Diseño de un modelo de mantenimiento centrado en confiabilidad

Transcripción

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Decanato de Estudios de Postgrado
Especialización en Diseño y Mantenimiento Industrial
DISEÑO DE UN MODELO DE MANTENIMIENTO CENTRADO EN
CONFIABILIDAD PARA UNA UNIDAD TRANSFORECTIFICADORA DE
COMPLEJO I
Trabajo Especial de Grado presentado a la Universidad Simón Bolívar por:
David Fernando Larreal
Como requisito parcial para optar al título de
Especialista en Diseño y Mantenimiento Industrial
Realizado con la tutoría de:
Prof. Miguel Strefezza
Ing. Alirio Giménez
Julio, 2007
i
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Decanato de Estudios de Postgrado
Especialización en Diseño y Mantenimiento Industrial
DISEÑO DE UN MODELO DE MANTENIMIENTO CENTRADO EN
CONFIABILIDAD PARA UNA UNIDAD TRANSFORECTIFICADORA DE
COMPLEJO I
Este Trabajo Especial de Grado ha sido aprobado en nombre de la Universidad Simón Bolívar
por el siguiente jurado examinador:
25 de julio de 2007
ii
DEDICATORIA
A Dios Todopoderoso.
iii
AGRADECIMIENTOS
Al Profesor Miguel Strefezza, por la ayuda y asesoría en la realización de este trabajo.
Al Ing. Alirio Giménez por su desinteresada y valiosa asesoría.
A la Universidad Simón Bolívar, ilustre casa de estudios.
A todos los profesores que durante mis estudios de postgrado me enseñaron a creer en el
compañerismo.
A todas las personas que de alguna manera contribuyeron a la realización de este trabajo.
A mis compañeros de clase, especialmente a Jesús A. García, Claudio Napoli, Edmundo
Rodríguez y Hernando Avila por su desinteresada colaboración en la realización de este
trabajo
iv
RESUMEN
La subestación Complejo I es la encargada de suministrar corriente directa a las líneas de
celdas I y II de reducción electrolítica, y corriente alterna a los sistemas auxiliares de planta a
13.8 kV, tiene mas de 28 años en funcionamiento continuo, esta subestación posee 12
transforectificadores para suplir la corriente directa requerida por las líneas de celdas,
asociadas a estos equipos, y 3 transformadores de relación 115 kV/13.8 kV para servicios
auxiliares de planta. El objetivo de este estudio es el diseño de un modelo el mantenimiento
centrado en confiabilidad para las unidades transforectificadoras, los cuales son equipos con
una alta confiabilidad a lo largo de todo estos años y que actualmente están cercanos a cumplir
su vida útil promedio esperada. Se espera con este estudio aumentar la confiabilidad y la
disponibilidad de las unidades transforectificadoras y por ende aumentar su esperanza de vida
útil, con lo cual se garantizará uno de los principales insumos para la obtención del aluminio
primario. El análisis de criticidad y la aplicación del estudio AMEF serán la base para
desarrollar el modelo de mantenimiento centrado en confiabilidad que será aplicado a los
transformadores de la subestación Complejo I
Palabras claves: Transforectificador, mantenimiento, modelo, confiabilidad, corriente
v
ÍNDICE GENERAL
APROBACION DEL JURADO .................................................................................................i
DEDICATORIA .........................................................................................................................ii
AGRADECIMIENTOS.............................................................................................................iii
RESUMEN .................................................................................................................................iv
ÍNDICE GENERAL ...................................................................................................................v
ÍNDICE DE TABLAS ..............................................................................................................vii
ÍNDICE DE FIGURAS ...........................................................................................................viii
LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS .......................................................................ix
INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................1
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES............................................................................................4
1.1 Antecedentes..........................................................................................................................4
1.2 Área de Alto Voltaje..............................................................................................................4
1.3 Descripción del transforectificador .......................................................................................6
1.4 Justificación ...........................................................................................................................6
1.5 Planteamiento del problema ..................................................................................................7
1.6 Objetivo general ....................................................................................................................8
1.7 Objetivos específicos.............................................................................................................8
1.8 Metodología...........................................................................................................................9
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO ....................................................................................10
2.1 Origen del mantenimiento ...................................................................................................10
2.2 El mantenimiento, la disponibilidad, la mantenibilidad y la confiabilidad ........................11
2.3 Sistemas de Mantenimiento.................................................................................................17
2.4 Tipos de mantenimiento según C.V.G Venalum.................................................................19
2.5 Mantenimiento centrado en confiabilidad ...........................................................................21
2.6 Análisis de modos y efectos de fallas..................................................................................25
2.7 Ventajas del análisis de modos y efectos de fallas ..............................................................26
2.8 Modos de fallas....................................................................................................................27
vi
CAPITULO III. ANÁLISIS DE DATOS .............................................................................32
3.1
Subestación Complejo I....................................................................................................32
3.2
Cuantificación de las fallas...............................................................................................34
3.3
Análisis de fallas de la unidad transforectificadora a estudiar ........................................37
3.4
Análisis de criticidad ........................................................................................................38
3.5
El subsistema enfriamiento por agua del transforectificador 24 ......................................44
3.5.1 Características técnicas del subsistema de enfriamiento ..................................................44
3.5.2 Descripción de los componentes principales....................................................................44
3.6
Aplicación del AMEF al subsistema de enfriamiento por agua .......................................46
3.7
Descripción del modelo de mantenimiento centrado en confiabilidad.............................48
CAPITULO IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................57
4.1
Conclusiones.....................................................................................................................57
4.2
Recomendaciones .............................................................................................................58
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................................59
vii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2.1 Diferentes disponibilidades ..........................................................................16
Tabla 2.2 Criterios de evaluación de la ocurrencia para un AMEF..............................28
Tabla 2.3 Criterios de severidad para un AMEF ..........................................................29
Tabla 2.4 Criterios para estudiar la detección en un sistema........................................30
Tabla 3.1 Código según SIMA de los transforectificadores.........................................33
Tabla 3.2 Subsistemas asociados al transforectificador 11 ..........................................34
Tabla 3.3 Paradas de transforectificadores año 2005 ...................................................34
Tabla 3.4 Paradas de transforectificadores año 2006 ...................................................36
Tabla 3.5 Número de paradas por subsistemas de TR-24 años 2005 y 2006 ................38
Tabla 3.6 Parámetros evaluados en la criticidad de los transforectificadores ..............41
Tabla 3.7 Guía de criticidad para los transforectificadores ..........................................42
Tabla 3.8 Valores de criticidad obtenidos ....................................................................43
Tabla 3.9 Límites de tolerancia para los IPR................................................................47
Tabla 3.10 Tabla modelo para el AMEF ........................................................................50
Tabla 3.11 AMEF del sistema de enfriamiento del transforectificador 24.....................51
viii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Diagrama unifilar de corriente de CVG Venalum .........................................5
Figura 1.2 Bahía de un transforectificador ......................................................................7
Figura 2.1 Evolución del mantenimiento.......................................................................12
Figura 2.2 Descripción del funcionamiento del equipo en el tiempo ............................17
Figura 2.3 Esquema de un sistema de mantenimiento según Jhon Moubray ................18
Figura 2.4 Estrategia típica del mantenimiento industrial .............................................20
Figura 2.5 Elementos de la confiabilidad operacional...................................................24
Figura 3.1 Parada de transforectificadores en los años 2005 y 2006.............................36
Figura 3.2 Pareto para las paradas del transforectificador 24, años 2005 y 2006 ........37
Figura 3.3 Valores de criticidad para los subsistemas del transforectificador 24 .........43
Figura 3.4 Esquema funcional del subsistema de enfriamiento por agua......................46
Figura 3.5 Porcentaje de IPR del subsistema de enfriamiento por agua .......................47
Figura 3.6 MCC para los transforectificadores..............................................................52
ix
LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS
A
Amperios
AC
Corriente alterna
AFNOR
Association Française de Normalization
AMEF
Análisis de modo y efecto de falla
Bs
Bolívares
D
Detección
DC
Corriente directa
Hz
Hertz
HP
Horse power
kW
Kilovatios
kV
Kilovoltios
MCC
Mantenimiento centrado en confiabilidad
V
Voltios
O
Ocurrencia
S
Severidad
IPR
Índice de probabilidad de riesgo
TEF
Tiempo entre fallas
TFS
Tiempo fuera de servicio
TMEF
Tiempo medio entre fallas
TMPR
Tiempo medio para reparar
TO
Tiempo operativo del equipo
TPFS
Tiempo promedio fuera de servicio
TPR
Tiempo promedio para reparar
INTRODUCCIÓN
La competencia mundial por los mercados de bienes y servicios es cada vez mayor, el
negocio del aluminio no escapa de esa tendencia, por lo tanto es importante reducir los costos
asociados a la producción de aluminio.
Una de las competencias más importantes que tienen las empresas manufactureras, y
en especial las empresas del sector aluminio, es el mantenimiento. Los costos de
mantenimiento para CVG Venalum, aun cuando no están bien definidos, representan un
porcentaje significativo del costo total de producción de aluminio, el resto de los costos está
asociado en general, a personal, alúmina y electricidad.
El alto porcentaje que representan los costos de mantenimiento y la variabilidad de los
precios del aluminio en el mercado, ha traído como consecuencia la necesidad de implementar
metodologías para hacer el mantenimiento industrial más confiable y efectivo, y por supuesto
mas económico a fin de incrementar la rentabilidad de la empresa.
CVG Venalum, es una empresa cuya función principal es producir y comercializar
aluminio primario en diversas formas, para fines de exportación (43 %) y consumo local (57
%). CVG Venalum fue fundada el 29 de agosto de 1973. Desde su inauguración 10 de Junio
de 1978, es la mayor reductora de aluminio de América Latina, con una capacidad instalada de
430.000 toneladas de aluminio al año, sus productos tienen un promedios de pureza del 99, 8
por ciento. Carbón, Reducción y Colada, son sus principales áreas operativas.
CVG Venalum está ubicada geográficamente sobre el margen norte del río Orinoco,
actualmente, es una empresa de capital mixto, con 80 por ciento del capital en manos del
estado venezolano, y un 20 por ciento de capital extranjero, suscrito por el consorcio japonés
integrado por Showa Denko K.K., Kobe Steel Ltd., Sumítomo Chemical Company Ltd.,
Mitsubishi Aluminum Company Ltd., y Marubeni Corporation.
2
La obtención del aluminio se realiza mediante un proceso de reducción electrolítica
llamado proceso Hall-Heroult, el cual es intensivo en energía eléctrica, siendo este insumo,
el
de mayor
importancia dentro de este proceso electro químico.
producción de la planta industrial, existen tres
En
el proceso de
(03) áreas de gran importancia
que
desempeñan un papel fundamental en el funcionamiento de la misma, las cuales son:
¾ El área de reducción, donde se lleva a cabo el proceso de reducción electrolítica,
que hace posible la transformación de la alúmina en aluminio, mediante el proceso
de electrólisis. El área de reducción esta compuesta por los Complejos I, II y V
Línea, sumando entre todas 920 celdas, 720 celdas de tecnología Reynolds y 180
celdas de tecnología Hidroaluminium. Adicionalmente existen cinco celdas
experimentales V-350, un proyecto desarrollado por ingenieros
venezolanos al
servicio de la empresa. El funcionamiento de las celdas electrolíticas, así como la
regulación y distribución del flujo de corriente eléctrica, son supervisados por un
sistema computarizado que ejerce control sobre el voltaje, la rotura de costra, la
alimentación de alúmina y el estado general de las celdas.
