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  • UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI) INSTITUTO DE POSTGRADO Y FORMACIÓN CONTINUA MÁSTER EN GESTIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA EN EL SECTOR ELÉCTRICO TESIS DE MÁSTER“MEJORA EN LA CONFIABILIDAD OPERACIONAL DE LASPLANTAS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA:DESARROLLO DE UNA METODOLOGÍA DE GESTIÓN DEMANTENIMIENTO BASADO EN EL RIESGO (RBM).” Autor: Javier García González-Quijano Director: Luis Plaza Pérez/ Antonio Sola Rosique Tutor: Miguel Ángel Sanz Bobi Madrid, Julio de 2004
  • Autorizada la entrega de la tesis de master del alumno: D. Javier García González-Quijano EL DIRECTOR D. Luis Plaza Pérez Fdo: Fecha: / / EL TUTOR D. Miguel Ángel Sanz Bobi Fdo: Fecha: / / Vº Bº del Coordinador de Tesis D. Tomás Gómez Fdo: Fecha: / /
  • UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI) INSTITUTO DE POSTGRADO Y FORMACIÓN CONTINUA MÁSTER EN GESTIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA EN EL SECTOR ELÉCTRICO TESIS DE MÁSTER“MEJORA EN LA CONFIABILIDAD OPERACIONAL DE LASPLANTAS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA:DESARROLLO DE UNA METODOLOGÍA DE GESTIÓN DEMANTENIMIENTO BASADO EN EL RIESGO (RBM).” Autor: Javier García González-Quijano Director: Luis Plaza Pérez/ Antonio Sola Rosique Tutor: Miguel Ángel Sanz Bobi Madrid, Julio de 2004
  • ÍNDICECAPÍTULO 1 ..................................................................................................................................11EVOLUCIÓN DE LOS CONCEPTOS DE CALIDAD Y MANTENIMIENTO......................11 1 Evolución del concepto de Calidad ............................................... 11 2 Evolución del concepto de Mantenimiento .................................... 14 2.1 Primera Generación................................................................. 14 2.2 Segunda Generación ............................................................... 15 2.3 Tercera Generación ................................................................. 16 2.4 Nuevas tendencias del mantenimiento. La cuarta Generación.. 16 2.5 La Gestión del Riesgo .............................................................. 20 2.6 Patrones de Fallo..................................................................... 24 2.7 Técnicas de Mantenimiento ..................................................... 29 2.8 El mantenimiento como fuente de beneficios ........................... 32 3 Referencias .................................................................................. 35CAPÍTULO 2 ..................................................................................................................................38EL RIESGO INDUSTRIAL ..........................................................................................................38 1 Introducción ................................................................................ 38 1.1 Definición de riesgo ................................................................. 40 2 El riesgo en la empresa ................................................................ 41 2.1 El riesgo en el nuevo mercado eléctrico.................................... 47 3 Introducción al análisis de riesgos................................................ 49 3.1 Definición matemática de riesgo .............................................. 49 3.2 Análisis histórico de accidentes ............................................... 51 3.3 Análisis preliminar de peligros ................................................ 52 3.4 Análisis "¿Qué pasa si…?" ....................................................... 53 3.5 Análisis mediante listas de comprobación................................ 54 3.6 Análisis de los modos de fallos y sus efectos............................ 55 3.7 Análisis de peligros y operabilidad........................................... 56 3.8 Análisis mediante árboles de fallos .......................................... 57 3.9 Análisis mediante árboles de sucesos ...................................... 59Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 4
  • 3.10 Análisis de causas y consecuencias ...................................... 60 3.11 Índices de riesgo................................................................... 61 4 Referencias .................................................................................. 62CAPÍTULO 3 ..................................................................................................................................64EL MANTENIMIENTO BASADO EN EL RIESGO .................................................................64 1 Jerarquía de la planta .................................................................. 67 1.1 Desglose funcional .................................................................. 67 1.2 Modos de fallo ......................................................................... 70 1.3 Causas de fallo........................................................................ 72 1.4 Mecanismos de daño ............................................................... 74 2 Desarrollo del procedimiento ........................................................ 78 2.1 Análisis con árbol de fallos ...................................................... 79 2.2 Análisis con árbol de sucesos .................................................. 83 2.3 Modelo “Bow tie” ..................................................................... 90 3 Probabilidad de Fallo.................................................................... 94 3.1 Tasa de Fallos. Mecanismos de Degradación............................ 96 3.2 Modelado de la Tasa de Fallos ............................................... 109 3.3 Tabla Resumen de los Métodos Usados para Evaluar las Pdf . 120 4 Consecuencias del Fallo ............................................................. 123 4.1 Consecuencias en la Seguridad ............................................. 126 4.2 Salud .................................................................................... 133 4.3 Consecuencias Medioambientales ......................................... 133 4.4 Consecuencias Económicas................................................... 136 5 Evaluación del Riesgo................................................................. 137 5.1 La Matriz de Riesgo ............................................................... 139 6 Actividades de Mantenimiento y Reducción de Riesgos ............... 150 6.2 Optimización del Mantenimiento ........................................... 168 6.3 Tasa de Fallos Después de la Reparación y de las Actividades de Inspección y Mantenimiento .......................................................... 174 7 Referencias ................................................................................ 176CAPÍTULO 4 ................................................................................................................................183Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 5
  • APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA DE MANTENIMIENTO BASADO EN ELRIESGO A UN SISTEMA DE COMPRESIÓN DE GAS.........................................................183 1 Introducción .............................................................................. 183 2 Desarrollo del estudio ................................................................ 190 2.1 Subsistema turbina de vapor................................................. 190 2.2 Subsistema de compresión.................................................... 192 2.3 Subsistema de separación líquido/gas 1................................ 194 2.4 Subsistema de separación líquido/gas 2................................ 196 2.5 Subsistema de separación líquido/gas 3................................ 198 3 Resultados ................................................................................. 200 4 Referencias ................................................................................ 210CONCLUSIONES ........................................................................................................................211 FIGURASFigura 1- Primera generación del mantenimiento ................................... 15Figura 2- Segunda generación del mantenimiento.................................. 15Figura 3- Tercera generación del mantenimiento.................................... 16Figura 4- Cuarta generación del mantenimiento .................................... 18Figura 5- Nuevos Patrones de Tasas de Fallos........................................ 25Figura 6- Objetivos del mantenimiento .................................................. 28Figura 7- Evolución de las técnicas de mantenimiento ........................... 28Figura 8- Tiempos de producción........................................................... 33Figura 9- Principales riesgos inherentes a la empresa. ........................... 42Figura 10- Esquema para una metodología de mantenimiento basado en el riesgo .............................................................................................. 64Figura 11- Esquema de evaluación de riesgos ........................................ 66Figura 12- Desglose jerárquico de activos .............................................. 67Figura 13- Causas, Modos de fallo y Mecanismos de daño en el desglose jerárquico de activos ....................................................................... 74Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 6
  • Figura 14- Relación entre Modos de fallo, Causas del fallo y Causa raíz para una bomba.............................................................................. 75Figura 15- Relación entre Modos de fallo, Causas del fallo y Causa raíz para un tanque a presión ................................................................ 76Figura 16- Modelo “Bow-tie” .................................................................. 78Figura 17- Árbol de fallos ...................................................................... 80Figura 18- Símbolos utilizados en los Árboles de fallos .......................... 81Figura 19- Ejemplo de árbol de fallos para un sistema de bombeo de agua ....................................................................................................... 82Figura 20- Árbol de sucesos .................................................................. 84Figura 21- Ejemplo árbol de sucesos [ASOC96]...................................... 89Figura 22- Modelo Bow-Tie .................................................................... 90Figura 23- Ejemplo de un modelo Bow-Tie ............................................. 91Figura 24- Escenario del caso pero creíble Vs Escenario esperado ......... 92Figura 25- Elementos para determinar las probabilidades de fallo ......... 95Figura 26- Curva de bañera................................................................... 99Figura 27- Curvas de tasa de fallos para diferentes tipos de equipos .... 100Figura 28- Patrón de fallo “A” .............................................................. 101Figura 29- Patrón de fallo “B” .............................................................. 103Figura 30- Curva S-N .......................................................................... 105Figura 31- Patrón de fallo “E” .............................................................. 106Figura 32- Patrón de fallo “F”............................................................... 108Figura 33- Curvas de una distribución Exponencial............................. 111Figura 34- Curvas de una distribución Weibull.................................... 114Figura 35- Curvas de una distribución Lognormal ............................... 116Figura 36- Esquema de modelos para el análisis de las consecuencias en la seguridad .................................................................................. 130Figura 37- Flujograma para el análisis de una fuga ............................. 131Figura 38- Flujograma para evaluar las consecuencias de los fallos en la seguridad ...................................................................................... 132Figura 39- Relaciones medioambientales en una instalación................ 134Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 7
  • Figura 40- Flujograma para evaluar las consecuencias medioambientales ..................................................................................................... 136Figura 41- Diagrama de riesgo............................................................. 137Figura 42- Criterios de aceptación del riesgo........................................ 138Figura 43- Matriz de Riesgos ............................................................... 140Figura 44- Cuantificación de la Matriz de Riesgos ................................ 145Figura 45- Diagrama de decisión ......................................................... 147Figura 46- Formas de reducir el riesgo................................................. 150Figura 47- Marco de decisión para reducción de riesgos ...................... 151Figura 48- Patrones de fallo relacionados con la edad .......................... 156Figura 49- Patrones de fallo no relacionados con la edad ..................... 159Figura 50- Curva de fallo potencial-funcional ...................................... 161Figura 51- Intervalo P-F neto ............................................................... 162Figura 52- Proceso iterativo de inspección ........................................... 165Figura 53- Proceso iterativo de revisión................................................ 166Figura 54- Relaciones entre la fiabilidad y los programas de sustitución. ..................................................................................................... 168Figura 55- Variación de la tasa de fallos λ(m) según estrategias de mantenimiento (m1, m2, m3) ............................................................ 171Figura 56- Curva del coste total esperado ............................................ 173Figura 57- Fiabilidad Vs Mantenimiento .............................................. 175Figura 58- Esquema del sistema de compresión de gas ........................ 185Figura 59- Subsistemas a estudiar ...................................................... 186Figura 60- Árbol de fallos para el subsistema turbina .......................... 190Figura 61- Árbol de fallos para el subsistema de compresión ............... 192Figura 62- Árbol de fallos para el subsistema de separación líquido/gas 1 ..................................................................................................... 194Figura 63- Árbol de fallos para el subsistema de separación líquido/gas 2 ..................................................................................................... 196Figura 64- Árbol de fallos para el subsistema de separación líquido/gas 3 ..................................................................................................... 198Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 8
  • Figura 65- Gráfico ordenado del ranking de riesgos de las causas de fallo ..................................................................................................... 202Figura 66- Gráfico del ranking de riesgos de las causas de fallo ........... 202Figura 67- Riesgo acumulado (%) y ranking de riesgos de las causas de fallo............................................................................................... 203Figura 68- Gráfico ordenado del ranking de riesgos de los modos de fallo ..................................................................................................... 205Figura 69- Contribución de los subsistemas al riesgo global ................ 206Figura 70- Matriz de riesgo del sistema de compresión de gas.............. 207Figura 71- Modelo de matriz de riesgo desarrollada en la metodología.. 208Figura 72- Matriz de riesgos de la metodología aplicada al sistema de compresión de gas......................................................................... 208 TABLASTabla 1- Evolución del Concepto de Calidad........................................... 13Tabla 2- Principales riesgos inherentes al tipo de empresa. .................... 44Tabla 3- Distribución de riesgos por sectores de actividad en 1998. ....... 46Tabla 4- Distribución de siniestros por sectores de actividad en 1998. ... 46Tabla 5- Situación anterior Vs Situación actual ..................................... 48Tabla 6- Riesgos anteriores vs Riesgos actuales ..................................... 48Tabla 7- Desglose funcional de una bomba, un eje de transmisión y un tanque a presión ............................................................................. 70Tabla 8- Modos de fallo de una bomba, un eje de transmisión y un tanque a presión ......................................................................................... 71Tabla 9- Causas de fallo de una bomba, un eje de transmisión y un tanque a presión ............................................................................. 73Tabla 10- Mecanismos de daño de una bomba, un eje de transmisión y un tanque a presión ............................................................................. 77Tabla 11- Distribución de componentes en las curvas de degradación.. 100Tabla 12- Modelos típicos de probabilidad (1)....................................... 120Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 9
  • Tabla 13- Modelos típicos de probabilidad (2)....................................... 121Tabla 14- Métodos utilizados para la evaluación de las PdF para los diferentes tipos de equipos (X=utilizado frecuentemente, (X) =se puede utilizar) ......................................................................................... 122Tabla 15- Fuentes de información para la evaluación de las CdF ......... 126Tabla 16- Significado de los niveles de distancia de daño ..................... 131Tabla 17- Niveles de consecuencias de fallo ......................................... 142Tabla 18- Combinación de consecuencias de fallo ................................ 143Tabla 19- Niveles de consecuencias globales ........................................ 143Tabla 20- Niveles de probabilidades de fallo ......................................... 144Tabla 21- Resultados de pruebas y criterio de aceptación para sistemas de seguridad ...................................................................................... 155Tabla 22- Niveles de consecuencias de fallo ......................................... 187Tabla 23- Combinación de consecuencias de fallo ................................ 187Tabla 24- Hoja de análisis para el subsistema turbina ......................... 191Tabla 25- Hoja de análisis para el subsistema de compresión .............. 193Tabla 26- Hoja de análisis para el subsistema de separación líquido/gas 1 ..................................................................................................... 195Tabla 27- Hoja de análisis para el subsistema de separación líquido/gas 2 ..................................................................................................... 197Tabla 28- Hoja de análisis para el subsistema de separación líquido/gas 3 ..................................................................................................... 199Tabla 29- Ranking de riesgos de las causas de fallo ............................. 200Tabla 30- Modos de fallo del sistema total de compresión de gas.......... 204Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 10
  • Capítulo 1EVOLUCIÓN DE LOS CONCEPTOS DECALIDAD Y MANTENIMIENTO 1 Evolución del concepto de CalidadA lo largo del tiempo los conceptos de mantenimiento y calidad en lasempresas han ido evolucionando de manera sustancial. El concepto demantenimiento ha evolucionado hacia una concepción global, mientrasque la calidad lo ha hecho hacia el concepto de calidad total.Tradicionalmente, cuando el trabajo que primaba era el artesanal, hablarde calidad era sinónimo de un trabajo bien hecho, independientemente delesfuerzo o coste invertido para realizarlo.Esta visión comenzó a cambiar con la Revolución Industrial, a partir de lacual se dejaron de crear productos únicos y la demanda aumentó deforma importante. Con este nuevo marco, se comenzó a tener en cuenta elesfuerzo y el coste que implica la calidad.Posteriormente, factores como la minimización de costes, la aparición deeconomías de escala y el aumento de la competencia entre las empresas,provocaron la aparición del concepto de “control de calidad”. El control decalidad se basaba en la inspección de la producción para evitar la salidade bienes defectuosos y en la actuación para que esos defectos nosiguieran apareciendo. Conseguir más calidad implicaba controlar más ypor tanto mayores costes.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 11
  • En los últimos años el concepto calidad ha seguido evolucionando, hastallegar al concepto actual de Calidad Total, según el cual, la calidad es unafuente de beneficios. Una mayor calidad, trae consigo menores costes deno calidad, es decir, costes provocados por no hacer las cosas bien a laprimera. Lo caro no es hacer bien las cosas, sino hacerlas mal para queluego haya que dejarlas bien.La Calidad Total se basa en un sistema de gestión empresarial queinvolucra a toda la organización, centrándose en la satisfacción delcliente, tanto interno como externo. La Calidad Total engloba todos losaspectos de la empresa, consiguiendo la Calidad del Producto, la Calidaddel Servicio, la Calidad de Gestión y la Calidad de Vida en toda la empresay sus miembros.Esta última etapa de la evolución de la calidad está estrechamente ligadaal concepto de “mejora continua”.El objetivo de la mejora continua es optimizar los resultados actuandosobre los servicios, productos, o procesos que sin poder ser consideradoscomo deficientes ofrecen una oportunidad de mejora.En la actualidad, la calidad se ha convertido en un factor estratégicoclave, del que dependen la mayor parte de las organizaciones paramantener su posición en el mercado o incluso para asegurar susupervivencia.Finalmente, si buscamos una definición adecuada de calidad, en laliteratura podemos encontrar diferentes perspectivas del concepto, de lateoría y de su aplicación a la realidad. Algunas de las definicionesestablecidas por los especialistas de la calidad en los últimos veinte añosson: • Adecuación para el uso a que se destina (Jura, 1988)Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 12
  • • Contribución a la satisfacción de las necesidades (Deming, 1981) • Acomodación a las exigencias de los clientes (Crosby, 1979) • Conjunto de propiedades y características de un producto o servicio que le confieren su capacidad para satisfacer necesidades expresadas o implícitas (ISO 8402/UNE 66001, 1986). EVOLUCIÓN DEL CONCEPTO DE CALIDAD PRIMERA SEGUNDA TERCERA CUARTA QUINTA GENERACIÓN GENERACIÓN GENERACIÓN GENERACIÓN GENERACIÓN Proceso de Calidad por Aseguramiento Proceso de Mejora Reingeniería y CONCEPTO Inspección de la Calidad Calidad Total Continua de la Calidad Total Calidad Estrategia de Estrategia de Rediseña la ENFOQUE Herramienta Herramienta la empresa la empresa empresa A mejorar A estructurar todas las procesos actividades de ORIENTACIÓN Al producto Al proceso Al cliente completos la empresa hacia el hacia el cliente externo cliente externo Tabla 1- Evolución del Concepto de CalidadMantenimiento Basado en el Riesgo Página 13
  • 2 Evolución del concepto de MantenimientoPodemos encontrar infinidad de definiciones diferentes para el concepto demantenimiento según los criterios de cada autor. Intentandohomogeneizar diferentes criterios, podemos definir el mantenimiento comoel conjunto de actividades que se realizan sobre un componente,equipo o sistema para asegurar que continúe desempeñando lasfunciones que se esperan de él, dentro de su contexto operacional.El objetivo fundamental del mantenimiento, por tanto, es preservar lafunción y la operabilidad, optimizar el rendimiento y aumentar la vida útilde los activos, procurando una inversión óptima de los recursos.Este enfoque del mantenimiento es resultado de una evolución importantea través del tiempo. John Moubray (1997) en su libro RCM II distingueentre tres generaciones diferentes de mantenimiento. Cada una de lascuales representa las mejores prácticas utilizadas en una épocadeterminada.2.1 Primera GeneraciónLa primera generación cubre el período entre 1930 y la Segunda GuerraMundial. En esta época la industria estaba poco mecanizada y por tantolos tiempos fuera de servicio no eran críticos, lo que llevaba a no dedicaresfuerzos en la prevención de fallos de equipos. Además al ser maquinariamuy simple y normalmente sobredimensionada, los equipos eran muyfiables y fáciles de reparar, por lo que no se hacían revisiones sistemáticassalvo las rutinarias de limpieza y lubricación. El único mantenimiento quese realizaba era el de “Reparar cuando se averíe”, es decir, mantenimientocorrectivo.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 14
  • Objetivos Técnicas Reparar cuando se produce el fallo Mantenimiento Correctivo Figura 1- Primera generación del mantenimiento2.2 Segunda GeneraciónLa Segunda Guerra Mundial provocó un fuerte aumento de la demanda detoda clase de bienes. Este cambio unido al acusado descenso en la ofertade mano de obra que causó la guerra, aceleró el proceso de mecanizaciónde la industria.Conforme aumentaba la mecanización, la industria comenzaba a dependerde manera crítica del buen funcionamiento de la maquinaria. Estadependencia provocó que el mantenimiento se centrara en buscar formasde prevenir los fallos y por tanto de evitar o reducir los tiempos de paradaforzada de las máquinas. Con este nuevo enfoque del mantenimiento,apareció el concepto de mantenimiento preventivo. En la década de los 60,éste consistía fundamentalmente en realizar revisiones periódicas a lamaquinaria a intervalos fijos.Además se comenzaron a implementar sistemas de control y planificacióndel mantenimiento con el objetivo de controlar el aumento de los costes demantenimiento y planificar las revisiones a intervalos fijos. Objetivos Técnicas Mayor disponibilidad de los equipos Mantenimiento planificado Mayor vida de operación de los equipos Sistemas de control Reducción de costes Utilización de grandes ordenadores Figura 2- Segunda generación del mantenimientoMantenimiento Basado en el Riesgo Página 15
  • 2.3 Tercera GeneraciónSe inició a mediados de la década de los setenta, cuando se aceleraron loscambios a raíz del avance tecnológico y de las nuevas investigaciones. Lamecanización y la automatización siguieron aumentando, se operaba convolúmenes de producción muy elevados, cobraban mucha importancia lostiempos de parada debido a los costos por pérdidas de producción.Alcanzó mayor complejidad la maquinaria y aumentaba nuestradependencia de ellas, se exigían productos y servicios de calidad,considerando aspectos de seguridad y medio ambiente y se consolidó eldesarrollo del mantenimiento preventivo. Técnicas Objetivos Monitoreo de condición Mayor disponibilidad y fiabilidad Diseño basado en fiabilidad y mantenibilidad Mayor seguridad Estudios de Riesgo Mayor calidad del producto Utilización de pequeños y rápidos ordenadores Respeto al Medio Ambiente Modos de Fallo y Causas de Fallo (FMEA, FMECA) Mayor vida de los equipos Sistemas expertos Eficiencia de costes Polivalencia y trabajo en equipo Figura 3- Tercera generación del mantenimiento2.4 Nuevas tendencias del mantenimiento. La cuartaGeneración.En los últimos años hemos vivido un crecimiento muy importante denuevos conceptos de mantenimiento y metodologías aplicadas a la gestióndel mantenimiento.Hasta finales de la década de los 90, los desarrollos alcanzados en la 3ºgeneración del mantenimiento incluían: • Herramientas de ayuda a la decisión, como estudios de riesgo, modos de fallo y análisis de causas de fallo.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 16
  • • Nuevas técnicas de mantenimiento, como el monitoreo de condición • Equipos de diseño, dando mucha relevancia a la fiabilidad y mantenibilidad. • Un cambio importante en pensamiento de la organización hacia la participación, el trabajo en equipo y la flexibilidad.A estos usos, se han ido añadiendo nuevas tendencias, técnicas yfilosofías de mantenimiento hasta nuestros días, de tal forma queactualmente podemos hablar de una cuarta generación delmantenimiento.El nuevo enfoque se centra en la eliminación de fallos utilizando técnicasproactivas. Ya no basta con eliminar las consecuencias del fallo, sino quese debe encontrar la causa de ese fallo para eliminarlo y evitar así que serepita.Asimismo, existe una preocupación creciente en la importancia de lamantenibilidad y fiabilidad de los equipos, de manera que resulta clavetomar en cuenta estos valores desde la fase de diseño del proyecto.Otro punto importante es la tendencia a implantar sistemas de mejoracontinua de los planes de mantenimiento preventivo y predictivo, de laorganización y ejecución del mantenimiento.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 17
  • Técnicas Objetivos Monitoreo de Condición Utilización de pequeños y rápidos ordenadores Mayor disponibilidad y fiabilidad Modos de Fallo y Causas de Fallo (FMEA, FMECA) Mayor seguridad Polivalencia y trabajo en equipo/ Mantenimiento Autónomo Mayor calidad del producto Estudio fiabilidad y mantenibilidad durante el proyecto Respeto al Medio Ambiente Gestión del Riesgo Mayor vida de los equipos Sistemas de mejora continua Eficiencia de costes Mantenimiento Preventivo Mayor mantenibilidad Mantenimiento Predictivo Patrones de fallos / Eliminación de los fallos Mantenimiento Proactivo/ eliminación del fallo Grupos de mejora y seguimiento de acciones Figura 4- Cuarta generación del mantenimientoA continuación vamos a ver como han evolucionado las expectativas delmantenimiento que John Moubray describía en su tercera generación delmantenimiento:Disponibilidad y Fiabilidad de los equipos- La disponibilidad y lafiabilidad de una máquina se siguen viendo en nuestros días como buenosindicadores de rendimiento para el mantenimiento. Las expectativas delmantenimiento en estas áreas se han mantenido e incluso aumentado enlos últimos 15 años.Mayor Seguridad- La seguridad sigue siendo una expectativa importantedel mantenimiento, particularmente en el sentido de poder operar losequipos con seguridad. Tradicionalmente, la seguridad se centraba eneventos de alta frecuencia y pequeñas consecuencias. En los últimos añosse está ampliando el estudio a eventos que aunque presentan unafrecuencia muy baja traen consigo consecuencias muy graves (catástrofesindustriales). Existe una creciente percepción de que las metodologías osistemas de mantenimiento necesarios para evitar estas catástrofesindustriales, deben ser diferentes que los usados típicamente paraincidentes menos graves y más frecuentes. Para el control de este tipo deeventos se están desarrollando nuevas metodologías de mantenimientobasado en riesgo, sobre las cuales se realizará un amplio estudio en esteproyecto.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 18
