CARRERA: TECNOLOGÍA EN PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETRÓLEO PE TRÓLEO PROF: PROF: ING. FELIX SALAZAR
ASIGNATURA: SEMESTRE: SEMESTRE: III
TEMA 3: ANÁLISIS DE FALLAS EN MANTENIMIENTO DEFINICIÓN DE FALLAS. Deterior o desperfecto en las instalaciones, maquinas o equipos que no permiten su normal funcionamiento. La experiencia nos demuestra que no existen instalaciones, maquinas o equipos que estén libres de fallas a lo largo de su vida útil, y que con adecuada gestión de mantenimiento es posible reducir a un mínimo los perjuicios que ocasiona algún desperfecto. En la industria industria se suele considerar considerar como “avería” a cualquier cualquier anomalía que que impida mantener los niveles de
producción. Pero el concepto es aun más amplio y debe tener en cuenta la falta de calidad el producto, la falta de seguridad, el mal aprovechamiento de la energía disponible y la contaminación ambiental. Las instalaciones, maquinas o equipos son diseñados para alcanzar ciertos niveles de producción y también deben entregar un producto con una calidad esperada. Cualquier circunstancia que haga descender el nivel de calidad debe ser considerada también como una “avería”.
Es importante tener en cuenta que si el estado de algún equipo pone en riesgo la seguridad de personas o el buen funcionamiento de la instalación, también estamos ante una falla. Las consecuencias de una falla pueden ir desde el lucro cesante o pérdida de producción, pasando por las horas hombre improductivas de operaciones, hasta la degradación y rotura de las propias máquinas. Una alta disponibilidad no implica necesariamente una alta confiabilidad, pero una alta confiabilidad si implica una buena disponibilidad y seguridad, en la medida que la maquinaria, el proceso o equipos, presenta una baja probabilidad de falla. Para el caso de la maquinaria pesada, la confiabilidad será el producto de la confiabilidad individual de cada sistema que la compone. TIPOS DE FALLAS Fallas Totales: falla en la cual la consecuencia es la total incapacidad del equipo. Fallas Parciales: son aquellas fallas que traen como consecuencia la degradación del servicio del sistema afectado, pero no su capacidad total. Fallas Súbitas: son aquellas fallas que ocurren inesperadamente. inesperadamente. Progresivas: falla donde se presenta una degradación en forma progresiva de la maquina o el Fallas Progresivas: equipo acumulativa a través del tiempo. Fallas Catalépticas: son aquellas fallas que son totales y súbitas al mismo tiempo. Fallas por Deriva: son aquellas fallas que son parciales y progresivas al mismo tiempo. Fallas Independientes: falla de un elemento de un sistema no motiva la falla de otros elementos. Fallas Dependientes: si la falla en un elemento cambia con la falla de otros elementos. ANÁLISIS DE FALLAS. DEFINICIÓN El análisis de falla es un examen sistemático de la pieza dañada para determinar la causa raíz de la falla y usar esta información para mejorar la confiabilidad del producto.
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE FALLAS Cuando un producto ingenieril cesa de realizar una o más de sus funciones, mucho antes del fin de su vida útil, se dice que ha fallado. Estas fallas pueden causar pérdidas de vidas, paradas imprevistas de planta, incrementos de los costos de mantenimiento y reparación. En razón de sus aspectos legales, los resultados de los análisis de fallas pueden ser usados como base de litigaciones y reclamos de seguros. Los informes de los análisis de fallas pueden ser leídos por una vasta audiencia, incluyendo expertos y neófitos. De aquí que los informes tienen que ser claramente escritos evitando el uso de un lenguaje impreciso. Por otra parte, al poder ser usados también en ámbitos judiciales, es imperativo usar los términos técnicos correctos con definiciones claras para evitar confusiones. El perfil del analista de fallas debe incluir un adecuado conocimiento de varias disciplinas, particularmente ingeniería de materiales y ciencias de materiales. Esto define el carácter multidisciplinario del análisis de falla. El análisis de falla es un examen sistemático de la pieza dañada para determinar la causa raíz de la falla y usar esta información para mejorar la confiabilidad del producto. El análisis de falla está diseñado para: a) Identificar los modos de falla (la forma de fallar del producto o pieza) b) Identificar el mecanismo de falla (el fenómeno físico involucrado en la falla) c) Determinar la causa raíz (el diseño, defecto, o cargas que llevaron a la falla) d) Recomendar métodos de prevención de la falla. Causas comunes de falla (la lista no es exhaustiva): • Mal uso o abuso • Errores de montaje • Errores de fabricación • Mantenimiento inadecuado • Errores de Diseño • Material inadecuado • Tratamientos térmicos incorrectos.