¾ En el área de colada, con el aluminio líquido obtenido y trasegado en las salas de
celdas, se elaboran los productos terminados. El aluminio se vierte en hornos de
retención y se le agregan, si es requerido por los clientes, los aleantes que necesitan
algunos productos. Cada horno de retención determina la colada de una forma
específica: Lingotes de 10 kg, con capacidad nominal de 20.100 toneladas/año,
lingotes de 22 kg con capacidad de 250.000 toneladas/año, lingotes de 680 kg con
capacidad de 100.000 toneladas/año, cilindros con capacidad para 85.000
toneladas/año y metal líquido. Concluido este proceso, el aluminio esta listo para la
venta a los mercados nacionales e internacionales.
¾ En la planta de carbón y sus instalaciones se fabrican los ánodos o polo positivo de
la celda, que hacen posible el proceso electrolítico. En el área de molienda y
compactación se construyen los bloques de ánodos verdes, a partir del coque de
petróleo, alquitrán y remanentes de ánodos consumidos. Los ánodos son colocados
en hornos de cocción, con la finalidad de mejorar su dureza y conductividad
eléctrica. Luego, el ánodo es acoplado a una varilla conductora de electricidad en la
3
sala de envarillado. La planta de pasta catódica produce la mezcla de alquitrán y
antracita que sirve para revestir las celdas, que una vez cumplida su vida útil, se
limpian, se reparan y reacondicionan con bloques de cátodos y pasta catódica.
CVG Venalum recibe energía eléctrica de la subestación eléctrica Guayana B, la cual
a su vez es alimentada desde los complejos hidroeléctricos de Gurí y Macagua, garantizando
así el suministro de 850 megavatios de energía eléctrica a CVG Venalum para su consumo.
Esta energía eléctrica es distribuida a través de cuatro (04) líneas a 115 kV, que llegan a tres
(03) subestaciones eléctricas principales, que se enlazan entre sí a través de dos juegos de
barras (Norte y Sur), denominadas Este o Complejo I, Oeste o Complejo II, y subestación V
Línea, siendo esta última inaugurada en el año 1988 y las dos (2) primeras funcionando
continuamente desde 1978. Las subestaciones eléctricas Complejo I y Complejo II están
asociadas a dos (2) líneas de celdas cada una y la subestación V Línea solo a una. Cada línea
tiene seis (06) unidades transforectificadoras, las cuales suministran la energía eléctrica
utilizada durante el proceso de reducción de aluminio. Para el resto del proceso productivo, la
energía eléctrica requerida es suministrada por cinco transformadores auxiliares 115 kV/13,8
kV, de 33 MVA cada uno.
Aún cuando los transforectificadores son equipos altamente confiables, y lo han sido
por más de 28 años, este trabajo surge de la necesidad de aplicarle una metodología centrada
en confiabilidad a un equipo crítico de planta. Los transforectificadores, por su naturaleza, son
considerados equipos críticos en la producción de aluminio primario.
Este trabajo se divide en cuatro capítulos, en el capítulo I se describe la historia de
CVG Venalum, los antecedentes, el área a estudiar. En el capítulo II se presentan los
fundamentos teóricos y algunas definiciones esenciales para la mayor comprensión del
desarrollo del trabajo. En el capítulo III se analizan los datos de las paradas de los
transforectificadores y se desarrolla el modelo de mantenimiento centrado en confiabilidad; y
por último en el capítulo IV se presentan las conclusiones y recomendaciones pertinentes al
estudio realizado.
CAPÍTULO I
ANTECEDENTES
En este capítulo se describe brevemente la historia de CVG Venalum, el área de alto
voltaje especialmente a los transforectificadores, se describen los objetivos generales y
específicos a cubrir con el estudio de mantenimiento centrado en confiabilidad.
1.1 Antecedentes
CVG Venalum fue inaugurada oficialmente el 10 de Junio de 1978; tiene una
capacidad instalada de producción de aluminio de 430.000 TM, para cumplir con dicha
producción posee tres (03) subestaciones eléctricas a 115 kV, Complejo I, II y V Línea.
Actualmente los transforectificadores instalados en las subestaciones Complejo I y
Complejo II, tienen más de 28 años de servicio continuo en planta. Por lo que están cerca de
cumplir su ciclo de vida, estimado por el fabricante en 32.5 años, a carga nominal.
Siendo la electricidad uno de los principales insumos en la producción de aluminio, es
importante garantizar el suministro en cantidad, calidad y oportunidad a las líneas de celdas de
reducción, de allí la importancia de ejecutar el mantenimiento adecuado a estas unidades, lo
cual ha sido clave en todos estos años.
1.2 Área de alto voltaje
Esta área está conformada por tres subestaciones a 115 kV, cada una suministra
energía eléctrica a los diferentes sectores de la planta. Estas subestaciones están asociadas de
manera respectiva a cada uno de los Complejos (I, II y III). Ellas reciben el potencial eléctrico
de la empresa C.V.G. EDELCA, desde la subestación reductora Guayana B.
5
Cada subestación consta de un juego de barras que se identifican como Barra Norte y
Barra Sur. Desde estas barras los transforectificadores
ubicados en los patios de las
subestaciones, reciben una alimentación en el orden de los 115 kV de corriente alterna, que
posteriormente son llevados a otros niveles requerido y además, convertidos a valores de
corriente directa (DC). La figura 1.1 muestra el diagrama unifilar de corriente de CVG
Venalum.
Figura1.1. Diagrama unifilar de corriente de CVG Venalum.
El área de alto voltaje de CVG Venalum, está constituida administrativamente por los
departamentos Mantenimiento Alto Voltaje y Operaciones Alto Voltaje. Estos departamentos
son los responsables de las operaciones y mantenimiento de los equipos de alta tensión que
conforman a las subestaciones
(Complejo I, II y III), en especial de las unidades
transforectificadoras.
Estos departamentos se encuentran adscritos a la Gerencia de Mantenimiento
Industrial, la cual es una unidad lineal de servicios a las áreas de producción, adscrita a la
Gerencia General de Planta. Su misión es garantizar los planes de mantenimiento y servicios
de ingeniería, instrumentación, talleres e industriales en concordancia con los parámetros de
6
calidad, rentabilidad y oportunidad, de acuerdo a los requerimientos de las áreas de
producción, mediante una gestión integral y mejoramiento continuo de sus procesos,
condiciones de trabajo y medio ambiente.
1.3 Descripción del transforectificador
Los transforectificadores son los equipos encargados de suministrar corriente directa a
las celdas electrolíticas para producir aluminio primario. El transforectificador o unidad
transforectificadora está constituido por:
¾ Transformador Regulador: encargado de convertir la energía eléctrica de 115 kv a
48,73 kV.
¾ Transformador Convertidor: encargado de convertir la energía eléctrica de 48,73 kV
a 704 V, sistema trifásico estrella – doble delta.
¾ Rectificador: Es la unidad encargada de convertir la corriente alterna en corriente
continua.
En la figura 1.2 se observa una configuración clásica de la bahía de un
transforectificador, que incluye además a los seccionadores AC, interruptor en gas SF6 y
seccionadores DC.
1.4 Justificación
El suministro de corriente directa a las líneas de celdas es uno de los principales
insumos para la producción de aluminio primario, por esta razón el mantenimiento aplicado a
los transforectificadores debe ser cada vez de mejor calidad, utilizando las herramientas y
técnicas de mantenimiento, que optimicen la confiabilidad de los equipos, de esa manera la
producción de aluminio presupuestada será obtenida. En otras palabras, el análisis reflejado en
el trabajo final de la Especialización en Diseño y Mantenimiento Industrial contribuirá a
minimizar las fallas de los equipos, y a identificar los equipos críticos, esto ayudará en el
cumplimiento de los planes de producción.
7
1.5 Planteamiento del problema
Un modelo de mantenimiento se puede realizar a través del análisis del número de
paradas, ya sea por fallas o programadas de las unidades transforectificadoras, para establecer
las causas de la indisponibilidad del equipo, de esa manera proponer estrategias de
mantenimiento basado en los indicadores de confiabilidad de los equipos, es decir, aumentar el
tiempo promedio entre fallas y disminuir el tiempo promedio para reparación, por último, y no
menos importante, cumplir con las metas de suministro de corriente DC en calidad, cantidad y
oportunidad para poder reducir la alúmina en aluminio líquido.
Barras AC
Seccionador AC
Interruptor en Gas SF6
Transformador Convertidor
Transformador Regulador
Rectificador a Diodos
Seccionadores DC
Barras DC - Línea de Celdas
Fig.1.2 Bahía de un transforectificador
8
El funcionamiento correcto de los transforectificadores de línea 1 o línea 2 de
rectificadores, debe garantizar el suministro de 163500 A, a la línea de celda asociada, para de
esa forma cumplir con el requerimiento de corriente del proceso electrolítico.
1.6 Objetivo general
Diseñar un modelo de mantenimiento centrado en confiabilidad a una unidad
transforectificadora de la subestación Complejo I.
1.7 Objetivos específicos
¾ Identificar cada uno de los equipos que componen un transforectificador de
subestación Complejo I.
¾ Seleccionar el transforectificador que presentó mayor ocurrencia de fallas
durante el año 2005 (validando la data).
¾ Elaborar un análisis de modos y efectos de fallas (AMEF) y de mantenimiento
centrado en confiabilidad (MCC) de los equipos que componen a la unidad
transforectificadora seleccionada para el estudio.
¾ Elaborar flujograma de actividades para el mantenimiento a los equipos más
críticos del sistema.
¾ Elaborar un análisis de los repuestos críticos para la planeación y control de
los mismos.
1.8 Metodología
Para el desarrollo de este trabajo se realizó el siguiente procedimiento, que persigue
el cumplimiento de los objetivos y al logro de resultados:
•
Búsqueda de información técnica.
•
Desarrollo del esquema funcional del sistema
9
•
Entrevista y recopilación de información con expertos en el área de alto
voltaje, tanto de operaciones como de mantenimiento.
•
Base de datos de fallas, tiempo de fallas, tiempo de reparación
•
Planes de mantenimiento rutinario, programado y preventivo
•
Planteamiento del modelo para las unidades transforectificadoras basado en
confiabilidad.
.
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
El objetivo del presente capítulo es plasmar algunos conceptos y definiciones que
harán más fácil la comprensión del trabajo a desarrollar.
2.1 Origen del Mantenimiento Industrial
Desde el mundo antiguo hasta el renacimiento no se puede hablar, durante este largo
período, de la existencia de reglamentos escritos o normas de mantenimiento [1]. Como
consecuencia del avance tecnológico durante la revolución industrial, surge la necesidad de
crear experticia en actividades de conservación debido a que la complejidad de las máquinas,
ahora de gran número de componentes individuales, era causa frecuente de paradas de la
producción.
Las actividades de mantenimiento solían denominarse actividades de
entretenimiento y eran realizadas generalmente por mecánicos de punto. La política de
mantenimiento practicada en aquellos tiempos era la de “Reparación por Avería”. Solo se
intervenían los equipos en caso de falla o falla inminente.