  • Respeto del Medio Ambiente- En los últimos años hemos vivido unacreciente sensibilización por parte de la opinión pública hacía laprotección el medio ambiente, empujando a la creación de más y másfuertes normas y regulaciones medio ambientales. Las industrias debencentrarse en minimizar el impacto medioambiental de sus operaciones ydar una imagen de producción limpia. Para poder alcanzar estasexpectativas, el papel del mantenimiento debe ser el de asegurar que losequipos funcionen correctamente conforme a las normas y regulacionesambientales.Mayor Calidad del Producto- En un mercado global, asegurar que elproducto reúna todas las especificaciones de calidad sigue siendo unpunto clave. Para las organizaciones que operan con “commodities”, lacalidad del producto es una de las pocas vías de diferenciar su productorespecto a sus competidores. El mantenimiento debe asegurar que elproducto fabricado presenta los requisitos de calidad que han sidodefinidos para ese producto.Aumento de la vida operativa de los equipos- El ritmo creciente de loscambios tecnológicos y la disminución de los ciclos de vida de losproductos han provocado en algunos casos un descenso en la importanciade aumentar la vida operativa de los equipos, al menos en la parte queconcierne al mantenimiento. A pesar de ello, evitar la “muerte prematura”de las máquinas sigue siendo un objetivo muy importante delmantenimiento.Eficiencia de costes- La tercera generación de mantenimiento buscaba laoptimización de sus gastos, para con ello colaborar en minimizar loscostes totales de la organización. Esto es cierto, sólo en teoría. A pesar delas ventajas que podría tener conseguir mayor eficiencia en los costes delmantenimiento, la realidad ha sido que en muchas industrias- sobre todoMantenimiento Basado en el Riesgo Página 19
  • en las intensivas en capital- lo que se ha hecho es minimizar la plantilla yconseguir un “mantenimiento esbelto” (Lean Maintenance) dentro de laorganización, más que buscar un correcto nivel de gastos enmantenimiento.A parte de estas características descritas anteriormente, existen otros dostemas importantes dentro del mantenimiento actual cuya importancia haaumentado de manera muy importante en los últimos años: • La Gestión del Riesgo • Los nuevos Patrones de Fallo2.5 La Gestión del RiesgoCada día cobra más importancia la identificación y control de los posiblessucesos que presentan una baja probabilidad pero consecuencias graves,sobretodo en organizaciones que operan en industrias con riesgo. Elmantenimiento se está viendo como un participante clave en este proceso.En el pasado, este tipo de sucesos se controlaban simplemente con unaextensión de los Sistemas de Gestión de Seguridad y Medio Ambienteimplantados en cada empresa. Sin embargo, existe una crecientepercepción de que la aplicación de estos sistemas de gestión a los sucesosde “baja probabilidad / consecuencias graves” no es efectiva, por lo que esnecesario desarrollar otras metodologías.El accidente en la refinería de Longford, en Australia en 1998, ocurrió apesar de que contaban con un Sistema de Seguridad de Mantenimiento deClase Mundial. Como este desastre, otras muchas organizaciones hanpadecido accidentes de baja probabilidad y consecuencias graves en losúltimos años a pesar de tener implantados sistemas apropiados decontrol. Estos sucesos, han puesto de manifiesto las limitaciones quepresentan las actuales metodologías de gestión del riesgo como laMantenimiento Basado en el Riesgo Página 20
  • “Valoración Cuantitativa del Riesgo” (Quantitative Risk Assessment”), lasValoraciones Probabilísticas de Seguridad (Probabilistic SafetyAssessments- PSA) y otras.Evan y Manion [EVAN02] identifican los siguientes problemas asociados aeste tipo de metodologías: • Dificultad para identificar todos los factores potenciales de riesgo. • Problemas con las incertidumbres en los modelados de los sistemas, especialmente para obtener datos probabilísticos realistas para eventos de baja frecuencia. • Problemas para determinar las relaciones causa-efecto. A menudo éstas no son demostrables. • La incertidumbre provocada por el factor humano, a menudo no se puede modelar. • Problemas de complejidad y acoplamiento. El acoplamiento y la complejidad interactiva entre los componentes de un sistema anulan cualquier modelo completo de fallos potenciales de un sistema. • El valor de la vida. El problema moral de asignar un valor monetario a la vida humana.Para otros autores como Bougumil [BOUG24], el problema fundamental esque las probabilidades que se asignan a los modos de fallo individualesestán basados en análisis no corroborados experimentalmente. Esto esespecialmente cierto para las incertidumbres que aparecen debido arelaciones causa-efecto ocultas o desconocidas.Con el objetivo de superar estas debilidades, las “OrganizacionesAltamente Confiables” han desarrollado una serie de puntos culturalesclave dentro de la organización a tener en cuenta:Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 21
  • • Preocupación ante los fallos. Cualquier fallo debe ser tenido en cuenta, por pequeño que sea, ya que la coincidencia de pequeños fallos en un mismo punto puede traer consecuencias graves. • Reticencia a simplificar interpretaciones, teniendo en cuenta que el mundo real es complejo e impredecible. • Sensibilidad en las operaciones. Se debe asegurar que los operarios de primera línea, donde se realiza el trabajo, sean conscientes de la situación y avisen cuando algo no va bien. • Compromiso de resistencia. Se deben desarrollar capacidades para recuperarse ante los errores que ocurran. • Respeto de la experiencia. Las decisiones se toman en la primera línea de producción y la autoridad recae sobre la persona con más experiencia, independientemente de su lugar o nivel dentro de la organización.Asimismo podemos indicar una serie de funciones que utilizan lasorganizaciones para defenderse de los eventos de baja probabilidad yconsecuencias graves: • Crear una conciencia y un conocimiento del riesgo. • Proporcionar una guía clara de cómo operar de manera que se evite el riesgo. • Utilizar advertencias y alarmas cuando el peligro es inminente. • Restablecer el sistema a una situación estable cuando este se encuentra en una situación anormal. • Interponer barreras de seguridad entre el accidente y las pérdidas potenciales. • Contener y eliminar el accidente, si sobrepasa la barrera. • Proporcionar vías de escape y rescate por si el accidente no es contenible.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 22
  • Algunas vías para intentar paliar las consecuencias graves de este tipo deeventos pueden ser: • Medidas severas Elementos automáticos de seguridad Barreras físicas Avisadores y alarmas Elementos de corte Equipos de Protección Personal Etc. • Medidas suaves Legislación Reglas y procedimientos Programas de mantenimiento Entrenamiento Informes y ejercicios Controles Administrativos SupervisiónPara conseguir un control efectivo de los sucesos de baja frecuencia ygraves consecuencias desde el punto de vista del mantenimiento senecesita establecer una extensa capa de defensas contra el riesgo demanera efectiva. Para ello, no basta simplemente con la utilización de unaherramienta simple de manejo del riesgo como RCM (Reliability-centeredMaintenance), PMO (Plant Maintenance Optimization), QRA (QuantitiveRisk Analysis), PSA (Probabilistic Safety Assessment) y otras, sino quehabrá que complementarlas con estudios específicos para cada caso.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 23
  • 2.6 Patrones de FalloLas nuevas investigaciones están cambiando muchas de las tradicionalescreencias sobre la relación existente en una máquina entre elenvejecimiento y el fallo. En particular, se ha demostrado que paramuchos equipos existe muy poca relación entre el tiempo de operación y laprobabilidad de fallo.El enfoque inicial del mantenimiento suponía que la probabilidad de queuna máquina falle aumenta según el tiempo de operación, siendo mayor laprobabilidad de fallo en la “vejez” de la máquina (patrón de fallo A en laFigura 5).La segunda generación de mantenimiento introdujo el concepto de“mortalidad infantil”. De esta forma la tasa de fallos de una máquinapuede ser representada con una curva de bañera, existiendo, por tanto,más probabilidad de fallo durante el principio y el final de su vida útil(patrón de fallo B en la Figura 5).Sin embargo, en el mantenimiento actual se ha demostrado que podemosdefinir seis patrones diferentes de tasa de fallos, según el tipo de máquinaque estemos utilizando.Tener en cuenta el patrón al que se ajusta cada elemento es fundamentalsi se quiere conseguir una óptima planificación del mantenimiento.Debemos estar seguros de que el mantenimiento que ha sido planificadoes el adecuado, ya que de nada sirve realizar el trabajo planificado demanera correcta, si éste no es el más adecuado.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 24
  • Nuevos patrones de Tasa de Fallos f(t) Modelo A 4% Time Tiempo funcionamiento f(t) Modelo B 2% Time Tiempo funcionamiento f(t) Modelo C 5% Time Tiempo funcionamiento f(t) Modelo D 7% Tiempo Time Tiempo funcionamiento f(t) Modelo E 14% Tiempo Time Tiempo funcionamiento f(t) Modelo F 68% Time Tiempo funcionamiento Figura 5- Nuevos Patrones de Tasas de FallosPara los patrones de fallo “A”, “B” y “C”, la probabilidad de fallo aumentacon la edad hasta alcanzar un punto en el que es conveniente reemplazarel componente antes de que falle y así reducir su probabilidad de fallo.En el caso de los componentes que presentan una probabilidad de fallo del“modelo E”, reemplazar el componente no mejorará en ningún caso sufiabilidad, ya que el nuevo elemento tendrá la misma probabilidad de falloque el antiguo.Si el patrón de fallo al que se ajusta el componente es el “F”, reemplazar elelemento a intervalos fijos por un componente nuevo, no sólo no mejorarála fiabilidad, sino que aumentará la probabilidad de fallo, ya que en la“infancia” presenta más mortalidad que en la vejez.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 25
  • En el gráfico se observa que más del 50% de los componentes presentanfallos en la “infancia”. Esto quiere decir que cada vez que se repara oreemplaza un equipo, las posibilidades de fallo prematuro debido a esaoperación de mantenimiento son muy elevadas.Alguna de las posibles explicaciones que se pueden dar a este hecho, son: • Errores humanos. La tarea de reemplazo o reparación no se completa de manera adecuada por falta de experiencia o conocimiento del personal de mantenimiento • Errores del sistema. El equipo se vuelve a poner en servicio tras haberle realizado una operación de mantenimiento de alto riesgo y no haber revisado dicha operación. • Errores de diseño. La capacidad de diseño del componente está demasiado cerca del rendimiento que se espera de él, por lo que las piezas de menos calidad pueden fallar cuando se le exige dicho rendimiento. • Errores de piezas. Se suministran piezas incorrectas o de baja calidad.Por lo visto anteriormente, está claro que el mantenimiento actual debecentrarse en reducir las operaciones de mantenimiento provocadas porfallos que se ajustan al “modelo F”. Es decir, fallos ocurridos en la“infancia” de los equipos. Para los elementos que ajusten su tasa de fallosa este patrón “F”, un mantenimiento planificado a intervalos fijosaumentará las posibilidades de fallo, ya que el equipo nuevo presentarámás probabilidad de fallo que el antiguo. Por ese motivo existe unatendencia generalizada a “mantener lo mínimo posible”, debido a quecualquier operación de mantenimiento realizada puede aumentar laprobabilidad de fallo.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 26
  • Otra posibilidad, es centrarse en reducir de manera global lasprobabilidades de fallo sobre todos los modelos. La forma de realizar esto,es mediante la utilización de un Mantenimiento Proactivo, es decir buscarla forma de eliminar los fallos, más que eliminar sus consecuencias.Para eliminar los fallos, hay que eliminar sus causas, lo que implicaconocerlas. Existen herramientas como el Análisis Causa-Raíz que ayudana identificar y eliminar las causas de los fallos, aunque en muchasocasiones se utiliza como una herramienta reactiva más que proactiva.La eliminación proactiva de las causas de fallo implica la utilización demetodologías y herramientas que proporcionen: • Asegurar que los equipos utilizados han sido adecuadamente diseñados para la operación requerida y que a la hora de su adquisición se han tenido en cuenta su mantenibilidad, y coste de ciclo de vida, más que minimizar la inversión. Esto requiere una interacción importante entre los ingenieros y el personal de mantenimiento. • Asegurar que los equipos están operando dentro de sus condiciones de diseño. Esto requiere un aumento en la disciplina del personal de producción a la hora de ajustarse a los estándares, documentos y procedimientos de operación. • Asegurar un correcto funcionamiento de la gestión de los repuestos e inventarios. • Asegurar que los procesos de reparación funcionan correctamente, de tal forma que se asegure que los equipos son reparados correctamente a la primera. Esto requiere un alto grado de atención en los detalles y una mayor disciplina en la organización.A modo de resumen, en las siguientes gráficas se presenta como han idoevolucionando las expectativas y técnicas del mantenimiento durante elúltimo siglo:Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 27
  • Cuarta Generación • Mayor disponibilidad Objetivos y fiabilidad • Mayor seguridad Tercera Generación • Mayor calidad del • Mayor disponibilidad producto Segunda Generación y fiabilidad • Respeto M. Ambiente • Mayor seguridad • Mayor vida de los equipos Primera Generación •Mayor disponibilidad • Mayor calidad de servicio • Mayor mantenibilidad •Mayor vida operación • Respeto M. Ambiente • Eficiencia de costes • Realizarlo cuando •Menores costes • Mayor vida operación • Patrones de fallos se produzca • Eficiencia de costes • Eliminación de los fallos un fallo 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2004 Figura 6- Objetivos del mantenimiento Evolución de las Técnicas de Mantenimiento Cuarta Generación • Monitoreo de Condición • Modos de Fallo y Causas de Fallo (FMEA, FMECA) • Polivalencia y trabajo en Tercera Generación equipo/ Mant. Autónomo • Monitoreo de Condición • Est. Fiabilidad y • Basado en fiabilidad mantenibilidad durante el y mantenibilidad proyecto • Estudios de Riesgo • Mantenimiento Preventivo Segunda Generación • Utilización de pequeños • Gestión del Riesgo • Revisiones periódicas y rápidos ordenadores • Sistemas de Mejora • Utilización de grandes • Modos de Fallo y Continua Primera Generación ordenadores Causas de Fallo • Mantenimiento Predictivo • Sistemas de control y • Sistemas expertos • Mantenimiento Proactivo • Mantenimiento planificación del • Polivalencia y trabajo • Grupos de mejora y correctivo mantenimiento en equipo seguimiento de acciones 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2004 Figura 7- Evolución de las técnicas de mantenimientoMantenimiento Basado en el Riesgo Página 28
  • 2.7 Técnicas de MantenimientoHoy en día existen infinidad de diferentes herramientas, técnicas,metodologías y filosofías de mantenimiento. Algunas de las más utilizadaspueden ser: • Mantenimiento Autónomo / Mantenimiento Productivo Total (TPM) • Mejoramiento de la Confiabilidad Operacional (MCO) • Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad (RCM)/(MCC) • Mantenimiento Basado en el Riesgo (MBR) • Asset Integrity • Mantenimiento Centrado en Confiabilidad en Reversa (MCC-R) • Análisis Causa raiz (ACR) • Análisis de Criticidad (AC) • Optimización Costo Riesgo (OCR) • Inspección Basada en Riesgo (RBI)Actualmente uno de los mayores retos para las personas encargadas entemas de mantenimiento no es sólo aprender todas las técnicas existentes,sino identificar cuales son las adecuadas para aplicar en su propiaorganización y cuales no, tanto desde el punto de vista técnico comoeconómico. Tomando una decisión correcta es posible mejorar elrendimiento de nuestros activos y al mismo tiempo incluso reducir loscostes de mantenimiento.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 29
  • ConclusiónComo hemos visto, el concepto de mantenimiento ha evolucionado en eltiempo de manera similar al de calidad, hasta llegar a lo que conocemos yaplicamos en la actualidad.Tanto el concepto del mantenimiento actual como el concepto de CalidadTotal contemplan el aspecto positivo de mejora, de reducción de costes ymejora de competitividad, mediante la eliminación de todo lo que no añadevalor como son los las consecuencias indeseables de los fallos, el excesode stocks, las ineficiencias organizativas, la falta de conocimiento, etc.Los problemas se contemplan ahora como una oportunidad de mejorar yno como un sumidero de gastos. Si existe un problema, la autenticamejora se produce cuando se elimina de forma definitiva, de manera quenunca más vuelvan a ocurrir sus efectos indeseables. La mentalidad esfomentar el descubrimiento de los problemas, pues sólo cuando haydiscrepancias con lo que deseamos, existen oportunidades de mejorar.El enfoque que da la cuarta generación del mantenimiento se centraen la eliminación de los fallos por encima de su prevención ypredicción. Esto es, una visión proactiva, más que reactiva.El conformismo es ahora el enemigo, pues nunca se estará losuficientemente bien cuando existe alguna posibilidad de mejorar. Esadinámica de mejora continua en pos de la meta utópica de la perfecciónabsoluta es el motor que impulsa los esfuerzos de las personas poralcanzar el óptimo para la empresa.Finalmente, los costes generados por mantenimiento han continuadoaumentando de manera continua en los últimos años, tanto en términosabsolutos como en proporción con el gasto total. De tal forma, queactualmente, en algunas industrias se ha convertido en el segundo oincluso en el coste más importante de operación. En sólo treinta años elmantenimiento ha pasado de no contar prácticamente nada, a ser unMantenimiento Basado en el Riesgo Página 30
  • gasto prioritario en el control de la producción. Además la crecientecompetitividad, hace que las plantas necesiten disponer de granflexibilidad y cortos tiempos de respuesta. Por ello en este entorno elmantenimiento juega un papel aún más importante.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 31
  • 2.8 El mantenimiento como fuente de beneficiosPara evaluar la gestión del mantenimiento, se han de definir claramentelos objetivos que el mantenimiento pretende conseguir. Estos objetivos sehan de definir en función de los objetivos de la empresa. La mejor manerade saber si dichos objetivos se consiguen o no y cómo contribuyen amejorar la competitividad de la empresa es cuantificarlos en términosmonetarios.Hoy en día, las estrategias del mantenimiento están encaminadas agarantizar la disponibilidad y eficacia requerida de los equipos einstalaciones, asegurando la duración de su vida útil y minimizando loscostes de mantenimiento, dentro del marco de la seguridad y el medioambiente.Los factores críticos de éxito de la gestión del mantenimiento son laDisponibilidad y la Eficacia, que van a indicarnos la fracción de tiempo enque los equipos están en condiciones de servicio (Disponibilidad) y lafracción de tiempo en que su servicio resulta efectivo para la producción.La Disponibilidad se ha de tener sólo cuando se requiere, lo cual no quieredecir que haya de ser por igual en todos los recursos, pues dependemucho de la criticidad de los mismos, y esa criticidad puede variar segúnlas condiciones del mercado. Tener una disponibilidad demasiado elevadaen recursos que no la necesitan sólo ocasiona un exceso de costes, alhacer un uso excesivo de los recursos de mantenimiento.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 32
  • TIEMPO DE CALENDARIO Mantenimiento Exceso Tiempo de Producción Requerido Programado Capacidad Exceso Mtto. Tiempo Programado para Producción Programado Tiempo Disponible de Producción Averías Paros de Tiempo Real de Producción Producción Tiempo de Ineficiencias Producción Efectiva Figura 8- Tiempos de producción • Una parte del tiempo no se emplea por falta de Demanda. Este tiempo se emplea para realizar el mantenimiento programado de las instalaciones. Lo que nos queda del tiempo calendario una vez deducido este tiempo, es el Tiempo de Producción Requerido. • Otra parte del tiempo se puede emplear si no se ha podido hacer completamente el mantenimiento programado en el tiempo de falta de demanda. El tiempo que nos queda disponible, una vez descontado este concepto, se denomina Tiempo Programado para Producción. • Una parte del Tiempo Programado para Producción se pierde por averías de las instalaciones. Por lo tanto, el tiempo que le queda a producción para realizar su trabajo es menor y se denomina Tiempo Disponible para Producción. • La producción también se para por otros motivos: los paros directos e indirectos de las instalaciones. El tiempo que queda al restarle éste concepto se denomina Tiempo Real de Producción.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 33
  • • Además también hay ineficiencias durante el proceso productivo. Debemos comparar el tiempo en que se ha realizado la producción real, con el tiempo en que se podría haber hecho si todo hubiera ido perfectamente y las instalaciones hubiesen podido trabajar a su capacidad máxima. Este tiempo lo denominamos Tiempo de Producción Efectiva.A partir de estos conceptos, definimos Disponibilidad y Eficacia como: Tiempo disponible para Producción Disponibilidad = Tiempo de Producción requerido Tiempo de Producción efectiva Eficacia = Tiempo disponible para ProducciónLa mejora en estos dos ratios y la disminución de los costes demantenimiento suponen el aumento de la rentabilidad de la empresa y portanto tiene influencia directa sobre los beneficios.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 34
  • 3 ReferenciasLibros [MOUB97] John Moubray. Reliability-centered Maintenance II, 1997. [AMEN94] Luis Améndola. Modelos Mixtos de Confiabilidad, 1994. [TAVAR00] Lourival Tavares. Administración moderna de mantenimiento, 2000. [ESRE01] ESReDA Book on Maintenance Data. 2001 [EVAN02] William M. Evan, Mark Manion. Minding the Machines Preventing Technological Disasters, 2002. [BOUG24] R. J. Bougumil. Limitations of Probabilistic Assessment, IEEE Technology and Society Magazine, v.24, No 8.Papers [IAFC00] La Calidad Total. http://www.iaf.es/prima/articulo/index2.htm [MONO02] Carlos González. Conceptos Generales de Calidad Total, 2002. [QUAL02] The Evolution of Quality, 2002. http://www.dti.gov.uk/quality/evolution [BERA00] Rubén García Berasategui. Total Quality Management, 2000. [SMIT03] Ricky Smith. Las Mejores Prácticas de Mantenimiento, 2003. [DUNN00] Sundy Dunn. The Fourth Generation of Maintenance, 2000.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 35
  • [ROME00] Franco Romerio, Universidad de Genova. Les Risques Liés a la Libéralisation du Marché de Lélectricité: Problématique et Solutions, 2000. [PMOP00] PM Optimisation. Maintenance Analysis of the Future, 2000. http://www.pmoptimisation.com [EDDI03] Eddin Gotera. ¿Qué es lo último que hemos aplicado en mantenimiento?, 2003. [DURA99] José Bernardo Durán. Que es Confiabilidad Operacional, 1999. http://www.tpm-online.com [DURA00] José Bernardo Durán. Nuevas Tendencias del Mantenimiento Industrial, 2000. http://www.cides.cl/articulos/Nuevas%20Tendencias%20d e%20Mantenimiento%20Caracas%202000.PDF [DURA04] José Bernardo Durán. Nuevas Tendencias en el Mantenimiento en La Industria Eléctrica, 2004. [MART03] Omar Aguilar Martínez. El Mantenimiento Predictivo como Herramienta para la Competitividad Industrial. III Foro Datastream de mantenimiento e industria, 2003. [TPMI] Ingeniería de Plantas Industriales. TPM. Evolución del Mantenimiento Industrial. http://www.somos.cl/usm/tpm.ppt [RIBE00] José Ribelles Martínez. Estrategias para un Mercado Liberado, 2000. [OPEM03] OPEMA, IBERDROLA GENERACIÓN. Evolución del Mantenimiento Industrial. Aplicación a Centrales de Generación Eléctrica, 2003. [OPEP03] OPEMA, IBERDROLA GENERACIÓN. Estrategias y Tipos de Mantenimiento. Mantenimiento Predictivo, 2003.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 36
  • [OPEP03] Asociación Española de Mantenimiento. Mejorando el Mantenimiento Industrial. Feria Internacional de Bilbao, 2003. [DANG02] Antonio H. González Danger, Laureano Hechavarría Pierre. Metodología para Seleccionar Sistemas de Mantenimiento, 2002.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 37
  • Capítulo 2EL RIESGO INDUSTRIAL1 IntroducciónEl concepto del riesgo ha tomado mucha importancia en los últimos años,siendo común el uso de términos como “exposición al riesgo”, “gestión deriesgos”, “análisis de riesgos”, etc..Cuando hablamos de riesgo, nos pueden surgir una serie de preguntascomo: 1. ¿El riesgo es una medida natural? 2. ¿Se puede medir el riesgo de forma directa? 3. ¿En que unidades se mide el riesgo? 4. ¿Se puede disminuir o aumentar el riesgo? 5. ¿Todos los riesgos son malos? 6. ¿Que entendemos por modificación del riesgo?Parece que cuanto más conocemos sobre el mundo en el que vivimos, másaprendemos sobre los peligros existentes. Los avances tecnológicos nospermiten ser conscientes de los posibles desastres que podrían ocurrir.Esta mayor conciencia del riesgo provoca que cada vez haya más interésen mitigarlo o gestionarlo mediante diferentes tipos de análisis. Aún así,una única cosa es segura, es imposible eliminar todos los riesgos porcompleto y en muchos casos no sería ni aconsejable. Un ejemplo claro,serían las empresas. Una empresa es una organización que toma riesgospara obtener una ventaja competitiva respecto a sus competidores y unMantenimiento Basado en el Riesgo Página 38
  • beneficio. Si una empresa cubriera todos sus riesgos desaparecería comotal, ya que toda búsqueda de beneficio tiene un riesgo asociado y sinriesgo no hay beneficio.El término riesgo se asocia generalmente a aspectos negativos, como a laprobabilidad de ocurrencia de un suceso no deseable o incluso acatástrofes. Así, se habla del riesgo a tener un accidente, o del riesgo adesarrollar un cáncer de pulmón debido al tabaco pero no se habla delriesgo a ganar la lotería.El riesgo es siempre futuro. Si algo ha ocurrido ya, el riesgo asociado a eseevento ya no existe. Por tanto el riesgo se refiere únicamente a cosas quepueden pasar y así cuanto más conocimiento tengamos sobre él, másposibilidades tendremos de evitar posibles desastres que pueden ocurrir.Nuestra sociedad tecnológica, cada día más consciente de los peligros ysus riesgos, aplica continuamente sistemas para reducirlos. De estaforma, usamos el cinturón de seguridad, evitamos conducir de noche, etc..El hecho es que el análisis de riesgos es una característica natural einnata a la existencia humana.El riesgo no se puede medir directamente sino que debe ser calculado. Elriesgo no es un fenómeno natural sino un parámetro que requiere laintegración de al menos dos cantidades: La posibilidad y el tipo de evento.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 39
  • 1.1 Definición de riesgoToda actividad conlleva un riesgo, y una actividad exenta de él representainmovilidad total. Pero aún así, si todos nos quedáramos en casa sinhacer nada y se detuviera toda actividad productiva y de servicios, aúnexistirían riesgos, no cabe duda que menores, pero existirían. El riesgocero no existe.Podemos definir el riesgo como:La probabilidad de que un peligro (causa inminente de pérdida)asociado a una actividad determinada, ocasione un incidente conconsecuencias factibles de ser estimadas.La Real Academia de la Lengua nos proporciona una definición másgenérica:(Del it. risico o rischio, y este del ár. clás. rizq, lo que depara la providencia). 1. m. Contingencia o proximidad de un daño. 2. m. Cada una de las contingencias que pueden ser objeto de un contrato de seguroDe forma subjetiva, el riesgo se puede describir como la percepción de unpeligro. La forma de percepción que tienen las personas de los peligrosinfluye en la percepción que tienen del riesgo asociado. Así, las personasestán dispuestas a aceptar riesgos más elevados cuando ellas mismastienen control sobre el proceso. De esta forma, las personas se sientenmucho más seguras conduciendo un automóvil que viviendo cerca de unacentral nuclear aunque la tasa de mortalidad sea mucho mayor en el casode los accidentes de automóviles. Esto ocurre porque la conducción delautomóvil es algo que pueden controlar.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 40
  • 2 El riesgo en la empresaDentro de la actividad empresarial podemos hacer una clasificación de losprincipales tipos de riesgos que podemos encontrar: • Estratégicos. Son riesgos relacionados con las decisiones estratégicas de la organización (adaptación a cambios de entorno, gestión de alianzas, decisiones sobre los negocios en los que se quiere entrar…) • De mercado. Influencia de variables de mercado del negocio en resultados futuros (demanda, competencia, coste de factores….) • Financieros. Impacto sobre el rendimiento financiero de la empresa producto de su apalancamiento financiero, su posición con respecto al tipo de cambio y a los valores (Riesgo por apalancamiento, riesgo cambiario, riesgo por posición en valores, riesgo por liquidez y riesgo crediticio). • Operativos. Derivados del desarrollo práctico del negocio (fallos técnicos/humanos, infrautilización de recursos, sistemas de información/control, tecnología). Este riesgo de pérdida causado por fallas en procesos, personas, sistemas internos y eventos externos se puede minimizar con una estrategia de administración de riesgo. • Regulatorios/Legales. Relacionados con la inestabilidad de las reglas del juego en la regulación, fiscalidad y contabilidad. • Crédito. Incumplimiento de compromisos de cobro.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 41
  • Figura 9- Principales riesgos inherentes a la empresa.En esta tesis se desarrolla una metodología de mantenimiento basada enel riesgo operacional. Por tanto, en adelante cuando se hable de riesgoserá referido normalmente a los riesgos operativos.Una empresa tomará diferentes actitudes ante el riesgo según este afecte asu negocio. De esta forma se pueden diferenciar diferentes niveles deriesgo: • Riesgos a eliminar (el riesgo como “peligro”). Son riesgos que llevan asociado un peligro importante, siendo ajenos a las competencias esenciales de la empresa. Estos riesgos pueden amenazar la viabilidad de la empresa (baja probabilidad y alta incidencia). Un ejemplo podría ser el riesgo a que se produzca una catástrofe en una planta de generación de electricidad.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 42
