
accidentes es generalmente muy importante y en este sentido la
fiabilidad es un factor esencial en la seguridad de un
producto.

Para lograr los objetivos de un rendimiento funcional
adecuado, así como limitar los costos del ciclo de vida y
seguridad, la fase de diseño es importante y permite
lograr una influencia significativa sobre los mismos, sin
embargo, no se puede menospreciar la importancia que tiene la
explotación para obtener resultados satisfactorios de
estos indicadores y por esta razón, aunque los
métodos desarrollados para el análisis de
fiabilidad son bastante amplios y han probado su gran eficacia en
muchos casos, a la hora de asegurar una longevidad adecuada de
los sistemas todo pasa por el nivel de preparación que
sobre el tema posea el especialista y a ello no escapa el
mecanizador agropecuario o ingeniero agrícola
actual.

Sin embargo, no siempre se dispone de la
bibliografía necesaria, la existente es escasa,
frecuentemente aparece en otros idiomas y durante sus estudios,
la preparación del ingeniero sobre el tema es muy somera,
lo que conduce a la situación problémica que da
origen al trabajo.

Se considera que se puede aumentar la durabilidad de las
máquinas y elementos de máquinas a través de
la disminución o eliminación de los factores
negativos que los afectan durante la explotación,
mantenimiento técnico y reparación, y sin embargo,
no se dispone de un material que relacione las
metodologías utilizadas para realizar estos estudios de
manera coherente y clara, mucho menos aparece un material donde
se ejemplifique el uso de estas metodologías y se aborden
aspectos teóricos generales sobre el tema y por esta
razón, resulta difícil el estudio y
apropiación de los conocimientos de esta ciencia por parte
de investigadores y estudiantes.

En este contexto, el objetivo fundamental del trabajo es
elaborar un documento donde se puedan estudiar los aspectos
teóricos fundamentales de la teoría de la
fiabilidad aplicada a la mecanización de los procesos
agropecuarios, y que incluya además, una guía de
procedimientos teórico prácticos de solución
a problemas tipos de esta especialidad.

DESARROLLO

CAPÍTULO I.

Breve
reseña histórica sobre el surgimiento y objeto de
estudio de la teoría de la fiabilidad

La aplicación de las técnicas de
fiabilidad se inicia en el año 1713, cuando Jacob
Bernoulli formuló la ley de probabilidades de dos eventos
independientes. Posteriormente y antes de la Segunda Guerra
Mundial, el concepto se desarrolló y aplicó en la
aviación. No obstante, fueron los servicios militares por
tener los problemas más agudos, los que dieron impulso al
ordenado desarrollo de la ingeniería de fiabilidad.
[4].

Los problemas de mantenimiento, reparación y las
fallas de campo, se convirtieron así en dificultades
severas del equipamiento militar en la Segunda Guerra Mundial y
por ello, en 1943 se creó en los Estados Unidos el
Comité de Desarrollo de las Válvulas de
Vacío o (VTDC por sus siglas en Inglés) que
significan, Vacium Tube Development Committee, el que
conjuntamente con la armada y la marina, desarrolló una
serie de normas que posteriormente dieron lugar a las conocidas
MIL.

También el matemático Erich Pieruschka,
con el objetivo de mejorar el éxito de las misiones que no
llegaban al 30%, asumió que los componentes
técnicos de los diferentes equipos seguían las
mismas leyes que las sustancias radiactivas y los seres vivos,
por lo que dedujo que la probabilidad de éxito de un
sistema es el producto de las probabilidades de éxito de
cada uno de sus componentes, lo que contribuyó a mejorar
la fiabilidad media de los componentes mejorando notablemente la
fiabilidad del sistema. Este fue el principio del desarrollo de
los métodos de fiabilidad [4].

Entre 1945 y 1950 fueron revelados varios estudios sobre
el tema, pero numerosas compañías se enfrentaron
con nuevos problemas en el diseño y construcción de
complejos sistemas a niveles de confiabilidad sobre lo usual, por
lo que se aceleró el surgimiento de un nuevo tipo de
especialista conocido como Ingeniero de fiabilidad (Reliability
Engineer).