Con la evolución de la automatización y el aumento de complejidad de los sistemas,
surgió la necesidad de integrar el mantenimiento como un parámetro esencial en el diseño. En
los años cuarenta y siguientes, cobra vida la teoría de confiabilidad de sistemas integrados,
esbozada en su forma fundamental por Werner Von Braun en Alemania durante la Segunda
Guerra Mundial. Las herramientas asociadas a la confiabilidad permitieron el incremento
notable de la complejidad de los sistemas y de su autonomía. Posteriormente el mantenimiento
centrado en confiabilidad (MCC) fue desarrollado por la industria de la aviación civil en
Estados Unidos.
11
En 1971 el Instituto Japonés de Ingenieros de Planta, desarrolló el mantenimiento
productivo total (MPT) [2], que no es más que un enfoque gerencial para el mantenimiento
que se centra en la participación de todos los empleados de una organización en la mejora del
equipo.
Este método desarrollado por los japoneses, comenzó con la aplicación del
mantenimiento al estilo norteamericano y europeo y avanzando hasta la aplicación de los
conceptos de la administración de la calidad total y la manufactura justo a tiempo al campo del
mantenimiento de los equipos. En la década de 1980 se empezó a utilizar el benchmarking o
comparación por patrones de referencia, como enfoque gerencial hacia la mejora continua,
aunque sus raíces se remonta a los tiempos en que los artesanos ponían una marca permanente
en sus bancos de trabajo para asegurar que el avance de su trabajo se midiera contra un
estándar adecuado y consistente. El benchmarking actual tiene sus raíces en la administración
de la calidad total, la corporación Xerox fue la pionera en el benchmarking competitivo
Por último la reingeniería de procesos de mantenimiento sale del argumento de que
muchos procesos de los negocios son extremadamente complicados, ineficientes y cargados
con demasiadas actividades que no agregan valor y que su simple automatización con
soluciones de tecnología informática no mejoraría sustancialmente su desempeño. Proponía
volver a empezar con un nuevo proceso de negocio, directo y uniforme, que emprenda la
transacción más común con el mínimo número de pasos y que se concentre en agregar valor
para los clientes. En la figura 2.1, abajo, se observa la evolución histórica del mantenimiento
en la industria [1].
2.2 El mantenimiento, la disponibilidad, la mantenibilidad y la confiabilidad
El mantenimiento se define como la combinación de actividades mediante las cuales
un equipo o un sistema, se mantiene en, o se restablece a, un estado en el que puede realizar
las funciones designadas, no es una función "miscelánea", es un factor importante en la
calidad de los productos y puede ser utilizado como una estrategia para la competencia
exitosa, esto puede resumirse en: capacidad de producir con calidad, seguridad y rentabilidad.
12
Figura 2.1 Evolución del mantenimiento
Para que un sistema recupere la capacidad de realizar una función es necesario realizar
unas tareas especificadas, conocidas como tareas de mantenimiento. Las tareas de
recuperación más comunes son limpieza, ajuste, lubricación, pintura, calibración, substitución,
reparación, restauración, renovación, entre otros. Es importante tener información sobre las
características que definen la forma del perfil de funcionabilidad del sistema, ya que la razón
principal para la adquisición de cualquier sistema es la prestación satisfactoria de su función
esperada. Simplemente, un sistema es útil cuando, y sólo cuando, realiza la función exigida.
Cuando se analizan los objetivos de las tareas realizadas durante un proceso de
mantenimiento, es posible enumerarlos así:
a) Reducción del cambio de condición, con lo que se consigue un alargamiento de
la vida operativa del sistema. Ejemplos típicos son: Lavado, limpieza, pintura,
filtrado, ajuste, lubricación, calibración, etc.
13
b) Garantía
de la confiabilidad y seguridad exigidas, lo que reduce la
probabilidad de presencia de fallas. Las actividades más comunes de este tipo
son: Inspección, detección, exámenes, pruebas.
c) Consecución de una tasa óptima de consumo para elementos como combustible,
lubricantes, neumáticos, etc., lo que contribuye al costo-eficacia del proceso de
operación.
d) Recuperación de la funcionabilidad del sistema, una vez que se ha producido la
falla. Las actividades más frecuentemente realizadas para recuperar la
funcionabilidad son: Sustitución, reparación, restauración, renovación, etc.
Es necesario hacer hincapié en que se necesitan ciertos recursos para facilitar este
proceso. Como el fin principal de estos recursos es facilitar el proceso de mantenimiento, se
les designará con el nombre de recursos de mantenimiento. Los recursos necesarios para la
realización con éxito de toda tarea de mantenimiento pueden agruparse en las siguientes
categorías:
i)
Abastecimiento o aprovisionamiento: Es un nombre genérico que incluye el
suministro de todos los repuestos, insumos, consumibles, suministros especiales
y artículos de inventario necesarios para apoyar a los procesos de mantenimiento.
ii) Equipos de prueba y apoyo: Incluye todas las herramientas, equipos especiales de
vigilancia de la condición, equipos de comprobación, metrología y calibración,
bancos de prueba, y equipos auxiliares de servicio necesarios para apoyar a las
tareas de mantenimiento asociadas al elemento o sistema.
iii) Personal: Se incluye el necesario para la instalación, comprobación, manejo y
realización del mantenimiento del elemento o sistema y de los equipos necesarios
de prueba y apoyo. Debe considerarse la formación específica del personal
necesario para cada tarea de mantenimiento.
iv) Instalaciones: Incluye las instalaciones especiales precisas para la ejecución de las
tareas de mantenimiento. Deben considerarse las plantas industriales, edificios,
edificaciones portátiles, fosos de inspección, diques secos, refugios, talleres de
mantenimiento,
laboratorios
de
calibración
y
otras
instalaciones
para
14
reparaciones especiales y revisiones generales relacionadas con cada tarea de
mantenimiento.
v)
Datos
técnicos:
Procedimientos
de
comprobación,
instrucciones
de
mantenimiento, procedimientos de inspección y calibración, procedimientos de
revisiones generales, instrucciones de modificación, información sobre las
instalaciones, planos y especificaciones que son necesarios para realizar las
funciones de mantenimiento del sistema. Tales datos no sólo se refieren al
sistema, sino también al equipo de prueba y apoyo, transporte y manejo del
equipo, equipo de instrucción e instalaciones.
vi) Recursos informáticos: Comprende las computadoras y sus accesorios, programas
informáticos, bases de datos, etc., necesarios para realizar las funciones de
mantenimiento. Incluye tanto la vigilancia de la condición como el diagnóstico.
Desde el punto de vista de la capacidad para satisfacer las necesidades de acuerdo con
las especificaciones establecidas, todos los sistemas creados por el hombre pueden encontrarse
en uno de los dos posibles estados: Estado de funcionamiento y estado de fallo. Existe una
multitud de sistemas cuya funcionabilidad se puede recuperar, y se les denomina sistemas
reparables o recuperables. Así, cuando alguien dice que un sistema específico es reparable, se
entiende que después de haber fallado se puede recuperar su capacidad de realizar una función
especificada.
La disponibilidad es una función que permite calcular el porcentaje de tiempo total en
que se puede esperar que un equipo esté disponible para cumplir la función para la cual fue
destinado; la disponibilidad de un item no implica necesariamente que esté funcionando, sino
que se encuentra en condiciones de funcionar. Puede determinarse de distintas formas de
acuerdo al resultado que se desee mostrar, las más comunes son: Disponibilidad genérica: es
el valor mas conservador de la disponibilidad.
D≈
TMEF
TMEF + TMFS
Donde
D es igual a la disponibilidad
(1)
15
TEMF es igual a tiempo promedio entre fallas
TMFS es igual a tiempo promedio fuera de servicio.
Disponibilidad inherente o intrínseca: evalúa la disponibilidad propia del equipo o
sistema de equipos, el único factor ajeno al equipo que se toma en cuenta, es la capacidad y
organización de la cuadrilla de reparación.
D≈
TMEF
TMEF + TMPR
(2)
Donde
TEMF es igual a tiempo promedio entre fallas
TMFS es igual a tiempo promedio fuera de servicio
TMPR es igual a tiempo medio para reparar
Disponibilidad alcanzada: toma únicamente en cuentea los factores propios de la
organización de mantenimiento.
D≈
TMEM
TMEM + TMPM
(3)
TMEM es igual a tiempo promedio entre mantenimiento
TMPM es igual a tiempo promedio para mantener
Disponibilidad operacional: evalúa la disponibilidad propia del equipo o sistema de
equipos, el único factor ajeno al equipo que se toma en cuenta es la capacidad de trabajo y
organización de la cuadrilla de reparación
D≈
TMEM
TMEM + TMFS
Donde
(4)
16
TMEM es igual a tiempo promedio entre mantenimientos
TMFS es igual a tiempo promedio fuera de servicio
En la tabla 2.1 se pueden observar tres tipos de disponibilidades
Tabla 2.1 Diferentes disponibilidades
MODALIDAD DE
DISPONIBILIDAD
FACTORES DETERMINANTES
EXCLUSIONES
INHERENTE
DISEÑO DE LOS EQUIPOS
TIEMPO DE ALERTA.
TIEMPO DE PARADA POR MANT.
PREVENTIVO.
TIEMPO DE PARADAS POR RAZONES
ADMINISTRATIVAS.
ALCANZADA
DISEÑO DE LOS EQUIPOS.
ACCIONES PREVENTIVAS Y
CORRECTIVAS
TIEMPO DE APROVISIONAMIENTO
PARADAS ADMINISTRATIVAS
OPERACIONAL
CONDICIONES DEL AMBIENTE
OPERACIONAL, INCLUYENDO
TIEMPO DE ALERTA, Y PARADAS
ADMINISTRATIVAS
TODO INCLUIDO
La mantenibilidad es la característica inherente de un elemento o sistema, asociada a su
capacidad de ser recuperado para el servicio cuando se realiza la tarea de mantenimiento
necesaria según se especifica. Otro concepto aceptado de mantenibilidad, generalmente
descrita como M(t), es la probabilidad de que un equipo fallado retorne a servicio en un
intervalo de tiempo preestablecido [4].
Para el inicio del estudio de las fallas y de los tiempos asociados a cada uno de estos
eventos es aconsejable familiarizarse con la comprensión del tiempo de operación, tiempo
para reparar, tiempo entre fallas, tiempo fuera de servicio, entre otros.
En la figura 2.2 se puede observar los diferentes tipos de tiempos utilizados en los
análisis de mantenibilidad, confiabilidad y otros estudios asociados con la ingeniería de
mantenimiento.
El parámetro característico típico que forma parte de la definición de M(t), es el tiempo
medio para recuperar la función o para reparar (TMPR).
17
La confiabilidad puede ser definida como la probabilidad en que un equipo o sistema
de equipo realizará su función prevista sin incidentes por un período de tiempo especificado y
bajo condiciones indicadas, generalmente es descrita como R(t) [5]. El parámetro
característico típico que forma parte de su definición es el tiempo medio entre fallas (TMEF).
Figura 2.2 Descripción del funcionamiento del equipo o sistema de equipos en el
tiempo
2.3 Sistemas de mantenimiento
Un sistema de mantenimiento puede considerarse como un modelo sencillo de entradas
y salidas, en donde las entradas del modelo son el equipo, conocimientos sobre el equipo,
mano de obra, administración, herramientas, partes, piezas, etc., y la salida es un equipo
confiable y seguro para alcanzar las metas de operación planeadas de la planta.
En la actualidad, la bondad de estos sistemas permite utilizar eficientemente todos los
recursos presupuestados necesarios, permitiendo incrementar su salida como lo son,
producción y seguridad en la operación y con mínimo número de paradas. En la Figura 2.3, en
18
la siguiente página, se muestra un sistema de mantenimiento típico; se pueden observar las
actividades necesarias para hacer que un sistema pueda ser funcional.