CÓDIGOS Y NORMAS UTILIZADOS EN EL ANÁLISIS DE FALLAS AISI: Normas de composición de aceros ASTM: Normas para materiales y su manufactura API: Normas para la industria del petróleo que son usadas por muchas otras industrias ASME: Responsable de los códigos para recipientes a presión NACE: Códigos para materiales expuestos a ambientes corrosivos. SAE: Normas para la industria automotriz usadas por muchas otras industrias. UNS: Clasificación de metales y aleaciones metálicas Tres principios básicos a respetar: • Localizar el origen de la falla • No presuponer una causa determinada • No realizar ensayos destructivos sin un análisis previo cuidadoso
ETAPAS DE UN ANÁLISIS DE FALLA • ANTECEDENTES En la Etapa inicial lo más importante es solamente pensar, estudiar la evidencia, hacer preguntas detalladas acerca de las partes, el equipo, las circunstancias de la falla y tomar nota de las respuestas. No destruir evidencias. Inicialmente el analista se reúne con el personal involucrado (ingenieros de mantenimiento, de proceso, etc.) para discutir el problema. Es responsabilidad del analista realizar preguntas relevantes concernientes a la pieza: I. proceso involucrado,
II. III. IV. V. VI. VII.
tipo de material, sus especificaciones forma, dimensiones y técnicas de proceso, parámetros de diseño, condiciones de servicio, registros de mantenimiento, frecuencia de falla, secuencia de eventos que precedieron a la falla., etc. Toda esta información permite definir correctamente el problema (“Un buen pla nteo del problema es parte de la solución”)
• ENSAYOS Y CÁLCULOS - Examen preliminar (Visual) de la parte fallada. - Ensayos No Destructivos: Líquidos penetrantes, partículas magnetizables, radiografía, ultrasonido, etc. - Examen macroscópico, documentación fotográfica: grietas secundarias, superficies de fractura, estado superficial. - Examen microscópico (microscopía óptica y electrónica de barrido). - Análisis Químico: Global (en volumen) y Microsonda (EDS, Sistema Dispersivo de Energías, o WDS, Sistema Dispersivo de Longitudes de ondas). - Difracción de Rayos X (DRX): determina fases cristalinas, tensiones residuales, textura cristalográfica. Su aplicación más relevante es la identificación de fases en productos de corrosión. - Ensayos Mecánicos (Tracción, Dureza, Flexión, Embutido. Choque, etc.) - Modelos computacionales (Elementos Finitos): permiten calcular la respuesta de la pieza frente a distintas configuraciones de cargas, temperaturas, entre otras cosas. • ANALISIS DE RESULTADOS, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
En esta etapa se combina toda la información (antecedentes y resultados de los ensayos) y se discute la causa más probable de falla. En las conclusiones se resume el modo de fractura y la causa de la falla. En las recomendaciones se presentan puntos de vista acerca de posibles soluciones del problema.
CRITERIOS DE DETECCIÓN Cuando hay una falla? Cuando la pieza queda completamente inservible. Cuando a pesar de que funciona no cumple su función satisfactoriamente. Cuando su funcionamiento es poco confiable debido a las fallas y presenta riesgos Causas:
1. Mal diseño, mala selección del material. 2. Imperfecciones del material, del proceso y/o de su fabricación. 3. Errores en el servicio y en el montaje. 4. Errores en el control de Calidad, mantenimiento y reparación. 5. Factores ambientales, sobrecargas. Generalmente una falla es el resultado de uno o más de los anteriores factores. Deficiencia en el Diseño.
1. Errores al no considerar adecuadamente los efectos de las entallas. 2. Insuficientes criterios de diseño por no tener la información suficiente sobre los tipos y magnitudes de las cargas especialmente en piezas complejas (No se conocen los esfuerzos a los que están sometidos los elementos) 3. Cambios al diseño sin tener en cuenta los factores elevadores de los esfuerzos.
Deficiencias en la selección del material:
1. Datos poco exactos del material (ensayo de tensión, dureza). 2. Empleo de criterios erróneos en la selección del material. 3. Darle mayor importancia al costo del material que a su calidad. Imperfecciones en el Material:
1. Segregaciones, porosidades, incrustaciones, grietas (generadas en el proceso del material) que pueden conducir a la falla del material Deficiencias en el Proceso:
1. Marcas de maquinado pueden originar grietas que conducen a la falla. 2. Esfuerzos residuales causados en el proceso de deformación en frio o en el tratamiento térmico que no se hacen bajo las normas establecidas (Temperatura, Tiempo, Medio de enfriamiento, Velocidad). 3. Recubrimientos inadecuados. 4. Soldaduras y/o reparaciones inadecuadas. PROGRAMA DE DETECCIÓN Y ANÁLISIS DE FALLAS El programa de Detección analítica de Fallas DAF, proporciona las habilidades y destrezas para la solución y prevención de problemas en ambientes productivos, acompañando los esfuerzos de mejoramiento continuo. Beneficios. Algunos de los beneficios más evidentes del programa son:
· Reducción del tiempo de reparación. · Minimización de tiempo de preparación y arranque de equipos. · Disminución de fallas repetitivas. · Aumento en la disponibilidad de equipos. · Reducción de retrabajos y desperdicio. · Reducción en la frecuencia de fallas. · Mejora del mantenimiento preventivo. · Reducción de costos por fallas de calidad. · Mayor eficiencia en el trabajo en equipo. Es indispensable que el departamento de conservación cuente invariablemente con un inventario de conservación, el cual es un listado de los recursos por atender, sean éstos equipos, instalaciones o construcciones; y que, además, se haya establecido el índice ICGM (RIME). De esta forma, utilizando el código máquina y combinándolo con el principio de Pareto, obtenemos el inventario jerarquizado de conservación (vital, importante y trivial). El análisis de falla es un examen sistemático de la pieza dañada para determinar la causa raíz de la falla y usar esta información para mejorar la confiabilidad del producto.El análisis de falla está diseñado para: a) Identificar los modos de falla (la forma de fallar del producto o pieza). b) Identificar el mecanismo de falla (el fenómeno físico involucrado en la falla). c) Determinar la causa raíz (el diseño, defecto, o cargas que llevaron a la falla) d) Recomendar métodos de prevención de la falla. Causas comunes de falla (la lista no es exhaustiva): • Mal uso o abuso de los equipos. • Errores de montaje. • Errores de fabricación.
• Mantenimiento inadecuado. • Errores de Diseño. • Material inadecuado. • Tratamientos térmicos incorrectos. • Condiciones no previstas de operación. • Inadecuado control o protección ambiental. • Discontinuidades de colada. • Defectos de soldadura. • Defectos de forja.
PRIORIZACIÓN DE FALLAS La priorización de fallas es una actividad muy importante en mantenimiento y consiste en detectar aquellas fallas que por razones diversas pueden afectar en forma importante el sistema de producción o las instalaciones donde opera la organización. Existen muchos métodos y criterios para clasificar en orden de importancia las fallas entre los cuales podemos mencionar: I. Por la frecuencia de la falla., II. Por el impacto sobre el sistema de producción, III. Por el tiempo de mantenimiento requerido, IV. Por la causa de la falla, V. Por el nivel de riesgo (Riesgo= Probabilidad de Falla x Consecuencia de la Falla ) y VI. Por recursos requeridos para la acción en caso que se presente. DIAGRAMA CAUSA-EFECTO El diagrama de Causa - Efecto es una herramienta que ayuda a identificar, clasificar y poner de manifiesto posibles causas, tanto de problemas específicos como de características de calidad. Ilustra gráficamente las relaciones existentes entre un resultado dado (efectos) y los factores (causas) que influyen en ese resultado. Fue desarrollado en 1943 por el Profesor Kaoru Ishikawa en Tokio. Algunas veces es denominado Diagrama Ishikawa o Diagrama Espina de Pescado por su parecido con el esqueleto de un pescado. Es una herramienta efectiva para estudiar procesos y situaciones, y para desarrollar un plan de recolección de datos. Ventajas: •Permite que el grupo se concentre en el contenido del problema, no en la historia del problema ni en los
distintos intereses personales de los integrantes del equipo. •Ayuda a determinar las causas principales de un problema, o las causas delas caracterí sticas de calidad,
utilizando para ello un enfoque estructurado. •Estimula la participación de los miembros del grupo de trabajo, permitiendo así aprovechar mejor el
conocimiento que cada uno de ellos tiene sobre el proceso. • Incrementa el grado de conocimiento sobre un proceso. ANÁLISIS CAUSA-EFECTO 1. Identificar el problema. El problema (el efecto generalmente está en la forma de una característica de calidad) es algo que queremos mejorar o controlar. El problema deberá ser específico y concreto: incumplimiento con las citas para instalación, cantidades inexactas en la facturación, errores técnicos en las cuentas de los proveedores, errores de proveedores. Esto causará que el número de elementos en el Diagrama sea muy alto(consultar la ilustración). El efecto a estudiar puede ser positivo (un objetivo) o negativo (un problema). 2. Registrar la frase que resume el problema. Escribir el problema identificado en la parte extrema derecha del papel y dejar espacio para el resto del Diagrama hacia la izquierda. Dibujar una caja alrededor de la frase que identifica el problema (algo que se denomina algunas veces como la cabeza de pescado).
3. Dibujar y marcar las espinas principales. Las espinas principales representan el input principal / categorías de recursos o factores causales. 4. Identificar las causas principales que inciden sobre el efecto. Éstas serán las ramas principales del Diagrama y constituirán las categorías bajo las cuales se especificarán otras posibles causas. Las categorías habitualmente usadas son: •3 M’s 1P : Maquinaria, Materiales, Métodos y Personal. •4 P’s : Personas, Políticas, Procedimientos y Planta. •Medio : Como una categoría potencialmente utilizable y que se refiere al entorno en que se lleva a cabo
5.
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el proceso. Sin embargo, no es imprescindible utilizar estos grupos de categorías. Para cada caso. Si es conveniente que éstas no sean menos de dos, o más de seis. Situar cada una de las categorías principales de causas en sendos recuadros conectados con la línea central, mediante un conjunto de líneas inclinadas. Realizar una lluvia de ideas de las causas del problema. Este es el paso más importante en la construcción de un Diagrama de Causa y Efecto. Las ideas generadas en este paso guiarán la selección de las causas de raíz. Es importante que solamente causas, y no soluciones del problema sean identificadas. Para asegurar que su equipo está al nivel apropiado de profundidad, se deberá hacer continuamente la pregunta ¿Por qué? Para cada una de las causas iniciales mencionadas. Si surge una idea que se ajuste mejor en otra categoría, no discuta la categoría, simplemente escriba la idea. El propósito de la herramienta es estimular ideas, no desarrollar una lista que esté perfectamente clasificada. Verificar la inclusión de factores. Será preciso reparar el diagrama para asegurar que se han incluido en él todos los factores causales posibles. Identificar los candidatos para la “causa más probable”. Las causas seleccionadas por el equipo son opiniones y deben ser verificadas con más datos. Todas las causas en el Diagrama no necesariamente está nrelacionadas de cerca con el problema; el equipo deberá reducir su análisis a las causas más probables. Encerrar en un círculo la causa(s) más probable seleccionada por el equipo o marcarla con un asterisco. Cuando las ideas ya no puedan ser identificadas, se deberá analizar más afondo el Diagrama para identificar métodos adicionales para la recolección de datos. Por tanto, será preciso llevar a cabo una recogida de datos posterior, y su pertinente análisis, para llegar a conclusiones sólidas sobre las causas principales del efecto. En esta fase posterior, el Diagrama de Pareto puede ser utilizado como valiosa herramienta.
EJEMPLO DE DIAGRAMA CAUSA-EFECTO La figura muestra un ejemplo de la Guía de Control de Calidad de Kaoru Ishikawa, publicada por UNIPUB (N. York). Se trata de una máquina en la cual se produce un defecto de rotación oscilante. La característica de calidad es la oscilación de un eje durante la rotación. Un diagrama de Causa-Efecto es de por si educativo, sirve para que la gente conozca en profundidad el proceso con que trabaja, visualizando con claridad
las relaciones entre los Efectos y sus Causas. Sirve también para guiar las discusiones, al exponer con claridad los orígenes de un problema de calidad. Y permite encontrar más rápidamente las causas asignables cuando el proceso se aparta de su funcionamiento habitual.
DIAGRAMA DE PARETO El Diagrama de Pareto constituye un sencillo y gráfico método de análisis que permite discriminar entre las causas más importantes de un problema (los pocos y vitales) y las que lo son menos (los muchos y triviales). Ejemplo: El 80% del valor de un inventario de artículos se debe al 20% de estos artículos. EJEMPLO DE ANÁLISIS DE PARETO Paso 1: Identificar el Problema: Identificar el problema o área de mejora en la que se va a trabajar.
Ejemplo: Cual es la principal causa por la cual se están dañando los PC de la empresa. Paso 2: Identificar los factores: Elaborar una lista de los factores que pueden estar incidiendo en el problema, por
ejemplo, tipos de fallas, características de comportamiento, tiempos de entrega. Ejemplo: Falta de mantenimiento Programa inadecuado Manejo incorrecto del operador Interrupciones de la energía Virus en el sistema Otros. Paso 3: Definir el periodo de recolección: Establecer el periodo de tiempo dentro del cual se recolectaran los datos: días, semanas, meses. Ejemplo: Durante un mes vamos a recopilar datos. Paso 4: Recolección de Datos: CAUSAS Interrupciones de la energía Manejo incorrecto del operador Programa inadecuado Falta de mantenimiento Virus del sistema Otros
FRECUENCIA 48 22 7 35 4 2
CAUSAS Interrupciones de la energía Falta de mantenimiento Manejo incorrecto del operador
FRECUENCIA 48 35 22
Paso 5: Ordenar los Datos
Programa inadecuado Virus del sistema Otros
7 4 2
Paso 6: Calcular los porcentajes: Obtener el porcentaje relativo de cada causa o factor, con respecto a un total:
La suma de todos los porcentajes debe ser igual al 100% CAUSAS Interrupciones de la energía Falta de mantenimiento Manejo incorrecto del operador Programa inadecuado Virus del sistema Otros TOTAL
FRECUENCIA 48 35 22 7 4 2 118
% Relativo 40,68 29,66 18,64 5,93 3,39 1,69 100
Paso 7: Calcular Los Porcentajes Acumulados. Calcular el porcentaje relativo acumulado, sumando en forma consecutiva los porcentajes de cada factor. Con esta información se señala el porcentaje de veces que se presenta el problema y que se eliminaría si se realizan acciones efectivas que supriman las causas principales del problema. CAUSAS
FRECUENCIA
% Relativo
Interrupciones de la energía Falta de mantenimiento Manejo incorrecto del operador Programa inadecuado Virus del sistema Otros TOTAL
48 35 22 7 4 2 118
40,68 29,66 18,64 5,93 3,39 1,69 100
% Acumulado 41 70 89 95 98 100
Paso 8: Dibujar el Diagrama de Pareto IDENTIFICAR LOS EJES: en el eje horizontal se anotan los factores de izquierda a derecha, en orden decreciente en cuanto a su frecuencia. El eje vertical izquierdo se gradúa de forma tal que sirva para mostrar el número de datos observados (la frecuencia de cada factor), el eje vertical derecho mostrara el porcentaje relativo acumulado. Es importante tener en cuenta, que el diagrama sea más bien cuadrado, es decir que la longitud del eje horizontal sea igual que la del vertical.
DIBUJAR LAS BARRAS: Trazar la barras o rectángulos correspondientes a los distintos factores. La altura de las barras representa el número de veces que se presentó el factor, se dibujan con la misma amplitud, unas tras otras
GRAFICAR LOS PORCENTAJES: Colocar los puntos que representan el porcentaje relativo acumulado, tomando en cuenta la graduación de la barra vertical derecha; los puntos se colocan partiendo desde el origen y después en la posición que corresponde al extremo derecho de cada barra, y se traza una curva que una dichos puntos. En esta forma queda graficada la curva del porcentaje relativo. Paso 9: Análisis de Pareto Debido a que se tiene que ser más productivos con recursos limitados, se debe tratar de enfocar los esfuerzos a reducir una barra de los pocos vitales a la mitad, que intentar reducir una barra de los muchos triviales a cero. Se realiza el diagrama de Pareto para seleccionar un problema o para priorizar causas.
Ejemplo: Si mejoramos el suministro de energía (instalación de UPS) y establecemos un programa de mantenimiento estamos eliminando el 70% de las causas de daños de PC.
BIBLIOGRAFIA -
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