Con estos antecedentes, se afirma en [6; 11] que la
fiabilidad se ha convertido en una ciencia independiente,
relativamente joven, que se ha formado como consecuencia del
estudio teórico experimental multifacético de las
regularidades relacionadas con el aseguramiento del trabajo sin
fallo de los artículos técnicos, teniendo como base
y utilizando en gran medida, entre otras:

• La teoría de las probabilidades y la
  estadística matemática;

• la electrónica;

• la ciencia de los materiales;

• la teoría del desgaste;

• la economía.

En sentido general, la teoría de la
fiabilidad estudia:

• Las regularidades del surgimiento de los fallos y su
  recuperación, para restablecer la capacidad de trabajo
  de los artículos;

• la influencia de los factores externos e internos en
  los procesos que se desarrollan en los
  artículos;

• los métodos para la determinación
  cualitativa y valoración (comparativa) de la
  fiabilidad;

• las actividades para aumentar la fiabilidad al
  diseñar y producir los artículos, así
  como los procedimientos para mantener el nivel necesario en
  su explotación.

1.1. Principales términos y
definiciones.

Fiabilidad es la probabilidad de que un dispositivo
realice satisfactoriamente su función durante un
período específico de tiempo y bajo un conjunto
dado de condiciones operativas. [8]

Según la norma Gost 13377- 75 [5] y la NC 92- 10/
78 [9], es la propiedad que tiene el objeto de cumplir las
funciones a él asignadas, conservando en el tiempo sus
indicadores técnico explotativos entre límites
permisibles, en correspondencia con los regímenes
establecidos de mantenimiento, reparación,
conservación y transportación.

Como se observa, un concepto no contradice al otro e
independientemente del que se use para denotarla, los principales
conceptos, términos y definiciones que se usan en la
teoría de la fiabilidad son los mismos y se refieren
a:

Artículo: Dispositivo considerado en el
cálculo de la fiabilidad como una parte autónoma
separada, que posee su índice cualitativo general de
fiabilidad. Constituye por tanto el elemento de cálculo de
fiabilidad que incluye a las piezas, elementos, aparatos,
sistemas o conjuntos; entendiéndose por sistema, una
entidad formada por elementos discretos que interaccionan
mutuamente y pueden ser reparables o no reparables.

Reparables: Son aquellos artículos en los que al
aparecer el defecto, este puede ser reparado para volver a ser
puesto en explotación.

No reparables: Son aquellos en los que al
aparecer el defecto, este no puede ser reparado, unas veces
porque es irrentable el proceso y otras porque
técnicamente es imposible. Ejemplo: cojinetes,
lámparas, fibras antifricción, etc.

Desde el punto de vista de la fiabilidad, el objeto
puede encontrarse en estado:

Apto: Estado para el cual el objeto responde a todas las
exigencias establecidas en la documentación técnico
– normativa.

No apto: Estado para el cual el objeto no responde al
menos a una de las exigencias establecidas en la
documentación técnico – normativa.

Con capacidad de trabajo: Estado del objeto para
el cual, él mismo es capaz de realizar todas sus funciones
conservando los parámetros establecidos en la
documentación técnico – normativa, entre
límites permisibles.

Sin capacidad de trabajo: Estado del objeto para
el cual, al menos una de las funciones para él
establecidas no se puede realizar, según la
documentación técnico – normativa.

Por tanto, el concepto de Apto es más extenso que
el concepto con capacidad de trabajo, pues este último se
circunscribe solo a indicadores que caracterizan la capacidad de
trabajo de la máquina u objeto, sin tener en cuenta por
ejemplo la siguiente situación:

Un objeto puede tener capacidad de trabajo y sin embargo
no estar apto para el uso por carecer de pintura, guarderas en
sus transmisiones, etc.

( La magnitud en que se pierde la capacidad de
trabajo de un objeto, depende de una serie de factores entre los
que se encuentran.

• ? Las condiciones de
  explotación;

• ? destinación y construcción de
  la máquina;

• ? atenciones de mantenimiento y
  reparación;

• ? calidad de su elaboración.

Calidad: Es el complejo de propiedades que
acompaña a la aptitud del objeto para que éste
pueda satisfacer determinadas exigencias en correspondencia con
su destinación.

( La fiabilidad es un complemento de la calidad y se
acompaña de los siguientes indicadores:

Estado límite: Estado del artículo en el
cual su utilización se interrumpe por:

• Violaciones insuperables de los requisitos de
  seguridad;

• desplazamientos irreversible de sus especificaciones
  fuera de los límites establecidos;

• reducción insuperable de la eficiencia de uso
  por debajo de lo permisible

Sin fallos: Propiedad del objeto de conservar en
el tiempo su capacidad de trabajo o durante una determinada
elaboración.