El mantenimiento en la industria, generalmente se clasifica en cuatro tipos: Correctivo,
rutinario, preventivo y predictivo; dentro del mantenimiento preventivo se incluye el
mantenimiento sistemático. Entre sus definiciones más aceptadas se tiene las siguientes:
Mantenimiento correctivo: (según AFNOR X 60-010) Operación de mantenimiento
realizada después que la falla ocurre. La acción de mantenimiento es reactiva. El mantenedor
se inhibe de actuar y permanece pasivo hasta que la falla ocurre.
Mantenimiento rutinario: Son las tareas de conservación que se deben llevar a cabo
con una periodicidad fija, para prevenir condiciones inseguras o la detección de fallas
incipientes; se refieren básicamente a la actividad de inspección, ajuste, lubricación, limpieza
y pintura.
Mantenimiento preventivo: (según AFNOR X 60-010) Operación de mantenimiento
realizada con la intención de reducir la probabilidad de falla de un bien o la degradación de un
servicio. Los tipos de intervenciones preventivas son las siguientes:
Figura 2.3 Esquema de un sistema de mantenimiento según John Moubray
19
¾ Mantenimiento sistemático (programado ó basado en tiempo)
¾ Mantenimiento predictivo (condicional)
¾ Mantenimiento sistemático de ronda.
Mantenimiento predictivo: Actividad basada fundamentalmente en detectar una falla
antes de que suceda, para dar tiempo a corregirla sin perjuicios al servicio, ni detención de la
producción, sin detrimento de la seguridad y el medio ambiente. Para ello se usan
instrumentos de diagnóstico, aparatos y pruebas no destructivas, como análisis de lubricantes,
termografía, análisis de vibraciones, radiaciones penetrantes, etc. Las ventajas del
mantenimiento que se aplique según el esquema anterior produce beneficios cualitativos y
cuantitativos, que resumidos pueden ser:
•
Reduce los tiempos de parada.
•
Permite seguir la evolución de un defecto en el tiempo.
•
Optimiza la gestión del personal de mantenimiento.
•
La verificación del estado de la maquinaria, tanto realizada de forma periódica
como de forma accidental, permite confeccionar un archivo histórico de su
comportamiento.
•
Conocer con exactitud el tiempo límite de actuación que no implique el
desarrollo de un fallo imprevisto.
•
Toma de decisiones sobre la parada de una línea de máquinas en momentos
críticos.
•
Compra de nuevos equipos.
•
Permitir el conocimiento del historial de actuaciones, para ser utilizada por el
mantenimiento correctivo.
•
Facilita el análisis de las averías.
•
Permite el análisis estadístico del sistema [3]. En la figura 2.4 se muestra una
estrategia de mantenimiento típica.
2.4 Tipos de mantenimientos en CVG Venalum.
En CVG Venalum se tienen definidos cuatro tipos de mantenimiento:
20
o Mantenimiento correctivo: es el que se efectúa a los equipos e instalaciones de
la planta una vez ocurrida una falla, siempre y cuando afecte la seguridad del
personal o provoque perdidas de producción.
Figura 2.4. Estrategias típicas del mantenimiento industrial
o Mantenimiento programado: es el que se efectúa a los equipos e instalaciones
de la planta una vez detectado parámetros fuera de especificaciones y puede ser
ejecutados en un tiempo determinado.
o Mantenimiento preventivo: es el que se efectúa a los equipos e instalaciones de
la planta sujetos a desgastes con el propósito de darle un periodo de vida útil
nueva.
o Mantenimiento rutinario: es el que aplicado en forma periódica mantiene o
alarga la vida útil del equipo e instalaciones de la planta y se divide en cuatro
grandes aspectos:
21
•
Inspección.
•
Prueba y ajuste
•
Limpieza
•
Lubricación
2.5 Mantenimiento centrado en confiabilidad (MCC)
El Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad (MCC) es una metodología de análisis
sistemática, objetiva y documentada, que puede ser aplicada a cualquier tipo de instalación
industrial; útil para el desarrollo u optimización de un plan eficiente de Mantenimiento.
Analiza cada Sistema y cómo estos pueden fallar funcionalmente. Los efectos de cada falla
son clasificados de acuerdo con el impacto en la seguridad, la operación y el costo.
El MCC, es un proceso desarrollado durante 1960 y 1970 con la finalidad de ayudar a
las personas a determinar las políticas para mejorar las funciones de los activos físicos y
manejar las consecuencias de sus fallas.
El gobierno de los Estados Unidos de América quiso saber más acerca de la filosofía
moderna en materia de mantenimiento de aeronaves. Y solicitaron un reporte sobre éste a la
industria aérea. Dicho reporte fue escrito por Stanley Nowlan y Howard Heap de United
Airlines.
Ellos
lo
titularon
“RELIABILITY
CENTERED
MAINTENANCE”
(MANTENIMIENTO CENTRADO EN LA CONFIABILIDAD), fue publicado en 1978, y
aún sigue siendo uno de los documentos más importantes en la historia del manejo de los
activos físicos. Está disponible en el Servicio de Información Técnica Nacional del Gobierno
de los Estados Unidos de América, en Springfield, Virginia.
Este reporte fue la culminación de 20 años de investigación y experimentación con la
aviación comercial de los Estados Unidos de América, un proceso que produjo inicialmente el
documento presentado en 1968, llamado Guía MSG – 1, Manual: Evaluación del
Mantenimiento y Desarrollo del Programa, y el documento presentado en 1970: MSG-2
Planeación de Programas de Mantenimiento para Fabricantes / Aerolíneas, ambos documentos
22
fueron patrocinados por la ATA (Air Transport Association of America – Asociación de
Transportadores Aéreos de los EEUU)
El objetivo principal es que los esfuerzos de mantenimiento deben ser dirigidos a
mantener la función que realizan los equipos más que los equipos mismos. Es la función
desempeñada por una máquina lo que interesa desde el punto de vista productivo. Esto implica
que no se debe buscar tener los equipos como si fueran nuevos, sino en condiciones suficientes
para realizar bien su función. También implica que se deben conocer con gran detalle las
condiciones que la interrumpen o dificultan.
MCC es una metodología estructurada basada en un árbol de decisiones. Su éxito
depende en gran parte de la experiencia de los participantes como también en la posibilidad de
contar con datos de tasa de fallas y periodos de ocurrencia registrados, información dificultosa
de encontrar o elaborar en el común de las plantas. La división en sistemas y sub sistemas de
cada equipo es tan amplia como criterios puedan definir los integrantes del grupo. Lo mismo
ocurre con la profundidad de análisis para cada Modo de Falla / Causa de Falla; solo limitada
por el grado de detalle al que el grupo oriente el análisis.
En este sentido la metodología MCC es abierta y no es difícil caer en la trampa de
hacer análisis tan detallados que los tiempos para la implementación del método se extienden
en demasía, mientras que la planta debe continuar incrementando su grado de confiabilidad.
La aplicación de MCC resuelve el problema anterior con una estructura estratégica que
le permite llevar a cabo la evaluación y selección de procesos que se pueden implementar en
forma rápida y segura. Esta técnica es única en su género y conduce a obtener resultados
extraordinarios en cuanto a mejoras y rendimiento del equipo de mantenimiento donde quiera
que sea aplicado. El MCC pone tanto énfasis en las consecuencias de las fallas como en las
características técnicas de las mismas y lo hace de esta manera:
23
· Integra una revisión de las fallas operacionales con la evaluación de aspectos de
seguridad y amenazas al medio ambiente, esto hace que la seguridad y el medio ambiente sean
tenidos en cuenta a la hora de tomar decisiones en materia de mantenimiento.
· Mantiene la atención en las actividades de mantenimiento que más incidencia tienen
en el desempeño o funcionamiento de las instalaciones. Esto garantiza que cada peso gastado
en mantenimiento se gasta donde más beneficio va a generar.
El MCC reconoce que todo tipo de mantenimiento es válido y da pautas para decidir
cuál es el más adecuado en cada situación. Al hacer esto, ayuda a asegurarse de que el tipo de
mantenimiento escogido para cada equipo sea el más adecuado y evitar de esa forma los
inconvenientes y problemas que siguen a la adopción de una política general de
mantenimiento poco eficiente para toda una empresa.
Si MCC se aplica a un sistema de mantenimiento existente, reduce la cantidad de
mantenimiento rutinario que se ha hecho generalmente a un 40% a 70%. Por otro lado, si
MCC se aplica para desarrollar un nuevo sistema de mantenimiento, el resultado será que la
carga de trabajo programada sea mucho menor que si el sistema se hubiera desarrollado por
métodos convencionales.
El MCC fue elaborado con el fin de ayudar a las líneas aéreas a establecer un sistema
de mantenimiento para nuevos tipos de aviones, antes de que estos entraran en
funcionamiento. Como resultado, el MCC es una forma ideal para desarrollar planes de
mantenimiento en equipos complejos y para los que no existe mucha documentación al
respecto, Lo anterior ahorra errores y pruebas, costosos y dispendiosos tan comunes al
desarrollar planes de mantenimiento. El MCC es un enfoque sistémico para diseñar programas
que aumenten la confiabilidad de los equipos con un mínimo costo y riesgo, aplicando para
ello combinaciones de técnicas de mantenimiento preventivo, predictivo, rutinario y proactivo,
mediante estrategias justificadas técnica y económicamente [5].
Para que el Mantenimiento Centrado en la confiabilidad sea una técnica eficiente para
lograr la implantación de procesos de optimización industrial utiliza como medio de apoyo, la
24
aplicación de la confiabilidad operacional como herramienta para alcanzar mejoras en el
mantenimiento y en la operación de los equipos. [5]
Es posible definir la Confiabilidad Operacional como la capacidad de una instalación
(infraestructura, personas, tecnología), para cumplir su función (haga lo que se espera de ella),
y en caso de ocurrir una falla, lo haga del modo menos dañino posible; una instalación
confiable debe incluir tanto continuidad operacional como control de riesgos, en la figura 2.5
se muestran los componentes de la confiabilidad operacional.
La mejora de la confiabilidad operacional se puede lograr mediante muchas iniciativas,
ya que no existe una única metodología que domine todos sus aspectos, depende de la
interacción entre el personal, los equipos, los procesos y el ambiente organizacional. La
presencia ineludible de la incertidumbre coloca la confiabilidad en el ámbito de las decisiones
basadas en riesgo.
Figura 2.5: Elementos de la confiabilidad operacional
Como se aprecia en la figura 2.5, la confiabilidad operacional tiene cuatro entradas
mayores, sobre las cuales se debe actuar si se requiere un mejoramiento continuo sostenido a
25
largo plazo. Este proceso denominado mejoramiento en la confiabilidad operacional (MCO),
genera cambios en la cultura de la organización haciendo que esta se convierta en una
organización diferente con un amplio sentido de la productividad, con una visión clara del
negocio y gobernada por hechos. Cualquier hecho aislado de mejora en alguno de los cuatro
frentes de confiabilidad operacional puede traer beneficios, de hecho los trae, pero al no tomar
en cuenta los demás factores es probable que estos sean limitados y/o diluidos en la
organización y pasen a ser solo el resultado de un proyecto y no de una transformación.