  • • Riesgos a gestionar (el riesgo como “oportunidad”). Riesgos que están vinculados a las actividades de la empresa. Presentan una media/alta probabilidad y muy diferente incidencia. Un ejemplo de este tipo de riesgo es el asociado al precio de la energía en el pool o los tipos de interés. Esta clase de riesgo se debe gestionar con el objetivo de sacar el máximo beneficio para la empresa. • Riesgos a asumir (el riesgo como negocio). Son riesgos inherentes a las actividades de la empresa Son consecuencia del tipo de negocio y de su regulación. Un ejemplo de esta clase de riesgo es el asociado a las decisiones estratégicas (entrada en determinados negocios).El sistema empresa está compuesto por cuatro subsistemas que son: • personas • equipos • material • entornoEstos subsistemas, bien interrelacionados e interactuando de maneraarmoniosa dan lugar a los resultados operacionales y financieros que laempresa ha planeado obtener.La empresa necesita de estos cuatro elementos o subsistemas por lo quesiempre requieren especial atención y cuando un riesgo no es controlado,puede dañar a alguno de los subsistemas o a todos ellos, como porejemplo, un incendio o una demanda judicial.En los cuatro elementos mencionados existen riesgos específicos que sedeben controlar en forma efectiva para que estos no produzcan pérdidas.Estos riesgos tienen relación con la actividad especifica de cada empresa,ya que los riesgos de una empresa de transporte son diferentes a unaMantenimiento Basado en el Riesgo Página 43
  • empresa eléctrica, minera, de servicios, metalmecánica, etc.. Aunque porsupuesto existen riesgos comunes en todas las actividades. Estos riesgosespecíficos a cada actividad se llaman riesgos inherentes.Los riesgos en general, se pueden clasificar en riesgo puro y riesgoespeculativo.El riesgo especulativo es aquel riesgo en el cual, existe la posibilidad deganar o perder, como por ejemplo, las apuestas o los juegos de azar.En cambio el riesgo puro es el que se da en la empresa y existe laposibilidad de perder o no perder pero jamás de ganar.El riesgo puro en la empresa a su vez se clasifica en: • Riesgo inherente • Riesgo incorporadoEl riesgo inherente Es aquel riesgo que por su naturaleza no se puedeseparar de la situación donde existe. Es propio del trabajo a realizar. Es elriesgo propio de cada empresa de acuerdo a su actividad. En la siguientetabla se muestran algunos ejemplos de riesgos inherentes en lasempresas: TIPO DE EMPRESA PRINCIPALES RIESGOS INHERENTES Transporte Choques, colisiones, volcados Metalmecánica Quemaduras, golpes, Construcción Caída distinto nivel, golpes, atrapamiento Minería Derrumbes, explosiones, caídas, atrapamiento Servicios Choque, colisiones, lumbago, caídas Tabla 2- Principales riesgos inherentes al tipo de empresa.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 44
  • El riesgo incorporado es aquel riesgo que no es propio de la actividad,sino que es producto de conductas poco responsables de un trabajador, elcual asume otros riesgos con objeto de conseguir algo que cree que esbueno para el y/o para la empresa, como por ejemplo ganar tiempo,terminar antes el trabajo para destacar, demostrar a sus compañeros quees mejor, etc.Los siguientes son ejemplos de riesgos incorporados: • Clavar con un alicate o llave y no con un martillo • Subir a un andamio sin amarrarse • Sacar la protección a un esmeril angular • Levantar o transportar sobrepeso • Transitar a exceso de velocidad • No reparar un fallo mecánico de inmediato • Trabajar en una máquina sin protección en las partes móvilesLos riesgos inherentes en una empresa se deben controlar y/o eliminarsiempre que sea posible, ya que al estar en directa relación con laactividad de la empresa, si ésta no los asume no puede existir. Los riesgosincorporados se deben eliminar de inmediato.Cuando un riesgo se sale de nuestro control produce accidentes queprovocan muertes, lesiones incapacitantes, daños a los equipos,materiales y/o medio ambiente.Todo esto, provoca pérdidas para la empresa, ya que ocurrido unaccidente, la empresa debe: 1. Contratar un nuevo trabajador y prepararlo para esa actividad. 2. Redistribuir los trabajadores en el área. 3. Perdidas de tiempo 4. Aumentos de seguro 5. Comprar o reparar la maquinaria y/o equiposMantenimiento Basado en el Riesgo Página 45
  • 6. Pago de indemnizaciones 7. Perdida de tiempo de los trabajadores involucrados en el accidente Tabla 3- Distribución de riesgos por sectores de actividad en 1998. Tabla 4- Distribución de siniestros por sectores de actividad en 1998.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 46
  • 2.1 El riesgo en el nuevo mercado eléctricoEn Europa, el mercado de la electricidad está en vías de liberalización. ElReino Unido y Noruega ya tienen una experiencia importante de unmercado liberalizado. Asimismo, países como Estados Unidos, Australia,Nueva Zelanda, Suiza, España y un número creciente de países asiáticoshan abierto sus mercados a la competencia.En este nuevo marco, la antigua modalidad de costes reconocidos se hasustituido por un mercado mayorista de casación, ocasionando laaparición de un creciente grado de competencia dentro del sector y portanto un descenso de los márgenes comerciales de las empresasgeneradoras.Esta nueva situación ha provocado que aparezcan una serie de riesgospara las empresas eléctricas que anteriormente no existían y por tanto lagestión de riesgos ha cobrado mucha importancia.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 47
  • En la Tabla 5 y en la Tabla 6 se realiza una comparación entre lasituación actual y la anterior a nivel de riesgos empresariales: PASADO PRESENTE Negocios regulados Desregulación/Liberalización Riesgos más Riesgos bien entendidos complejos/interrelación Poca competencia Liberalización/Incremento de la competencia Deuda financiera alta Capacidad de inversión Inversiones individuales Inversión institucional Pocas posibilidades de Más fácil transferir riesgos transferencia de riesgos Tabla 5- Situación anterior Vs Situación actual Riesgos en el Marco Legal Estable Nuevos riesgos con la liberalización Estructura productiva (perfil generación) Hidraulicidad Cuota generación (Nuevos agentes) Inflación Cuota mercado (Clientes cualificados) Tipos de interés Riesgos de precio del mercado Tipos de cambio Riesgos regulatorios (medio ambiente, impuestos) Riesgo de crédito Tabla 6- Riesgos anteriores vs Riesgos actualesMantenimiento Basado en el Riesgo Página 48
  • 3 Introducción al análisis de riesgos3.1 Definición matemática de riesgoSe define el riesgo, como la esperanza matemática de la pérdida. Siconsideramos un suceso con una probabilidad de ocurrencia “P” y undaño o consecuencia “C”, el riesgo vendrá definido por el producto de estaprobabilidad por el efecto o magnitud del daño. Riesgo = P x C Siendo 0≤P≤1Una definición equivalente se obtiene sustituyendo la probabilidad por lafrecuencia y la consecuencia por la severidad: Riesgo = F x SEn este caso, “F” representa la esperanza matemática de la pérdida en undeterminado periodo de tiempo o lo que es lo mismo, la probabilidad deocurrencia de la pérdida en dicho periodo.Estos efectos se pueden medir en distintas unidades: en términoseconómicos, en pérdida de vidas humanas, en daños personales, etc. Asísi un accidente se produce con una frecuencia de una vez cada 5 años yprovoca en cada ocasión quince muertos, el riesgo será de: 1 Riesgo = x 15 = 3 muertos / año 5Si para este mismo accidente, las pérdidas económicas ascienden a 300millones de euros, el riesgo será: 1 Riesgo = x 300 = 60 millones de euros / año 5Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 49
  • Obviamente, para reducir el riesgo se puede actuar sobre las dosvariables, bien reduciendo las probabilidades de ocurrencia, bienreduciendo la magnitud esperable del daño, bien actuando sobre las dos.Para algunos autores, disminuir la probabilidad es PREVENCIÓN ydisminuir la gravedad de los efectos es PROTECCIÓN.La sencillez matemática de esta expresión está reñida, sin embargo, consu utilidad práctica. En primer lugar, es preciso identificar todos y cadauno de los peligros presentes en una instalación industrial y despuésconocer la frecuencia con la que ocurrirá un evento (en el contexto delanálisis de riesgos será siempre un evento no deseado), y la magnitud deldaño que se producirá. Esta tarea es muy costosa en términos de tiempo yrecursos a emplear. De hecho, algo tan aparentemente simple comoconocer estas dos magnitudes ha obligado al desarrollo de un sinfín demetodologías encaminadas a su estimación más o menos precisa.El objetivo de este apartado es describir de forma somera las principalestécnicas hoy por hoy disponibles para identificar peligros y/o evaluarriesgos, ya sea bajo una perspectiva cualitativa, ya sea mediante el uso demétodos cuantitativos o semicuantitativos.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 50
  • 3.2 Análisis histórico de accidentesSu objetivo primordial es detectar los peligros presentes en unainstalación por comparación con otras similares que hayan tenidoaccidentes registrados en el pasado. Analizando esos antecedentes esposible conocer las fuentes de peligro, estimar el alcance posible de losdaños e incluso, si la información es suficiente, estimar la frecuencia deocurrencia.Para llevar a cabo estos trabajos se dispone de bancos de datosinformatizados, recopilaciones bibliográficas de accidentes o incluso de lapropia experiencia siniestral de la empresa.Es una metodología simple y económica, ya que no compromete muchosrecursos materiales o humanos. Su gran ventaja es que detecta peligrosabsolutamente reales, que ya en el pasado se han puesto de manifiesto.Sin embargo, las informaciones recogidas son limitadas dado que sólo seregistran los accidentes que acaban en eventos de relativa importancia yse obvian incidentes, potencialmente más peligrosos que los anteriores,pero que por circunstancias fortuitas favorables no desencadenan un granaccidente. Asimismo, las informaciones recogidas no son completas yestán afectadas de imprecisiones importantes, lagunas y datosconfidenciales desconocidos.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 51
  • 3.3 Análisis preliminar de peligrosEste método es similar al análisis histórico de accidentes, aunque no sebasa en el estudio de siniestros previos sino en la búsqueda bibliográficade peligros que puedan hallarse presentes en una nueva instalación apartir de la lista de productos químicos presentes. De forma no estricta sele suele denominar también "Análisis preliminar de riesgos".El procedimiento consiste en obtener información completa sobremateriales, sustancias, reactivos y operaciones previstas, comparar estosprocesos con otros de los que se tenga experiencia anterior, adaptar esassemejanzas al caso actual y analizar las operaciones y equipos previstosdesde el punto de vista de los peligros presentes en cada uno (toxicidad,corrosividad, carga energética, etc.).Los puntos críticos que se hayan detectado en el paso anterior deben serobjeto de un estudio técnico algo más detallado. Por último, como resultalógico, deberán proponerse las medidas a adoptar para disminuir oeliminar los peligros detectados.Es un procedimiento de análisis simple y económico, aunque nosistemático; es estrictamente cualitativo y depende en exceso de losconocimientos previos de los ejecutantes.Resulta idóneo para instalaciones en fase de anteproyecto o ingenieríabásica, cuando aun no se han desarrollado planos detallados de lainstalación.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 52
  • 3.4 Análisis "¿Qué pasa si…?"El objetivo fundamental de este método es la detección y análisis de lasdesviaciones sobre los procesos y condiciones previstos, intentando evitaraquellos eventos que puedan resultar no deseables. Básicamente consisteen responder cualitativamente a una batería de preguntas del tipo “¿Quépasa si…?”, en relación con la calidad o la concentración de las materiasprimas, o en relación con las variables de proceso o los serviciosnecesarios.Para llevar a cabo este análisis de forma estructurada se recomiendaseguir la línea de proceso, desde la recepción de materiales hasta laentrega del producto terminado. En una primera fase se pide a losparticipantes que planteen cualquier pregunta del tipo “¿Qué pasa si…?”en relación con cada unidad o etapa del proceso. Una vez recopiladastodas estas cuestiones, se intentará dar respuesta a cada una de ellas,con la participación de especialistas si fuera necesario.Una vez identificados los peligros y sus posibles consecuencias, debenproponerse las medidas disponibles para minimizarlos, tales comoalternativas en el proceso o modificaciones de la línea de producción.Resulta un sistema muy creativo y de simple aplicación (y por lo tanto,económico). Sin embargo, aún realizándose de modo estructurado puedepasar por alto algunos peligros menos evidentes pero no por ello menosgraves.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 53
  • 3.5 Análisis mediante listas de comprobaciónConsiste en contrastar la realidad de la planta con una lista muydetallada de cuestiones relativas a los más diversos ámbitos, tales comocondiciones de proceso, seguridad o estado de las instalaciones oservicios.En primer lugar es necesario disponer de listas de comprobación o “checklist” generalistas o específicamente desarrolladas para esa planta enconcreto. Cabe también generar estas listas con un planteamiento global obien por ámbitos (instrumentación, equipos, materias peligrosas,condiciones de trabajo, etc.).A la hora de aplicar el análisis, basta con seguir la lista de referencia yresponder a todas y cada una de las cuestiones planteadas, obteniendoasí un perfil sobre el cumplimiento de los criterios de seguridad de laplanta analizada.Es un procedimiento fácil y controlado. Está especialmente adaptado paragarantizar el cumplimiento de normas o reglamentos técnicos y permite lareproducibilidad del análisis de forma periódica, permitiendo estudiar lasdesviaciones que se producen en el tiempo. No obstante, dependiendo dela calidad de la lista de comprobación o del grado con que se adapte a laplanta analizada puede pasar por alto peligros evidentes no contempladosen las listas o incidir excesivamente en puntos que sin lugar a dudas noplantean peligros importantes. En este sentido, no es un método creativo.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 54
  • 3.6 Análisis de los modos de fallos y sus efectosDenominado también "Failure Mode and Effect Analysis" o FMEA es unatécnica muy utilizada en los sistemas de calidad para identificar causas defallos.El FMEA persigue establecer los posibles fallos de todos y cada uno de loselementos de la planta, analizando las consecuencias y considerandoaquellas que puedan desencadenar un accidente, sugiriendo las medidasa adoptar para controlar tales situaciones de peligro.Se inicia el estudio identificando todos los equipos de la planta yestableciendo sus condiciones normales de proceso. A continuación, paracada equipo, se detallan todos y cada uno de los fallos posibles y seanalizan sus posibles consecuencias. Si se da la circunstancia de que unasituación de fallo en un equipo produce una alteración en otro, debetrasladarse esta influencia al estudio del equipo afectado.Una vez conocidas las consecuencias, se deben proponer las acciones demejora necesarias para eliminar o reducir el peligro.En general para cada elemento se cumplimenta una tabla con lassiguientes columnas: elemento, descripción del equipo, modo de fallo,forma de detección del fallo, efectos del fallo y medidas correctoras.Requiere poca información y es relativamente económico. Es un análisiscualitativo (aunque admite cierto tratamiento semicuantitativo). Suprincipal inconveniente es que no contempla la posibilidad de falloscombinados o en secuencia.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 55
  • 3.7 Análisis de peligros y operabilidadDenominado también "Hazard and Operability Análisis” o HAZOP es unatécnica de seguridad orientada a identificar circunstancias de peligro y deaccidente, siendo la operación (la garantía de funcionamiento) un aspectosecundario.Esencialmente es un método muy similar al FMEA descrito en el apartadoanterior. El HAZOP, sin embargo, es un método absolutamentesistemático, porque se controlan todas y cada una de las variables deproceso, en todos y cada uno de los equipos de la planta.Su aplicación se fundamental en la identificación de todos los parámetrosdel proceso (presión, temperatura, nivel, caudal, etc.) y sus condiciones detrabajo habituales, analizando de manera sistemática las desviacionesposibles.Se inicia el estudio identificando los equipos y líneas principales de laplanta. Para cada equipo o línea se relacionan todos los parámetros queafectan al sistema y se concretan sus condiciones habituales de proceso.A continuación y ayudados por unas palabras-guía tales como NO, MÁS,MENOS, CONTRARIO, ADEMÁS, PARTE, DIFERENTE, se intentaincentivar la creatividad de los participantes en el estudio para queidentifiquen cuáles serían las consecuencias de que la variable estudiadase desviara de la condición de proceso en la forma indicada por la palabra-guía (más temperatura, menos pH, flujo inverso en bomba, etc.).Para cada situación peligrosa identificada se propondrán las medidascorrectoras oportunas en el sentido de evitar las desviaciones detectadas.Este método requiere documentación completa y un conocimientoexhaustivo de la planta, de los productos utilizados y de las condicionesMantenimiento Basado en el Riesgo Página 56
  • de proceso. Está especialmente adaptado a plantas relativamentecomplejas en las que otros métodos serían totalmente anárquicos. Enparticular, está mejor preparado para ser usado en plantas de trabajo encontinuo, aunque se han desarrollado variantes para procesos por lotes.Su aplicación es económicamente costosa, dada la necesidad deinvolucrar en el estudio a un cierto número de profesionales cualificadosque deberán dedicarle un tiempo considerable.Existen en el mercado numerosos paquetes informáticos que apoyan larealización del análisis.3.8 Análisis mediante árboles de fallosEl Análisis mediante árboles de fallos (FTA o “Fault Tree Analysis”)[AMEN94] es una técnica cuantitativa que permite estimar la probabilidadde ocurrencia de un fallo determinado (suceso capital o "top event") apartir del conocimiento de la frecuencia de ocurrencia de los sucesosiniciadores o causales, mediante la utilización de procesos lógicosinductivos y la confección de una secuencia lógica de sucesos,denominada árbol de fallos.Se inicia su aplicación con la identificación de los sucesos capitales talescomo “explosión de un reactor”, “fallo del compresor”, etc.Se establecen a continuación los sucesos iniciadores que son capaces, depor sí o en combinación con otros, de desencadenar el suceso capital y seestructura el árbol de fallos mediante puertas lógicas. Se asigna a cadasuceso básico la probabilidad de ocurrencia, conocida por propiaexperiencia o por consulta a bancos de datos sobre la materia, y porúltimo se calcula la probabilidad de los sucesos compuestos mediante laaplicación del álgebra de Boole hasta alcanzar el suceso capital.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 57
  • Asimismo, y dado que las probabilidades asignadas a cada suceso tienenun margen de incertidumbre a veces conocido, es posible estimar tambiénla sensibilidad o grado de certidumbre del resultado final.La utilización de este método de análisis de riesgos permite unconocimiento exhaustivo de las relaciones causa-efecto existentes entrelos diversos fallos posibles del sistema y genera unas recomendaciones demejora muy concretas (e incluso cuantificadas en cuanto a su eficacia).Sin embargo, requiere mucho tiempo y personal especializado, con unconocimiento completo de la planta en sus distintas etapas de proceso(parada, puesta en marcha, operación, emergencia, etc.).Se recomienda su utilización en instalaciones complejas en las queconcurran muchos aparatos, instrumentos, equipo de control y alarma ysistemas de seguridad. Incluso es aplicable para valorar la incidencia delfallo humano en la probabilidad del suceso capital.Existen numerosos programas de ordenador como asistentes para eldesarrollo de este tipo de análisis, con lo que se evitan algunos errores yse facilita la corrección o modificación (mantenimiento o actualización) delos árboles.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 58
  • 3.9 Análisis mediante árboles de sucesosMediante el ETA (Event Tree Análisis) se pretende estructurar la secuenciade eventos básicos que desencadena un tipo de accidente concreto,estableciendo también las probabilidades de ocurrencia, si el conocimientode los sucesos básicos lo permite. Desde un punto de vista abstracto, essimilar al análisis de árboles de fallos.Sin embargo, los sucesos básicos en este caso no son fallos de lossistemas (“falla el T-302”) sino alternativas de las diferentes situacionesque pueden darse (“ignición inmediata-ignición retardada).Para su aplicación se identifican los sucesos básicos o iniciadores y seaplican todas las disyuntivas lógicas que sean procedentes hasta obteneruna representación gráfica en forma de árbol horizontal, en la quedanrepresentadas todas las posibles evoluciones del sistema según se den ono las diferentes alternativas planteadas, hasta los sucesos accidentalesfinales (nube de gas, deflagración, dispersión, etc.)Por su especificidad y grado de desarrollo, son aplicables a las mismasinstalaciones y bajo las mismas condiciones que los árboles de fallos.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 59
  • 3.10 Análisis de causas y consecuenciasPermite un análisis cuantitativo de los eventos de fallo en sistemascomplejos, partiendo de sucesos capitales y factores condicionantes, conlo que al final se obtiene un árbol de causas/consecuencias. Es unacombinación de árboles de fallos y árboles de sucesos por lo que tambiénse utilizan símbolos lógicos y asignación de probabilidades a cada uno.Se elige un suceso principal como origen de la evaluación, se identificanlos sucesos condicionantes y se establece la secuencia lógica deacontecimientos incluyendo las disyuntivas existentes. En este árbol semezclan eventos “fallos” con eventos “sucesos”.Su aplicación requiere conocer muy bien la instalación y tener experienciaen el desarrollo de este tipo de análisis. Es laborioso y se necesita soporteinformático para llevarlo a cabo. Los resultados obtenidos son muydetallados y permiten, como en el caso de los árboles de fallos y desucesos, cuantificar la utilidad de las medidas correctoras propuestas.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 60
  • 3.11 Índices de riesgoSon procedimientos de aplicación relativamente simple a instalacionescomplejas, en las que se evalúan una serie más o menos detallada deparámetros y se cuantifican unos valores que permiten una evaluación delnivel de riesgo de la instalación analizada. Existe un buen número deellos, cada uno con sus especificidades.Son métodos de aplicación simple y económica ya que con lacumplimentación razonada de una lista de comprobación, se obtienen deforma más o menos inmediata unos valores orientativos del riesgointrínseco de la actividad e incluso pueden determinarse los factores quemás contribuyen a incrementar este riesgo. Sin embargo, su grado dedescripción de la instalación es limitado, por lo que los resultadosobtenidos son genéricos y pueden pasar por alto multitud de factores,agravantes o no.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 61
  • 4 ReferenciasLibros [MOUB97] John Moubray. Reliability-centered Maintenance II, 1997. [AMEN94] Luis Améndola. Modelos Mixtos de Confiabilidad, 1994. [TAVAR00] Lourival Tavares. Administración moderna de mantenimiento, 2000. [ESRE01] ESReDA Book on Maintenance Data. 2001 [JONE95] Risk-Based Management Richard B. Jones. 1995Papers [AYAL01] Francisco J. Ayala-Carcedo. La ordenación del territorio en la prevención de catástrofes naturales y tecnológicas. Bases para un procedimiento técnico- administrativo de evaluación de riesgos para la población, Junio 2001. [LAVE01] Allan Lavell, Ph.D. Sobre la Gestión del Riesgo: Apuntes hacia una definición, 2001. [OVIE97] Universidad de Oviedo. El riesgo de desastre químico como cuestión de salud pública Rafael Castro Delgado, 1997. [LLOP01] Carol Llopart. Una nueva metodología para la predicción de la gravedad en los accidentes industriales aplicando el análisis histórico, 2001.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 62
  • [BELMA00] Victor Belmar Muñoz. Implantación de un sistema efectivo para el control del riesgo operacional en la empresa, 2000. [ROME00] Franco Romerio, Universidad de Genova. Les Risques Liés a la Libéralisation du Marché de Lélectricité: Problématique et Solutions, 2000. [RIBE00] José Ribelles Martínez. Estrategias para un Mercado Liberado, 2000. [VAZQ04] Apuntes Master en Gestión Técnica y Económica en el Sector Eléctrico. Santos Vázquez Hernández, 2004.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 63
  • Capítulo 3EL MANTENIMIENTO BASADO EN EL RIESGOLa Figura 10 muestra los principales pasos que se deben realizar pararealizar una guía para la implantación de una metodología demantenimiento e inspección basada en riesgo en una planta o en unacompañía. Análisis preliminar Recogida y validación de datos Análisis detallado Ciclo técnico-organizativo Análisis intermedio Análisis inicial Ciclo técnico Análisis de riesgo multi-nivel • Escenario • PdF • CdF • Riesgo Toma de decisiones y Optimización • Operación • Monitorización • Inspección • Mantenimiento Implementación • Operación • Monitorización • Inspección • Mantenimiento Valoración / Evaluación de eficiencia Figura 10- Esquema para una metodología de mantenimiento basado en el riesgoMantenimiento Basado en el Riesgo Página 64
  • Un prerrequisito para implementar este esquema es obtener una jerarquíade la planta bien adaptada que facilite la identificación de funciones,mecanismos de degradación y fallos.Los pasos que se deben tomar para desarrollar una jerarquía de la plantase describen en la sección 1.La sección 2 describe los métodos para identificar los mecanismos dedegradación más probables y para desarrollar escenarios en los cuales secombinan la evaluación de la probabilidad de fallo y de las consecuenciasdel fallo.Las secciones 3 y 4 describen métodos para evaluar la probabilidad defallo (PdF) y las consecuencias de fallo (CdF), respectivamente.En las secciones 5 y 6 se evalúa como desarrollar la valoración del riesgo ycomo identificar nuevas actividades de inspección y mantenimiento.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 65
  • La Figura 11 muestra un esquema posible para llevar a cabo un análisisde riesgos: Identificación del contexto Identificación de riesgos Análisis de riesgos Comunicación y consulta Evaluación de Evaluación de las Supervisión y revisión la probabilidad consecuencias Estimación del nivel de riesgo Evaluación de riesgos Sí ¿Riesgo aceptable? No Actuar sobre el riesgo Figura 11- Esquema de evaluación de riesgosMantenimiento Basado en el Riesgo Página 66
  • 1 Jerarquía de la plantaEste es un prerrequisito para una valoración eficiente del riesgo y para laplanificación del mantenimiento y la inspección, ya que la planta seencuentra dividida en secciones controlables.Asignar funciones y subfunciones a los elementos físicos de la plantasimplifica la identificación de los modos de fallo. Una vez identificados, losmodos de fallo se utilizan posteriormente para encontrar las causas defallo, las causas raíz y los mecanismos de daño.1.1 Desglose funcionalEl primer paso es definir una jerarquía técnica para los equipos de laplanta. La jerarquía técnica es un desglose jerárquico de la planta. LaFigura 12 presenta un ejemplo de una jerarquía técnica.El siguiente paso será definir las funciones de cada uno de los elementosdentro de la jerarquía establecida. País Compañía Situación Planta Unidad Sistema Subsistema Función Equipo Subfunción 1 Componente Subfunción 2 … Elemento Subfunción n Localización Figura 12- Desglose jerárquico de activosMantenimiento Basado en el Riesgo Página 67
  • Varios estándares industriales proporcionan guías sobre como desarrollarla jerarquía técnica de la planta: • La ISO 14224 (Estándar OREDA) Proporciona una guía para las industrias petrolíferas y las de gas natural. • KKS Kraftwerk Kennzeichen System, es un sistema de identificación para plantas de generación de energía eléctrica (Alemanas y danesas) • La ISO 3511 es un estándar para la medida y el control de equipos usados en los procesos industriales.Los estándares también definen límites funcionales para algunos sistemasy componentes como sistemas de seguridad, bombas, compresores,turbinas, etc. La definición de límites funcionales para equipos auxiliareses más complicada ya que no existe una práctica aceptada para estos.Esto varía según el sector industrial, el ambiente, el contexto operativo,etc.Es posible definir la función en cada nivel en la jerarquía técnica. Para elcaso del análisis RBM (Risk-Based Maintenance o Mantenimiento Basadoen el Riesgo) los niveles más utilizados son Sistema, Subsistema, Equipo,Componente o Elemento, tal y como se muestra en la Figura 12.El objetivo operacional de la función también debería ser definido(redundancia, ambiente, material utilizado, etc..). Cada función sedescribe con un verbo, un complemento, una operación estándar y unnivel de funcionamiento definido por el operador de la función.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 68
  • La elección de la jerarquía técnica y de las funciones es importante paraconseguir un análisis satisfactorio del RBM. Si el grado de detalle es bajo(pocas funciones), entonces el número de modos de fallo por función seráelevado y el programa de mantenimiento será difícil de manejar. Por elcontrario, si el nivel de detalle es elevado (muchas funciones diferentes),entonces el esfuerzo necesario para desarrollar el análisis RBM serágrande y el resultado del plan de inspección y mantenimiento será muydetallado.1.1.1 SubfuncionesSi un elemento o componente tiene más de una función, se le podríanasignar subfunciones. Las subfunciones pueden cubrir aspectos como: • Integridad medioambiental • Integridad estructural/seguridad • Control/contenido/confort • Protección • Apariencia • Economía/eficienciaMantenimiento Basado en el Riesgo Página 69
  • La Tabla 7 proporciona algunos ejemplos de funciones y subfunciones: Función 1 Función 2 Función 3 Función Bombear Transmitir Almacenamiento Elemento Bomba Eje de transmisión Tanque a presión Bombear el medio Transmitir potencia Almacenar el medio Funcionamiento desde la entrada desde un punto A a a una presión de X estándar hasta la salida un punto B Bar Proporciona un par Mantiene el medio a Nivel de Mantiene a la salida en el punto B de X una presión de X+∆X funcionamiento una presión de X Bar Nm/s Bar Almacenar el medio dentro de la bomba Almacenamiento (aspectos Sub funciones económicos, de - seguridad, salud y medioambiente) Tabla 7- Desglose funcional de una bomba, un eje de transmisión y un tanque a presión1.2 Modos de falloUna vez que se ha establecido la jerarquía técnica y que las funciones decada sistema, subsistema y componente han sido definidas, se debenidentificar los modos de fallo.Un modo de fallo es cualquier estado donde una función definida nopuede desarrollar su rendimiento estándar esperado. Una misma funciónpodría tener uno o varios modos de fallo.Si la jerarquía técnica y las funciones han sido bien elegidas resultarásencillo listar los modos de fallo.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 70