Fallo: Concepto básico de la teoría de la
fiabilidad, que constituye el hecho a partir del cual, el
artículo deja de cumplir total o parcialmente sus
funciones. Es por tanto el cese del estado de capacidad de
trabajo del artículo u objeto.

Para analizar la naturaleza de los fallos, así
como para elaborar las medidas encaminadas a pronosticarlos o
preverlos, estos se clasifican atendiendo a diversos criterios
tal y como se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1 Criterios de clasificación de los fallos
atendiendo a su tipo.

La ocurrencia de un fallo ocasiona costos
que pueden ser:

• Directos, (debidos a la
  reparación);

• Indirectos, (por pérdidas de
  producción y recursos ociosos);

• Potenciales, (por deterioro de partes y por el
  aumento de inventarios de repuestos al perderse la
  confiabilidad en el equipo);

• Otros, (incumplimiento de entregas al cliente,
  deterioro de imagen por pérdidas del nivel
  competitivo).

Desde el punto de vista de una misión donde no
exista la posibilidad de reparación, la fiabilidad es la
probabilidad de que un aparato o dispositivo trabaje
correctamente durante un tiempo determinado y en las condiciones
de servicio que encuentre, por ejemplo, el tiempo de recorrido de
un coche sin mantenimiento en la prueba París-Dakar, o el
de una misión a la Luna [3].

La fiabilidad no es una predicción, sino que es
la probabilidad de acción correcta de un
artículo.

En otras palabras, el fabricante no garantiza en
absoluto que el artículo trabaje durante (n) horas, sino
que sólo da la probabilidad de su funcionamiento correcto
durante las (n) horas previstas.

En las definiciones de fiabilidad, el término
"probabilidad" indica el uso de una medida cuantitativa que se
expresa a través de los índices de fiabilidad,
también llamados cifras de mérito de la fiabilidad,
que se define como la característica cuantitativa que
depende de una o varias propiedades y expresa la fiabilidad del
artículo.

Según las propiedades que se consideren,
así se agruparán los índices que las
reflejan. De este modo, se agrupan de acuerdo a cuatro
propiedades:

Operatividad. Propiedad del artículo de mantener
ininterrumpidamente el estado de capacidad de trabajo durante un
tiempo específico en condiciones de operación
dadas.

En dependencia de las diferentes causas por las que se
altera la capacidad de trabajo, la operatividad de los
artículos se valora desde el punto de vista de la
fiabilidad elemental y de la fiabilidad funcional. En este
sentido:

Fiabilidad elemental: A ella pertenecen los fallos que
se eliminan con el reemplazo de elementos
constructivos.

Fiabilidad funcional: A ella pertenecen los fallos que
se eliminan con trabajos de regulación, limpieza u otros
trabajos análogos.

Conservabilidad. Es la propiedad del artículo
para conservar ininterrumpidamente su condición de buen
estado y su estado de capacidad de trabajo, durante y
después del almacenamiento y transportación en
condiciones dadas.

La conservabilidad está condicionada por los
plazos más convenientes de almacenaje y
conservación de los artículos y las distancias de
transportación permisibles; depende también de la
calidad de la producción y de la intensidad de los
procesos de envejecimiento debido a factores externos. Puede
entenderse por conservación, el almacenamiento prolongado
de los artículos técnicamente en buen
estado.

Mantenibilidad: Propiedad del artículo que
consiste en la facilidad que el mismo posee para prevenir y
detectar las causas que originan sus fallos y deterioros,
así como la eliminación de sus consecuencias
mediante la realización del mantenimiento,
reparación y restauración.

En dependencia de la mayor o menor facilidad con que se
detectan los fallos, menor o mayor será el tiempo
necesario para eliminarlos y por tanto, el tiempo improductivo
del artículo o (estadía), que está
determinado en gran medida por las cualidades de mantenibilidad
del mismo.

En los estudios de fiabilidad, también es
importante tomar en consideración la posibilidad de
reparar o no el artículo, por ello, se trata de una
ciencia compleja que permite evaluar una gran cantidad de
indicadores técnicos y tecnológicos de las
máquinas y equipos, entre ellos:

Durabilidad. Propiedad del artículo de mantener
el estado de capacidad de trabajo hasta llegar al estado
límite, en condiciones de operación
dadas.