2.6 Análisis de modos y efectos de fallas.
A lo largo del tiempo, un modo de falla puede ser causa y efecto a la vez; uno de los
aspectos que crea mayor confusión para los nuevos integrantes de un equipo de AMEF es
entender que cualquier causa por sí misma tiene otra causa que es un modo de falla de aquélla.
De igual forma, cualquier efecto que por sí mismo tiene otro efecto, también puede ser un
modo de falla; es lo que en el lenguaje del ajuste de pérdidas y empresas de seguro se
denomina la causa de la causa.
El análisis de modos y efectos de fallas, AMEF, es un proceso sistemático para la
identificación de las fallas potenciales del diseño de un producto o de un proceso antes de que
éstas ocurran, con el propósito de eliminarlas o de minimizar el riesgo asociado a las mismas,
por lo tanto, el AMEF puede ser considerado como un método analítico estandarizado para
detectar y eliminar problemas de forma sistemática y total, cuyos objetivos principales son:
• Reconocer y evaluar los modos de fallas potenciales y las causas asociadas con
el
diseño y manufactura de un producto.
• Determinar los efectos de las fallas potenciales en el desempeño del sistema.
• Identificar las acciones que podrán eliminar o reducir la oportunidad de que
ocurra la falla potencial.
• Analizar la confiabilidad del sistema
Aunque el método del AMEF originalmente fue utilizado por las industrias
automotrices, éste es aplicable para la detección y bloqueo de las causas de fallas potenciales
26
en productos y procesos de cualquier clase de empresa, ya sea que estos se encuentren en
operación o en fase de proyecto; así como también es aplicable para sistemas administrativos y
de servicios .Para la correcta ejecución de un AMEF se debería contar con un mínimo de 3 a 5
personas, cada una especializada en diferentes campos (procesos, diseño, fabricación,
operación, mantenimiento, etc.)
2.7 Ventajas del análisis de modos y efectos de fallas.
La eliminación de los modos de fallas tiene beneficios tanto a corto como a largo
plazo. A corto plazo, representa ahorros de los costos de reparaciones, las pruebas repetitivas y
los tiempos de parada. El beneficio a largo plazo es mucho más difícil medir puesto que se
relaciona con la satisfacción del cliente con el producto y con su percepción de la calidad; esta
percepción afecta las futuras compras de los productos y es decisiva para crear una buena
imagen de los mismos.
El AMEF apoya y refuerza el proceso de diseño de planes de mantenimiento, ya que:
• Ayuda en la selección de alternativas durante el diseño.
• Incrementa la probabilidad de que los modos de fallas y sus efectos sobre la
operación del sistema sean considerados durante el diseño.
• Proporciona una información adicional para ayudar en la planeación de programas
de pruebas concienzudos y eficientes.
• Desarrolla una lista de modos de fallas, clasificados conforme a su probable
efecto sobre el cliente.
• Proporciona un formato documentado abierto para recomendar acciones que
reduzcan el riesgo para hacer el seguimiento de ellas.
• Detecta fallas en donde son necesarias características de auto corrección o de leve
protección.
• Identifica los modos de fallas conocidos y potenciales que de otra manera podrían
pasar desapercibidos.
• Detecta fallas primarias, pero a menudo mínimas, que pueden causar ciertas fallas
secundarias.
27
2.8 Modos de fallas
Se define como falla toda condición de operación de cualquier equipo o componente
que esté fuera de un estándar definido. Los modos de fallas se definen como la manera o
forma en la cual el producto o proceso falla; es decir, deja de cumplir la función para la cual
fue diseñado, para identificar todos los posibles modos de falla, es necesario considerar que
estos pueden caer dentro de una de cinco categorías:
• Falla total: Se pierde toda la función.
• Falla parcial: Se pierde parte de la función.
• Falla intermitente: Se pierde la función en ocasiones
• Falla progresiva: La función se pierde y se incrementa gradualmente la pérdida.
• Falla por sobrefuncionamiento: La función se encuentra por encima del diseño.
Por otra parte, la primera fase para identificar los posibles modos de fallas es analizar
por diversas las fallas o interrupciones que hayan existido, de no contar con esa información,
se pueden hacer otros análisis que se pueden sintetizar con las siguientes preguntas: ¿Cuáles
son las funciones?, ¿De qué forma pueden fallar?, ¿Qué causa que fallen?, ¿Qué sucede
cuando fallan?, ¿Qué ocurre si fallan?, ¿Qué se puede hacer para prevenir los fallos?, ¿Qué
sucede si no puede prevenirse el fallo?.
• Ocurrencia (O)
La ocurrencia es una evaluación de la probabilidad de que suceda una causa en
particular y resulte en un modo de falla durante la vida útil de un equipo o sistema.
La tabla 2.2 muestra los criterios para evaluar la ocurrencia.
• Severidad (S)
La severidad es una evaluación de cuan perjudicial es sobre el cliente el efecto de un
modo de falla del sistema o equipo en particular.
28
En la tabla 2.3 se pueden observar los criterios de evaluación sugeridos y los sistemas
de clasificación para la severidad de los efectos para un AMEF aplicado al diseño (según las
normas de la AIAG (The Automotive Industry Action Group)
Tabla 2.2 Criterios de evaluación de la ocurrencia para un AMEF
Probabilidad de Falla
Rata de Fallas
Nivel
1 en 2
10
1 en 3
9
1 en 8
8
1 en 20
7
1 en 80
6
1 en 400
5
1 en 2000
4
Baja: Fallas aisladas asociadas con procesos similares.
1 en 15.000
3
Muy Baja: Solamente fallas asociadas con procesos casi
idénticos.
1 en 150.000
2
Remota: La falla es improbable. No hay fallas asociadas
con casi todos los procesos idénticos.
1 en
1.500.000
1
Muy alta: La Falla es casi inevitable.
Alta: La Falla está generalmente asociada con procesos
similares a procesos previos que presentan fallas
frecuentes.
Moderada: Generalmente asociadas con procesos similares
a proceso previos donde se han presentado fallas
ocasionales pero no en proporciones mayores.
Es conveniente hacer algunas observaciones a la tabla de severidad:
◊
Las escalas no discriminan entre fallas que resultan en muerte
catastrófica,
daño
personal
mejor
o
violación
a
regulaciones
gubernamentales.
◊
Un defecto detectado por la mayoría de los clientes es menor que la mitad
de la escala superior de Severidad.
◊
Ningún Efecto tiene un nivel igual a uno (1) y no hay un nivel cero (0).
29
Tabla 2.3 Criterios de severidad
Efecto
Criterio: Severidad del Efecto para un AMEF aplicado a Procesos
Nivel
Puede poner en peligro al operador de la máquina o del
ensamblador. La falla afecta la operación segura del producto o
incumple con una regulación gubernamental. La falla ocurrirá sin
aviso previo.
10
Puede poner en peligro al operador de la máquina o del
ensamblador. La falla afecta la operación segura del producto o
incumple con una regulación gubernamental. La falla ocurrirá con
aviso previo.
9
Muy alto
Interrupción mayor en la línea de producción. Major disruption to
production line. El 100% del producto puede llegar a ser desechado.
El producto queda inoperable con pérdida de su Función primaria.
8
Alto
Interrupción menor de la línea de producción. Algo del producto
puede ser recuperado. El producto es utilizable pero con un
reducido nivel de desempeño.
7
Moderado
Interrupción menor de la línea de producción. Una parte del
producto deberá ser desechado. El producto es utilizable, pero
algunos aspectos de confort y comodidad se verán afectados.
6
Bajo
Interrupción menor de la línea de producción. El 100% del producto
puede ser reprocesado. El producto es utilizable, pero algunas
características de confort y comodidad operarán a un reducido nivel
de desempeño.
5
Muy bajo
Interrupción menor de la línea de producción. El producto podrá ser
reprocesado por muestreos. Aspecto y acabado o vibraciones y
ruidos estarán fuera de especificaciones. La mayoría de los clientes
notarán este defecto.
4
Menor
producto es posible deba ser reprocesado en la línea o fuera de ella
(retoque). Aspecto y acabado o vibraciones y ruidos estarán fuera de
especificaciones. El cliente promedio notará este defecto.
3
Muy Menor
producto es posible deba ser reprocesado en la línea o fuera de ella
(retoque). Aspecto y acabado o vibraciones y ruidos estarán fuera de
especificaciones. Algunos clientes en particular notarán este
defecto.
2
Ninguno
El Modo de Falla no tiene Efecto.
1
Peligroso
aviso.
sin
Peligroso
aviso.
sin
30
• Detección (D)
La detección es una evaluación de la probabilidad de que un control vigente (para
diseño o fabricación) detecte la causa de un modo de falla previniéndolo antes de que llegue al
cliente. La tabla 2.4 muestra los criterios aplicados por AIAG para la evaluación y
clasificación para la detección de los efectos para un AMEF aplicado al diseño.
Tabla 2.4 Criterios para estudiar la detección en un sistema
Detección
Criterio: Probabilidad de Detección por Diseño
Nivel
Casi Imposible
No existen Controles conocidos para detectar el Modo de Falla o la Causa.
10
Muy Remota
Probabilidad muy remota que los Controles Vigentes detectarán el Modo de
Falla o la Causa.
9
Remota
Probabilidad remota que los Controles Vigentes detectarán el Modo de Falla
o la Causa.
8
Muy baja
Probabilidad muy baja que los Controles Vigentes detectarán el Modo de
Falla o la Causa.
7
Baja
Probabilidad baja que los Controles Vigentes detectarán el Modo de Falla o
la Causa.
6
Moderada
Probabilidad moderada que los Controles Vigentes detectarán el Modo de
Falla o la Causa.
5
Moderadamente
Alta
Probabilidad moderadamente alta que los Controles Vigentes detectarán el
Modo de Falla o la Causa.
4
Alta
Probabilidad alta que los Controles Vigentes detectarán el Modo de Falla o la
Causa.
3
Muy Alta
Probabilidad muy alta que los Controles Vigentes detectarán el Modo de
Falla o la Causa.
2
Casi certeza total.
Los Controles Vigentes detectarán casi con certeza el Modo de Falla o la
Causa. Controles de detección confiables y conocidos en procesos similares.
1
• Índice de probabilidad de riesgo (IPR)
El índice de probabilidad de riesgo es el producto matemático de la gravedad de un
efecto (severidad), la probabilidad de que la causa provocara la falla asociada con ese efecto
31
(ocurrencia) y la habilidad de detectar la falla antes de que llegue al cliente (detección). En
forma de una ecuación podemos escribir
IPR = S x O x D
(5)
En donde,
IPR: índice de probabilidad de riesgo
S: severidad
O: ocurrencia
D: detección
El IPR es utilizado para ayudar a identificar los riesgos más serios y conducir a la
acción de mantenimiento hacia ese sentido con la finalidad disminuir las fallas.
CAPÍTULO III
ANÁLISIS DE DATOS
En este capítulo se analizarán los datos históricos de paradas y fallas de los
transforectificadores, para calcular la criticidad y realizar el AMEF de los subsistemas que
mas paradas causaron a los transforectificadores de subestación Complejo I.
3.1 Subestación Complejo I
La subestación complejo I está compuesta por dos líneas de transforectificadores, de
seis unidades (06) cada una, línea 1 y línea 2, asociadas a línea I y línea II de celdas
respectivamente, y cada línea de celda está compuesta de 180 celdas; es decir subestación
complejo I alimenta dos (02) líneas de celda de ciento ochenta (180) celdas cada una. Además
subestación complejo I posee cuatro (04) transformadores, de 33 MVA, relación 115 kV / 13.8
kV para servicios auxiliares de planta, exceptuando subestación V línea, que posee su propio
transformador para servicios auxiliares.