  • La Tabla 8 ilustra la relación entre la jerarquía técnica, la función y losmodos de fallo.Para fallos que presentan un alto riesgo puede resultar eficiente a nivel decostes, desarrollar un análisis de los mecanismos de fallo. El modo de fallomás común considerado en el RBM, son las fugas externas. En este casoel análisis se hace basándose en los mecanismos de daño y en la causaraíz, los cuales son herramientas muy útiles para descubrir el lugar de lafuga. Tanque a Bomba Transmisión presión • Fallo al arrancar • Fallo mientras está funcionando Modos de fallo • Fuga externa • Fallo de transmisión de potencia • Pérdida de • Vibración • Vibración contenido • Baja presión de salida • Fuga internaTabla 8- Modos de fallo de una bomba, un eje de transmisión y un tanque a presiónMantenimiento Basado en el Riesgo Página 71
  • 1.3 Causas de falloUna causa de fallo es una razón potencial de un modo de fallo. En elanálisis, para cada modo de fallo se deben listar todas las posibles causasde fallo.La Tabla 9 muestra como la causa del fallo se relaciona con los modos defallo, las funciones y con la jerarquía técnica.La lista de causas de fallo puede estar asociada a modos de fallo incluidosen el programa de mantenimiento actual, a modos de fallo que se hanobservado en las instalaciones en el pasado o a modos de fallo que no hansido nunca observados en la planta.Se debe tener en cuenta que los fallos más importantes son a menudoaquellos para los que no está preparada una organización. La metodologíaRBM busca prever estos fallos.La lista de causas de fallo deberá incluir todas las causas probables paraidentificar los modos de fallo, incluyendo aspectos como desgaste odeterioro, impacto de los factores humanos, diseño, etc. Los factoreshumanos son muy importantes ya que la falta de preparación o incluso eldesconocimiento son una fuente muy importante de fallos.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 72
  • Bomba Eje de transmisión Tanque a presión Modos de Fallo Causa del fallo Modos de Fallo Causa del fallo Modos de Fallo Causa del fallo •Cracking corrosivo •Rotura del eje •Pérdida volumétrica •Instalación de material defectuosa Fallo de transmisión •Rotura de cojinetes Fallo al arrancar Pérdida de contenido •Adelgazamiento •Fallo de de potencia •Rotura del alimentación acoplamiento •Debilitamiento de material/ fragilización •Bloqueado por suciedad •Desequilibrio •Cuerpo extraño en Vibración Fallo mientras está •Fallo en los cojinetes el impelente funcionando •Fallo en el •Rotura del impulsor acoplamiento o de una parte de él •Fuga en una brida •Fuga en el “stuffing box” o caja de empaquetadura •Ensamblaje o empaquetado Fuga externa incorrecto del “stuffing box” o caja de empaquetadura •Fuga en el sellado mecánico •Sellado presurizado •Desequilibrio Vibración •Fallo en los cojinetes •Cuerpo extraño en el impelente Baja presión de •Rotura del impulsor salida o de una parte de él Fuga interna •Desgaste de anillosTabla 9- Causas de fallo de una bomba, un eje de transmisión y un tanque a presiónMantenimiento Basado en el Riesgo Página 73
  • 1.4 Mecanismos de dañoUn mecanismo de daño es una razón subyacente asociada a una causa defallo. Si los mecanismos de daño asociados a una causa de fallo sonconocidos, entonces esto simplifica la identificación de actividadesefectivas para prevenir las causa de fallo y por tanto también paraprevenir que ocurra el fallo.La Figura 13 muestra la relación entre la jerarquía técnica y losmecanismos de daño. País Compañía Situación Planta Unidad Sistema Subsistema Función EquipoModo de Fallo 1 Modo de Fallo 2 Modo de Fallo n Subfunción 1 Componente Causa de fallo 1 Causa de fallo 1 Causa de fallo 1 Subfunción 2 Mecanismo Mecanismo Mecanismo Elemento de daño de daño de daño … Causa de fallo 2 Causa de fallo 2 Causa de fallo 2 Subfunción n Localización Mecanismo Mecanismo Mecanismo de daño de daño de daño … … … Causa de fallo n Causa de fallo n Causa de fallo n Mecanismo Mecanismo Mecanismo de daño de daño de dañoFigura 13- Causas, Modos de fallo y Mecanismos de daño en el desglose jerárquico de activosMantenimiento Basado en el Riesgo Página 74
  • La Figura 14 y la Figura 15 muestran ejemplos de la relación entre los modos de fallo, las causas de fallo y los mecanismos de daño para una bomba y un tanque de presión. En las figuras se ha introducido el término causa-raíz. La causa raíz es la razón subyacente para activar los mecanismos de daño, a menudo inducido por una operación defectuosa u otras circunstancias externas. Modo de Fallo •Fuga interna Sistema Parada parcial Causa del Fallo (Bomba y sistemas de •Fuga en el Modo de Fallo lubricación) sellado Fuga interna Parada parcial Equipo (Bomba) Causa del Fallo Causa Raíz Mecanismo de Daño Componente•Lubricación escasa •Corrosión Fuga en el sellado Fuga interna (Sellado•Funcionamiento •Desgaste/Erosión mecánico) fuera de •Endurecimiento especificaciones •Etc.•Material no conforme con las especificaciones Figura 14- Relación entre Modos de fallo, Causas del fallo y Causa raíz para una bomba Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 75
  • La Figura 15 proporciona un ejemplo de la relación entre los modos defallo, las causas de fallo y los mecanismos de daño para un tanque depresión, de la misma forma que para la bomba en la figura anterior. Modo de Fallo •Pérdida de contenido Sistema Parada total (Tanque a Causa del Fallo presión con instrumentos) •Cracking Modo de Fallo Pérdida de contenido Parada total Equipo (Tanque a presión) Causa del Fallo Causa Raíz Mecanismo de Daño Componente•Vibración •Corrosión por estrés Cracking corrosivo Fuga (Tanque)•Funcionamiento •Fatiga fuera de •Corrosión general especificaciones •Etc.•Material no conforme con las especificaciones Figura 15- Relación entre Modos de fallo, Causas del fallo y Causa raíz para un tanque a presiónMantenimiento Basado en el Riesgo Página 76
  • Bomba Eje de transmisión Tanque a presión Modo de Fallo Mecanismo de Modo de Fallo Mecanismo de Modo de Fallo Mecanismo de “Fallo externo” daño “Vibración” daño “Cracking” daño •Eje doblado •Corrosión por estrés •Deterioro del Fuga en una brida Desequilibrio •Fallo de cojinetes Corrosión por estrés •Fatiga material •Fallo del •Corrosión general acoplamiento •Lubricación desacertada Fuga en el “stuffing •Retorcimiento del box” o caja de Fallo en los cojinetes cojinete por carga empaquetadura inapropiada sobre él Ensamblaje o empaquetado incorrecto del •Factor Humano Fallo en el •Deterioro del material “stuffing box” o acoplamiento •Rotura de pernos caja de empaquetadura Fuga en el sellado •Deterioro del mecánico material •Deterioro del material Sellado presurizado •Presión errónea en los cojinetesTabla 10- Mecanismos de daño de una bomba, un eje de transmisión y un tanque a presiónMantenimiento Basado en el Riesgo Página 77
  • 2 Desarrollo del procedimientoEl RBM utiliza el riesgo, como la combinación de probabilidad yconsecuencia de fallo, para priorizar las actividades de mantenimiento einspección. La evaluación de la probabilidad y las consecuencias del fallose pueden combinar con el modelo “Bow tie” desarrollado por la compañíaSHELL. Dicho modelo se muestra en la Figura 16.El modelo “Bow tie” identifica mediante un árbol de fallos los posiblesaccidentes, circunstancias y eventos que conducen a un riesgo y medianteun árbol de eventos muestra las consecuencias y las áreas de daño a lasque conducen los posibles eventos.Se considera un escenario, a los mecanismos de daño que conducen a unevento potencial con unas consecuencias (de seguridad, de salud, Medioambientales o económicas).Se deben estudiar todos los escenarios realistas y estimar la probabilidadde ocurrencia de todos los eventos considerados. Fallo o evento principal del que se analizan la probabilidad y sus Árbol de Fallos: Análisis de consecuencias para definir el Árbol de consecuencias: Análisis las probabilidades de fallo riesgo asociado a dicho evento de las consecuencias de fallo PdF Evento CdF Figura 16- Modelo “Bow-tie”Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 78
  • En esta sección trataremos la evaluación de la probabilidad de fallo, laevaluación de las consecuencias del fallo, el modelo “Bow-tie” y la elecciónde los diferentes escenarios.En las secciones 3 y 4 se realizará una descripción detallada de cómovalorar la probabilidad y las consecuencias de fallo.2.1 Análisis con árbol de fallosEl análisis mediante árbol de fallos o Fault Tree Análisis (FTA) se utilizapara describir como un mecanismo de degradación puede conducir a unmodo de fallo.Esta técnica de análisis de riesgos ha sido tradicionalmente utilizada porinstalaciones nucleares, aeronáuticas y espaciales, extendiéndoseposteriormente su empleo a la evaluación de riesgos de otras industriascomo la química, electrónica, petroquímica, etc..Se trata de un método deductivo de análisis que parte de la previaselección de un suceso o evento no deseado, sea éste un accidente de granmagnitud (explosión, fuga, derrame, etc.) o sea un suceso de menorimportancia (fallo de un sistema de cierre, etc.) para averiguar en amboscasos los orígenes de los mismos.Seguidamente, de manera sistemática y lógica se representan lascombinaciones de las situaciones que pueden dar lugar a la produccióndel evento no deseado, conformando niveles sucesivos de tal manera quecada suceso esté generado a partir de sucesos del nivel inferior, siendo elnexo de unión entre niveles la existencia de operadores lógicos (AND, OR,etc..). El árbol se desarrolla en sus distintas ramas hasta alcanzar unaserie de mecanismos de degradación básicos, los cuales no precisan deotros anteriores a ellos para ser explicados.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 79
  • Como se aprecia en el ejemplo de la Figura 17, varios mecanismos dedegradación podrían conducir a un mismo modo de fallo. Composición química errónea Baja fuerza/ resistencia del material Fabricación/ Reparación defectuosa Causa de fallo 1 Servicio de largo plazo (sobrecalentamiento) PdF Modo de fallo Cracking por fatigaAlto número de arranques Daño por fatiga durante durante el servicio (cracking) el servicio Causa de fallo 2 Ciclos operacionales severos/rápidos Factores de baja seguridad Excesivo estrés permitido Estrés elevado Causa de fallo 3 Aumento de estrés / Geometría local Figura 17- Árbol de fallosEl árbol de fallos proporciona apoyo tanto durante la identificación de losmecanismos dominantes de degradación como durante la identificación deactividades para mitigar estos mecanismos.Para ser eficaz, el árbol de fallos debe ser elaborado por personasprofundamente conocedoras de la instalación o proceso a analizar y que asu vez conozcan el método y tengan experiencia en su aplicación, por loque, si se precisa, se deberán constituir equipos de trabajopluridisciplinarios (técnico de seguridad, ingeniero del proyecto, ingenierode proceso, etc.).Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 80
  • Asimismo, los árboles de fallos también se usan para evaluar laprobabilidad de fallo en sistemas y componentes donde la probabilidad defallo es una combinación de varios factores o eventos subyacentes.Por tanto, la explotación de un árbol de fallos puede limitarse a untratamiento cualitativo o extenderse hasta una cuantificación deprobabilidades de ocurrencia del evento estudiado cuando existen fuentesde datos relativas a las tasas de fallo de los distintos componentes. Símbolos utilizados en los árboles de fallos S Puerta “O” El suceso de salida (S) ocurrirá si ocurre al menos uno de los sucesos de entrada (E1, E2) E1 E2 S Puerta “Y” El suceso de salida (S) ocurrirá si, y sólo si ocurren todos los sucesos de entrada (E1, E2). E1 E2 Figura 18- Símbolos utilizados en los Árboles de fallosMantenimiento Basado en el Riesgo Página 81
  • D B1 V1 V3 R abierta V2 V4 B2 R Insuficiente nivel en D1 C Fallo de V3 cerrada Sistema de bombeo de agua de una No llega cisterna a un tanque elevado agua a D2 Fallo de P1 • R: Válvula de retención. Impide que las bomba queden en seco • V1,V2, V3, V4 : Válvulas. Aíslan su ramal cuando hay que reparar la Fallo de V3 bomba correspondiente cerrada • B1,B2: Bombas • C, D: Cisterna y Depósito elevado Fallo de V2 cerrada Fallo de P2 Fallo de V4 cerrada Figura 19- Ejemplo de árbol de fallos para un sistema de bombeo de aguaMantenimiento Basado en el Riesgo Página 82
  • 2.2 Análisis con árbol de sucesosEl análisis mediante árbol de sucesos o eventos o Event Tree Análisis(ETA) se utiliza para combinar varias consecuencias diferentes de unmodo de fallo con una consecuencia típica o esperada. Por ejemplo, laconsecuencia económica asociada a una fuga en un tanque, dependefuertemente del tamaño de la fuga, de si hay ignición, etc. El árbol deeventos se usa en este caso para determinar una consecuencia económicatípica asociada a una fuga.Esta técnica del árbol de sucesos, desarrolla un diagrama gráficosecuencial a partir de sucesos "iniciadores" o desencadenantes deincidencia significativa y por supuesto, indeseados, para averiguar todo loque puede acontecer, y en especial, comprobar si las medidas preventivasexistentes o previstas son suficientes para limitar o minimizar los efectosnegativos. Evidentemente tal suficiencia vendrá determinada por elcorrespondiente análisis probabilístico que esta técnica también acomete.El árbol de sucesos ha sido muy utilizado tradicionalmente en lasindustrias nuclear, aeronáutica y química.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 83
  • Nivel principal Subnivel 1 P1,1 C1,1 P1,2 C1,2 P1 C1 ● ● ● ● P1,k C1,k ● ● k CdF CdF E ,i = ∑ j=1 Pi , j • C i , j P(n-1) Cn-1 Pn Cn Figura 20- Árbol de sucesosEl árbol de eventos se puede utilizar para analizar las consecuencias deun fallo o como apoyo al análisis de expertos. El nivel de detalleintroducido en un árbol de eventos depende del nivel de riesgo que sequiera estudiar.Para equipos estáticos se pueden encontrar en la literatura ejemplos deárboles e inputs estadísticos. Asimismo, existen numerosas herramientasinformáticas para determinar las consecuencias de fallo.El proceso de desarrollo general de los árboles de sucesos consta de lassiguientes etapas.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 84
  • 1. Etapa previa, familiarización con la planta. Análisis preliminar de riesgos que permita conocer y controlar la diversidad de situaciones anómalas que puedan acontecer en una instalación, ya sea tanto por factores internos como externos a la misma. Se debe realizar un estudio documental basado en experiencias de instalaciones similares y un análisis histórico de incidentes y accidentes ocurridos. Esta metodología requiere ser aplicada a través de grupos de trabajo establecidos, que conozcan los diferentes aspectos que determinan el funcionamiento correcto o incorrecto de una instalación. Cuanto más compleja sea ésta, mayor deberá ser el soporte documental y la preparación previa del equipo de trabajo. 2. Identificación de sucesos iniciales de interés Consiste en la elaboración de una lista de sucesos iniciadores lo más completa posible, de acuerdo al alcance del análisis. Dicha lista se puede realizar a partir de: a. Los sucesos iniciadores ocurridos en otras plantas. b. Una comparación con otros análisis previos realizados. c. Un análisis preliminar de sistemas. Los sucesos iniciadores corresponden a fallos que, de producirse, requieren la respuesta de lo que se denominan sistemas "frontales" de seguridad para evitar efectos negativos de importancia. Cabe distinguir los sucesos iniciadores propiamente dichos, de otros sucesos que son consecuencia de los primeros.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 85
  • 3. Definición de circunstancias adversas y funciones de seguridad previstas para el control de sucesos. Una función de seguridad es una respuesta activa de previsión, un dispositivo, o bien una barrera, capaz de interrumpir la secuencia de un suceso inicial a una consecuencia peligrosa. Las funciones de seguridad pueden ser de muchos tipos, la mayoría de ellas se caracterizan por su respuesta ante fallos o éxitos de demandas. Algunos ejemplos son: a. Sistemas automáticos de seguridad. b. Alarmas de aviso y la consiguiente respuesta de los operarios. c. Barreras o sistemas de contención para limitar los efectos de un accidente. Dentro de las funciones de seguridad cabe diferenciar las que son generadas por los sistemas "frontales", que son los sistemas primarios de respuesta ante los sucesos iniciadores, de las que son generadas por los sistemas "soporte" o "redundantes", que son los que deben actuar, ya sea para garantizar la eficacia de los anteriores o bien cuando se produce un fallo de respuesta de éstos. 4. Construcción de los árboles de sucesos con inclusión de todas las posibles respuestas del sistema. La representación gráfica del árbol se realiza siguiendo la progresión cronológica de sucesos previsibles, a partir del suceso iniciador considerado. Solamente los nudos que afecten materialmente a las consecuencias deberían ser mostrados explícitamente en el árbol de sucesos. Algunas ramas pueden ser más desarrolladas que otras, según necesidades. Las secuencias finales del árbol recogerán las diferentes situaciones de éxito o fracaso.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 86
  • Así por ejemplo, una fuga de gas inflamable, podría originar diversas consecuencias finales adversas como: explosión BLEVE, deflagración de nube no confinada, bola de fuego, dispersión segura. Todas ellas habrían en principio de ser reflejadas en el árbol. 5. Clasificación de las respuestas indeseadas en categorías de similares consecuencias. Muchas consecuencias desarrolladas a través de las diferentes ramas del árbol serán similares (por ejemplo, una explosión puede ser la consecuencia de diversos sucesos en los que estén implicados sustancias inflamables o explosivas). Por ello las respuestas finales indeseadas deben ser clasificadas de acuerdo al tipo de modelo de consecuencias que debe ser estudiado para completar el análisis. 6. Estimación de la probabilidad de cada secuencia del árbol de sucesos. A cada una de las secuencias del árbol le corresponde una determinada probabilidad de acontecimiento. Consecuentemente la suma de las probabilidades de cada nudo ante las diferentes alternativas valdrá 1,0. Ello será válido tanto para respuesta binaria como múltiple. Las fuentes de datos de probabilidades pueden ser diversas: registros históricos de incidentes-accidentes, datos de la instalación y de proceso, datos de productos químicos, datos medioambientales y meteorológicos, datos de fiabilidad de componentes, datos de fiabilidad humana y la opinión de los expertos. El mayor o menor rigor en el dato de probabilidad estará en función de la gravedad de las consecuencias resultantes. 7. Cuantificación de las respuestas indeseadas.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 87
  • La frecuencia de cada una de las posibles consecuencias podrá ser determinada por el producto de la frecuencia del suceso inicial y de cada una de las probabilidades de los sucesos intermedios. Si lo que nos interesa es determinar la probabilidad conjunta de consecuencias negativas, al margen de su individualizada importancia, deberemos efectuar la adición de frecuencias de todas estas. Ello tendrá sentido normalmente cuando la magnitud de las consecuencias negativas sea similar. 8. Verificación de todas las respuestas del sistema. Debido a la limitación de datos disponibles o a incorrecciones en la aplicación del método, si en el proceso de estudio se omite alguna rama importante del árbol, pueden alcanzarse resultados del árbol incorrectos. Para evitarlo, es fundamental cubrir adecuadamente esta etapa final de verificación de resultados, aplicando el sentido común y contrastando con datos históricos. Si esto se realiza por alguien conocedor del proceso analizado pero independiente del grupo de trabajo, mucho mejor.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 88
  • La Figura 21 muestra un ejemplo simplificado de un árbol de sucesoscorrespondiente a la rotura de una tubería del circuito primario en unacentral nuclear: Figura 21- Ejemplo árbol de sucesos [ASOC96]Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 89
  • 2.3 Modelo “Bow tie”El modelo “Bow tie” se utiliza para combinar los mecanismos potencialesde degradación con las consecuencias de fallo, es decir, para unir laevaluación de la PdF con la evaluación de la CdF.La ventaja de este modelo es la simplicidad con la que se puedenidentificar diferentes escenarios y la visualización de las relaciones causa-efecto.Este método está más orientado al control del riesgo que a un análisiscuantitativo detallado de este. Fallo o evento principal del que se analizan la probabilidad y sus Árbol de Fallos consecuencias para Árbol de Consecuencias Análisis de las definir el riesgo asociado a Análisis de las consecuencias probabilidades de fallo dicho evento de fallo PdF Evento CdF Modelo “Bow-tie” Figura 22- Modelo Bow-TieMantenimiento Basado en el Riesgo Página 90
  • La Figura 23 muestra un ejemplo de un modelo “Bow tie”: ESCENARIO Consecuencias Mecanismos de daño Causas de fallo Efecto del fallo P31 •Parada de la planta. P1 •Pérdida de producción Composición química errónea •Costes de reparación Baja fuerza/ Fallo protección resistencia del material explosión Fabricación/ Reparación Daños al personal defectuosa P32 de la planta Servicio de largo plazo (sobrecalentamiento) P31 P2 Parada de la planta. Cracking •Pérdida de producción •Costes de reparación Alto número de arranques Daño por fatiga por fatiga Fuga de vapor en servicio (cracking) durante el servicio Ciclos operacionales Daños al personal severos/rápidos P32 de la planta Factores de baja seguridad P31 Parada de la planta. P3 •Pérdida de producción •Costes de reparación Excesivo estrés permitido Estrés elevado Fallo del depósito de emergencia Daños al personal Aumento de estrés / P32 de la planta Geometría local Suceso no Árbol de Árbol de fallos deseado sucesos/consecuencias Figura 23- Ejemplo de un modelo Bow-Tie2.3.1 Escenario Creíble y Escenario del caso peorSupongamos que el modelo “Bow-tie” se ha desarrollado para un modo defallo, es decir, que el árbol de fallos y el árbol de sucesos ha sido dibujado.Entonces se pueden definir los diferentes escenarios para elcorrespondiente modo de fallo, trazando diferentes rutas desde la causaraíz/mecanismo de daño hasta la consecuencia en el modelo “Bow-tie”.Se pueden definir diferentes tipos de escenarios basados en como secombinan la causa raíz/mecanismos de degradación con lasconsecuencias.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 91
  • Escenario creíble peor: Combina un mecanismo de daño/causa raíz dado con la consecuencia más severa a la que el mecanismo de daño podría conducir. Escenario esperado: Combina el mecanismo de daño/causa raíz con la consecuencia esperada o más típica a la que el mecanismo de daño podría conducir.Se recomienda que el riesgo asociado a un modo de fallo sea determinado,evaluando primero el escenario esperado. La probabilidad de falloasociada con el mecanismo de degradación o causa raíz (PdF degr) secombina entonces con la consecuencia de fallo esperada (CdF Esperada),la cual se determina según se explica en la sección 4.El punto clave en esta definición es que la evaluación del riesgo estábasada en la relación entre la evaluación de la probabilidad del fallo y laevaluación de sus consecuencias. PdF R PdF r rada peo spe aso CdF C dF e CdF c Figura 24- Escenario del caso pero creíble Vs Escenario esperadoMantenimiento Basado en el Riesgo Página 92
  • Determinar el riesgo como se ha explicado anteriormente proporciona unadefinición consistente de riesgo durante todo el análisis.Otra posibilidad sería combinar la PdF asociada a la causa raíz omecanismo de daño con la consecuencia de fallo asociada al caso creíblepeor, (CdF caso peor). En este caso el riesgo estimado será demasiadoconservador.Si se utiliza el valor medio del PdF entonces se obtendría una definición deriesgo que no sería consistente durante todo el análisis.En algunos casos, durante la evaluación preliminar, podría serconveniente aplicar el escenario del caso peor creíble ya que es un métodoeficiente y conservador para determinar el riesgo.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 93
  • 3 Probabilidad de FalloEn instalaciones en las que se quiere optimizar la confiabilidad delproceso productivo y evitar accidentes de graves consecuencias, se hacehoy imprescindible conocer la probabilidad de que éstos acontezcandurante la vida del sistema. Ello obliga a la aplicación de técnicas decuantificación del riesgo, como los árboles de sucesos y los árboles defallos, los cuales precisan en último término del conocimientoprobabilístico de fallos y errores de sucesos básicos, a fin de poderestablecer la adecuación e idoneidad de las medidas preventivas.Por estos motivos, los estudios de fiabilidad adquieren cada vez mayorrelevancia en la actividad de prevención de los técnicos de seguridad y engeneral de los responsables de procesos u operaciones que puedandesencadenar situaciones críticas.En esta sección se exponen los métodos más comunes para la evaluaciónde las probabilidades de fallos, así como sus debilidades y puntos fuertes.También se describe como aplicar los métodos propuestos para laevaluación práctica de la PdF durante el análisis.En la sección 1 se mostraba como desarrollar la jerarquía técnica parauna planta y como identificar las funciones, los modos de fallo, las causasde fallo y las causas raíz.Una vez se hayan identificado los modos de fallo (para los componentesactivos) y los mecanismos creíbles de degradación para los componentesestáticos, el primer paso en la evaluación del riesgo es determinar laprobabilidad de fallo (PdF).Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 94
  • La probabilidad de fallo se define como la probabilidad de que ocurrael modo de fallo (de acuerdo con el modo de fallo dado) en un intervalode tiempo definido T.El intervalo de tiempo deberá ser fijo durante todo el análisis (si no sehace así, los riesgos no podrán ser comparados entre ellos o según algúnotro criterio de aceptación).Se pueden utilizar varios métodos para calcular la PdF: 1. Enfoque analítico: Consiste en estimar la PdF utilizando modelos matemáticos y/o datos estadísticos para los procesos de degradación. 2. Solicitación experta: Consiste en dejar al equipo de expertos en RBM (compuesto por personal clave de la planta con conocimiento experto de los equipos) evaluar la PdF.En la mayoría de los casos prácticos se utiliza una combinación de ambosmétodos. La Figura 25 muestra como la información histórica se combinacon previsiones para obtener la probabilidad de fallo. A/R J/E Corrección Valor de la PdF Valor de la PdF experta procedente del basado en Valor de la PdF del valor juicio experto estimada de la PdF análisis de riesgos Y/O H/E P/M Valor de la PdF Valor de la PdFCorrección experta Corrección experta procedente de datos procedente de del valor de la PdFdel valor de la PdF históricos y estadísticos predicciones y modelos Datos históricos Futuro o predicciones (fallos anteriores, (Comportamiento mantenimiento…) de componentes…) Análisis estadístico Análisis estadístico Figura 25- Elementos para determinar las probabilidades de falloMantenimiento Basado en el Riesgo Página 95
  • 3.1 Tasa de Fallos. Mecanismos de DegradaciónDurante la planificación de la inspección y el mantenimiento esimportante considerar como la PdF varía en función del tiempo. Podemosutilizar la tasa de fallos para definir este concepto.Antes de definir la tasa de fallos, hagamos un repaso a los conceptosbásicos de fiabilidad: • Llamaremos T a la variable aleatoria continua que describe los tiempos de fallo de un determinado componente. T = “Tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo”. • Función de densidad de probabilidad (f.d.p) f(t). La función de densidad representa la probabilidad de que el componente falle en el instante de tiempo t. • Función de Distribución F(t). La función de distribución representa la probabilidad de que el componente falle en el periodo de tiempo comprendido entre 0 y t. Se cumple que: b P (a ≤ T ≤ b ) = ∫ f ( t )dt a t F (t ) = P(T ≤ t ) = ∫ f (u )du 0 dF ( t ) f (t ) = dt • La función de fiabilidad R(t) o función de supervivencia S(t), es la complementaria de la Función de Distribución de T y determina la probabilidad de que el componente “sobreviva” hasta el instante de tiempo t, o lo que es lo mismo la proporción de dispositivos iniciales que seguirán funcionando correctamente en el instante t. S (t ) ≡ R(t ) = 1 − F (t ) = P(T > t )Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 96
  • • Se llama vida media o tiempo medio hasta el fallo (Mean Time To Failure o MTTF) de un dispositivo a la esperanza de la variable aleatoria T. La vida media determina el tiempo de duración esperada de un dispositivo: ∞ ∞ MTTF = E [T ] = ∫ t f ( t )dt = ∫ R( t ) dt 0 0 Cuando se consideren dispositivos reparables (que pueden seguir funcionando tras un fallo), se hablará de tiempo medio entre fallos (MTBF). • Se define la tasa de fallo media en el intervalo (t1, t2) como: R(t1 ) − R(t 2 ) h(t1 , t 2 ) = (t 2 − t1 ) R(t1 ) Se observa que R(t1)–R(t2) representa la proporción de dispositivos totales que, habiendo sobrevivido al instante t1, han fallado en el intervalo (t1, t2). Al dividir esta diferencia por R(t1) se obtiene la proporción de dispositivos supervivientes a t1 que han fallado en (t1, t2): R (t1 ) − R (t 2 ) R (t1 ) es la probabilidad condicional de que un dispositivo que haya sobrevivido al instante t1 falle en el intervalo (t1, t2). Finalmente, al dividir por la longitud del intervalo, obtenemos la proporción anterior (su media) por unidad de tiempo.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 97
  • Haciendo tender t2 a t1, obtenemos la llamada tasa de fallos o tasa de riesgo: R (t1 ) − R (t 2 ) − R ′(t1 ) F ′(t1 ) f (t1 ) h(t1 ) = Lim = = = t 2 →t 1 (t − t ) R (t ) R (t1 ) R (t1 ) R (t1 ) 2 1 1 • La tasa de fallos o tasa de riesgo h(t) se define como la probabilidad que tiene un componente de fallar en el instante siguiente al dado (t+∆t), si éste ha sobrevivido desde el instante 0 hasta el tiempo t. Es una medida de lo propenso que resulta un componente a fallar en función de su edad. La tasa de fallos se puede obtener a partir de otras distribuciones estadísticas de tiempo hasta el fallo, como la función de fiabilidad o la función de supervivencia vista anteriormente.Tradicionalmente se ha considerado que la tasa de fallos tenía forma debañera (Figura 26): Cuando se inicia la vida del equipo, la tasa de fallosresulta ser relativamente alta (“mortalidad infantil”); una vez que todos loscomponentes se han acoplado, la tasa de fallos es relativamente constantey baja (etapa de “vida útil”); posteriormente, tras un tiempo defuncionamiento la tasa de fallos comienza a aumentar (periodo de“envejecimiento”) hasta que llega un momento en el que todos loselementos habrán fallado.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 98