El aumento de la cantidad de fallos de un
artículo hace que, a partir de cierto momento, ya no sea
posible por razones técnicas o económicas seguirlo
explotando, lo cual depende de sus cualidades de
durabilidad.

( La durabilidad se evalúa a través de
una serie de recursos técnicos entre los cuales se pueden
diferenciar:

Recursos establecidos: Elaboración total
del objeto, la que al ser alcanzada, conduce a la
prohibición de su explotación progresiva
independientemente de su estado técnico. Esto es
atendiendo fundamentalmente a cuestiones relacionadas con la
protección del trabajo y la economía de su
uso.

Recurso medio: Esperanza matemática del
recurso.

Recurso medio hasta la baja: Recurso medio del
objeto desde el inicio de su explotación hasta la baja,
acompañada del estado límite.

Recurso Gamma porciento: Elaboración
durante la cual, el objeto no alcanza el estado límite con
una probabilidad Gamma porciento.

Elaboración: Durabilidad o volumen de trabajo del
objeto medidos en unidades de tiempo, longitud, área,
volumen, etc.

Elaboración límite:
Elaboración del objeto hasta el desarrollo de la cual, el
fabricante garantiza y asegura el trabajo del mismo, siempre que
el usuario observe las reglas de explotación,
conservación y transportación.

Plazo de servicio: Duración calendariada
de la explotación del objeto, desde su inicio o
después de una reparación capital, hasta que
aparezca el estado límite.

Plazo de servicio Gamma – porciento:
Duración calendariada de la explotación del objeto
durante la cual, éste no alcanza el estado límite
con una probabilidad Gamma – porciento.

(( El conocimiento de los conceptos, definiciones, e
indicadores fundamentales de fiabilidad, aseguran la
selección objetiva de los criterios, a través de
los cuales ésta puede ser evaluada.((

Condición límite: Es aquella para
la cual, la máquina o elemento dado no se puede seguir
explotando como consecuencia de que sea probable un accidente,
y/o porque explotar el objeto posteriormente deja de ser
económico, el objeto deja de realizar sus funciones con la
calidad requerida, etc.

De acuerdo a las características del trabajo que
realizan todas las piezas de tractores y máquinas
agrícolas, las mismas pueden ser divididas en dos grupos
independientes el uno del otro.

Primero. Piezas que poseen su indicador propio de fallo,
en este caso, el valor límite de la magnitud del desgaste
((pr) el que al ser alcanzado, puede originar averías o
roturas de la propia pieza.

Segundo. Piezas que conforman uniones cuyo estado
límite se acompaña de la magnitud límite de
la holgura (Spr), la que al ser superada, trae como consecuencia
pérdidas en la capacidad de trabajo de la máquina
en conjunto o en algunos de sus mecanismos, como consecuencia de
la alteración de cualquier característica
técnica o económica.

El desgaste o holgura límite es aquel para el
cual, aparece el estado límite de las piezas o uniones y
su posterior explotación debe ser prohibida para evitar
accidentes o roturas de avería, así como porque
producto de estos, los indicadores técnico –
económicos de explotación del objeto se alteran
considerablemente.

( La determinación del estado límite
del objeto es una tarea realmente compleja, debido a que para
cada pieza o elemento de máquina se establecen exigencias
diferentes y además, las metódicas establecidas
actualmente para ello no están del todo
desarrolladas.*

En la práctica, para cada caso concreto es
necesario evaluar… ¿Puede o no la pieza desgastada
desarrollar sus funciones, o es necesario sustituirla
?…

Los errores cometidos al evaluar o determinar el estado
límite, y como consecuencia el recurso de trabajo, trae
como consecuencia un aumento de los períodos inactivos de
la máquina y un aumento en los gastos de
reparación.

Para determinar este estado se utilizan los siguientes
criterios:

• ? Criterios técnicos;

• ? criterios tecnológicos;

• ? criterios económicos.

Siendo generalmente aplicable solo uno de ellos de
acuerdo a la pieza que se analiza.

1.2. Factores que determinan la fiabilidad de un
objeto.

Cualquier máquina durante su explotación,
conservación y transportación, está sometida
a la acción de factores externos e internos que conducen a
la pérdida de sus características y
parámetros iniciales.