Cada bahía de transforectificadores está conformada por los siguientes equipos:
•
Dos (02) juegos de seccionadores tripolares, tipo TTR6 de 121 kV, 1200 A
•
Tres (03) transformadores de corriente, tipo FGC-100M, para protección y
medición,
115
kV,
relación
para
medición
200/5A,
para
protección
600/500/450/400/300/250/200/150/100/50:5A.
•
Un (01) interruptor a gas SF6, tipo 100- SFM-40, a 121 kV
•
Un (01) transformador regulador/convertidor de potencia, FA/FAO, 27880/34850
kVA, 115 kV/704 V, modelo SUB-VRE.
•
Un puente rectificador a diodos de alta potencia, 850VDC, 35 kA, 29750 kW
•
Dos (02) seccionadores DC, marca: Ferraz, 1000 VDC, 40 kA
33
El Sistema Integral de Mantenimiento (SIMA) de CVG Venalum, desarrollado por
personal del área de mantenimiento industrial en conjunto con el personal de informática,
codifica cada área de planta.
El área de alto voltaje está codificado como el área 1, su vez el área 1 está dividido en
cincuenta y nueve (59) sistemas, correspondiendo a los transforectificadores objeto de este
estudio los sistemas del 20 al sistema 31, ambos inclusive, el sistema 20 asociado al
transforectificador 11 y el sistema 31 asociado al transforectificador 26, en la tabla 3.1 se
puede observar los sistemas que corresponden a cada transforectificador de complejo I.
Estos sistemas a su vez están divididos en once (11) subsistemas, si se toma como
ejemplo el transforectificador 11, este sería clasificado como 20 1, hasta el 20 11, en la tabla
3.2 subsitemas del transforectificador, se puede apreciar detalladamente los subsistemas.
Tabla 3.1 Código según SIMA de los transforectificadores
Sistema
Equipo
20
Transforectificador 11
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
34
Tabla 3.2. Subsistemas asociados al transforectificador 11
Subsistema
Descripción del Subsistema
1
Seccionadores a.c. del transforectificador 11
2
Transformadores
de
transforectificador 11
3
Interruptor a gas, I.G., del transforectificador 11
4
Enfriamiento por agua del transforectificador 11
5
Enfriamiento por aire del transforectificador 11
6
Enfriamiento por aceite del transforectificador 11
7
Rectificación del transforectificador 11
8
Control del transforectificador 11 .
9
Seccionador d.c del transforectificador 11.
10
11
medición
del
Módulo de medición d.c del transforectificador
11.
Medición, señalización y protección del
transforectificador 11 .
3.2 Cuantificación de las fallas.
Luego de revisar los reportes del SIMA y del repositorio de datos, Data Warehouse, de
tiempos de fallas, motivos de fallas y número de paradas por fallas y programadas del año
2005 de los transforectificadores de complejo I, el resultado se plasmó en la tabla 3.3. Paradas
de las unidades transforectificadoras de complejo I.
Tabla 3.3. Paradas de transforectificadores - año 2005
Equipo
Cantidad de Cantidad de Paradas
Fallas
programadas
1
12
2
7
2
7
2
9
4
5
35
Tabla 3.3. Continuación de paradas de transforectificadores - año 2005
1
9
0
11
0
6
0
11
4
12
1
8
0
3
En la tabla 3.3, se observa que la unidad transforectificadora que presentó el mayor
número de paradas fue la unidad 24, seguido de la unidad 11.
El historial de fallas y paradas de las unidades transforectictificadoras muestra, que el
75% de las fallas de la unidad 24, fue por fuga de agua en el sistema de enfriamiento, el
restante 25% fue debido a una falla en el ventilador de la torre de enfriamiento; es decir todas
las fallas fueron debidas al subsistema de enfriamiento por agua del transforectificador.
En cuanto a las paradas programadas, el 33% fue causado por el subsistema interruptor
a gas, un 25% debido al subsistema de enfriamiento de agua, otro 25% debido al subsistema
enfriamiento de aceite del transforectificador, el restante 17% se debió a paradas por
mantenimiento al subsistema de rectificación del transforectificador.
Posteriormente se analizaron las fallas y paradas programadas durante el año 2006 para
todas las unidades transforectificadoras de Complejo I, en la tabla 3.4 se muestra la cantidad
de fallas y paradas para cada transforectificador.
En la tabla 3.4, se observa que la unidad transforectificadora que presentó el mayor
número de paradas fue la unidad 15, seguido de las unidades 22 y 14.
En la figura 3.1 se muestra el número de paradas comparando los años 2005 y 2006 de
los transforectificadores de la subestación Complejo I.
36
Tabla 3.4 Paradas de transforectificadores en 2006
Equipo
Cantidad de Cantidad de Paradas
Fallas
programadas
1
14
0
15
0
7
1
16
1
18
1
12
4
10
0
17
0
9
1
14
1
11
2
8
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
TR- TR- TR- TR- TR- TR- TR- TR- TR- TR- TR- TR11 12 13 14 15 16 21 22 23 24 25 26
2005
2006
Figura 3.1 Paradas de Transforectificadores en los años 2005 y 2006
Analizando los datos de paradas durante los 2005 y 2006, observamos que la unidad
que tuvo mas paradas fue la unidad transforectificadora 24, la cual acumuló 31 paradas
durante el periodo estudiado.
37
3.3 Análisis de fallas de la unidad transforectificadora a estudiar.
Luego se procedió a elaborar el desglose de las fallas para el transforectificador 24,
como se muestran en la tabla 3.5, desglose del historial de paradas para la unidad
transforectificadora 24 por subsistemas, según SIMA, para los años 2005 y 2006.
En la figura 3.2 se observa el diagrama de Pareto para los diferentes subsistemas de la
unidad transforectificadora 24.
Pareto para Transforectificador TR-24
120%
35
30
100%
25
80%
20
60%
15
40%
10
20%
5
0
0%
Figura 3.2 Pareto para las paradas del transforectificador 24 , años 2005-2006
Los subsistemas de interruptor a gas y el subsistema enfriamiento por agua del
transforectificador, como se observa en el diagrama de Pareto, se reparten el 64.5% de las
paradas de la unidad transforectificadora 24, si le agregamos las paradas por el subsistema
38
enfriamiento por aceite del transforectificador el porcentaje se eleva hasta el 80%; pero
tomando en cuenta que las paradas reflejadas en el historial del equipo, durante los años
analizados, solo muestran paradas por el subsistema de enfriamiento de aceite del
transforectificador causadas por igualación de contadores de operaciones del cambiador de tap
bajo carga (OLTC), que no es una causa que pone en peligro el suministro de corriente de la
unidad transforectificadora, solo se analizará el subsistemas enfriamiento por agua del
transforectificador.. Para estudios posteriores sería conveniente analizar también los otros
subsistemas que conforman la unidad transforectificadora, y aplicar este estudio a las unidades
de línea V de transforectificadores.
Tabla 3.5 Número de paradas por subsistemas de TR-24 años 2005 y 2006
Cantidad de
paradas año
2005
Cantidad de
parada año
2006
Seccionadores a.c. del transforectificador 24
0
0
Transformadores de medición del transforectificador 24
0
0
Interruptor a gas, I.G., del transforectificador 24
4
5
Enfriamiento por agua del transforectificador 24
7
4
Enfriamiento por aire del transforectificador 24
0
0
Enfriamiento por aceite del transforectificador 24
3
2
Rectificación del transforectificador 24
2
2
Control del transforectificador 24
0
1
Seccionador d.c del transforectificador 24.
0
0
Módulo de medición d.c del transforectificador 24.
0
1
0
0
Medición,
señalización
transforectificador 24 .
y
protección
del
3.4 Análisis de criticidad
El objetivo de un análisis de criticidad es establecer un método que sirva de
instrumento de ayuda en la determinación de la jerarquía de procesos, sistemas y equipos de
39
una planta compleja, permitiendo subdividir los elementos en secciones que puedan ser
manejadas de manera controlada y auditable. Desde el punto de vista matemático la criticidad
se puede expresar como:
Criticidad = Frecuencia x Consecuencia
(6)
Donde la frecuencia esta asociada al número de eventos o fallas que presenta el sistema
o proceso evaluado y, la consecuencia está referida con: el impacto y flexibilidad operacional,
los costos de reparación y los impactos en seguridad y ambiente. En función de lo antes
expuesto se establecen como criterios fundamentales para realizar un análisis de criticidad los
siguientes:
Seguridad
Ambiente
Producción
Costos (operacionales y de mantenimiento)
Tiempo promedio para reparar
Frecuencia de falla
Los criterios aplicados al modelo de estudio son:
Frecuencia de falla: Es las veces que ocurre el evento falla en un
subsistema, se medirá en fallas/mes.
Impacto operacional: Es porcentaje de producción que se afecta cuando
ocurre la falla.
Nivel de producción manejado: Es la capacidad que se deja de producir
cuando ocurre la falla.
Tiempo promedio para reparar (TPPR): es el tiempo empleado para lograr
normalizar la función del equipo.
Costo de reparación: Es el costo promedio de una falla.
Impacto en seguridad: Posibilidad de ocurrencia de eventos no deseados
con daño a las personas.
Impacto ambiental: Posibilidad de ocurrencia de eventos no deseados con
daño al ambiente.
40
La fórmula empleada para el cálculo de la criticidad del caso de estudio es dada por:
Criticidad = [(Nivel Producción*TPPR*Impacto Producción) + Costo
Reparación + Impacto en Seguridad + Impacto Ambiental + Impacto en Satisfacción al
Cliente]*Frecuencia de Fallas
(6)
El establecimiento de criterios se basa en los seis (6) criterios fundamentales
nombrados en el párrafo anterior. Para la selección del método de evaluación se toman
criterios de ingeniería, factores de ponderación y cuantificación. Para la aplicación de un
procedimiento definido se trata del cumplimiento de la guía de aplicación que se haya
diseñado. Por último,
la lista jerarquizada es el producto que se obtiene del análisis.
Emprender un análisis de criticidad tiene su máxima aplicabilidad cuando se han identificado
al menos una de las siguientes necesidades:
♦ Fijar prioridades en sistemas complejos
♦ Administrar recursos escasos
♦ Crear valor
♦ Determinar impacto en el negocio
♦ Aplicar metodologías de confiabilidad operacional
El análisis de criticidad aplica en cualquier conjunto de procesos, plantas, sistemas,
equipos y/o componentes que requieran ser jerarquizados en función de su impacto en el
proceso o negocio donde formen parte. Sus áreas comunes de aplicación se orientan a
establecer programas de implantación y prioridades en los siguientes campos:
•
Mantenimiento
•
Inspección
•
Materiales
•
Disponibilidad de planta
•
Personal
La tabla 3.6 muestra los valores obtenidos del repositorio de datos, Data Warehouse,
para cada subsistema del transforectificador 24, se puede observar que el subsistema módulo
de medición d.c. del transforectificador es el que tiene el costo promedio mayor, ya que en ese
41
subsistema en particular fueron cambiados los sistemas de medición por otro modelo mas
nuevo, debido a que el anterior el modelo Dynamp 78-FM, fue descontinuado del mercado por
obsoleto. En la tabla 3.6 se observan los valores obtenidos del repositorio de datos, luego de
aplicar los criterios de criticidad a los subsistemas de la unidad transforectificadora 24.