  • Tasa de fallos Período infantil Etapa vida útil Período de desgaste T suele seguir T suele seguir una T suele seguir una aprox. una distribución exponencial distribución weibull distribución weibull h(t) R(t) Weibull Β<1 Exponencial Weibull Β>1 Tiempo Figura 26- Curva de bañeraLas investigaciones actuales indican que existen muchos tipos de equiposo componentes que no presentan una tasa de fallos con forma de curva debañera.Las curvas de deterioro de la Figura 27 se derivan de un estudio realizadosobre aviones civiles y muestra que sólo el 4% de los elementos estudiadossiguen una tasa de fallos con forma de curva de bañera.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 99
  • Nuevos patrones de Tasa de Fallos % de componentes que se ajustan al patrón f(t) Modelo A 4% Time Tiempo funcionamiento f(t) Modelo B 2% Time Tiempo funcionamiento f(t) Modelo C 5% Time Tiempo funcionamiento f(t) Modelo D 7% Tiempo Time Tiempo funcionamiento f(t) Modelo E 14% Tiempo Time Tiempo funcionamiento f(t) Modelo F 68% Time Tiempo funcionamiento Figura 27- Curvas de tasa de fallos para diferentes tipos de equiposEn la Tabla 11 se muestra la proporción de componentes que siguen losdiferentes modelos de curvas de tasas de fallos: Curva Proporción de elementos que siguen la curva de deterioro A 4% B 2% C 5% D 7% E 14% F 68% Tabla 11- Distribución de componentes en las curvas de degradaciónMantenimiento Basado en el Riesgo Página 100
  • La razón de que el 68% de los componentes sigan la curva del modelo Fes probablemente que los equipos se reemplazan antes de finalizar su vidaútil o que estos son sometidos a una reparación o mantenimiento severo.Estos datos muestran la importancia que tiene el tener en cuenta lastasas de fallos de los equipos a la hora de elaborar un plan demantenimiento o inspección. Si la tasa de fallos sigue el modelo F,entonces las actividades de mantenimiento preventivo no son eficaces yaque no previenen los fallos.Los equipos estáticos siguen fundamentalmente los patrones “A” o “F”,aunque existen pocos datos estadísticos. Para muchos mecanismos dedegradación el modelo más común es aplicar un patrón como el de tipo“C”, donde la tasa de fallos aumenta en función del tiempo de operación.Patrón de fallo “A”Este patrón de fallo, llamado “curva de bañera”, es realmente unacombinación de dos patrones de fallo diferentes, uno de los cualescontiene mortalidad infantil y el otro muestra una probabilidad de falloque aumenta con la edad. Incluso se puede considerar un tercer período(la parte central de la bañera) donde se produce fallos de maneraaleatoria. Mortalidad Fallos Zona de infantil aleatorios agotamiento Vejez Figura 28- Patrón de fallo “A”Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 101
  • Patrón de fallo “B”Este patrón de fallo muestra una probabilidad de fallo constante o enligero aumento y una zona final de agotamiento donde la probabilidad defallo aumenta rápidamente.Un elemento que tenga que desarrollar una función, la cual le someta aun estrés o fatiga irá deteriorando su resistencia a dicho estrés hasta unpunto en el cual, el elemento ya no puede desarrollar el rendimientoesperado y por tanto falla. Se suele relacionar la exposición total a lafatiga con la vejez del elemento. Esta conexión entre fatiga y tiemposugiere que debe haber una relación directa entre el deterioro y la vejez deun componente y por tanto el punto en el que falle dependerá de su vejez.En elementos que se rigen según este patrón de fallos, se comprueba queelementos idénticos trabajando en condiciones iguales tienden a fallaralrededor de un valor denominado “vida media” de los componentes.Aunque no es inusual que aparezcan elementos que fallan de maneraprematura.Se aprecia en la Figura 29, que la palabra “vida” puede tener dossignificados diferentes. La primera sería “Tiempo medio entre fallos oMTBF”, lo cual indica la vida media de los componentes. La segundaestaría marcada por el punto en el cual se produce un incrementoimportante de la probabilidad condicionada de fallo. Esta se denomina“vida útil” del componente.Si se realiza la inspección o reemplazo de los componentes en el MTBF, lamitad de ellos ya habrán fallado, lo que puede conducir a consecuenciasoperacionales inaceptables. Por tanto, si lo que se busca es prevenir lamayoría de los fallos, es necesario intervenir al final de la vida útil delelemento, aunque esta sea menor que el MTBF (Tiempo Medio Hasta elFallo).Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 102
  • Función de densidad 0,35 0,3 Probabilidad de fallo 0,25 MTBF = 11.33 0,2 MTBF = 11,3 Vida útil = 8.5 0,15 0,1 0,05 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Períodos Función de distribución 1 Probabilidad acumulada 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 Vida 0,4 útil 0,3 0,2 0,1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Períodos Tasa de fallos agotamiento Zona de MTBF Probabilidad Vida útil condicionada de fallo Vejez Figura 29- Patrón de fallo “B”Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 103
  • Se puede concluir que para elementos que se rigen según el patrón defallo ”B”, no se debe utilizar el MTBF para establecer la frecuencia dereemplazo o de las tareas inspección.Otro hecho a tener en cuenta es que reemplazando el componente al finalde su vida útil, la media de vida de servicio de cada componente serámenor que si lo hubiésemos dejado funcionando hasta el fallo. Estoprovoca un aumento del coste del mantenimiento.Actualmente muy poco elementos se ajustan a este patrón de fallos,siendo mucho más común encontrar modos de fallos que no presentanuna relación “vejez-fallo”. Un ejemplo de un elemento que se comportasegún este patrón puede ser el impulsor de una bomba que bombee unlíquido moderadamente abrasivo.Patrón de fallo “C”Este patrón muestra una probabilidad de fallo creciente durante todos losperíodos, pero sin alcanzar un punto en el que se pueda considerar alelemento como “desgastado”.La fatiga es la causa más probable que puede crear que una tasa de fallostome esta forma. El fallo por fatiga está provocado por un estrés cíclico yla relación entre el estrés cíclico y el fallo está gobernada por la curva S-Nque se muestra en la Figura 30.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 104
  • El nivel de estrés S causará estrés cíclico aplicado que el componente falle Amplitud media del después de N ciclos S N Nº de ciclos de operación Figura 30- Curva S-NParece que conociendo la curva S-N, se podría predecir con precisión lavida de un componente para una amplitud de estrés cíclico dado. Sinembargo, esto no es posible en la realidad porque la amplitud del estrésno es constante y la capacidad de resistir a la fatiga no es la misma paratodos los componentes.Se demuestra que la función de densidad de elementos de este tipo, sepuede ajustar aceptablemente a una distribución de Weibull de parámetrode forma β=2.Este patrón de tasa de fallos no está asociado únicamente a la fatiga. Porejemplo, se ha descubierto que es válido para ajustar el fallo deaislamiento en los bobinados de los generadores. De la misma forma notodos los fallos relacionados con la fatiga se tienen que ajustarnecesariamente a este patrón.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 105
  • Patrón de fallo “D”Este patrón presenta una probabilidad condicionada de fallo asociada auna distribución de Weibull de parámetro de forma 1≤β≤2.Patrón de fallo “E”Este patrón de fallo muestra una probabilidad de fallo constante durantetoda la vida del componente. Representa componentes que fallan de unamanera aleatoria independientemente del tiempo que lleven funcionando Función de densidad 0,16 Probabilidad de fallo 0,14 MTBF = 5,9 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Períodos Función de distribución 1 Probabilidad acumulada 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Períodos Tasa de fallos Probabilidad condicionada de fallo Vejez Figura 31- Patrón de fallo “E”Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 106
  • La Figura 31 muestra como una probabilidad condicionada de falloconstante implica una función de densidad y una función de distribuciónexponenciales.Este patrón no muestra en ningún momento un aumento significativo enla probabilidad de fallo condicionada y por tanto no se deberíancontemplar sustituciones programadas.A pesar de que es imposible predecir cuando va a fallar un componenteque se rige según este patrón, sí es posible calcular el tiempo medio entrefallos (MTBF) (ver Figura 31), pero no existe una “vida útil” como en elcaso de otros patrones.El MTBF proporciona una base para comparar la fiabilidad de doselementos diferentes que se rigan según este patrón de fallos. Elcomponente que presente una mayor MTBF tendrá menos probabilidad defallar en un período dado.Un ejemplo de componente cuyos fallos se presentan de una maneraaleatoria son los rodamientos de bola. En general este tipo decomponentes presentan una curva P-F (Curva de fallo potencial-funcionalque se tratará más adelante) que muestra como el elemento comienza adeteriorarse hasta el punto en el que puede detectarse (punto P) y despuéssi no se corrige sigue deteriorándose hasta que llega al puntocorrespondiente al fallo funcional (punto F). Por tanto, al avisar antes delfallo, se podrán aplicar métodos de mantenimiento en condición paraprevenir el fallo.Sin embargo, esto no quiere decir que el mantenimiento en condición seuse solo en componentes que fallan de manera aleatoria. También sepuede aplicar a elementos que fallen en relación a su tiempo de uso.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 107
  • Patrón de fallo “F”Este patrón es el más común de todos y el único en el cual la probabilidadde fallo decrece con la edad (a parte del caso “A” que es un caso especialcomo ya hemos comentado). • Instalación incorrecta • Puesta en servicio defectuosa • Operación incorrecta s • Mantenimiento innecesario sa au • Mantenimiento excesivamente invasivo C • Mala preparación Mortalidad • Diseño defectuoso infantil • Fabricación defectuosa Probabilidad condicionada de fallo Vejez Figura 32- Patrón de fallo “F”La forma del patrón de tasa de fallos “F” es tal que la probabilidad másalta de fallo ocurre cuando el equipo está nuevo o justo después de unarevisión. Este fenómeno se conoce como “mortalidad infantil” y tiene unaamplia variedad de causas.Las tareas de mantenimiento rutinario innecesarias o demasiado invasivasson responsables en muchos casos de la mortalidad infantil de un equipo.Se debe evitar realizar tareas innecesarias y seleccionar aquellas quemenos perturban el funcionamiento de los equipos.Se debe reducir el mantenimiento rutinario al mínimo esencial, lo quesignifica menos intervenciones desestabilizadoras, sin que ello suponga laaparición de fallos que podían haber sido anticipados o prevenidos. Lapremisa de “mantener lo mínimo posible” cada día toma más importanciaMantenimiento Basado en el Riesgo Página 108
  • 3.2 Modelado de la Tasa de FallosLos modelos estadísticos que más comúnmente se utilizan para modelar eltiempo transcurrido hasta el primer fallo (tasa de fallos vistas en elapartado anterior) son: • Distribución Exponencial • Distribución de Weibull • Modelos basados en la tasa de degradación (Modelos físicos)Distribución Exponencial: se utiliza para modelar el tiempo transcurridoentre dos sucesos aleatorios no muy frecuentes cuando la tasa deocurrencia, λ, se supone constante.En fiabilidad se usa para describir los tiempos de fallo de un dispositivodurante su vida útil, cuando a lo largo de ésta la tasa de fallos es(aproximadamente) constante. h( t ) = λ = cteUna tasa de fallos constante significa que, para un dispositivo que nohaya fallado con anterioridad, la probabilidad de fallar en el siguienteintervalo infinitesimal es independiente de la edad del dispositivo. Portanto, las etapas de vida útil de los patrones de tasas fallos vistos conanterioridad que presenten un h(t) =cte se pueden ajustar a unadistribución exponencial.La tasa de fallos λ es el parámetro que caracteriza a esta distribución.Este valor es la inversa del tiempo medio que transcurre hasta el fallo (oentre dos fallos consecutivos, MTBF, si el dispositivo sigue funcionando): α= MTBF = 1/λ.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 109
  • Observar, que aquí, α es el parámetro de escala, también llamado vidacaracterística. La función de densidad de probabilidad (f.d.p) de unadistribución exponencial es de la forma: f(t) = λ e − λt 0 < t < ∞, λ > 0 • Función de Distribución F(t) t ∫ f ( u)du = 1 − e −λ t F (t ) = 0 • Función de fiabilidad R(t) R( t ) = P (T > t ) = 1 − F ( t ) = e − λ t • MTBF ∞ 1 MTBF = ∫ R( t ) dt = 0 λMantenimiento Basado en el Riesgo Página 110
  • f.d.p de una exponencial f.d de una exponencial F(t) f(t) t t Función de supervivencia de una exponencial Tasa de Riesgo de una exponencial h(t) S(t) t t Figura 33- Curvas de una distribución ExponencialUna generalización de la distribución anterior sería la distribuciónexponencial bi-paramétrica, cuya f.d.p. es de la forma:  tγ  1   1 f(t,α , γ ) = e α  siendo α = >0 α λDonde α es el parámetro de escala, y γ es el parámetro de localización.Notar que cuando γ = 0 se obtiene la distribución exponencial de un únicoparámetro.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 111
  • Distribución de Weibull: Se ha comentado anteriormente que ladistribución exponencial se utiliza a menudo para modelar los tiempos defallo cuando la tasa de riesgo (h(t)) es constante. Si, por el contrario, laprobabilidad de fallo varía con el tiempo, resulta más apropiada unaWeibull (de hecho la exponencial puede verse como un caso particular dela Weibull).La distribución de Weibull nos permite estudiar, cuál es la distribución defallos de un componente clave de seguridad que pretendemos controlar, yque a través de nuestro registro observamos que los fallos varían a lo largodel tiempo, y dentro de lo que se considera tiempo normal de uso.El método no determina cuáles son las variables que influyen en la tasa defallos, tarea que quedará en manos del analista, pero al menos ladistribución de Weibull facilitará la identificación de aquellos y suconsideración, aparte de disponer de una herramienta de predicción decomportamientos.Esta metodología es útil para aquellas empresas que desarrollanprogramas de mantenimiento preventivo de sus instalaciones.La Weibull es tan flexible que, eligiendo adecuadamente sus parámetros,permite describir las tres etapas de la función tasa de fallos (curva de labañera). Esta distribución viene caracterizada por dos parámetros: (escala) y β (forma). Su f.d.p. es:  β β −1  t   β t  −    α   f(t) =   e   0 < t < ∞, α > 0, β > 0 α α Se observa que cuando β =1, basta con tomar  =1/λ para obtener la f.d.p.de la distribución exponencial.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 112
  • La distribución de Weibull se representa normalmente por la funciónacumulativa de distribución de fallos F(t): β  t  ∫ −  α  F(t) = 1 - e La tasa de fallos para esta distribución es: β −1 βt λ (t ) =   α α Donde: es el parámetro de escala, extensión de la distribución a lo largo, del ejede los tiemposβ es el parámetro de forma y representa la pendiente de la rectadescribiendo el grado de variación de la tasa de fallos. 1. Si β < 1. La tasa de fallos disminuye con la edad sin llegar a cero, por lo que podemos suponer que nos encontramos en la juventud del componente con un margen de seguridad bajo, dando lugar a fallos por tensión de rotura. 2. Si β = 1. La tasa de fallos se mantiene constante siempre, lo que nos indica una característica de fallos aleatoria o pseudo-aleatoria. En este caso nos encontramos que la distribución de Weibull es igual a la exponencial. 3. Si β > 1. La tasa de fallo se incrementa con la edad de forma continua lo que indica que los desgastes empiezan en el momento en que el mecanismo se pone en servicio. 4. Si β = 3,44. Se cumple que la media es igual a la mediana y la distribución de Weibull es sensiblemente igual a la normal.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 113
  • f.d.p f(t) Weibull para escala =10 f.d F(t) Weibull para escala =10 F(t) f(t) t t Función de supervivencia Tasa de Riesgo h(t) Tasa de Riesgo h(t) Weibull para escala =10 Weibull para escala =10 Weibull para escala =10 h(t) R(t) t t Figura 34- Curvas de una distribución WeibullMantenimiento Basado en el Riesgo Página 114
  • Distribución Lognormal: La f.d.p. de una distribución normal es no nulaen todo el eje real (y no sólo en el semieje positivo). Por este motivo, el usode la normal implicaría, que el fallo puede producirse antes del instantede timepo t=0.Para evitar esta inconveniencia que presenta la distribución normal, sepuede utilizar en su lugar la distribución Log-normal.Se dice que una variable aleatoria T sigue una distribución Lognormal (debase e), de parámetros γ (localización) y α (escala), cuando su logaritmoneperiano Y=Log(T) se distribuye de forma normal con media γ ydesviación típica α.Inversamente, dada una variable aleatoria Y ≈ N(π,σ), la variable aleatoriaT=eY seguirá una distribución Lognormal (base e) de parámetros γ = µ(localización) y α = σ (escala), cuya f.d.p. será:   1 ln(t ) − µ  2      −       2σ 2   1   f(t) = e   t>0 σ t 2πSiendo:µ: Parámetro de localización. Media aritmética del logaritmo de los datos otasa de fallosσ: Parámetro de escala. Desviación estándar del logaritmo de los datos otasa de fallos.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 115
  • f.d.p f(t) Lognormal para µ=0 f.d F(t) Lognormal para µ=0 Función de supervivencia Tasa de Riesgo h(t) Lognormal para µ=0 Lognormal para µ=0 Figura 35- Curvas de una distribución LognormalMantenimiento Basado en el Riesgo Página 116
  • La distribución lognormal tiene, principalmente, las siguientesaplicaciones: 1. Representa la evolución con el tiempo de la tasa de fallos, h(t), en la primera fase de vida de un componente, la correspondiente a los fallos infantiles en la "curva de la bañera" 2. Permite fijar tiempos de reparación de componentes. 3. Describe la dispersión de las tasas de fallo de componentes, ocasionada por diferente origen de los datos, distintas condiciones de operación, entorno, bancos de datos diferentes, etc.Para la distribución exponencial la tasa de fallos λ, correspondiente a unmodo de fallo dado se suele determinar a partir de bases de datos(OREDA, EIREDA, T-book, VGB, NERC, etc) o a partir de juicios expertos.La distribución exponencial es matemáticamente simple, pero no tiene encuenta, el deterioro del componente que conlleva el tiempo defuncionamiento (corresponde con el modelo E de la Figura 27)Por otro lado, los parámetros que se requieren para modelar la tasa defallos utilizando una distribución de Weibull, son difíciles de determinar,en particular el parámetro de forma α, el cual también es difícil deinterpretar.La ventaja de la distribución de Weibull es que permite tener en cuenta eldeterioro del componente.Los parámetros de ambas distribuciones (exponencial y weibull) se puedenobtener también a partir de datos estadísticos de fallos extraídos delhistórico de datos de la empresa.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 117
  • 3.2.1 Asesoramiento expertoOtra forma de evaluar las probabilidades de fallo, puede ser víaasesoramiento experto. Este proceso consiste en un equipo de trabajoencargado de encontrar respuestas a preguntas como: • Cual es el valor del “Tiempo Medio Hasta el Fallo” o “Tiempo Medio Entre Fallos (MTBF)” para un cada elemento, considerando una estrategia de mantenimiento e inspección dada. • Con qué frecuencia ocurre un fallo del tipo X considerando una estrategia de mantenimiento e inspección dada.El MTBF depende de las acciones de inspección y mantenimiento a las queel elemento este sometido. El reto para el equipo del RBM será evaluar lasdiferentes estrategias que afectan a la probabilidad de fallo del elemento.La tasa de fallos se determina a partir del MTBF de la siguiente manera: • Sin una estrategia de inspección y mantenimiento, la frecuencia de fallos será la frecuencia de fallos sin atenuar: λsin atenuar =1/MTBFsin atenuar • Con una estrategia de inspección y mantenimiento se obtiene una frecuencia de fallos diferente λ =1/MTBF. Cada estrategia diferente tendrá su MTBF diferente y por tanto también su λ diferente.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 118
  • 3.2.2 Evaluación de la probabilidad de falloLa metodología del RBM debe combinar la evaluación el riesgo paraequipos estáticos y dinámicos, por tanto el riesgo debe ser medido de lamisma forma para todos los equipos (ya sean estáticos o dinámicos).La probabilidad de fallos se define como la probabilidad de que ocurra unfallo en el período de tiempo definido por el análisis (función dedistribución):PdFT = F(T) = P(f < T) = Probabilid ad de que el equipo falle antes del instante TDonde T lo marca el espacio de tiempo definido por el análisisLa probabilidad de fallo de los componentes activos se suele evaluarutilizando el tiempo Medio entre Fallos (MTBF) o el tiempo esperado entrefallos. Dado un componente activo y su tasa de fallos correspondiente λ,entonces obtenemos la PdF de la siguiente forma, ajustándolo a unadistribución exponencial: PdFT = 1 − e − λTPara valores de λT pequeños se puede aproximar: PdFT = 1 − e − λT ≅ λTMantenimiento Basado en el Riesgo Página 119
  • 3.3 Tabla Resumen de los Métodos Usados para Evaluar las Pdf Tipo de suceso Modelo de probabilidad utilizado Datos necesarios Modelo de Poisson Suceso inicial que f ( x ) = P ( X = x ) = e −λ t (λ t )x provoca la x! Número de sucesos x utilización de un ocurridos en el tiempo t componente en siendo λ: frecuencia por unidad de tiempo standby x= 0,1,2,3... Distribución binomial Probabilidad de fallo constante p n Componente P ( X = x ) =   p x (1 − p ) n− x  x standby que falla   Número de sucesos de cuando es Siendo : x = 0,1,..., n fallo x, del número total de requerido para n : Número de requerimientos requerimientos N funcionar (failure X : Número aleaorio de fallos to start) p : Probabilid ad de fallo n n!  =  x  x!( n − x )!   “Tasa de fallos standby” o “standby Número de sucesos de Componente failure rate” fallo x, durante el tiempo standby que falla total de standby T mientras está en 1 − eλ t test p = 1− estado standby o λ t test entre una Siendo : λ : tasa de fallos standby inspección y la t test : tiempo entre inspecciones siguiente Tabla 12- Modelos típicos de probabilidad (1)Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 120
  • Tipo de suceso Modelo de probabilidad utilizado Datos necesarios Modelo exponencial Componente que f ( x) = 1 − e−λ t ≈ λ t Número de fallos falla mientras está ocurridos en el tiempo siendo λ: tasa de fallos = cte en operación total de operación T t: Tiempo de operación Indisponibilidad de un Tinspección Duración media de la componente p= inspección y tiempo entre debido a Tentre inspecciones inspecciones inspección Indisponibilidad de un Tiempo total fuera de componente Ten mantenimie nto servicio debido a debido a p= mantenimiento mientras el mantenimiento Ttotal de operación sistema funciona y tiempo programado total de operación (correctivo/preve ntivo). Indisponibilidad de un componente µ Tm p= Número de actuaciones debido a 1 + µ Tm de mantenimiento mantenimiento siendo µ : tasa de mantenimiento durante el tiempo T (para no programado Tm : tiempo medio de corte por mantenimiento estimar µ). (componentes con monitoreo “on condition”) Componente f ( x) = 1 − e−λ t standby que siendo λ: tasa de fallos stanby = cte Número de fallos por nunca es unidad de tiempo standby inspeccionado t: Tiempo de exposición hasta el fallo Tabla 13- Modelos típicos de probabilidad (2)Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 121
  • Equipos estáticos Sistemas de seguridad o Equipos activos/rotativos en standby (fallos funcionales) (Fallos ocultos) Métodos estadísticos Bayes X (X) Exponencial X X Weibull (X) X Gumble Corrosión por picadura/ Estadísticas del valor extremo Métodos físicos Corrosión X Crack/ fatiga X Las fugas se tratan igual Deslizamiento X que los equipos estáticos Degradación de las X propiedades del material Solicitación experta X X XTabla 14- Métodos utilizados para la evaluación de las PdF para los diferentes tipos de equipos (X=utilizado frecuentemente, (X) =se puede utilizar)Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 122
  • 4 Consecuencias del FalloLa valoración de las consecuencias de fallo (CdF) tiene como objetivoprincipal evaluar el impacto de los modos de fallo.Si la ocurrencia de un fallo tiene consecuencias importantes, se realizaránesfuerzos muy considerables para eliminar o minimizar dichasconsecuencias. Esto es especialmente importante en el caso de que el fallopueda herir o matar a alguien o incluso si puede provocar efectos seriosen el medio ambiente. Ocurre lo mismo con fallos que interfieren en laproducción o que pueden causar daños secundarios.Por otro lado, si el fallo únicamente tiene unas consecuencias menores,puede ser que no se realice ninguna acción proactiva y simplemente secorria el fallo cada vez que ocurre.Este enfoque en las consecuencias conlleva la aplicación de una serie deetapas: 1. Evaluar primeramente los efectos de cada modo de fallo y clasificarlos en diferentes categorías de consecuencias. 2. El segundo paso será descubrir si se puede realizar una tarea proactiva que reduzca las consecuencias del fallo hasta unos niveles que sean aceptados (acción técnicamente factible). 3. Si la acción es técnicamente factible, entonces se debe evaluar si aplicándola se consigue reducir las consecuencias del modo de fallo asociado hasta un nivel que justifique el coste directo e indirecto de realizar la acción proactiva.Al igual que para las probabilidades de fallo, el análisis de lasconsecuencias de fallo se puede basar en modelos físicos, métodosestadísticos, valoración experta o una combinación de todos ellos.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 123
  • Para el desarrollo de esta metodología, vamos a dividir las consecuenciasde fallo en cuatro categorías de acuerdo con el efecto del fallo: • Consecuencias en la seguridad. Consecuencias instantáneas en personas, fuera o dentro del área de la planta. • Consecuencias en la salud. Consecuencias a largo plazo en personas, fuera o dentro del área de la planta. • Consecuencias en el negocio. Impacto económico que ocasiona el fallo. Pueden ser costes directos como interrupción de la producción, horas hombre requeridas para la producción, piezas de repuesto, etc. o costes indirectos. • Consecuencias medioambientales. Consecuencias ecológicas locales o globales.Por tanto, para cada modo de fallo se deben evaluar las consecuencias enla seguridad, en la salud, y en el medio ambiente, siendo voluntarioevaluar las consecuencias económicas.De todas formas, si tenemos como objetivo, realizar una optimización delos costes de mantenimiento resulta imprescindible evaluar lasconsecuencias que el modo de fallo provoca en el negocio (consecuenciaseconómicas).El método a utilizar para calcular las consecuencias del fallo (modelosfísicos, métodos estadísticos o valoración experta) depende de lasherramientas disponibles.Las consecuencias en la seguridad se pueden evaluar medianteherramientas de simulación y existen métodos de referencia (normalmenteleyes gubernamentales o regulación) para su validación.Las consecuencias en la salud suelen ser evaluadas mediante valoracionesexpertas ya que no existen métodos de referencia para su valoración.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 124
  • Las consecuencias en el negocio se pueden modelar mediante análisisRAM (Reliability, Availability, and Maintainability) con el que se puedenasignar valores económicos a los fallos ocurridos. Normalmente, lautilización de valoración experta suele ser el método más eficaz paraevaluar este tipo de consecuencias.Hemos visto anteriormente que las probabilidades de fallo (PdF) pueden secalculadas basándose en datos de otras compañías. Sin embargo, estemétodo no suele ser adecuado para evaluar las consecuencias de fallo(CdF), debido a que las consecuencias medioambientales, en la seguridad,y económicas dependen de las condiciones de operación, de la distribucióny situación de la planta, etc. Por lo tanto no existen modelos o datosgenéricos para realizar valoraciones de CdF, sino que depende más delconocimiento interno que se tenga de la planta y del asesoramientoexperto.A continuación se muestra una tabla que describe como pueden obtenerselos datos necesarios para evaluar las consecuencias de un fallo:Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 125
  • Los fallos y accidentes ocurridos en el pasado pueden ser analizados para obtener históricos de datos. Dichos datos en general pueden ser: Genéricos (agrupados en bases de datos) 1.Datos Estadísticas de la compañía (datos provenientes de la instalación) históricos Resultados de un “benchmarking” Datos provenientes de prácticas recomendadas. Los datos históricos se pueden utilizar para: Determinar directamente las CdF Para determinar parámetros para los modelos físicos de CdF Para calibrar los modelos de CdF (atributo o físicos) Las CdF son evaluadas en cooperación con expertos (Pueden ser expertos de la propia compañía o de fuera de la compañía). 2.Juicios Los expertos pueden evaluar directamente las CdF o proporcionar los input a expertos necesarios para un árbol de sucesos. Desarrollo de un modelo determinado para determinar las CdF. 3.Modelos Tabla 15- Fuentes de información para la evaluación de las CdF4.1 Consecuencias en la SeguridadUn modo de fallo presenta consecuencias en la seguridad cuando provocauna pérdida de funcionalidad u otra circunstancia que pueda herir omatar a alguien.Existe un sentimiento creciente entre los trabajadores, dirigentes, clientesy entre toda la sociedad en general, de que la muerte o la lesión de algunapersona debido a una actividad industrial no es tolerable. Por tanto, sedebe hacer todo lo posible para eliminar cualquier accidente que provoqueconsecuencias en la seguridad de la personas.En el caso del medio ambiente nos encontramos ante la misma situación.El análisis de consecuencias en la seguridad debe estudiar los diferentestipos de accidentes potenciales en establecimientos industriales quepueden producir fenómenos peligrosos para las personas.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 126
  • Los accidentes potenciales se seleccionan a partir de un análisis eidentificación de riesgos. Podemos clasificarlos en los siguientes: • Fugas o derrames incontrolados de sustancias peligrosas: líquidos o gases en depósitos y conducciones • Evaporación de líquidos derramados • Dispersión de nubes de gases, vapores y aerosoles • Incendios de charco o "pool fire" • Dardos de fuego o "jet fire" • Deflagraciones no confinadas de nubes de gases inflamables o "UVCE" • Estallido de depósitos o "BLEVE" • Explosiones físicas y/o químicasNormalmente, un accidente de estas características se produce a partir dealgún suceso menor que trae como consecuencia la pérdida deestanqueidad de algún recipiente, depósito o tubería que contiene algunasustancia, lo que produce la fuga o derrame de esta sustancia al exterior.También es posible un incendio previo o simultáneo a una fuga o incluso,una explosión previa a la fuga o al incendio. No obstante, en la mayoría delos casos el primer suceso consiste en una fuga incontrolada de producto.Si se trata de algún líquido, se vaporiza total o parcialmente, según cualsea su temperatura respecto a su punto de ebullición y ésta respecto alambiente.En el caso de que reste alguna fracción en fase líquida, ésta se extiende almismo tiempo que se evapora con más o menos intensidad, según sutemperatura sea inferior o superior a la del sustrato sobre el que seextiende.Si además el líquido es inflamable, existe la posibilidad de que, porencontrarse una fuente de ignición en las proximidades del punto de fuga,se produzca un incendio del charco. Si éste es de grandes proporciones,Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 127
  • provoca un flujo de calor radiante peligroso hasta distancias apreciables.También se producen grandes cantidades de humo y productos tóxicos ycontaminantes.Si el incendio envuelve o rodea un depósito que contenga algún líquidoinflamable bajo presión y dura el tiempo suficiente, puede ocasionar unaexplosión por expansión de vapor del líquido en ebullición, conocida comoBLEVE según su acrónimo inglés.La rotura catastrófica de un depósito, provocando la fuga masiva de unasustancia inflamable, puede originar lo que se denomina bola de fuego, enel caso de que se produzca la ignición de la misma.Por otra parte, una BLEVE genera una serie de proyectiles de todasdimensiones, procedentes del depósito siniestrado que pueden causargraves daños en el entorno si las distancias de seguridad son demasiadopequeñas o las protecciones inadecuadas.Si el líquido que se derrama es tóxico, producto de su vaporización, puedegenerar una nube de características tóxicas para las personas que seencuentren en las proximidades del punto de fuga.Cuando se trata de líquidos inflamables que se evaporan o de fugas degases más densos que el aire, la nube de gas se diluye en el aire existente,haciendo que en determinados instantes y zonas existan mezclas decombustible y comburente en condiciones de efectuar la combustión. Sien una de estas zonas se encuentra un punto de ignición puededesprenderse la cantidad de calor necesaria para acelerar la velocidad decombustión de forma que se produzca una explosión, denominadaexplosión de vapor no confinada o UVCE en su acrónimo inglés.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 128
  • También es posible si la cantidad premezclada es muy grande, que seproduzca una llamarada o "flash fire", sin efectos explosivos, pero con unaintensa radiación.Si el gas fugado se halla a alta presión en depósitos o conducciones de gas(gasoductos) se produce un chorro o fuga inercial que ocupa una largazona muy limitada transversalmente, con concentraciones de la sustanciaprogresivamente decrecientes al alejarse del origen de la fuga.En el caso de tratarse de gases inflamables, si se produce su ignición seforma un dardo de fuego o "jet fire" análogo a un soplete de grandesdimensiones, aunque de alcance limitado.Un fallo estructural, fallo de cementación, agente externo, incendio,proyectil, etc. pueden causar una rotura catastrófica de un depósito,provocando una fuga masiva que, si se trata de una sustancia inflamable,puede originar también una bola de fuego caso de producirse la igniciónde la misma.Además de todo esto, existe la posibilidad de que todos estos fenómenosafecten, además de a los elementos vulnerables exteriores, a otrosdepósitos, tuberías o equipos de la instalación siniestrada, de tal maneraque se produzca una nueva fuga, incendio o explosión en otra instalacióndiferente de la inicial, aumentando las consecuencias del accidenteprimario. Esta concatenación de sucesos con la propagación sucesiva deconsecuencias es lo que se denomina efecto dominó.Todo este conjunto de accidentes posibles a partir de una fuga de gas olíquido se representa en el esquema de sucesos y consecuencias adjunto.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 129
  • Suceso inicial Tipo de accidente Consecuencias Ondas de presión Explosión física o Explosión Proyectiles química Bola de fuego Radiación térmica Sobre depósitos Explosión BLEVE Proyectiles Ondas de presión Incendio de charco Radiación térmica Fuga de líquido o Derrame al medio Contaminación del bifásica ambiente medio ambiente Explosión de vapor no Ondas de presión confinada UVCE Evaporación Dispersión Emisión Sin consecuencias Nube Tóxica Efectos tóxicos Fuga de gas Dardo de fuego Radiación térmica o vapor Figura 36- Esquema de modelos para el análisis de las consecuencias en la seguridadLa mayoría de accidentes graves en los que intervienen sustanciaspeligrosas, comienzan con una fuga de su lugar de confinamiento(depósitos, tuberías, reactores, válvulas, bombas, etc.), por lo que hay queprestar una especial atención a este fenómeno. Generalmente, cuando seanaliza una fuga se emplea el siguiente diagrama de trabajo:Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 130
  • Modelo de Emisión Modelo de Dispersión Modelo de Ignición Modelo de Efectos (humanos, equipos) Figura 37- Flujograma para el análisis de una fugaEstos modelos suelen considerar aspectos como: • Toxicidad • Inflamabilidad • Masa • Presión • Volumen • Densidad de afectadosLos modelos se utilizan para categorizar cada pieza de los equipos en unnivel de distancia de daño entre I y V. Clase Significado I No hay mortalidad, ni siquiera pegado al equipo estudiado II X % de mortalidad dentro de A metros ( eg. 100 % dentro de 10 metros) III X % de mortalidad dentro de B metros ( eg. 100 % dentro de 30 metros) IV X % de mortalidad dentro de C metros ( eg. 100 % dentro de 100 metros) V X % de mortalidad dentro de D metros ( eg. 100 % dentro de 1000 metros) Tabla 16- Significado de los niveles de distancia de dañoLos porcentajes “X %” representan la probabilidad de mortalidad.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 131
  • Los niveles de distancia de daño se combinan con la densidad deafectados para caracterizar unos niveles de consecuencias de seguridad“A-E”. Las categorías se definen en número de muertes.El procedimiento utilizado para determinar la densidad de afectados debetener en cuenta el número de personas (densidad de población) en el áreadel nivel de distancia de daño y la proporción de tiempo (presencia) queesas personas se encuentran en el área definida por el nivel de distanciade daño. Estudio de la fuga cat. I cat. II cat. III cat. IV cat. V Densidad de afectados • Densidad de población • Porcentaje de presencia cat. A cat. B cat. C cat. D cat. E Figura 38- Flujograma para evaluar las consecuencias de los fallos en la seguridadLos modelos para evaluar las consecuencias de los fallos en la seguridadsuelen ser de dos tipos: • Modelos Atributo • Modelos basados en principios prioritarios (modelos químicos/físicos básicos)Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 132
  • Kint y API581 son ejemplos de modelos atributos y Phast/Safeti y Effectsson modelos basado en principios prioritarios.4.2 SaludPara la evaluación de las consecuencias en la salud, no existe un modelosimilar al presentado en el caso del análisis de seguridad. Si sedesarrollara un modelo similar al utilizado en el caso de la seguridad, sedeberían identificar los aspectos que afectan a la salud y trasladarlos a un“índice de salud” que represente los efectos que un evento provocaría en lasalud de las personas a largo plazo. Factores a tener en cuenta podríanser el tamaño del escape, el tiempo de exposición y el área afectada.4.3 Consecuencias MedioambientalesNo existe un modelo aceptado para evaluar las consecuenciasmedioambientales como en el caso de las consecuencias de seguridad.Un modelo para la evaluación de las consecuencias medioambientales queprovoca un evento debería tener en cuenta: • Los efectos a largo plazo de las emisiones • Características de la sustancia emitida (Se dispone de una clasificación de sustancias) • Cantidad de sustancia (masa) liberada • Tiempo de exposición • Posibilidad de mediación • Área afectada • Tiempo de descomposición de la sustancia en el ambienteLas consecuencias medioambientales se pueden analizar considerandolos costes asociados las emisiones: costes por multas y correcciones. LasMantenimiento Basado en el Riesgo Página 133
  • multas se pueden considerar como el coste del daño medioambiental quela sociedad define.Las emisiones podrían también tener graves consecuencias de marketing,las cuales también deben ser incluidas en la evaluación de lasconsecuencias medioambientales. Figura 39- Relaciones medioambientales en una instalaciónLa Figura 40 presenta un ejemplo de un árbol de decisión utilizado paradeterminar las consecuencias medioambientales. En este modelo seincluyen los siguientes costes: Penalización. Depende de la legislación y su aplicación Publicidad. Depende del tamaño del incidente, del tipo de incidente, de los efectos visibles, la preocupación posterior, etc. Costes de reparación: o Salud: Cuidado de la salud de los afectados, corrección de los agentes contaminantes del área.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 134
  • o Tierra: Eliminación de la tierra contaminada, utilización de técnicas “in-situ”, aislamiento de la tierra contaminada. o Aguas subterráneas: Eliminación o limpieza de aguas subterráneas contaminadas, eliminación de tierra, implementación e técnicas in-situ, aislamiento de tierras contaminadas. o Aguas superficiales: Impedir el consumo de agua, limpieza de los contaminantes a flote, eliminar los sedimentos contaminados, limpiar el agua contaminada (mediante filtros, oxidación, etc.) o Cantidad y tipo de polución dominante para poder realizar una aproximación de los costes incurridos.En la Figura 40 utilizamos el término “no relevante” cuando la fuga noprovoca contaminación en el suelo, aire o agua. De cualquier forma sipodría requerir una limpieza dependiendo del tipo de fluido y donde seencuentre.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 135
  • Transporte de No relevante contaminantes a Contaminación del aire/ través del aire Efectos en la salud Sí No relevante ¿Medidas de Reparación No protección de los necesaria y posible suelos? Contaminación del suelo de la zona No Sí ¿Suelo permeable en Sí la zona? ¿Sustancia Contaminación tóxicas? No ¿Agua subterránea Sí del agua Sí Sí alcanzable? COSTES subterránea No No relevante •Reparación Sí ¿Se forma vapor o Gas? ¿Suelo permeable Sí Contaminación del suelo •Publicidad fuera de la zona? de fuera de la zona No •Sanción No ¿Líquido? ¿Agua superficial Sí Contaminación del agua cerca? superficial fuera de la zona No No No relevante No relevante Figura 40- Flujograma para evaluar las consecuencias medioambientales4.4 Consecuencias EconómicasLas consecuencias económicas pueden calcularse según la siguienteexpresión: CdFECONÓMICAS = C PP + C P + C S + C IDonde:C PP = Coste por pérdida de producciónC P = Coste por fallo primario (daño sobre el elemento que ha fallado)C S = Coste por fallo secundario ( daños sobre otros elementos o sobre las estructuras de alrededor)C I = Costes indirectos (reputación en el mercado, etc.)Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 136
  • 5 Evaluación del RiesgoConsideramos el riesgo como la combinación de la probabilidad y laconsecuencia de fallo. Una vez establecidos los modos de fallo y losescenarios, el riesgo se puede evaluar fácilmente. Una definición de riesgopuede ser: Riesgo = Probabilidad del fallo(PdF) * Consecuencias del fallo (CdF)El riesgo se puede representar de forma gráfica mediante un diagrama deriesgo, según se muestra en la Figura 41 o mediante una matriz de riesgos(descrita posteriormente). Diagrama de riesgos: PdF Riesgo en aumento (2) RiesgoProbabilidad to en g o (3) (1) u m ie s A er d R= K4> K3 R= K3> K2 R= K2> K1 CdF Curvas de 1. Reducción de la probabilidad de fallo iso-riesgo R= PxC =K1 2. Reducción de las consecuencias del fallo 3. Combinación de ambas Consecuencias Figura 41- Diagrama de riesgoMantenimiento Basado en el Riesgo Página 137
  • En un grafico o en una matriz de riesgo las líneas de “iso-riesgo”representan un mismo nivel de riesgo. Normalmente el riesgorepresentado se asocia a un tipo de consecuencias representado en el ejehorizontal. Se deben considerar consecuencias de tipo: • Salud y seguridad del personal de la planta y población exterior • Medio ambiente (corto y largo plazo) • Efectos económicos (pérdida de producción, coste reparación, …)Dependiendo de la aplicación, en algunos casos algunos o todos los tiposde consecuencias podrán ser englobados dentro de una sola matriz deriesgo. Sin embargo, en la mayoría de los casos, al menos será necesariodistinguir entre consecuencias económicas y el resto de ellas(consecuencias SHE).Para la utilización de la matriz de riesgo, se hace necesario definir un nivelde riesgo que sirva como criterio de aceptación. Dicho nivel, separa lasáreas de riesgo aceptable e inaceptable. Actualmente, muy pocos países yorganizaciones industriales han decidido unos valores numéricosespecíficos para definir el nivel de riesgo aceptable (Ej. Holanda y ReinoUnido). 1*10-1Frecuencia acumulada (P) 1*10-2 Zona de riesgo inaceptable 1*10-3 Zona donde el riesgo debería estar 1*10-4 cuidadosamente controlado 1*10-5 1*10-6 Zona de riesgo aceptable 1*10-7 1*10-8 1 10 100 1000 10000 Número de fallecimientos entre la población Figura 42- Criterios de aceptación del riesgoMantenimiento Basado en el Riesgo Página 138
  • 5.1 La Matriz de RiesgoEl diagrama de riesgo se puede utilizar como herramienta de apoyo a ladecisión cuando se analiza el riesgo asociado a los diferentes modos defallo.En el diagrama de riesgo, la PdF se dibuja en el eje de ordenadas y la CdFen el eje de abscisas. Si dividimos el diagrama de riesgo en una redmayada, obtenemos una matriz de riesgos con niveles de frecuencias defallos, en el eje de ordenadas y niveles de consecuencias, en el eje deabscisas.La escala de probabilidades abarca cinco niveles, clasificados de "Muybaja" a "Muy alta". Dichos niveles se clasifican según dos categoríasfundamentales, tiempo medio entre fallos (MTBF) y probabilidad (f). Elvalor del MTBF representa la frecuencia de fallos técnicos y (f) indica laprobabilidad de que ocurra un fallo con consecuencias en la seguridad,salud o medio ambiente. Este valor (f) se utiliza para tener en cuenta queno todos los fallos provocan consecuencias en la seguridad, salud o medioambiente.La escala de severidad permite clasificar los fallos según susconsecuencias (desde las que no tienen ninguna consecuencia más que sureparación, a las que tienen consecuencias catastróficas). Esta escalatiene en cuenta las consecuencias de los fallos sobre cuatro aspectosfundamentales: • Consecuencias en la Seguridad • Consecuencias en la Salud • Consecuencias en el Medio Ambiente • Consecuencias económicasMantenimiento Basado en el Riesgo Página 139
  • Se debe tener en cuenta que las consecuencias en la salud y en laseguridad no se deben mezclar con las consecuencias económicas. Portanto se necesita usar diferentes escalas en el eje de consecuencias outilizar diferentes matrices de riesgo para cada tipo de riesgo (seguridad,salud, medio ambiente y negocio).Matriz de riesgos: Consecuencias A B C D E F Muy alta S S H H H H Probabilidad Alta M S S H H H Moderada M M S S H H Baja L M M S S H Muy baja L L M M S S Figura 43- Matriz de RiesgosSobre la matriz de riesgos, debemos definir el perfil de riesgos queestamos dispuestos a aceptar, trazando una línea que marcará el límite deaceptación. Dicho perfil quedará definido por la frontera entre lasconsecuencias que estamos dispuestos a aceptar y las que no, en funciónde una probabilidad determinada para su ocurrencia.Tras haber trazado el perfil de riesgo, trazamos también el perfil formadopor las líneas inferiores de las casillas adyacentes a la línea de riesgo. Conello, la matriz de riesgo queda dividida en cuatro zonas: • La zona H: Situada en la parte superior derecha de la matriz. Corresponde a los fallos que tienen consecuencias inadmisibles,Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 140
  • bien por la severidad de las mismas o bien por la probabilidad que tengan de ocurrir. No podemos admitir un fallo cuyo riesgo quede en esta zona, por eso esta zona es la de mayor prioridad de actuación. Hemos de eliminar o disminuir sus consecuencias o frecuencia de aparición. • La zona S: Corresponde a fallos con un riesgo no deseable y solamente tolerable si no se puede realizar ninguna acción para reducir el riesgo o si el coste de hacerlo es muy desproporcionado en relación a la reducción que se conseguiría. • La zona M: Corresponde a los fallos con riesgo aceptable. El óptimo sería que todos los fallos tuviesen sus consecuencias dentro de esta zona, pues representa la relación óptima desde el punto de vista riesgo-coste. • La zona L: Situada en la parte inferior izquierda de la matriz. Esta zona corresponde a fallos con riesgo aceptable, aunque estaríamos dispuestos a aceptar riesgos mayores. Si estamos realizando algún tipo de tarea de prevención para conseguir que el riesgo se sitúe en esta zona, podríamos plantearnos gastar menos en dichas tareas, pues estaríamos dispuestos a aceptar una severidad mayor (desplazándose hacia la derecha de la matriz), o una probabilidad de ocurrencia mayor (desplazándose hacia arriba en la matriz de riesgo), o ambas cosas al mismo tiempo.Esta división de la Matriz de Riesgo servirá para establecer prioridades ala hora de aplicar metodologías de mantenimiento y para la optimizaciónde puntos débiles (para determinar los rediseños a realizar para eliminarconsecuencias inaceptables).Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 141
  • Se puede apreciar en la matriz de riesgos que la situación óptima seríaque todos los sucesos se situaran en la zona M o L. Sin embargo, nodebemos olvidar que el proceso es dinámico y que se ha de adaptar a lascircunstancias cambiantes del entorno. Por ello, cuando el entorno cambiapuede también cambiar el perfil de riesgo y desplazarse hacia un lado uotro. Ante estos cambios, las políticas de mantenimiento que antes eranadecuadas pueden ahora dejar de serlo.Los niveles de las consecuencias de fallo se tabulan según la Tabla 17: Consecuencias Nivel Seguridad Salud Medio Ambiente Económicas Sin efectos/ ningún A Sin efectos Sin efectos < 10 K€ herido Heridos leves/ Posibilidad de problemas de Ligero daño dentro de B 10-50 K€ Tratamiento médico salud temporales una zona controlada Lesiones leves con Posibilidad de problemas de Ligero daño, con una C 50-100 K€ hospitalización salud permanentes infracción o denuncia Lesiones importantes Efectos significativos con Mucha probabilidad de D con daños repetidas infracciones y 100-250 K€ problemas de salud permanentes irreversibles muchas denuncias Discapacidad total Mucha probabilidad de Efectos importantes con E permanente /De 1 a problemas de salud permanentes infracciones prolongadas 250-300 K€ 3 víctimas mortales con alguna víctima mortal y daños generalizados Mucha probabilidad de Múltiples víctimas problemas de salud permanentes Efectos masivos con > 500 K€ F con múltiples víctimas mortales mortales daños severos persistentes Tabla 17- Niveles de consecuencias de falloAnteriormente se ha comentado que las consecuencias en la salud y en laseguridad necesitan usar diferente escala que las consecuenciaseconómicas. A continuación se propone un método que permite englobarlos cuatro tipos de consecuencias, con el objetivo de utilizar sólo unamatriz de riesgos para la evaluación de cada modo de fallo.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 142
  • A partir de la Tabla 18 obtenemos un nivel (A, B, C, D E o F) para cadauno de los cuatro tipos de consecuencias. Dichos niveles los podemoscombinar según se muestra en la tabla siguiente, de forma que obtenemosun valor cuantitativo global (de 0 a 100) de las consecuencias del modo defallo estudiado. Máximo consecuencias de Seguridad/Salud/Medio Ambiente A B C D E F consecuencias A 0 10 45 75 90 100 económicas B 10 25 50 80 90 100 C 20 35 70 85 95 100 D 50 65 75 90 98 100 E 75 85 90 95 100 100 F 85 90 100 100 100 100 Tabla 18- Combinación de consecuencias de falloAsimismo, podemos transformar el valor cuantitativo obtenido en un niveldefinitivo que nos sirva de entrada para la matriz de riesgos global. Paraello, utilizamos los valores numéricos obtenidos de la tabla anterior, donde1 representa las mínimas consecuencias y 100 las máximas. 0 → 24 A 25 → 49 B 50 → 69 C 70 → 84 D 85 → 94 E 95 → 100 F Tabla 19- Niveles de consecuencias globalesMantenimiento Basado en el Riesgo Página 143
  • Los niveles de las probabilidades de fallo se tabulan según la Tabla 20 Nivel Definición MTBF (años) y f f ≥ 0.1 Muy alta Ocurre varias veces al año en esta planta MTBF <1 año Ocurre al menos una vez cada tres años en esta 0.015 ≤ f < 0.1 Alta planta 1 ≤ MTBF ≤ 3 0.01 ≤ f < 0.015 Moderada Ha ocurrido alguna vez en esta planta 3 < MTBF ≤ 10 No ha ocurrido nunca en esta planta, pero es 0.005 ≤ f < 0.01 Baja probable que ocurra según la experiencia en esta industria 10 < MTBF ≤ 28 No ha ocurrido nunca en esta planta, y es f < 0.0005 Muy baja improbable que ocurra según la experiencia en esta industria MTBF > 28 Tabla 20- Niveles de probabilidades de falloCuantificación del riesgoPara dar un valor numérico a las consecuencias, utilizamos los valoresnuméricos obtenidos de la Tabla 18, (donde 1 representa las mínimasconsecuencias y 100 las máximas) y los elevamos al cuadradoexpandiéndolos a un rango de 0-1000.La razón de elevar al cuadrado los valores, es que las consecuencias de lasocurrencias no se distribuyen de forma lineal. Es decir, una evolución de25 a 35 en el nivel de consecuencias, no debe tener la misma importanciaque pasar 85 a 95. De esta forma, elevando al cuadrado los niveles,obtendríamos una evolución de 625 a 1225 (una diferencia de 600) frentea una de 7225 a 9025 (una diferencia de 1800).Este proceso no tiene influencia en el ranking de riesgos que obtendremospero sí, modifica la contribución que cada modo de fallo aporta al riesgototal de la planta.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 144
  • El riesgo para cada modo de fallo lo evaluamos de la siguiente manera: 1 Riesgo = Consecuencia * MTBF (años) * 365 De tal forma que las escalas podrían quedar de la siguiente manera: Consecuencias 0 → 576 577 → 2 4 0 1 2401 → 4 7 6 1 4762 → 7 0 5 6 7057 → 8 8 3 6 8837 → 1 0 0 0 0Probabilidad (MTBF años) MTBF<1 S S H H H H 1 ≤ MTBF ≤ 3 M S S H H H 3<MTBF ≤ 1 0 M M S S H H 10<MTBF ≤ 2 8 L M M S S H MTBF>28 L L M M S S Figura 44- Cuantificación de la Matriz de Riesgos Objetivos La matriz de riesgos se utiliza para identificar en la fase de evaluación los equipos de alto riesgo y realizar una evaluación detallada de los programas de inspección y mantenimiento. A partir de ella se puede: Obtener valoraciones de riesgo para las principales funciones y modos de fallo. (Este es un método muy útil para documentar los riesgos identificados). Identificar los equipos más críticos, sobre los cuales, se deberán tomar acciones de reducción de riesgos. Determinar programas formativos que deben realizar los empleados. Evaluar los programas actuales de inspección y mantenimiento y sugerir la implantación de nuevos programas. Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 145
  • Evaluar la frecuencia con que se realizan las tareas de inspección y mantenimiento y sugerir nuevas frecuencias. Descubrir áreas con exceso o falta de mantenimiento. Indicar los cambios en el diseño que serían necesarios. Realizar Benchmarking con otras instalaciones parecidas.Todo ello conduce al objetivo fundamental del RBM, conseguir unaoptimización del mantenimiento. Es decir reducir el gasto enmantenimiento, sin que la confiabilidad (fiabilidad, disponibilidad,mantenibilidad y seguridad) de la planta no sólo no se vea afectada, sinoque incluso sea mejorada.A partir de los resultados obtenidos en la matriz de riesgo podemosproponer el tipo de mantenimiento que se debe aplicar al componenteasociado al modo de fallo correspondiente, según se muestra en elesquema desarrollado en la Figura 45:Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 146
  • •Mantenimiento proactivo, Sí •Análisis Causa Raíz ¿Factible tareas proactivas, •Monitorización continua ¿ Zona H de Sí para reducir el riesgo? la matriz? •Reducción de probabilidad •Reducción de consecuencias No •Rediseño obligatorio •Mantenimiento predictivo/ proactivo No •Monitorización •Mantenimiento preventivo programado de condición Sí ¿Técnicamente factible •Tareas de Sí y económicamente sustitución justificable tareas de ¿Técnicamente factible Sí programadas¿Técnicamente factible revisión y resustitución y económicamente o combinacióny económicamente al estado inicial para No justificable tareas de tareasjustificable la detección evitar el fallo? Sí de sustitucióndel fallo potencial durante programada oel funcionamiento? No combinación de tareas No para evitar el fallo? •Rediseño ¿ Zona S de obligatorio la matriz? •Mantenimiento preventivo programado No Sí ¿Técnicamente factible •Tareas de y económicamente Sí sustitución ¿ Zona M de justificable tareas programadas o la matriz ? de revisión y resustitución ¿Técnicamente factible Sí combinación al estado inicial para y económicamente de tareas reducir la tasa de fallos ? justificable tareas de No No sustitución programada o •Mantenimiento correctivo combinación de tareas •Rediseño No •Mantenimiento rutinario para reducir la tasa deseable •Funcionamiento hasta el fallo de fallos? Figura 45- Diagrama de decisiónMantenimiento Basado en el Riesgo Página 147
  • Este marco de decisión cubre tres propósitos importantes: Asegura una evaluación sistemática de las necesidades de las actividades de mantenimiento preventivo. Asegura una evaluación consistente a través de todo el análisis. Simplifica la documentación de las conclusiones alcanzadas.El programa de inspección y mantenimiento resultante se establece paraevitar fallos en los equipos y para satisfacer requerimientos estatutarios.Sin embargo, no se dirige a los fallos introducidos durante laoperación o el mantenimiento o por factores externos (terremotos,inundaciones, etc).Criterio de aceptaciónUna vez que los planes de inspección y mantenimiento han sidoimplantados, se debe comprobar que la planta o las instalacionessatisfacen unos requerimientos de seguridad, salud y medio ambienteconocidos como criterios de aceptación. Estos criterios corresponden conla política concreta de la empresa y con las regulaciones nacionales einternacionales. En principio, los requerimientos internos de la propiacompañía deberían ser más estrictos que la legislación.Los criterios de aceptación de seguridad, salud y medio ambiente suelenvenir impuestos a nivel de toda la instalación o toda la compañía. En laplanificación de la inspección y mantenimiento se deben analizar loscriterios en cada nivel de los equipos. Esto se puede hacer de dos formasdiferentes: 1. Realizar un análisis detallado a cada elemento de los riegos relacionados con la seguridad, salud y medio ambiente y evaluar como las actividades de inspección y mantenimiento afectan al riesgo de dichos elementos. Este método es muy minucioso yMantenimiento Basado en el Riesgo Página 148
  • riguroso pero caro, sobre todo si se tienen que analizar muchos elementos. 2. Repartir los riegos relacionados con la seguridad, salud y medio ambiente entre los elementos. Este método es relativamente simple pero menos riguroso que el anterior. La estimación se puede mejorar teniendo en cuenta aspectos como los tiempos de exposición.La responsabilidad de definir unos criterios globales de aceptación debeser de las autoridades o del equipo de gestión de la planta y no del equipode planificación de mantenimiento.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 149
  • 6 Actividades de Mantenimiento y Reducción de RiesgosUn objetivo fundamental del RBM es la identificación de actividades quereduzcan los niveles de riesgo. La reducción del riesgo se consiguemediante: Reducción de la probabilidad del fallo (1). Reducción de las consecuencias del fallo (2). Una combinación de ambas (3). PdF (2) Riesgo (3) (1) CdF Figura 46- Formas de reducir el riesgoLas actividades de mantenimiento e inspección influyenfundamentalmente en la probabilidad de fallo. Sin embargo, conseguirmodificar las consecuencias del fallo normalmente implica realizarcambios de diseño, lo cual no se consigue fácilmente en la faseoperacional.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 150
  • Las actividades de reducción de riesgos se basan en encontrar tareas deprevención o rediseño que desplacen los fallos correspondientes a la zona“H” de la matriz, hacia la zona “S” o “M” (reduciendo así, su severidad o suprobabilidad).Asimismo, se puede plantear reducir el gasto en las tareascorrespondientes a fallos de la zona “L”, tratando de llevarlas a la zona “M”(estamos dispuestos a aceptar una probabilidad y/o un riesgo mayor).El marco de decisión, a la hora de reducir riesgos debe tener en cuenta lossiguientes factores: Oportunidad para eliminar causas de fallo Riesgo del personal durante la ejecución de las actividades de inspección y mantenimiento Riesgo de introducir nuevas causas de fallo.Este marco de decisión se muestra de forma gráfica en la Figura 47. Implementar: ¿Se puede identificar una causa de fallo SI • Procedimientos y su eliminación es efectiva en costes? • Modificaciones • Condiciones de operación NO Establecer una estrategia de mantenimiento SI ¿Es posible la sustitución NO de la estrategia Rediseño de mantenimiento? ¿La estrategia de mantenimiento NO implica bajo riesgo para el personal y no introduce nuevos fallos? SI Aplicar Figura 47- Marco de decisión para reducción de riesgosMantenimiento Basado en el Riesgo Página 151
  • La experiencia en la industria petroquímica demuestra que eliminando lascausas de fallo, se puede mejorar considerablemente el rendimiento de laplanta. Las razones de esto, es que si se consigue erradicar las causas defallo también eliminas el correspondiente fallo lo que lleva a aumentar eltiempo de disponibilidad de la planta y a disminuir el mantenimiento. Deesta forma las actividades restantes de mantenimiento se pueden realizarde manera más eficiente y se puede aumentar la proporción de actividadesde mantenimiento programado.Si no se puede sustituir una actividad de mantenimiento por técnicas demonitorización, se pueden tomar medidas organizativas como la formacióncon el fin de reducir los riesgos del personal durante el mantenimiento ylos riesgos de introducir fallos durante le mantenimiento.Hemos visto anteriormente que a partir de los resultados obtenidos en lamatriz de riesgo, podemos definir diferentes estrategias de mantenimiento,dependiendo de la criticidad del componente o equipo.A continuación vamos a analizar las diferentes estrategias que se puedentomar: Mantenimiento rutinario Prueba/Inspección regular de funcionamiento (elementos stand-by) Mantenimiento preventivo Mantenimiento predictivo y basado en condiciónMantenimiento Basado en el Riesgo Página 152
  • 6.1.1 Mantenimiento RutinarioEl mantenimiento rutinario comprende actividades de mantenimientorutinario que no requieren cualificaciones, autorizaciones o herramientasespeciales. El mantenimiento rutinario puede incluir: Limpieza Apretar las conexiones Comprobar los niveles de líquidos Engrase Lubricación Observaciones visuales Etc.El mantenimiento rutinario es efectivo a nivel de costes y proporciona unaherramienta importante para detectar la degradación de componentes(vibración, ruido, olor, fugas, etc.). Por tanto ayuda a evitar la ocurrenciade fallos con consecuencias graves (seguridad, salud, medio ambiente,económicas).Por otro lado, El hecho de interrumpir el funcionamiento de los equipospara realizar mantenimiento rutinario puede introducir nuevos fallos enlos equipos. Además, el personal que realiza el mantenimiento rutinariotambién está expuesto a ciertos riesgos.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 153
  • 6.1.2 Inspección Regular de Funcionamiento de Elementos Stand-byLos sistemas de seguridad y repuesto no son como los demás sistemas, yaque sus modos de fallo más importante son los fallos ocultos. Estossistemas por tanto, se prueban para verificar si estarán disponibles parafuncionar en el momento que se les necesite.La disponibilidad requerida o el MFDT (Mean Fractional Dead Time) paraestos sistemas de seguridad y repuesto se basa en el cumplimiento deunos niveles de riesgo aceptables.El intervalo de inspección para un sistema de este tipo viene dado por lafórmula: 2 ⋅ MFDTτ= λDonde: τ es el intervalo de inspección/mantenimiento MFDT es el “Mean Fractional Dead Time” o disponibilidad requerida λ es la tasa de fallos.La tasa de fallos, λ, se puede obtener a partir de la experiencia en laoperación o a partir de bases de datos de fallos genéricas (OREDA). Sinembargo existen sistemas para los cuales resulta complicado obtener latasa de fallos, como: Botes salvavidas Bombas antifuego Generadores de emergenciaMantenimiento Basado en el Riesgo Página 154
  • Resulta más sencillo obtener datos de los fallos de los siguientescomponentes: Válvulas de seguridad Detectores de gas Detectores de calorCon el fin de aumentar la base estadística del análisis, se deben agruparlos resultados de las pruebas realizadas a equipos similares de la plantabajo las mismas condiciones. Por ejemplo, se pueden agrupar todos losdetectores de gas que se encuentran situados en una misma zona de laplanta. De esta forma, la tasa de fallos específica observada en la plantase calcula a partir del número de pruebas fallidas y el número de pruebas.Ejemplo: Sistema de Criterio de Unidades Medida seguridad aceptación Válvula de seguridad Fallos / 100 tests 4 3.77 Detector de gas Fallos / 100 tests 2 1.12 Tabla 21- Resultados de pruebas y criterio de aceptación para sistemas de seguridadSi la tasa de fallos observada implica un riesgo superior al aceptable, sedeberá reducir el intervalo de inspección. Si por el contrario la tasa defallos observada implica un riesgo inferior al aceptable, se podríaaumentar el intervalo de inspección.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 155
  • 6.1.3 Fallos Relacionados con la Edad y Mantenimiento PreventivoEn general, los patrones de fallo que relacionan la probabilidad de fallocon la vejez del componente se aplican a elementos muy simples o acomplejos que sufren un modo de fallo dominante. En la práctica estosuele ocurrir en condiciones de desgaste directo, es decir, cuando elequipo está en contacto con el producto (impulsores de las bombas,superficies interiores de tuberías, válvulas de seguridad, etc..).El desgaste también puede ir asociado a la fatiga, la corrosión, oxidación yevaporación. Figura 48- Patrones de fallo relacionados con la edadLa fatiga afecta a equipos que están sometidos a ciclos de carga de altafrecuencia (normalmente metálicos). La corrosión y oxidación depende dela composición química del equipo, de la protección que tenga y delambiente en el que este funcionado. La evaporación afecta a disolventes ya los productos petroquímicos ligeros.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 156
  • Para reducir la incidencia de este tipo de modos de fallo, podemos realizardos tipos de mantenimiento preventivo: • Tareas de revisión y resustitución al estado inicial • Sustitución programadaLos modos de fallo que se pueden ajustar a los patrones de fallo de laFigura 48, presentan una probabilidad alta de ocurrencia a partir del finalde su “vida útil” (ver sección 3).En general, en este tipo de situaciones, es posible tomar alguna acciónantes de que el componente entre en la zona de “desgaste” con el objetivode evitar el fallo o al menos las consecuencias de este.Las tareas de revisión y resustitución al estado inicial son accionescuyo objetivo es restaurar las capacidades iniciales de un componentecuando este llega a una edad específica, independientemente del estadoaparente en el que se encuentre.En algunos casos no es eficiente económicamente o es simplementeimposible restablecer las capacidades iniciales de un componente, una vezéste, haya alcanzado el final de su vida útil. En esta situación, lacapacidad inicial sólo se puede restablecer sustituyéndolo por uno nuevo.Las tareas de sustitución programada son acciones cuyo objetivo esreemplazar un componente por uno nuevo cuando este llega a una edadespecífica, independientemente del estado aparente en el que seencuentre.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 157
  • 6.1.3.1 Tareas de Revisión en Equipos RotativosLas tareas de revisión normalmente consisten en varias actividadesaplicadas sobre elementos rotativos grandes. Las revisiones se suelenhacer en base a unos intervalos establecidos y sin haber llevado a caboantes una evaluación en condición.El mantenimiento programado, por tanto es una actividad planificada peropuede ser también no planificada si se observan unas condiciones defuncionamiento anormales (vibraciones, etc..) o si el equipo ha estadofuncionando fuera de su curva de operación y su probabilidad de fallo haaumentado.Las revisiones se utilizan para identificar y retirar elementos que puedenprovocar un daño. Las unidades rotativas grandes suelen ser vulnerablesa una gran cantidad de fallos. Además, los fallos en equipos rotativossuelen tener un impacto económico grande porque presentan tiemposlargos de reparación con costes muy elevados. Por este motivo laestrategia de revisiones es muy recomendable para equipos que presentanelementos rotativos.Se deberá tomar especial atención a las causas de fallo de consecuenciasmás altas y se deberían identificar indicadores eficientes de esas causasde fallo. Asimismo, los intervalos de inspección y mantenimiento se debendeterminar basándose en las causas de fallo con los riesgos más altos.Con el fin de disminuir el riesgo durante las pruebas y revisiones deequipos rotativos, se deberían establecer barreras técnicas y organizativaspara asegurar que no sea posible que se arranque la máquina.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 158
  • Las revisiones se suelen realizar en equipos como: Turbo generadores Motores Turbinas Compresores Etc.Las actividades típicas dentro de estas revisiones son: Cambio de aceite Chequeo visual de apoyos, rodamientos y cojinetes Re-aseguramiento de las partes que se hayan aflojado. Etc.6.1.4 Mantenimiento Proactivo y Tareas PredictivasComo se ha estudiado anteriormente, los últimos avances enmantenimiento demuestran que los equipos complejos tienen mayorprobabilidad de sufrir fallos aleatorios que los equipos simples.La complejidad de los equipos utilizados actualmente hace que en lapráctica un número muy elevado y creciente de modos de fallo se ajustena patrones como los que se muestran en la Figura 49: Figura 49- Patrones de fallo no relacionados con la edadMantenimiento Basado en el Riesgo Página 159
  • La característica más importante de los patrones representados en lafigura anterior, es que después del período inicial, hay muy poca oninguna relación entre fiabilidad y edad de operación del componente.En este tipo de patrones de fallo no existe una “edad de desgaste”establecida, en la cual haya que revisar o reemplazar el componente. Portanto realizar un mantenimiento preventivo programado deja de tenersentido en estas circunstancias. De hecho, realizar revisionesprogramadas podría aumentar la tasa de fallos introduciendo mortalidadinfantil en sistemas que eran estables.La necesidad de prevenir los fallos para este tipo de sistemas, hace que seestén aplicando de manera creciente estrategias de mantenimientopredictivo y mantenimiento en condición.6.1.4.1 Mantenimiento basado en la condiciónAunque como se ha explicado en el apartado anterior, muchos modos defallo no están relacionados con la edad de operación, la mayoría de ellos síque dan algún tipo de aviso cuando el fallo esta a punto de ocurrir.Si este aviso se puede detectar a tiempo, entonces será posible realizaralgún tipo de acción para prevenir el fallo o para evitar las consecuencias.La Figura 50 muestra el proceso de ocurrencia de un fallo. Este proceso sellama curva de fallo potencial-funcional o curva P-F, ya que muestracomo el fallo comienza, se deteriora hasta un punto, a partir del cualpuede ser detectado (punto “P” o punto de fallo potencial) y a partir de ahí,si no es detectado o corregido, continúa el deterioro (normalmente másrápido) hasta llegar al punto de fallo funcional (punto “F”).Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 160
  • Punto donde Punto donde el comienza el fallo fallo comienza a ser detectable (Fallo potencial) P Intervalo P-F Punto donde seCondición produce el fallo (Fallo funcional) F Tiempo Figura 50- Curva de fallo potencial-funcional Si se detecta un fallo potencial entre el punto P y F de la curva, es posible tomar acciones para prevenir el fallo o evitar sus consecuencias. Con el objetivo de detectar estos fallos potenciales se han desarrollado las tareas de mantenimiento basadas en la condición. Este tipo de mantenimiento, se basa en dejar en servicio los equipos mientras se recogen continuamente valores de los parámetros característicos de su funcionamiento. De esta forma se trata de prever (mantenimiento predictivo) cuando el equipo va a fallar a partir de su comportamiento. Además del punto de fallo potencial, es necesario considerar el tiempo que transcurre entre que se alcanza dicho punto (fallo detectable) y el momento en el que se produce el fallo funcional. Este intervalo se denomina “intervalo P-F” o “período de aviso”. Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 161
  • Las tareas “en condición” se deben realizar con una periodicidad menorque el “intervalo P-F”. En caso contrario, se corre el riesgo de no detectarel fallo potencial antes de que se produzca el fallo funcional.Por otro lado, si realizamos las tareas “en condición” de manerademasiado frecuente, estaremos gastando recursos de forma innecesaria.En la práctica suele ser suficiente utilizar una frecuencia de inspecciónigual a la mitad del “intervalo P-F”. Esta frecuencia asegura que siemprese detectará el fallo antes de que ocurra, proporcionando además tiempode reacción suficiente para actuar en la prevención del fallo.El intervalo de tiempo mínimo que podría quedar entre el descubrimientode un fallo potencial y la ocurrencia del fallo funcional se denomina“intervalo P-F neto”. Este intervalo determina el tiempo disponible pararealizar acciones que puedan evitar la ocurrencia del fallo o susconsecuencias. Intervalo de inspección Intervalo P-F = 6 meses 9 meses P Intervalo P-F Neto = 3 meses Condición F Tiempo Figura 51- Intervalo P-F netoMantenimiento Basado en el Riesgo Página 162
  • El Mantenimiento Basado en la Condición tiene las ventajas de que laspiezas no son reemplazadas o reparadas hasta que sea absolutamentenecesario y que el tiempo de parada de producción por mantenimiento esmínimo.Por otra parte, el CBM (Condition Based Maintenance o MantenimientoBasado en la Condición) requiere un sistema capaz de interpretar lasmedidas tomadas y un modelo detallado del mecanismo de degradación delos componentes para ser capaz de predecir las probabilidades de fallo.Los tipos más comunes de CBM son: Inspección del contenido de tanques Análisis de vibraciones Análisis de aceite Monitorización de los parámetros del proceso como temperatura y presión6.1.5 Proceso Iterativo de InspecciónLas inspecciones normalmente se realizan en tuberías y depósitos dondeno hay o hay muy poca redundancia, por lo que cualquier fallo puedecausar una considerable pérdida de producción.Además la mayoría de los accidentes con muertes en la industriapetroquímica y en la industria de procesos están causados por explosionesprovenientes de fugas de equipos presurizados. La principal razón parainspeccionar los equipos presurizados es por tanto detectar lasdegradaciones que pueden provocar fallos con consecuencias potencialesgraves (seguridad, salud, medio ambiente, económicas) con el objetivo depoder prevenir el fallo.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 163
  • Si las inspecciones revelan un daño mayor al esperado, entonces seránecesario realizar inspecciones más exhaustivas.Los elementos con bajo riesgo no forman parte del proceso de inspeccióniterativo.La evaluación histórica inicial se realiza antes de que se desarrolle elprograma de inspección y debe tener en cuenta los siguientes factores: Resultados de inspecciones anteriores Procesos de daño Condiciones de operación Alcance de la inspección (probabilidad de detección)El proceso iterativo de inspección se muestra en la Figura 52.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 164
  • Proceso Iterativo de Inspección Evaluación histórica Resultados anteriores Inicio Procesos de daño Programa de inspección Condiciones de operación Alcance de la inspección Inspección NO Evaluación ¿Programa Nuevos descubrimientos de inspección Progreso del daño de los descubrimientos efectivo? existentes Eficacia del alcance de la inspección Eficacia del método de inspección SI Cambio de condiciones Predicción Actividades de mitigación Sustituciones CdF Cambio de proceso X MTBF Establecimiento de PdF plan/estrategia para continuar con inspecciones NO SI ¿Descubrimiento aceptable hasta la próxima inspección? Figura 52- Proceso iterativo de inspecciónMantenimiento Basado en el Riesgo Página 165
  • 6.1.6 Proceso Iterativo de Revisión del RiesgoLa efectividad del programa de inspección y mantenimiento debe serevaluada regularmente. Si una unidad tiene un elevado número de fallosinesperados, entonces el mantenimiento tiene una efectividad baja. Si seobserva algo inusual (vibración) o la unidad ha funcionado fuera de sucurva de operación normal habrá que tenerlo en cuenta en la evaluaciónde la probabilidad de fallo (y de riesgo).El proceso iterativo de revisión se muestra en la Figura 53. Proceso de análisis Ev MTBF Cd alu F ac •Evaluación basada en históricos es ión tá t i c de o ri e Inicio sg os c on PdF •Anomalías descubiertas CdF •Condiciones de operación inusuales X MTBF PdF Nuevas actividades Cambio de condiciones de mantenimiento (PM) Evaluación factores de reducción de riesgos •Eliminación fallos repetitivos NO ¿Riesgo •Identificación avisos tempranos aceptable? •Optimización intervalos mantenimiento SI Actividad de mantenimiento (PM) habitual Figura 53- Proceso iterativo de revisiónMantenimiento Basado en el Riesgo Página 166
  • Los siguientes factores podrían causar una efectividad pobre delmantenimiento: Actividades o métodos de mantenimiento inapropiados Intervalos inapropiados para las actividades o métodos de mantenimiento existentes.Los nuevos métodos de mantenimiento deben tener como objetivodescubrir el desarrollo de los fallos lo antes posible con el fin demaximizar el tiempo de respuesta antes de que ocurra el fallo.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 167
  • 6.2 Optimización del MantenimientoLa efectividad y la economía del mantenimiento preventivo puedemaximizarse teniendo en cuenta la distribución de los tiempos de fallo delos elementos sujetos a mantenimiento y de la tendencia de la tasa defallos del sistema.Habíamos definido como tasa de fallos o tasa de riesgo, la frecuencia (nºde ocasiones por año) en que un posible fallo se materializa.Si un componente tiene una tasa de riesgo decreciente, ningunasustitución incrementará la probabilidad de fallo. Si por el contrario, latasa de riesgo es constante, la sustitución no representará ningunavariación en la probabilidad de fallo y si un componente tiene una tasa deriesgos creciente, programando su sustitución en el momento adecuado seincrementará teóricamente la fiabilidad del sistema. Figura 54- Relaciones entre la fiabilidad y los programas de sustitución.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 168
  • • Caso (a) Tasa de riesgo decreciente: El programa de sustitución incrementa la posibilidad de fallo • Caso (b) Tasa de riesgo constante: Programa de sustitución no afecta la probabilidad de fallo • Caso (c) Tasa de riesgo creciente: Programa de sustitución reduce la probabilidad de fallo • Caso (d) Tasa de riesgo creciente con tiempo de fallos superior a m: Programa de sustitución hace que la probabilidad de fallo sea ceroTodas estas consideraciones son teóricas. Se asume que las actividades desustitución no introducen nuevos defectos y que las distribuciones de lostiempos de fallo están exactamente definidas. Sin embargo, es obvio quese debe tener en cuenta las distribuciones de los tiempos de fallo de loscomponentes en la estrategia de la planificación del mantenimientopreventivo.De cara a optimizar las sustituciones preventivas, es conveniente conocerlos siguientes puntos de cada parte de la instalación: • Los parámetros de las distribuciones de fallo para los modos de fallo principales. Para la distribución log-normal la media y la desviación estándar y para la distribución de Weibull los parámetros de forma ß, de escala o vida característica η y el de localización o vida mínima t0. • Efectos de todos los modos de fallo • Coste de cada fallo • Coste del programa de sustituciones • Efecto probable del mantenimiento en la fiabilidad: hemos considerado hasta ahora componentes que no avisan en el momento de iniciarse su fallo. Si mediante inspecciones, pruebas no destructivas, etc. se puede detectar un fallo incipiente, también se deberán considerar:Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 169
  • o Modo en que los defectos se encadenan hasta provocar el fallo o Coste de las inspecciones o pruebasPara conseguir una mejora continua del mantenimiento preventivopodemos utilizar una serie de herramientas. Destacamos las siguientes: • Retroinformación de los ejecutores de los trabajos • Análisis de las causas de las averías (Análisis Cusa-Raíz) • Introducción de modificaciones • Estudio de la evolución del coste de mantenimiento • Programa de sugerencias para mejorar los procedimientos • Análisis de la eficacia de los procedimientos6.2.1 Optimización del Mantenimiento para Componentes ActivosPara los componentes activos/rotativos donde los riesgos de seguridad,salud y medio ambiente son aceptables, las actividades de mantenimientoe inspección se optimizan con respecto al impacto económico.Suponiendo que el tiempo hasta el fallo se distribuye de formaexponencial, la distribución exponencial no se puede combinar con laoptimización tradicional de costes. Por este motivo se recomienda realizarel siguiente enfoque:Coste total equipos = Coste mant. preventivo + Coste FalloPara cada estrategia de mantenimiento (donde m1, m2, m3 …mi indicanactividades e intervalos de mantenimiento preventivo) se puede determinaruna tasa de fallos λ(mi), según se ilustra en la Figura 55.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 170
  • Tasa de Fallos λ(m) m1 m2 m3 Volumen/esfuerzo mantenimiento Figura 55- Variación de la tasa de fallos λ(m) según estrategias de mantenimiento (m1, m2, m3)Los costes anuales medios o esperados asociados a un programa deinspección y mantenimiento se calculan como: [ ] E Coste total equipos (m i ) = Coste mant. preventivo (m i ) + Coste Fallo * λ(m i )Siendo:Coste mant. Preventivo (mi) = Coste anual del mantenimiento preventivoasociado al programa de mantenimiento mi.λ(mi) = Número medio de fallos anuales que se producen cuando se aplicael programa de mantenimiento mi.El programa de mantenimiento que minimiza esta expresión es que elpresenta el coste óptimo.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 171
  • La tasa de fallos, λ(m), para las diferentes estrategias de mantenimiento,se puede evaluar utilizando juicios expertos que determinen el MTTF(tiempo medio hasta el fallo) para la estrategia de mantenimiento dada y larelación: 1 λ (m i ) = MTTF(m)Se podrían utilizar otros modelos estadísticos para modelar laprobabilidad de fallo, pero se obtendrían diferentes fórmulas deoptimización.El coste del plan de mantenimiento preventivo (Coste mant. Preventivo(mi)) se determina utilizando personas expertas de la planta y otrasfuentes como los contratistas. Los juicios expertos también se puedenutilizar para determinar los costes esperados del fallo (Coste Fallo).A nivel de elementos, para cada elemento el objetivo es minimizar loscostes totales (CTotal) en relación a las actividades y a los intervalos demantenimiento como se muestra a continuación: CA + ∑i =1 λi (τ ) ⋅ C i nC total = τSiendo:C Total : Costes totalesCA : Costes de mantenimiento por actividad.Ci : Costes por el modo de fallo i.λi : Tasa de fallos asociada al modo de fallo i [Fallos/año].τ : Intervalo de inspección o mantenimiento.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 172
  • Para obtener el intervalo óptimo de mantenimiento, derivamos respecto deτ e igualamos a cero: dC total (τ ) =0 dτ 4000 3500 3000 2500 Euros 2000 Costes totales esperados 1500 Costes por fallos 1000 Costes por 500 mantenimiento preventivo 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Intervalo mantenimiento (meses) Figura 56- Curva del coste total esperadoSi se tienen que considerar los aspectos referentes a las consecuencias enla seguridad, salud y medio ambiente, entonces la planta se deberíadecidir por una estrategia de mantenimiento, mi tal que el riesgo asociadoa esas consecuencias sea inferior al criterio de aceptación de la planta: Riesgo ( m) = Coste Fallo * λ(m i )Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 173
  • 6.3 Tasa de Fallos Después de la Reparación y de las Actividades de Inspección y MantenimientoLas curvas de degradación que se describieron en la sección 3, mostrabancomo la tasa de fallos de un componente varía en función del tiempodesde que se pone el componente en uso hasta que falla. En estas curvasde degradación no se consideraban las actividades de mantenimiento.Para tener en cuenta la inspección y mantenimiento se debe decidir comose espera que quede el componente después de haberle realizado unatarea de inspección o mantenimiento.Podemos encontrar muchos modelos de reparación, pero los másutilizados son: Como nuevo. El elemento se devuelve a su condición original, de tal forma que tras la actividad de mantenimiento su funcionamiento es el mismo que cuando estaba nuevo. Como antes del fallo. El elemento se devuelve a la condición que tenía antes del fallo, de tal forma que después de la actividad de mantenimiento el conjunto sigue funcionando igual que lo hacía justo antes del fallo, sin devolverlo a sus condiciones iniciales. El ejemplo típico de este caso, es el cambio de una pieza de un coche. Tras el cambio, el coche funciona correctamente pero la condición total del coche no se mejora significativamente).Las posibles alternativas existentes entre estos dos extremos no se utilizanmucho en la práctica. Estos modelos proporcionan una medida de laeficiencia de la actividad del mantenimiento.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 174
  • La Figura 57 muestra los dos modelos de reparación para una bombacentrífuga con una distribución exponencial del tiempo hasta el fallo yuna tasa de fallos de λ= 71.35*10-6/hora.Se asume que la bomba fallará después de los años 1.1, 4.8 y 6.8.Para ilustrar el deterioro de la bomba utilizamos su función de fiabilidadR(t), la cual muestra determina la probabilidad de que el componente“sobreviva” en el intervalo que va desde t=0 hasta el tiempo t.Por tanto la probabilidad de que la bomba falle en el intervalo que vadesde t=0 hasta el tiempo t, será: t − ∫ z ( s ) ds F (t ) = 1 − R(t ) = 1 − e 0SiendoR(t): Función de fiabilidadZ(s): Distribución de fallos en función del tiempo. Primer fallo First failure 1 Como antes del fallo Como nuevo 0.8 Pump (Bad as old Fiabilidad Reliability 0.6 after repair) Pump (Good as new 0.4 after repair) 0.2 0 Tercer fallo Third failure 0 1 2 2 3 4 5 6 6 7 8 9 10 Segundo fallo Second failure TimeTiempo (años) (years) Figura 57- Fiabilidad Vs MantenimientoMantenimiento Basado en el Riesgo Página 175
  • 7 ReferenciasLibros MBR [MOUB97] John Moubray. Reliability-centered Maintenance II, 1997. [JONE95] Risk-Based Management Richard B. Jones. 1995 [AMEN94] Luis Améndola. Modelos Mixtos de Confiabilidad, 1994. [TAVAR00] Lourival Tavares. Administración moderna de mantenimiento, 2000. [ESRE01] ESReDA Book on Maintenance Data. 2001Referencias MBR [JOVA00] A. Jovanovic. Evaluation of the Results of the Inquiry on RBI/RBLM for Power Plants, 2000. [UTPN02] UTP NEG221. Perform Risk Analysis of Generation Plant, 2002. [MUSG03] Tony Musgrave, ABB. La Chasse aux Arrêts de Production, 2003. [APTE01] APTECH Engineering Services. Reliability Centered Maintenance and Risk Based Maintenance/ Inspection, 2001. [GEAR02] W. Geary. Risk Based Inspection- A Case Study Evaluation of Onshore Process Plant, 2002. [BISS02] Mr Alan Bissell. Technical Risk in Power Generation, OMMI 2002. [IRVI03] D. J. Irving. Applying Engineering Contractor Skills to Manage and Mitigate Risks on Power Plant, OMMI 2003.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 176
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  • Capítulo 4APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA DEMANTENIMIENTO BASADO EN EL RIESGO AUN SISTEMA DE COMPRESIÓN DE GAS 1 IntroducciónUn aspecto importante del RBM es que puede ser reutilizado paradiferentes sistemas. Es decir, un estudio desarrollado para un sistemaimportante de la planta puede utilizarse como base para unidadessimilares que tengan las mismas funciones. La división funcional ensubsistemas, la identificación de los modos de fallo y otros factoresimportantes pueden ser relativamente parecidos.Además, cuando se realicen modificaciones de sistemas o subsistemas, nohace falta volver a estudiar toda la descripción funcional, sino que bastarácon revisar el desarrollo anterior. Recordemos que el MBR debe ser unprograma trazable, documentado y sistemático.La probabilidad de ocurrencia y las consecuencias se deben actualizarpara asegurarse de que reflejan la nueva configuración, el entornoeconómico y el personal del sistema a estudiar.A continuación, se va a realizar una aplicación del MBR a un sistema decompresión de gas de una refinería para analizar los diferentessubsistemas y su criticidad.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 183
  • El sistema de compresión de gas consiste en: • Una turbina de vapor funcionando como fuente de alimentación del sistema. • Un compresor de dos etapas por el que pasará gas insaturado rico en hidrocarbón. • Tres Tanques de separación de condensado y gasAntes, durante y después de la compresión, el líquido condensado sesepara del flujo de gas a través de los tanques de separación decondensado. El gas presurizado obtenido al final y el líquido condensadopasan entonces a otras áreas de la refinería donde seguirán siendoprocesados. El enfriamiento del gas en los procesos intermedios y despuésde la compresión se realiza mediante intercambiadores de calor que estánconectados a una torre de refrigeración. El sistema de refrigeración noserá considerado en esta aplicación.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 184
  • La Figura 59 muestra el esquema del sistema funcional de compresión degas que se va estudiar: T C1 C2 Salida Gas Entrada Gas 1º Sep Agua/Gas 2º Sep Agua/Gas 3º Sep Agua/Gas Salida Líquido Almac. Almac. Agua ácida Agua ácida Tratamiento de aguas Figura 58- Esquema del sistema de compresión de gasSegún se aprecia en la figura, vamos a considerar cinco subsistemas aestudiar: • Subsistema turbina de vapor como fuente de alimentación • Subsistema de compresión • Subsistema de separación líquido/gas 1 • Subsistema de separación líquido/gas 2 • Subsistema de separación líquido/gas 3Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 185
  • A continuación realizaríamos una lista de la planta, en este caso delsistema a estudiar. Utilizamos un sistema de numeración de cinco dígitos. • El primer dígito identifica el subsistema • Los dos dígitos siguientes representan el fallo funcional • Los dos últimos números indican el modo de falloUn ejemplo sería:10000: Subsistema 1.10200: Fallo funcional 2 del subsistema 110203: Modo de fallo 3, correspondiente al fallo funcional 2 delsubsistema 1.De esta forma los subsistemas son listados con sus correspondientesíndices, como se muestra a continuación: Subsistema Descripción Subsistema turbina de vapor como fuente de 10000 alimentación 20000 Subsistema de compresión 30000 Subsistema de separación líquido/gas 1 40000 Subsistema de separación líquido/gas 2 50000 Subsistema de separación líquido/gas 3 Figura 59- Subsistemas a estudiarCada subsistema debe de ser estudiado para identificar sus fallosfuncionales y los modos de fallo que pueden causar cada fallo funcional.Para llevar a cabos este análisis sería deseable disponer de una base dedatos con históricos de fallos. Aún así, no debemos olvidar que loshistóricos de fallos sólo muestran fallos que han ocurrido y no todos losque podrían ocurrir.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 186
  • Determinación del valor de las consecuenciasPara dar un valor numérico a las consecuencias, utilizamos los valoresnuméricos obtenidos de la Tabla 23, (donde 1 representa las mínimasconsecuencias y 100 las máximas) y los elevamos al cuadradoexpandiéndolos a un rango de 0-1000. Consecuencias Nivel Seguridad Salud Medio Ambiente Económicas Sin efectos/ ningún A Sin efectos Sin efectos < 10 K€ herido Heridos leves/ Posibilidad de problemas de Ligero daño dentro de una B 10-50 K€ Tratamiento médico salud temporales zona controlada Lesiones leves con Posibilidad de problemas de Ligero daño, con una C 50-100 K€ hospitalización salud permanentes infracción o denuncia Lesiones importantes Efectos significativos con Mucha probabilidad de D con daños repetidas infracciones y 100-250 K€ problemas de salud permanentes irreversibles muchas denuncias Discapacidad total Mucha probabilidad de Efectos importantes con E permanente /De 1 a problemas de salud permanentes infracciones prolongadas 250-300 K€ 3 víctimas mortales con alguna víctima mortal y daños generalizados Mucha probabilidad de problemas de salud permanentes Efectos masivos con > 500 K€ Múltiples víctimas F con múltiples víctimas mortales daños severos mortales persistentes Tabla 22- Niveles de consecuencias de fallo Máximo consecuencias de Seguridad/Salud/Medio Ambiente A B C D E F consecuencias A 0 10 45 75 90 100 económicas B 10 25 50 80 90 100 C 20 35 70 85 95 100 D 50 65 75 90 98 100 E 75 85 90 95 100 100 F 85 90 100 100 100 100 Tabla 23- Combinación de consecuencias de falloMantenimiento Basado en el Riesgo Página 187
  • La razón de elevar al cuadrado los valores, es que las consecuencias de lasocurrencias no se distribuyen de forma lineal. Es decir, una evolución de25 a 35 en el nivel de consecuencias, no debe tener la misma importanciaque pasar 85 a 95. De esta forma, elevando al cuadrado los niveles,obtendríamos una evolución de 625 a 1225 (una diferencia de 600) frentea una de 7225 a 9025 (una diferencia de 1800).Este proceso no tiene influencia en el ranking de riesgos que obtendremospero sí, modifica la contribución que cada modo de fallo aporta al riesgototal de la planta.Determinación del valor de la probabilidadEl problema que puede aparecer a la hora de calcular la frecuencia de losmodos de fallo, es la falta de datos históricos o que haya un númeroescaso de ellos. Esto se puede suplir o complementar con ayuda de juiciosexpertos.En general, a partir de un histórico de datos y con información adicionalproveniente del personal de operación y mantenimiento con experiencia enla planta, se obtiene de forma satisfactoria toda la información necesariapara llevar a cabo el análisis y calcular los tiempos medios entre fallos(MTBF) o incluso las tendencias para próximo fallo.Calculo del RiesgoEl riesgo para cada modo de fallo lo evaluamos de la siguiente manera: 1Riesgo = Consecuencia * MTBF (años) * 365El cálculo, lo realizaremos utilizando una hoja excel, donde se muestranlos modos de fallo y los fallos funcionales correspondientes a cadasubsistema. Para cada modo de fallo se calcula un valor de probabilidad yMantenimiento Basado en el Riesgo Página 188
  • de consecuencias, los cuales se muestran en forma de columna. Asímismo, se computa el valor del riesgo según la formula descritaanteriormente.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 189
  • 2 Desarrollo del estudio2.1 Subsistema turbina de vapor Fallo de acoplamiento-diafragma Pérdida de presión del aceite lubricante Fallo válvula regulación de velocidad Desalineamiento turbina-compresor Pérdida total de la Fallo importante en los alabes potencia de la turbina Agarrotamiento de cojinetes Rotura del eje Alta temperatura del aceite de lubricación Pandeo de eje Fallo en junta/ empaquetadura Fallo de sellado externo Fuga de vapor Fisura/ agrietamiento de carcasa por fatiga termodinámica. Creep Rotura circuito lubricación Fuga de aceite Fallo del controlador/regulador Pérdida de control Fallo del actuador de velocidad Fallo de la válvula de entrada de vapor Pérdida de eficiencia de los álabes Pérdida parcial de la potencia de la turbina Fallo secundario de los álabes Figura 60- Árbol de fallos para el subsistema turbinaMantenimiento Basado en el Riesgo Página 190
  • Índice Descripción Consecuencia MTBF (años) Riesgo 10100 Pérdida total de la potencia de la turbina 3,27 10101 Fallo de acoplamiento-diafragma 9025 34 0,73 10102 Pérdida de presión del aceite lubricante 9025 62 0,40 10103 Fallo válvula de regulación de velocidad 100 7 0,04 10104 Desalineamiento turbina-compresor 1225 12 0,28 10105 Fallo importante en los álabes 4900 14 0,96 10106 Agarrotamiento de cojinetes 2500 14 0,49 10107 Rotura del eje 1225 19 0,18 10108 Alta temperatura del aceite de lubricación 625 12 0,14 10109 Pandeo del eje 400 19 0,06 10200 Fuga de vapor 0,15 10201 Fallo en junta/ empaquetadura 100 6 0,05 10202 Fallo de sellado externo 100 6 0,05 10203 Fisura/agrietamiento de carcasa por fatiga termodinámica. Creep 100 5 0,05 10300 Fuga de aceite 1,68 10301 Rotura de circuito de lubricación 1225 2 1,68 10400 Pérdida de control de velocidad 0,70 10401 Fallo del controlador/ regulador 1225 12 0,28 10402 Fallo del actuador 1225 12 0,28 10403 Fallo de la válvula de entrada de vapor 625 12 0,14 10500 Pérdida parcial de la potencia de la turbina 1,85 10501 Pérdida de eficiencia de los álabes 625 1 1,71 10502 Fallo secundario de los álabes 100 2 0,14 Tabla 24- Hoja de análisis para el subsistema turbinaMantenimiento Basado en el Riesgo Página 191
  • 2.2 Subsistema de compresión Rotura o fuga en la impulsión del compresor Pérdida de presión del aceite lubricante Desalineamiento turbina-compresor Pérdida total de la Agarrotamiento de cojinetes potencia del compresor Rotura del eje Alta temperatura del aceite de lubricación Pandeo de eje Rotura circuito lubricación Fuga de aceite Fallo de sellado externo Fuga exterior de gas Fuga en una línea partida Pérdida de eficiencia Pérdida parcial de la del compresor potencia del compresor Figura 61- Árbol de fallos para el subsistema de compresiónMantenimiento Basado en el Riesgo Página 192
  • Índice Descripción Consecuencia MTBF (años) Riesgo 20100 Pérdida total de la potencia del compresor 10,78 20101 Rotura o fuga en la impulsión del compresor 6400 2 8,77 20102 Pérdida de presión del aceite lubricante 9025 62 0,40 20103 Desalineamiento turbina-compresor 1225 12 0,28 20104 Agarrotamiento de cojinetes 2500 14 0,49 20105 Rotura del eje 4000 19 0,58 20106 Alta temperatura del aceite de lubricación 625 12 0,14 20107 Pandeo del eje 900 19 0,13 20200 Fuga de aceite 6,85 20201 Rotura de circuito de lubricación 5000 2 6,85 20300 Fuga exterior de gas 20,99 20301 Fuga en una línea partida 8100 2 11,10 20302 Fuga en el sellado 7225 2 9,90 20400 Pérdida parcial de la potencia del compresor 6,85 20401 Pérdida de eficiencia del compresor 2500 1 6,85 Tabla 25- Hoja de análisis para el subsistema de compresiónMantenimiento Basado en el Riesgo Página 193
  • 2.3 Subsistema de separación líquido/gas 1 Fuga de líquido en tuberías/depósito Corrosión Fisura/agrietamiento de Pérdida de líquido carcasa/cuerpo/tubería en el tanque Tornillos/pernos sueltos Fallo de junta/anillo/ empaquetadura/sellado Rotura/Fuga de gas en tuberías/depósito Corrosión Fisura/agrietamiento de Pérdida de gas carcasa/cuerpo/tubería en el tanque Tornillos/pernos sueltos Fallo de junta/anillo/ empaquetadura/sellado Fallo del controlador de nivel Fallo del controlador de nivel Figura 62- Árbol de fallos para el subsistema de separación líquido/gas 1Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 194
  • Índice Descripción Consecuencia MTBF (años) Riesgo 30100 Pérdida de líquido en el tanque 16,41 30101 Fuga de líquido en tuberías/depósito 9025 3 8,24 30102 Corrosión 6400 9 1,95 30103 Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería 6400 8 2,19 30104 Tornillos/pernos sueltos 4900 5 2,68 30105 Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado 4900 10 1,34 30200 Pérdida de gas en el tanque 19,84 30201 Rotura/Fuga de gas en tuberias/depósitos 9025 2 12,36 30202 Corrosión 6400 9 1,95 30203 Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería 6400 9 1,95 30204 Tornillos/pernos sueltos 4900 6 2,24 30205 Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado 4900 10 1,34 30300 Fallo del controlador de nivel 7,40 30301 Fallo del controlador de nivel 8100 3 7,40 Tabla 26- Hoja de análisis para el subsistema de separación líquido/gas 1Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 195
  • 2.4 Subsistema de separación líquido/gas 2 Fuga de condensado en tuberías/depósito Corrosión Fisura/agrietamiento de Pérdida de líquido carcasa/cuerpo/tubería en el tanque Tornillos/pernos sueltos Fallo de junta/anillo/ empaquetadura/sellado Rotura/Fuga de gas en tuberías/depósito Corrosión Fisura/agrietamiento de Pérdida de gas carcasa/cuerpo/tubería en el tanque Tornillos/pernos sueltos Fallo de junta/anillo/ empaquetadura/sellado Rotura/Fuga en la línea/tubería Fuga en la línea/tubería de llenado del tanque de llenado del tanque Figura 63- Árbol de fallos para el subsistema de separación líquido/gas 2Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 196
  • Índice Descripción Consecuencia MTBF (años) Riesgo 40100 Pérdida de líquido en el tanque 20,43 40101 Fuga de condensado en tuberías/depósito 8100 3 7,40 40102 Corrosión 8100 5 4,44 40103 Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería 8100 8 2,77 40104 Tornillos/pernos sueltos 4900 3 4,47 40105 Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado 4900 10 1,34 40200 Pérdida de agua ácida 29,32 40201 Fuga de agua ácida en tuberías/depósitos 10000 1,3 21,07 40202 Corrosión 9025 3 8,24 40300 Pérdida de gas en el tanque 25,89 40301 Rotura/Fuga de gas en tuberias/depósitos 8100 1,5 14,79 40302 Corrosión 6400 7 2,50 40303 Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería 8100 8 2,77 40304 Tornillos/pernos sueltos 4900 3 4,47 40305 Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado 4900 10 1,34 40400 Pérdida de gas en línea de llenado del tanque 14,79 40401 Rotura/Fuga en la línea/tubería de llenado del tanque 8100 1,5 14,79 Tabla 27- Hoja de análisis para el subsistema de separación líquido/gas 2Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 197
  • 2.5 Subsistema de separación líquido/gas 3 Fuga de condensado en tuberías/depósito Corrosión Fisura/agrietamiento de Pérdida de líquido carcasa/cuerpo/tubería en el tanque Tornillos/pernos sueltos Fallo de junta/anillo/ empaquetadura/sellado Fuga de agua ácida en tuberías/depósitos Fuga de agua ácida Corrosión Rotura/Fuga de gas en tuberías/depósito Corrosión Fisura/agrietamiento de Pérdida de gas carcasa/cuerpo/tubería en el tanque Tornillos/pernos sueltos Fallo de junta/anillo/ empaquetadura/sellado Rotura/Fuga en la línea/tubería Pérdida de gas en la línea de llenado del tanque de llenado del tanque Figura 64- Árbol de fallos para el subsistema de separación líquido/gas 3Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 198
  • Índice Descripción Consecuencia MTBF (años) Riesgo 50100 Pérdida de líquido en el tanque 29,64 50101 Fuga de condensado en tuberías/depósito 8100 1,5 14,79 50102 Corrosión 8100 5 4,44 50103 Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería 8100 6 3,70 50104 Tornillos/pernos sueltos 4900 3 4,47 50105 Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado 4900 6 2,24 50200 Pérdida de agua ácida 16,07 50201 Fuga de agua ácida en tuberías/depósitos 10000 3,5 7,83 50202 Corrosión 9025 3 8,24 50300 Pérdida de gas en el tanque 27,71 50301 Rotura/Fuga de gas en tuberias/depósitos 8100 1,5 14,79 50302 Corrosión 6400 7 2,50 50303 Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería 8100 6 3,70 50304 Tornillos/pernos sueltos 4900 3 4,47 50305 Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado 4900 6 2,24 50400 Pérdida de gas en línea de llenado del tanque 14,79 50401 Rotura/Fuga en la línea/tubería de llenado del tanque 8100 1,5 14,79 Tabla 28- Hoja de análisis para el subsistema de separación líquido/gas 3Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 199
  • 3 Resultados TABLA CAUSAS DE FALLO INDICE DESCRIPCIÓN RIESGO 40201 Fuga de agua ácida en tuberías/depósitos 21,07 30201 Rotura/Fuga de gas en tuberias/depósitos 14,79 40301 Rotura/Fuga en la línea/tubería de llenado del tanque 14,79 40401 Fuga de condensado en tuberías/depósito 14,79 50101 Rotura/Fuga de gas en tuberias/depósitos 14,79 50301 Rotura/Fuga en la línea/tubería de llenado del tanque 14,79 50401 Rotura/Fuga de gas en tuberias/depósitos 14,79 20301 Fuga en una línea partida 11,10 20302 Fuga en el sellado 9,90 20101 Rotura o fuga en la impulsión del compresor 8,77 30101 Fuga de líquido en tuberías/depósito 8,24 40202 Corrosión 8,24 50202 Corrosión 8,24 50201 Fuga de agua ácida en tuberías/depósitos 7,83 30301 Fallo del controlador de nivel 7,40 40101 Fuga de condensado en tuberías/depósito 7,40 20201 Rotura de circuito de lubricación 6,85 20401 Pérdida de eficiencia del compresor 6,85 40104 Tornillos/pernos sueltos 4,47 40304 Tornillos/pernos sueltos 4,47 50104 Tornillos/pernos sueltos 4,47 50304 Tornillos/pernos sueltos 4,47 40102 Corrosión 4,44 50102 Corrosión 4,44 50103 Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería 3,70 50303 Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería 3,70 40103 Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería 2,77 40303 Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería 2,77 30104 Tornillos/pernos sueltos 2,68 40302 Corrosión 2,50 50302 Corrosión 2,50 30204 Tornillos/pernos sueltos 2,24 50105 Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado 2,24 50305 Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado 2,24 30103 Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería 2,19 30102 Corrosión 1,95 30202 Corrosión 1,95 30203 Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería 1,95 10501 Pérdida de eficiencia de los álabes 1,71 10301 Rotura de circuito de lubricación 1,68 30105 Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado 1,34 30205 Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado 1,34 40105 Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado 1,34 40305 Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado 1,34 10105 Fallo importante en los álabes 0,96 10101 Fallo de acoplamiento-diafragma 0,73 20105 Rotura del eje 0,58 10106 Agarrotamiento de cojinetes 0,49 20104 Agarrotamiento de cojinetes 0,49 10102 Pérdida de presión del aceite lubricante 0,40 20102 Pérdida de presión del aceite lubricante 0,40 10104 Desalineamiento turbina-compresor 0,28 10401 Fallo del controlador/ regulador 0,28 10402 Fallo del actuador 0,28 20103 Desalineamiento turbina-compresor 0,28 10107 Rotura del eje 0,18 10108 Alta temperatura del aceite de lubricación 0,14 10403 Fallo de la válvula de entrada de vapor 0,14 20106 Alta temperatura del aceite de lubricación 0,14 10502 Fallo secundario de los álabes 0,14 20107 Pandeo del eje 0,13 10109 Pandeo del eje 0,06 10203 Fisura/agrietamiento de carcasa por fatiga termodinámica. Creep 0,05 10201 Fallo en junta/ empaquetadura 0,05 10202 Fallo de sellado externo 0,05 10103 Fallo válvula de regulación de velocidad 0,04 Tabla 29- Ranking de riesgos de las causas de falloMantenimiento Basado en el Riesgo Página 200
  • Como se puede ver en la Tabla 29 los contribuyentes más importantes deriesgo proceden de diferentes subsistemas y fallos funcionales. Cada líneadel ranking de riesgo proporciona la contribución de riesgo que cadacausa de fallo aporta al riesgo total del sistema. Por tanto, actuando sobrelas causas de fallo se podrá modificar el riesgo global.Existen fallos basados en el equipo o combinación de fallos que puedenser prevenidos o causados según la manera que las personas interactúencon el sistema a través de tareas de mantenimiento o procedimientosoperacionales. El ranking de riesgos muestra la importancia que cada fallotiene en relación a los otros.En la Figura 65 se muestra el mismo ranking de riesgos, pero está vezrepresentado en forma de gráfico ordenado. En el eje de abcisas serepresentan los índices de las causas de fallo. En el eje de ordenadas sesitúan los valores de riesgo calculados.Las causas de fallo situadas en el extremo derecho del gráfico presentanun riesgo muy bajo y que además disminuye rápidamente. Los valores deriesgo tienen un rango desde 0.04 hasta 21.07, lo que significa unadiferencia de varios órdenes de magnitud. Esta diferencia puede sertodavía bastante mayor, dependiendo del sistema que estemos analizando,ya que en un análisis de riesgos estamos considerando tanto los fallosrutinarios como los fallos muy improbables. De la misma manera, lasconsecuencias pueden aumentar de forma muy importante el rango devalores del riesgo. En general, el rango de los valores del riesgo sedetermina por la escala utilizada para calcular los valores de lasconsecuencias y probabilidades. Dicha escala suele ser específica paracada sistema.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 201
  • 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 C a us a s de f a l l o Figura 65- Gráfico ordenado del ranking de riesgos de las causas de fallo 25,00 20,00 15,00 Riesgo 10,00 5,00 0,00 1 4 7 1 1 3 1 4 7 2 2 5 3 1 3 1 2 5 2 5 1 4 1010 1010 1010 1020 1030 1040 2010 2010 2010 2030 3010 3010 3020 3030 4010 4020 4030 4030 5010 5010 5030 5030 Causas de fallo Figura 66- Gráfico del ranking de riesgos de las causas de falloMantenimiento Basado en el Riesgo Página 202
  • El objetivo fundamental es modificar, mejorar y optimizar la forma derealizar el mantenimiento a partir de la información obtenida del análisisde riesgos. Utilizando esta información, se puede enfocar los esfuerzos algrupo de causas de fallo que presenten riesgos más elevados.La Figura 67 muestra el porcentaje acumulado del riesgo total quecorresponde según nos movemos desde las causas de fallo con riesgo másalto hacia la derecha, incorporando sucesivamente al total cada causa defallo correspondiente al índice mostrado en el eje horizontal.Se aprecia como el 80% del riesgo total está contenido únicamente en el30% del número total de causas de fallo. Se ha demostrado que estarelación es una regla general que se cumple en la mayoría de los sistemas.Así mismo, el 60% del riesgo total está contenido únicamente en el 20%del número total de causas de fallo. 25,00 100 90 20,00 80 Riesgo acumulado % 70 15,00 60 Riesgo 50 10,00 40 30 5,00 20 10 0,00 0 201 5 201 5 201 4 104 2 201 1 101 3 201 8 201 6 102 7 102 3 02 501 4 401 4 501 2 401 3 301 3 503 4 501 2 301 5 302 3 105 2 301 1 401 5 101 5 403 1 501 1 504 1 203 1 301 2 502 1 303 2 202 1 401 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 402 Causas de fallo Figura 67- Riesgo acumulado (%) y ranking de riesgos de las causas de falloMantenimiento Basado en el Riesgo Página 203
  • Los valores de riesgo asociados a cada modo de fallo se pueden calcularsumando los riesgos de sus respectivas causas de fallo. El cálculo delriesgo asociado a cada modo de fallo sirve para mostrar como el riesgo sedistribuye entre las diferentes partes funcionales del sistema estudiado.Esta información puede ser muy útil para el equipo encargado de diseñarel mantenimiento. MODOS DE FALLO RIESGO TURBINA DE GAS 7,65 10100 Pérdida total de la potencia de la turbina 3,27 10200 Fuga de vapor 0,15 10300 Fuga de aceite 1,68 10400 Pérdida de control de velocidad 0,70 10500 Pérdida parcial de la potencia de la turbina 1,85 COMPRESOR DE GAS 45,48 20100 Pérdida total de la potencia del compresor 10,78 20200 Fuga de aceite 6,85 20300 Fuga exterior de gas 20,99 20400 Pérdida parcial de la potencia del compresor 6,85 1º SEPARADOR LIQUIDO / GAS 43,65 30100 Pérdida de líquido en el tanque 16,41 30200 Pérdida de gas en el tanque 19,84 30300 Fallo del controlador de nivel 7,40 2º SEPARADOR LIQUIDO / GAS 90,43 40100 Pérdida de líquido en el tanque 20,43 40200 Pérdida de agua ácida 29,32 40300 Pérdida de gas en el tanque 25,89 40400 Pérdida de gas en línea de llenado del tanque 14,79 3º SEPARADOR LIQUIDO / GAS 88,22 50100 Pérdida de líquido en el tanque 29,64 50200 Pérdida de agua ácida 16,07 50300 Pérdida de gas en el tanque 27,71 50400 Pérdida de gas en línea de llenado del tanque 14,79 Tabla 30- Modos de fallo del sistema total de compresión de gasMantenimiento Basado en el Riesgo Página 204
  • La Figura 68 muestra los riesgos asociados a los modos de fallo delsistema, calculados a partir de las causas de fallo. Se comprueba quegeneralmente la distribución obtenida para los modos de fallo tiene unaforma más lineal que en el caso de las causas de fallo. 35,00 30,00 25,00 Riesgo 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5010 4020 5030 4030 3020 2030 4010 3010 5020 4040 5040 2010 3030 2020 2040 1010 1050 1030 1040 1020 1040 1020 Fallos funcionales Figura 68- Gráfico ordenado del ranking de riesgos de los modos de falloSumando los riesgos asociados a los modos de fallo de cada subsistema,podemos calcular la contribución que cada uno de los subsistemasestudiados aporta a todo el sistema global de compresión de gas. Lacomparación entre subsistemas, representada en la Figura 69,proporciona un “feedback” al equipo que desarrolla el análisis, sobre comoel riesgo se distribuye entre los subsistemas. El ranking obtenido deberíacoincidir con la percepción que tenga el grupo de expertos que lleven acabo el estudio.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 205
  • 100,00 80,00 60,00 Riesgo 40,00 20,00 0,00 TURBINA DE GAS COMPRESOR DE 1º SEPARADOR 2º SEPARADOR 3º SEPARADOR GAS LIQUIDO / GAS LIQUIDO / GAS LIQUIDO / GAS Figura 69- Contribución de los subsistemas al riesgo globalEn el estudio propuesto se comprueba que como era de esperar lossubsistemas de separación de líquido/gas 2 y 3, son lo que presentan unmayor riesgo, mientras que la fuente de alimentación (la turbina de vapor)contribuye con el riesgo más pequeño.Estos resultados deben coincidir con la percepción del equipo demantenimiento, ya que si dicho equipo va a utilizar el ranking de riesgosproporcionado por el análisis como una guía para el diseño delmantenimiento, se deben creer que los resultados son válidos. Si losresultados macroscópicos de riesgo no son consistentes con la visión quetengan los expertos de mantenimiento, entonces no se conseguirá el gradonecesario de credibilidad para la aplicación práctica y será necesaria unarevisión del análisis utilizado.A partir de los resultados detallados obtenidos en el estudio MBR, sedeben establecer objetivos que proporcionen una base cuantitativa paramedir la efectividad del programa de mantenimiento actual (PM/PdM) yobtener información de como y donde dirigir los recursos demantenimiento. Esta base cuantitativa indica las causas de fallo a las quese debe prestar mayor atención y a cuales menos. Así mismo ayuda enprocesos de decisión, como:Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 206
  • • Determinar donde y cuando aplicar tecnologías de mantenimiento predicativo • Determinar donde y que tipos de formación a los empleados deben llevarse a cabo • Sugerir nuevas tareas de mantenimiento o justificar las actuales • Sugerir nuevas frecuencias en las tareas de mantenimiento o justificar las actuales • Identificar áreas donde se realiza mantenimiento excesivo o escaso • Identificar los cambios de diseño necesariosPor último, podemos representar el riesgo asociado a cada una de lascausas de fallo analizadas mediante una matriz de riesgos: Consecuencias 0 10 00 12 50 15 00 17 50 20 00 22 50 25 00 27 50 30 00 32 50 35 00 37 50 40 00 42 50 45 00 47 50 50 00 52 50 55 00 57 50 60 00 62 50 65 00 67 50 70 00 72 50 75 00 77 50 80 00 82 50 85 00 87 50 90 00 92 50 95 00 97 50 10 00 25 0 50 0 75 0 0 1,00 Probabilidad 10,00 100,00 Figura 70- Matriz de riesgo del sistema de compresión de gasMantenimiento Basado en el Riesgo Página 207
  • Consecuencias 0 → 576 577 → 2 4 0 1 2401 → 4 7 6 1 4762 → 7 0 5 6 7057 → 8 8 3 6 8837 → 1 0 0 0 0Probabilidad (MTBF años) MTBF<1 S S H H H H 1 ≤ MTBF ≤ 3 M S S H H H 3<MTBF ≤ 1 0 M M S S H H 10<MTBF ≤ 2 8 L M M S S H MTBF>28 L L M M S S Figura 71- Modelo de matriz de riesgo desarrollada en la metodología Consecuencias 0→ 8837 → 577 → 2 4 0 1 2401 → 4 7 6 1 4762 → 7 0 5 6 7057 → 8 8 3 6 576 Consecuencias 10000 Probabilidad (MTBF años) MTBF<1 1 ≤ MTBF ≤ 3 Probabilidad 3<MTBF ≤ 1 0 10<MTBF ≤ 2 8 MTBF>28 10 0 0 12 5 0 15 0 0 17 5 0 20 0 0 22 5 0 25 0 0 27 5 0 30 0 0 32 5 0 35 0 0 37 5 0 40 0 0 42 5 0 45 0 0 47 5 0 50 0 0 52 5 0 55 0 0 57 5 0 60 0 0 62 5 0 65 0 0 67 5 0 70 0 0 72 5 0 75 0 0 77 5 0 80 0 0 82 5 0 85 0 0 87 5 0 90 0 0 92 5 0 95 0 0 97 5 0 0 25 0 50 0 75 0 0 10 0 0 Figura 72- Matriz de riesgos de la metodología aplicada al sistema de compresión de gasMantenimiento Basado en el Riesgo Página 208
  • La matriz de riesgos nos permite de forma sencilla: Obtener valoraciones de riesgo para las principales funciones y modos de fallo. (Este es un método muy útil para documentar los riesgos identificados). Identificar los equipos más críticos, sobre los cuales, se deberán tomar acciones de reducción de riesgos. Evaluar los programas actuales de inspección y mantenimiento y sugerir la implantación de nuevos programas. Descubrir áreas con exceso o falta de mantenimiento. Realizar Benchmarking con otras instalaciones parecidas.Todo ello conduce al objetivo fundamental del RBM, conseguir unaoptimización del mantenimiento. Es decir reducir el gasto enmantenimiento, sin que la confiabilidad (fiabilidad, disponibilidad,mantenibilidad y seguridad) de la planta no sólo no se vea afectada, sinoque incluso sea mejorada.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 209
  • 4 Referencias [MOUB97] John Moubray. Reliability-centered Maintenance II, 1997. [JONE95] Risk-Based Management Richard B. Jones, 1995 [KBCD02] KBC. Driving Competitive Advantage, 2002 [LATC97] John Latcovich. STRAP- A New Risk-based Análisis Tool for Steam Turbine Decision Making, 1997 [TECH02] Office of Industrial Technologies. Review of Combined Heat and Power Technologies, 2002 [ABBL03] ABB Ltd. Machinery and rotating equipment integrity inspection guidance notes, 2003 [BRAN02] Stationary Sources branco. Inspector’s Guidance Manual. Stationary Gas Turbines. 2002 [LLOY02] Lloyd’s Register of Shipping. Machinery Planned Maintenance and Condition Monitoring, 2002. [COUN00] North American Electric Reliability Council. Generating Availability Data System- Data Reporting Instructions, 2000. [ARMY02] Publications of the Headquarters, United States Army Corps of Engineers. Steam Turbine Power Plant Design, 2002 [IBER99] Iberdrola Generación. Guía para el Análisis de fallos, 1999Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 210
  • ConclusionesEn la actualidad y desde hace relativamente poco tiempo, el sectoreléctrico se sitúa dentro de un nuevo marco liberalizado, donde nadieasegura la recuperación de costes a las empresas de generación. En estasituación la rentabilidad de la generación depende en gran medida de lacapacidad de producir la energía a un precio competitivo sin alterar laconfiabilidad (seguridad, fiabilidad, mantenibilidad y disponibilidad) de lasplantas de generación. Mantener la capacidad productiva con un alto nivelde eficiencia se convierte en un factor fundamental para asegurar larentabilidad económica de una planta de generación.En este nuevo marco, las actividades de mantenimiento cobran unprotagonismo relevante, ya que son las encargadas de garantizar, almínimo coste posible, que los elementos productivos desarrollen en todomomento la función para la que han sido diseñados.Además, el impacto de la liberalización del mercado de energía eléctrica nose limita solamente a los aspectos relativos a la eficiencia económica.Cada día toman más importancia temas como la seguridad laboral, el usoracional de la energía, la protección del medio ambiente o la calidad yseguridad del suministro eléctrico.Las nuevas metodologías de mantenimiento deben adaptarse a todas estasnecesidades crecientes de la industria eléctrica. El mantenimiento portanto no sólo afecta a la disponibilidad sino a todos los aspectos de laefectividad del negocio: La seguridad, la integridad ambiental, la eficienciaenergética, la calidad de los productos y servicios al cliente.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 211
  • El mantenimiento actual está caracterizado por la búsqueda continua demecanismos que permitan eliminar o minimizar la ocurrencia de fallos y/odisminuir las consecuencias de los mismos, minimizando los costesincurridos, es decir se juega con los dos factores de riesgo además delfactor meramente económico.Las metodologías de evaluación de riesgos combinadas con modelosestructurales de confiabilidad y con datos genéricos y procedentes de laspropias plantas de generación, proporcionan una base sólida para la tomade decisiones dentro de un amplio rango de usos para la gestión de losactivos y la optimización de las tareas de mantenimiento. Especialimportancia cobra la evaluación del riesgo ya que es la base utilizada parala toma de las decisiones.En este contexto el término “riesgo” no se limita únicamente al riesgoasociado a la seguridad, sino que refiere también a la disponibilidad y portanto a los riesgos económicos. ¿Cómo y a qué coste es posible mantenerla operación de un sistema dentro de un riesgo aceptable?.El Mantenimiento Basado en el Riesgo o RBM (Risk-Based Maintenance)resulta muy eficaz para reducir costes en las actividades demantenimiento y por tanto aumentar los beneficios sin que ello supongaun aumento en los niveles de riesgos de fallo en los equipos de la planta.Esta metodología consigue ahorros considerables centrando lasactividades de mantenimiento en los elementos verdaderamente críticos(se ha demostrado que aproximadamente el 80% de los riesgos en unaplanta están asociados únicamente al 20% de las actividades y elementos).Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 212
  • El objetivo por tanto será identificar los riesgos más críticos y reducirlos omantenerlos dentro de un nivel aceptable según el criterio adoptado. Estecambio de paradigma supone que es más importante conocer y controlarel riesgo que intentar reducirlo o eliminarlo por todos los medios. Estado actual Objetivos deseados • Tradición y Reglas prescriptivas • Optimización de costes en las plantas • No existe un estándar definido • Operaciones seguras y confiables • Plantas antiguas • Extensión de la vida de las plantas antiguas • Los costes limitan las inversiones • Aumento de la competitividad • Legislación uniforme en Europa Medios para el cambio •Proceso estructurado de decisión basado en riesgos •Utilización de herramientas modernas de análisis de riesgos •Estandarización de los métodos RBM (Risk- based Maintenance) •Desarrollo de “best practice” •Traspaso de experiencias entre sectores industriales •Desarrollo de modelos de dañoActualmente el mantenimiento que realizan muchas industrias en lapráctica se basa en la tradición y en reglas prescriptivas. Estas prácticasestán lejos de ser procesos optimizados donde las medidas de riesgo parala seguridad y el negocio estén integradas. Las nuevas metodologías paratomar decisiones basadas en el riesgo están cobrando mucha importanciaen un amplio rango de sectores industriales y se ha probado queproporcionan una herramienta muy eficiente.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 213
  • Finalmente, tras el desarrollo de la metodología que se ha descrito en esteproyecto, podemos concluir que la utilización del Mantenimiento Basadoen el Riesgo en las plantas de generación de energía eléctrica proporcionauna serie de beneficios importantes a la empresa, dentro de los cualespodemos destacar algunos como: • Permite centrar la mayor atención en los elementos más críticos de la planta, con el ahorro y el aumento en la seguridad que ello conlleva. • Facilita la identificación del tipo de mantenimiento óptimo para los equipos a partir de la matriz de riesgos y el diagrama de decisión desarrollado. • Beneficios económicos. Se consigue optimizar la función Coste- Beneficio del mantenimiento. • Programa trazable, documentado y sistemático que permite ser trasladado y aplicado a otras plantas realizando pocas modificaciones. • Permite y aconseja aplicar una “realimentación continua”. El Mantenimiento basado en el Riesgo resulta un elemento clave en la búsqueda de la MEJORA CONTINUA en las organizaciones.Gracias a todos estos beneficios, el MBR cobra cada día más importanciadentro del sector industrial y probablemente sea una de las metodologíasde mantenimiento sobre la que más oigamos hablar en los próximos años.Mantenimiento Basado en el Riesgo Página 214