No obstante, estos factores se encuentran estrechamente
ínter relacionados unos con otros y actúan sobre el
objeto en conjunto y nunca de manera aislada, por ello, cualquier
clasificación que de los mismos se haga, será solo
una aproximación.

Las causas fundamentales por las cuales se reduce
paulatinamente la capacidad de trabajo y las
características iniciales de trabajo de una
máquina, se pueden resumir en lo siguiente:

• Variación de las condiciones de
  explotación;

• desarrollo de las operaciones de mantenimiento y
  reparación fuera de tiempo y sin la calidad
  requerida.

La explotación de la máquina en
condiciones para las cuales no ha sido concebida, trae por
resultado la flexión y torsión de sus piezas,
porosidad en la superficie de estas, grietas, roturas,
etc.

Además, al trabajar la pieza o nudo
mecánico aparecen diferentes tipos de energías, por
ejemplo la mecánica, que se manifiesta en forma de cargas
estáticas y dinámicas, se redistribuyen las
tensiones internas, cambia el volumen de las piezas,
etc.

La energía térmica, por su parte,
actúa sobre las piezas cuando durante el funcionamiento de
las mismas aparecen variaciones significativas de este
parámetro.

Si el medio es agresivo, entonces gran
significación adquieren los efectos desencadenados por los
procesos químicos.

Sin embargo, todos los procesos que ocurren en una
máquina se pueden considerar como:

Reversibles- Los que poseen un carácter temporal
y transitorio tales como deformaciones
plásticas.

Irreversibles- Son aquellos que de manera irreversible
empeoran las características técnicas del
objeto.

( Cualquier desviación fuera de lo normal de
las características iniciales de trabajo, indica la
ocurrencia de uno u otro defecto*.

Las causas que originan el surgimiento de los defectos o
fallas, están relacionadas con la ocurrencia de procesos
físicos y físico- químicos que ocurren en
los materiales en distintos momentos de su
explotación.

En este sentido, las que ocurren en las máquinas
pueden ser:

• Paulatinas;

• repentinas.

Las fallas paulatinas reflejan las leyes de la
variación característica de los indicadores de
fiabilidad y están relacionadas generalmente con los
procesos que rigen el desgaste natural de las piezas producto del
diseño, explotación, operaciones de mantenimiento
técnico y reparación, etc.

Las fallas repentinas por su parte, representan una
variación casual de los indicadores de fiabilidad y son
consecuencia de sobrecargas inesperadas, embotamientos de
órganos de trabajo, etc.

El tipo de defecto más difundido en las
diferentes piezas y elementos de máquinas es el DESGASTE,
que por regla general es inevitable y conduce a la
destrucción de las piezas cuando no se observan las
condiciones de explotación y no se ejecutan con calidad y
a su debido tiempo las operaciones de mantenimiento
técnico y reparación. Cuando se conservan las
reglas de explotación, el desgaste se manifiesta
generalmente de manera paulatina en relación directa con
el tiempo de explotación.

Los datos estadísticos demuestran, que alrededor
del 80% y más de las piezas que salen de
explotación, lo hacen como consecuencia del
desgaste.

El desgaste por tanto, es el proceso paulatino de
variación de las dimensiones de un cuerpo como
consecuencia de la fricción fundamentalmente, aunque sobre
este indicador puede actuar además la corrosión y
otros factores.

El desgaste se acompaña de factores externos
tales como: Tipo de fricción, velocidad relativa de
deslizamiento, magnitud y carácter de las presiones sobre
las superficies, tipo de lubricación, etc, así como
de factores internos tales como: Propiedades de los materiales,
límite de fluidez, dureza, resistencia térmica y
mecánica, etc.

CAPÍTULO II

Indicadores de
fiabilidad

Las características cuantitativas de una o varias
propiedades que conforman la fiabilidad de un objeto, indican en
qué magnitud el objeto dado responden a las
características para las cuales ha sido concebido y por
tanto, responde a los indicadores establecidos de
fiabilidad.

Para determinar cuantitativamente los indicadores, se
pueden utilizar métodos teóricos, o métodos
aproximados (estadísticos), en los que la exactitud de las
ecuaciones depende de la cantidad de información acumulada
acerca de las exigencias establecidas para el objeto.

Los indicadores de fiabilidad pueden poseer o no
dimensiones y para evaluarlos, se utilizan indicadores simples o
complejos.