Tabla 3.6 Parámetros evaluados en la criticidad de los transforectificadores
Cantidad Tiempo
de
promedio
Costo
paradas
para
promedio en
año 2005- reparar
(bolívares)
2006
(horas)
Seccionadores
a.c.
transforectificador
Transformadores de medición
transforectificador
Interruptor
a
gas,
I.G.,
transforectificador
Enfriamiento
por
agua
transforectificador
Enfriamiento
por
aire
transforectificador
Enfriamiento
por
aceite
transforectificador
del
0
0
0,00
0
0
0,00
9
4,21
350.822,80
11
5,26
629.459,47
0
0
0,00
5
2
342.999,82
Rectificación del transforectificador
4
5,06
645.943,9
Control del transforectificador
1
2,75
220.626,00
Seccionador d.c del transforectificador
Módulo de medición d.c del
transforectificador
Medición, señalización y protección del
transforectificador
0
0
0,00
1
5,02
48.602.999,8
0
0
0,00
del
del
del
del
del
Se asumieron los siguientes intervalos de valores para delimitar los niveles de
criticidad en los subsistemas:
Alta criticidad, para valores con índice de criticidad > 400
Mediana criticidad, para valores con índice de criticidad: > 250 y < 400
Baja criticidad, para valores con índice criticidad < 250
42
La tabla 3.7 muestra una guía para calcular los valores de criticidad para el
transforectificador 24 de subestación complejo I
Tabla 3.7 Guía de criticidad para los transforectificadores
GERENCIA DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL
SUPERINTENDENCIA SERVICIOS INDUSTRIALES
TABLA DE VALORES DE CRITICIDAD
GUIA DE CRITICIDAD PARA LOS TRANSFORECTIFICADORES
1.- FRECUENCIA DE FALLA (todo tipo de falla)
No mas de 5 falla por año
Entre 5 y 10 fallas por año
Puntaje
1
5
Entre 10 y 15 fallas por año
10
Mas de 15 fallas por año
25
2.- IMPACTO SOBRE OPERACIONES
2.1.- SUMINISTRO DE CORRIENTE A LAS CELDAS
0 - 100 A
0,1
100 - 200 A
0,3
200 - 500 A
0,6
500 - 1000 A
0,8
Mas de 1000 A
1
2.2.- TIEMPO PROMEDIO PARA REPARAR (TPPR)
Menos de 0,5 hora
1
Entre 0,5 y 1 hora
4
Entre 1 y 2 hora
6
Mas de 2 horas
8
2.3.- IMPACTO EN PRODUCCIÓN (por falla)
No afecta producción
1
25 % de impacto
3
50 % de impacto
5
75 % de impacto
La impacta totalmente
8
10
2.4.- COSTO DE REPARACIÓN
Menos de 0,25 MMBs
0,2
Entre 0,25 y 0,6 MMBs
0,5
Entre 0,6 y 2,5 MMBs
0,8
Mas de 2,5 MMBs
1
2.5.- IMPACTO SOBRE LA SEGURIDAD PERSONAL (cualquier tipo daños, fatalidad)
Si
10
No
0
2.6.- IMPACTO AMBIENTAL (Daños a terceros, fuera de la Instalación)
Si
10
No
0
2.7.- IMPACTO SATISFACCIÓN AL CLIENTE
No aplica
0
Baja
0,3
Media
0,5
Alta
0,8
En la tabla 3.8 se observan los valores obtenidos luego de aplicar los criterios de
criticidad a los subsistemas de la unidad transforectificadora 24. Se puede notar que los
43
subsistemas enfriamiento por agua e interruptor a gas, IG, del transforectificador, con 542
puntos y 444 puntos, respectivamente son los subsistemas críticos del transforectificador.
Tabla 3.8 Valores de criticidad obtenidos
SIMA
SUBSISTEMAS PRINCIPALES
NIVEL
PRODUCCIÓN
(Ptos)
TPPR
(Ptos)
IMPACTO
PRODUCCIÓN
(Ptos)
COSTOS
REPARACIÓN
(Ptos)
IMPACTO A
SEGURIDAD
(Ptos)
IMPACTO
AMBIENTAL
(Ptos)
IMPACTO
SATISFACCIÓN
AL CLIENTE
(Ptos)
FRECUENCIA
DE FALLA
(Ptos)
CRITICIDAD
1-29-04
Enfriamiento por agua del transforectificador
0,8
6
10
0,5
0
0
0,8
11
542
1-29-03
Interruptor a gas, I.G., del transforectificador
0,8
6
10
0,5
0
0
0,8
9
444
1-29-07
Rectificación del transforectificador
0,8
6
10
0,5
0
0
0,8
4
197
1-29-06
Enfriamiento por aceite del transforectificador
0,8
4
10
0,5
0
0
0,8
5
167
1-29-10
Módulo de medición d.c del transforectificador
0,8
6
10
1
0
0
0,8
1
50
1-29-08
Control del transforectificador
0,8
4
10
0,2
0
0
0,8
1
33
1-29-09
Seccionador d.c del transforectificador
0,8
1
10
0,2
0
0
0,8
0
0
1-29-05
Enfriamiento por aire del transforectificador
0,8
1
5
0,2
10
0
0,8
0
0
1-29-01
Seccionadores a.c. del transforectificador
0,8
1
10
0,2
10
0
0,8
0
0
1-29-11
Medición,
señalización
transforectificador
0,8
1
10
0,2
0
0
0,8
0
0
1-29-02
Transformadores
transforectificador
0,8
1
10
0,2
0
10
0,8
0
0
de
y
protección
medición
del
del
La figura 3.3 es una representación grafica de los valores obtenidos de criticidad para
el transforectificador 24
CRITICIDAD SUBSISTEMAS DELTRANSFORECTIFICADOR TR-24
600
542
500
PUNTUACIÓN
444
400
300
197
200
167
100
50
33
0
0
1-29-09
1-29-05
0
1-29-04
1-29-03
1-29-07
1-29-06
1-29-10
1-29-08
SUBSISTEMAS
Figura 3.3 Valores de criticidad para los subsistemas del transforectificador 24
44
Como se esperaba los valores obtenidos con el análisis del diagrama de Pareto son
similares a los obtenidos aplicando los criterios de criticidad para los subsistemas del
transforectificador 24.
3.5 El subsistema enfriamiento por agua del transforectificador 24
El subsistema de enfriamiento (intercambiador agua aire) de un transforectificador
está formado por una torre de enfriamiento, tres ventiladores y dos bombas de agua la cuales
trabajan alternativamente, una operativa y la otra en stand by. El mismo cumple la función de
enfriar el sistema de rectificación de corriente mediante el flujo de agua desionizada (baja
conductividad). Internamente esta agua pasa a través de una tubería matriz que se bifurca a
través de barras y diodos, recogiendo el calor producido por la alta corriente suministrada a
las líneas de celdas. El caudal del agua de enfriamiento es mayor a 400 Ltrs/ min. y la presión
de trabajo es aproximadamente 15 psi.
3.5.1 Características técnicas del subsistema de enfriamiento:
9 Tipo: GK-144
9 Capacidad: 160 Kw.
9 Rata de flujo de agua: 300 ltrs. por minuto
9 Perdida de agua en el cabezal: 2.4 m Aq.
9 Temperatura máxima del agua: 57°C.
9 Rata de flujo de aire: 1320 m3/ min.
9 Temperatura máxima ambiente: 40°C
9 Peso (exclusivo del agua): 4200 Kg
9 Cantidad de agua contenida: 180 ltrs (agua de enfriamiento contenida en el
rectificador).
9 Bomba de agua: tipo YH311-65/80-A, 3 Fases, 460 voltios, 4.2 Kw.
Ventiladores de enfriamiento: Tipo WP-42ª, 3 Fases, 460 voltios, 2.2 Kw.
3.5.2 Descripción de los componentes principales
a.
Intercambiador aire - agua, está diseñado y construido para enfriar agua
desmineralizada que pasa a través de la tubería interior del rectificador,
45
donde el calor es succionado por ventiladores. Este intercambiador emplea
tubos especiales para la transferencia de calor. Estas tuberías están hechas
de un acero inoxidable de alta calidad (SUS 304) y panal de aluminio con
tratamiento químico (AL 070).Los tubos de acero inoxidable son resistentes
a la abrasión, por lo tanto su durabilidad y alto funcionamiento contra la
corrosión puede durar largos periodos de tiempo. La carcaza del
intercambiador está hecha de acero inoxidable para soportar la fuerza
mecánica y ser resistente a la corrosión.
b.
Bomba de agua, las especificaciones son las siguientes: tipo YH311-65/80-
A. cabezal total 22mAq, capacidad de bombeo, 330 ltrs /min, presión de
descarga: 10 kg/cm2, motor de la bomba: 460 voltios trifásico, 8.5 A, 60 Hz.
Una en operación y la otra en stand-by
c. Rele de flujo de agua: capacidad máxima 400 ltrs/min
d. Medidor de conductividad del agua: tipo KD -31, el agua debe poseer al
menos 500 Kilo ohmios por centímetro.
e. Indicador de nivel de agua, tipo FA 9009.
f. Válvulas varios tipo, check, bola, diafragma, purga, aguja, de compuerta
g. Intercambiador de iones. Permite fluir a través de el aproximadamente un
décimo de la cantidad del agua total de enfriamiento, para mantener elevado
su valor de conductividad.
h. Bulbo de resistencia.
En la figura 3.4 se muestra el diagrama funcional del subsistema de enfriamiento por
agua del transforectificador, donde se observan los componentes principales del subsistema,
46
los cuales son válvulas check, válvulas de aguja, válvulas de compuertas, tanque de
compensación, flujometro de agua, tanque de introducción de resina catiónica, intercambiador
de aire-agua
3.6 Aplicación del AMEF al subsistema de enfriamiento por agua
Para el caso de este estudio se fijaron tres (03) clases con los límites como se observan
en la tabla 3.9, limites de tolerancia para los IPR. La escala del índice de riesgo IPR tiene
implícitas propiedades estadísticas, la escala del IPR para este modelo se catálogo con una
escala del 1 al 1000, según datos estadísticos el valor promedio de IPR es 166, además, solo
el 6% de todos los valores de IPR están por encima de 500, siendo la media de 106 con lo
cual se puede dividir el IPR en tres grandes grupos, IPR bajo, medio y alto.
SILICON RECTIFIER CUBICLE
RECTIFIER COOLER
DV5
AC BUS BAR
AC BUS BAR
AC BUS BAR
DV7
26H
DC BUS BAR
F1
AV4
AV1
DC BUS BAR
V10
V1
AV3
AV2
V8
RECTIFIER LEG CONDUCTOR
RECTIFIER LEG CONDUCTOR
WATER COOLED DIODE STACK
V2
IX
V7
F2
V12
V11
V3
V5
V9
F3
DV5
V4
DV3
V6
DV2
DV6
DV4
DV1
Figura 3.4 Esquema funcional del subsistema de enfriamiento por agua
47
Tabla 3.9. Limites de tolerancia para los IPR
IPR
Descripción
Tolerancia IPR
A
Fallas que ocasionan el cese de las funciones del sistema en más del 80% de los
casos.
Mayor de 260
B
Fallas que ocasionan el cese de las funciones del sistema entre el 25% y el 80% de
los casos.
Entre 166 y 260
C
Fallas que ocasionan el cese de las funciones del sistema en el menos del 25% de
los casos.
Menor a 166
Estas clases sirven para identificar los riesgos más serios y conducir a la acción
correctiva que contribuyan en la disminución de las fallas en los equipos y sistemas.
La figura 3.5 muestra los IPR para el subsistema de enfriamiento por agua del
transforectificador-
PORCENTAJE DE IPR
SUBSISTEMA DE ENFRIAMIENTO POR AGUA DEL
TRANSFORECTIFICADOR 24
25,81%
A
B
64,52%
9,68%
C
Figura 3.5 porcentaje de IPR del subsistema de enfriamiento por agua
En la figura 3.5 se puede observar que el 25.81% de las causas de falla se encuentran
dentro la clase A del índice de probabilidad de riesgo, lo que implica una atención inmediata
48
para evitar la parada de la unidad transforectificadora; en las clases B se encuentra el 9.68%
de las fallas lo que implica que se deben programar las acciones de mantenimiento para su
corrección y en la clase C el 64.52 % restante lo que indica que se debe seguir con el
monitores de estas causa para continuar manteniendo el control del equipo.
3.7 Descripción del modelo de mantenimiento centrado en confiabilidad
A partir del estudio de los datos de falla del transforectificador 24, finalmente se logró
formar un modelo de mantenimiento que debe ser aplicado a los transforectificadores para
disminuir las paradas por correctivo, aumentando la confiabilidad de los transforectificadores.
Estas afirmaciones se soporta en los AMEF realizados los cuales orientaron hacia donde
dirigir los esfuerzos y recursos para controlar las causas principales de paradas. Para ello es
importante seguir los procedimientos que aquí se plantean. El siguiente flujograma mostrado
en la figura 3.6, se observa el nuevo modelo de mantenimiento a
seguir para los
transforectificadores de subestación Complejo I.
El modelo es aplicable haya falla o no en el sistema, es decir si el transforectificador
está operando satisfactoriamente, las acciones son dirigidas a preservar el adecuado
funcionamiento del equipo en su período de vida útil por medio de las inspecciones
ejecutadas. Aquí se involucra el mantenimiento predictivo siguiendo las rutas programadas
previamente, entre las más destacadas se mencionan: análisis por ultrasonido, tintes
penetrantes, de tal forma que se pueda detectar una falla incipiente.
Si el transforectificador falla, ya sea total o parcialmente, se utiliza la técnica del
AMEF que fueron desarrollados y donde se sustentó el nuevo modelo de mantenimiento para
los transforectificadores, a pesar de que ya han sido elaborados, siempre deben ser sometidos a
revisiones y en caso de ser necesario se desarrollarán los nuevos AMEF que sean requeridos si
los transforectificadores presentan fallas distintas a los analizados anteriormente.
En la tabla 3.10 se presenta el modelo del formato final para aplicar la metodología
AMEF, en la tabla 3.11 se muestra
un ejemplo de la aplicación de la metodología al
subsistema de enfriamiento por agua del transforectificador. En estas tablas se observa el
49
índice de prioridad
de riesgo de cada uno de los modos de falla para el subsistema
identificado, indicando al usuario cuales son los modos de falla de mayor riesgo.
50
Tabla 3.10. Tabla modelo para el AMEF
FALLA POTENCIAL
DESCRIPCION
O NÚMERO DEL
SUBSISTEMA
SIMA
FUNCION DE
LA
OPERACION
CONTROLES
ACTUALES
MODO
DE LA
FALLA
EFECTO
DE LA
FALLA
CAUSA
DE LA
FALLA
EVALUACION
IPR
O
S
D
OCURRENCIA
SEVERIDAD
DETECCION
RIESGO
AJUSTE Y
AFINACION
ACCIONES
A TOMAR
Descripción o número del subsistema en SIMA: Descripción y número según SIMA
Función de la falla: Función de operación del componente que se va a analizar
Modo de falla: Describe cada una de las posibles fallas
Efecto de falla: Describe los efectos de la falla
Causa de falla: Enumera todas las posibles causas de los modos de falla.
Controles actuales: Enumera cada uno de los controles que previenen cada uno de los modos de falla
Ocurrencia: Evaluación de la probabilidad que suceda una causa en particular y resulte en un modo de falla.
Severidad: Una evaluación de cuan perjudicial es sobre el cliente el efecto de un modo de falla potencial.
Detección: Es una evaluación de la probabilidad que un control vigente detecta la causa de un modo de falla en si mismo,
previniéndolo y alertándolo antes que alcance el cliente.
Riesgo: Es un producto aritmético de las cantidades numéricas de ocurrencia, severidad y detección. IPR=S*O*D* este
numero se utiliza para colocar en prioridad un subsistema o un bloque.
Ajuste y afinación: Son las acciones a tomar ya sean rutinas, preventivas o correctivas.
51
Tabla 3.11. AMEF del sistema de enfriamiento del transforectificador 24
DESCRIPCIÓN
FALLA POTENCIAL
FUNCIÓN DE
O NÚMERO DE
LA
EQUIPO EN EL
OPERACIÓN MODO DE EFECTO DE LA FALLA
CAUSA DE LA FALLA
SIMA
LA FALLA
1. Falla Total 1.1 Actuación del relé 26 H
1.1 Agua de enfriamiento alcanza a) toma de lectura cada 3
mas de 80°C
horas
1.2 Equipo fuera de servicio 1.2 Perdida de tensi{on auxiliar
a 480 V ac
1,3 Actuación del flujometro 1,3 Perdida de flujo de agua
de agua
1,3,1 Actuación errática
2. Falla parcial 2.1 Fuga de agua
desionizada
Subsistema
enfriamiento por
agua del
transforectificador
Enfriamiento de
las columnas de
diodos del
transforectifica- 3. Falla
dor a menos de intermitente
80 ºC
2.1 Corrosión en tuberias
a) Mantenimiento semestral a
los switchgear de los sistemas
auxiliares
a) Mantenimiento rutinario
semestral
a) Normalización por
correctivo
AJUSTE Y AFINACION
O
S
D
IPR
2
9
2
36
2
9
7
126
2
9
5
90
7
7
6
294
7
6
6
b) Chequeo de nivel de aislamiento y vibración
252 trimestralmente
b)Tomar lecturas cada dos horas
b) Continuar con la rutina
a) Mantenimiento semestral
2.3 Aumenta conductividad
del agua
2.3 Resina vencida
a) Normalización por
correctivo
4
3
6
72
3.1 Motor 22 kW arranca y
se detiene
3.1 Falso contacto en bornera
a) Mantenimiento rutinario
semestral
2
5
5
50
3.2 Bombas cavitando
3.2 Entrada de aire en el sistema a) Cheque de los flujometros
4
6
3
72
2
8
1
16
4.3 Motor con nivel de
vibración anormal
b) Normalizar por correctivo
b) Ajuste de conexiones semestralmente
b) Chequeo rutinario semestral
4.1 Incrustaciones en el
intercambiador de calor
a) Limpieza cada seis meses
4.2 Resina catiónica pierde
propiedades
a) Medición de corriente de
carga y en vacío
4
3
6
72
4.3 Falla en rodamientos,
desalineación
a) Verificación de soltura
mecánica de la base y
alineación
3
5
3
45
2
2
2
8
5.1 Motor 2,2 kW aportando 5,1 Motor fuera de
mas potencia
especificaciones
b) Probar cada tres meses
b) Medición de espesores por ultrasonido
2.2 Al menos un motor de 2,2 Bajo aislamiento o
los tres de enfriamiento aire rodamiento trancado
agua fuera de servicio
4.1 Temperatura del agua
4. Falla
perdida
aumenta progresivamente
progresiva de
la función
4.2 Agua de enfriamiento
aumenta valor de
conductividad
5. Falla por
sobrefunción
EVALUACION
CONTROLES
ACTUALES
b) Toma de temperatura cada tres horas
b) Toma de lectura cada tres horas
a) sin problemas
b) Medición del nivel de vibraciones, ajuste de
soltura mecánica, alineación y seguimiento a la
temperatura de rodamientos; lubricación en rutina
b) Mantenimiento rutinario semestral
52
Figura 3.6 Modelo de mantenimiento centrado en confiabilidad para los transforectificadores
53
Figura 3.6 Continuación modelo de mantenimiento centrado en confiabilidad para los transforectificador
54
Figura 3.6 Continuación modelo de mantenimiento centrado en confiabilidad para los transforectificadores
55
56
57
CAPÍTULO IV
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
En este capitulo se presentaran las conclusiones y recomendaciones obtenidas durante
el
desarrollo
del
estudio
de
mantenimiento
centrado
en
confiabilidad
para
el
transforectificador 24 de la subestación Complejo I de CVG Venalum.
4.1 Conclusiones.
Luego de realizar el estudio de mantenimiento centrado en confiabilidad a la unidad
transforectificadora 24, aplicando los criterios de criticidad y aplicando la metodología
AMEF, se consiguieron los siguientes resultados:
Se desarrolló el modelo de mantenimiento centrado en confiabilidad a ser aplicado a
una unidad transforectificadora.
El subsistema más crítico del transforectificador es el de enfriamiento por agua,
seguido del subsistema interruptor a gas, I.G, y en tercer lugar el subsistema enfriamiento por
aceite.
Las fallas mas frecuentes del subsistema de enfriamiento por agua del transforecticador
son causadas por fugas de agua desionizada en las tuberías de enfriamiento por agua del
rectificador, seguida de las fallas de los motores de los ventiladores de enfriamiento aire-agua.
La causa de las fugas de aguas en el subsistema de enfriamiento por agua del
transforectificador pudiera ser causado por corrosión debido a erosión, ya que el caudal de
diseño del sistema es de 300 L/min. y está operando a más de 400 L/min.
4.2 Recomendaciones
•
Se recomienda al Departamento de Mantenimiento Alto Voltaje orientar a los
supervisores del área a unificar criterios para describir las fallas, esto con la
finalidad de facilitar futuros análisis.
58
•
Se recomienda al departamento de Operaciones Alto Voltaje implementar el
modelo a todos los transforectificadores de subestación Complejo I.
•
Se recomienda al Departamento Operaciones Alto Voltaje realizar el AMEF de
cada subsistema del transforectificador.
•
Se recomienda al Departamento Operaciones Alto Voltaje solicitar un estudio de
corrosión a las tuberías de enfriamiento del subsistema de enfriamiento por agua
del transforectificador.
59
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Apuntes de clases de Gerencia de Mantenimiento, por Profesor Alfonso Quiroga,
Abril 2006.
[2] Sistemas de Mantenimiento Planeación y Control, por Duffuaa,Raouf, Dixon
Editorial Wiley, ISBN: 968-18-5918-9, México 2005; páginas 360-370.
[3] Página Web: www.plant-maintenance.com; Introduction to Reliability Centered
Maintenance, por John Moubray; 21-01-2007.
[4] Reliability, Maintainability and Supportability Engineering- a Probabilistic
Approoach, por Jezdimir Knezevic, pág. 292, McGraw Hill, Londres (Inglaterra), 1993; pp.
452.
[5] Fiabilidad, por Joel A. Nachlas, pág. 14; Editorial ISDEFE, ISBN: 84-89338-07-8,
Madrid 1995; pp. 217.
[6] Página Web: www.clapam.com / paginas / cursos _ insitu / mto _ centrado _
confiabilidad.htm Taller “Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad (MCC)”, por Msc.
Carlos Parra; 11-11-2006.

Diseño de un modelo de mantenimiento centrado en confiabilidad

Transcripción

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