2.1 Indicadores simples de fiabilidad.

En la tabla 2 pueden apreciarse los índices
simples de fiabilidad, caracterizados por los diferentes autores
con la nomenclatura más usual.

Tabla 2. Índices simples de fiabilidad

2.1.1 Indicadores de operatividad.

Elaboración media hasta el fallo () Esperanza
matemática. (Valor promedio) de elaboración hasta
el primer fallo.

Frecuencia de fallos: Para los objetos
recuperables, en los cuales es probable el surgimiento de
reiterados fallos, la elaboración al fallo es una magnitud
casual. En este caso, el elemento que falla se sustituye por uno
apto y se recupera la capacidad de trabajo del objeto, es decir,
se observa una frecuencia de fallos y de
recuperación.

La frecuencia de fallos se caracteriza por dos
magnitudes:

Sobre la base de la fórmula anterior, se define
que el parámetro de frecuencia de fallos es el
número medio de estos en los objetos recuperables por
unidad de tiempo, tomada suficientemente pequeña
().

Elaboración hasta el fallo (T):
Representa el valor medio de elaboración de los objetos
recuperables entre fallas, e indica qué elaboración
promedio corresponde a cada fallo. Se expresa (en horas, moto
horas, km recorridos, etc.)

2.1.2 Indicadores de durabilidad.

El recurso medio. (Plazo de servicio): Es la esperanza
matemática del recurso (Plazo de servicio) y se determina
como resultado del procesamiento de la información sobre
los fallos de recurso obtenidos directamente de las zonas
concretas de explotación de la técnica y de las
condiciones de explotación.

El recurso predefinido o determinado: Es la
elaboración total del objeto que al ser alcanzada, debe
conducir a la detención de su posterior
explotación, independientemente de su estado
técnico. Este recurso generalmente se prefija atendiendo a
aspectos económicos y de seguridad del trabajo. Ejemplo,
para los motores de aviación.

Recurso medio (plazo de servicio) hasta la
reparación (Top): Recurso medio o (plazo de servicio),
desde el inicio de la explotación del objeto hasta su
primera reparación. En la actualidad, el recurso medio de
trabajo hasta la reparación de las máquinas
agrícolas y sus agregados alcanzan 5 – 6 mil moto
horas de trabajo. Por ello, máquinas independientes pueden
sobrepasar hasta en dos veces este indicador y no es recomendable
entonces estudiar hasta el fallo el conjunto de máquinas
seleccionadas para estudio. Para ello se utiliza entonces el
Ganma porciento recurso.

Recurso medio (plazo de servicio) entre reparaciones
(Tmp): Recurso medio o (plazo de servicio) entre
reparaciones.

Recurso medio (plazo de servicio) hasta la baja (Tcr):
Recurso medio o (plazo de servicio) del objeto desde el inicio de
la explotación hasta su baja, donde se alcanza su estado
limite.

Recurso Ganma – Porciento: Elaboración en
el transcurso de la cual, el objeto no alcanza su estado limite
con una determinada probabilidad () porciento.

El sentido físico de este indicador consiste, en
que se estudian solo el 10 – 20% de las máquinas a
evaluar y con ello el (%) representa el 80 –
90%.

Este es el indicador fundamental de durabilidad, sobre
cuya base se introducen en explotación las máquinas
nuevas o recién reparadas y representa la frontera
mínima de la dispersión de los datos. Se calcula
como:

Indicadores de reparabilidad y conservabilidad: Es la
mayor o menor facilidad con que a un objeto se le pueden ejecutar
operaciones de asistencia técnica o reparación, y
lograr que durante el tiempo conserven sus indicadores
técnico explotativos entre límites permisibles.
.

Tiempo medio de recuperación: Esperanza
matemática del tiempo de recuperación de la
capacidad de trabajo. Si existen datos estadísticos acerca
de la durabilidad de la recuperación para objetos
recuperables, el tiempo medio de recuperación se determina
como:

2.2 Índices complejos de
fiabilidad.

Coeficiente de disponibilidad (Kd):
Probabilidad de que el artículo esté apto para el
uso en un momento arbitrariamente escogido, excepto en los
períodos establecidos de mantenimiento técnico, en
los que la utilización del artículo no se
prevé.

Coeficiente de utilización técnica
(Kut): Relación entre el valor esperado del
tiempo en que el artículo mantiene su estado de capacidad
de trabajo y la suma de este tiempo y el de todas las paradas
debido al mantenimiento y la reparación, durante un
período cualquiera de utilización.

Coeficiente de disponibilidad operativa (Kdo):
Probabilidad de que el artículo, encontrándose en
régimen de espera, resulte apto para el trabajo en un
momento arbitrario y que comenzando desde ese instante, trabaje
sin fallo durante un intervalo dado de tiempo.

CAPÍTULO III.

Leyes de
distribución

Los indicadores de fiabilidad en los tractores,
máquinas agrícolas y sus elementos, se determinan
como resultado de sus pruebas y observaciones desarrolladas a un
grupo de máquinas del mismo tipo, o a piezas
correspondientes a estas en condiciones normales de
explotación.

Los valores obtenidos como indicadores independientes de
fiabilidad, frecuentemente son extrapolados a la máquina
en su conjunto y como resultado, se evalúa entonces la
fiabilidad de la máquina en conjunto, pudiéndose
tomar de esta forma las medidas necesarias encaminadas a aumentar
la calidad de elaboración y reparación de
estas.

El hecho de poder extrapolar esta información
desde un grupo de máquinas hasta otro, se puede lograr
solo en caso de que el muestreo sea masivo y de que la
información inicial sea realmente confiable, por ello, los
resultados de las pruebas de máquinas para estudios de
fiabilidad dependen de muchos factores, entre otros:
Calificación de los operadores y observadores, las
particularidades climatológicas y de los suelos donde se
desarrolla la experimentación, limpieza y calidad de los
materiales de explotación, calidad de las piezas de
repuestos, etc.

Todo esto trae consigo la necesidad de introducir
correctores a la hora de determinar los indicadores de fiabilidad
en un grupo de máquinas, según la
información inicial que se disponga.

En este sentido, las leyes teóricas de
distribución representan el carácter general de
variación de los indicadores de fiabilidad y excluyen las
desviaciones particulares relacionadas con las inexactitudes de
la toma de información inicial. A este proceso de
comparación se le denomina en la teoría de la
fiabilidad, proceso de comparación de la
información estadística.

En la teoría de la fiabilidad, para comparar esa
información se emplean una gran cantidad de leyes de
distribución que se pueden resumir en:

• Ley de distribución Normal o de
  Gauss.

• Ley logarítmica- normal.

• Ley exponencial.

• Ley binominal.

• Ley de distribución Gamma.

• Ley de distribución de Puasson.

• Ley de distribución Relé.

• Ley de distribución de Weibull.

• Ley de distribución T- Student y
  otras.

Cada una de las cuales posee su propio campo de uso, sus
parámetros y ecuaciones de cálculo, así como
sus tablas de valores previamente elaboradas.

Sin embargo, se ha demostrado que para las condiciones
concretas de la producción agropecuaria, las leyes que en
mayor medida se ajustan a la información disponible son
las leyes de distribución Normal y la ley de
distribución de Weibull- Gnedenko.

3.1 La ley de distribución
Normal.

Con relación a la ley de distribución
Normal, como modelo matemático sirven las siguientes
condiciones:

1. El fenómeno u objeto de investigación
está representado como la acción de la suma de una
cantidad considerable de diferentes fuentes aleatorias
independientes entre ellas o poco dependientes.

2. La varianza y el valor esperado de las diferentes
fuentes, poco se diferencian unas de otras así como de la
suma de todas ellas.

Por estas razones, la ley de distribución Normal
encuentra una amplia utilización en la solución de
distintos problemas ingenieriles y económicos. Utilizada
en la teoría matemática de la fiabilidad, esta ley
describe muy bien los fallos progresivos de los artículos
originados por la salida de explotación de diferentes
elementos del mismo. La expresión de su función de
densidad probabilística es:

3.2 La ley de distribución de
Weibull.

Weibull, investigador sueco, propuso la
distribución que lleva su nombre en 1939. Esta
distribución es ampliamente utilizada por su gran
flexibilidad, y puede ajustarse a una gran variedad de datos
disponibles de funcionamiento y de vida útil de los
artículos incluyendo los de destinación
agropecuaria.

Describe muy bien los fallos progresivos de los
artículos originados por el envejecimiento del
material.

La distribución de Weibull es una familia de
distribuciones cuya función general es: