Diseño e Ingeniería: Mantenibilidad y Fiabilidad

Ayudas de diseño para la mantenibilidad. Fiabilidad frente a mantenibilidad:

Para cierta disponibilidad, se debe incrementar la fiabilidad o la mantenibilidad. Construcción modular frente a construcción compacta: requiere mayor esfuerzo de creación, reduce el tiempo de diagnosis y la resolución de fallos en servicio. Se detecta fallo modular, después el módulo defectuoso reemplazado por otro en buen estado. Reparación frente a reemplazo: cuándo el coste de las reparaciones sobre el terreno es mayor que el coste para hacer nuevas unidades en la factoría y reemplazar el ítem que falla. Aporta una mejora económica de la mantenibilidad. Equipos de ensayo y/o diagnóstico incorporados frente a equipos externos. Los dispositivos de ensayo y los de análisis de fallos incorporados reducen el tiempo de diagnosis, pero aumenta el coste de la inversión y la complejidad del ítem. Personal frente a máquinas. Para la función operación/mantenimiento, se estudia si debe ser altamente mecanizada con instrumental y equipo de reparación especial, o se dejará en manos de técnicos muy especializados con equipo de uso general.

Relación entre la actividad desarrollada y el tipo de mantenimiento según el periodo o régimen de trabajo.

Industria de funcionamiento en parte de la jornada laboral: en la mayoría de las industrias no automatizadas totalmente, tiene la reserva de las horas no trabajadas para recuperar la producción perdida en los paros por fallos, o para efectuar reparaciones. También en industrias con producción inferior a su capacidad, por pérdida de mercado. Se podrá optar con un mínimo económico con mantenimiento correctivo o con un cómodo mantenimiento preventivo/predictivo. Industria de funcionamiento continuo: no se pueden permitir fallos y exigen el mantenimiento predictivo y preventivo en la mayor parte de su maquinaria y equipos. Industria de temporada: ideal para organizar el mantenimiento, ya que permite preparar y realizar en las mejores condiciones económicas las reparaciones en el período de paro, y cuando se inicia el trabajo, la maquinaria e instalaciones pueden estar dispuestas como si fuesen nuevas.

Acciones propias del mantenimiento.

Inspecciones, revisiones y pruebas: examina la calidad funcional de la máquina y las condiciones de seguridad. Engrases: disminuir los desgastes y resistencias pasivas para evitar degradación. Reparaciones: Elementales: sin desmontar la máquina. Parciales: desmontaje parcial de una parte de la máquina o instalación. Generales: Desmontaje total de la máquina o instalación, dejándola como nueva. Reposiciones totales: sustitución completa del equipo, máquina o instalación.

Actividades para eliminar los fallos. Mantener condiciones básicas equipo: limpiar, lubricar... Mantener estándares operativos. Restauración del deterioro: Detectar y predecir el deterioro y establecer métodos de reparación. Corregir debilidades del diseño: tratar puntos débiles, desgaste, corrosión... Prevención de errores humanos: Prevenir la mala operación y los errores de reparación.

Estrategias generales de resolución de fallo

Reparación: hay que identificar el fallo, localizar el elemento causante desmontarse este para poder reparar in situ o taller para restituir su funcionalidad y eliminar causa de fallo. Obliga a poseer conocimientos, recambios, herramientas, instalaciones, aptitudes y tiempo. Sustitución: se disponen de conjuntos ya preparados para ser montados en el lugar del elemento que ha fallado o tenerlos ya instalados en paralelo, para que entren en servicio, en el momento que se detecta el fallo. Hay que tener habilidad para identificar el módulo que falla. Se aumenta la disponibilidad de la instalación en comparación con el proceso de reparación. Supresión: Se aísla el ítem que ha fallado, para que este no perturbe al resto de la instalación. No puede ser esencial para el desarrollo del resto de la función principal del conjunto. En ocasiones, componentes suprimidos se usan como recambios para reparar otros componentes que si son esenciales. Requieren mayores recursos.

Propiedad característica de la ley exponencial de la fiabilidad. Demostración.

La probabilidad de trabajo sin fallo de un elemento en el intervalo de tiempo de duración t, depende solamente de la duración del tiempo t para una intensidad de fallos λ dada. A-trabajo sin fallo del elemento en el intervalo (0, t₁) de duración t₁. B-trabajo sin fallo del elemento en el intervalo (t₁, t₂) de duración t. AB-trabajo sin fallo del elemento en el intervalo (0, t₂) de duración t₁+t

Enumerar los modelos de mantenimiento con una breve descripción

- Mod. correctivo: inspección visuales, lubricación y averías que surjan. Equipos baja criticidad. - Mod. sistemático: no son tareas con periodicidad fijas. Para equipos disponibilidad media. - M. condicional: además de correctivo, realiza pruebas, ensayos para programar intervenciones - Mod. de alta disponibilidad: el + exigente, mantenimiento. Predictivo, se busca cero averías

Curva de la tasa de fallos.

Factores de los que depende la elección mas adecuada del transductor en la medida de vibraciones

Determinación de la variable de interés. Si el interés se centra en monitorizar holguras, velocidades críticas o desplazamientos relativos eje/cojinete, la única elección posible es un transductor de desplazamiento. Consideraciones de impedancia mecánica. Si la vibración del rotor no es bien transmitida a la carcasa de la máquina, se debe usar un transductor de desplazamiento para medir directamente en el eje, siempre que éste sea accesible. Consideraciones de frecuencia. Si las frecuencias de interés se encuentran por encima de los 1000Hz se usa un acelerómetro.

Mejora de la mantenibilidad.

La mantenibilidad puede mejorarse mediante la aplicación de principios y reglas simples, como puede: la estandarización de componentes, la concepción modular e intercambiabilidad de módulos la integración de chequeos automáticos y la formación del personal entre otras opciones Un método eficaz para mejorar la mantenibilidad puede consistir en llevar a cabo un estudio serio sobre aquellas fracciones del tiempo empleado en una reparación, pudiéndose reducir estos tiempos a localización del fallo o avería, desmontaje, reemplazamiento y/o reglaje de los elementos en fallo, verificación y entrega; si obtenemos información del trabajo de mantenimiento frente a estos cuatro tiempos parciales, podremos, con gran facilidad, conseguir mejoras sustanciales de la mantenibilidad al introducir las modificaciones en los detalles que tengan incidencia mayor en la reducción de los tiempos de reparación, una práctica habitual es la de establecer normas para las distintas actividades repetitivas del mantenimiento que consumen tiempo.

Objetivos principales del mantenimiento.

Alta disponibilidad: Reducir al mínimo las pérdidas de producción o de servicio por fallo de equipos. Alta Calidad: Mantener los equipos productivos para evitar rechazos del producto por falta de Calidad. En Presupuesto: Conservar la maquina en buen estado, cumpliendo con los planes establecidos dentro del presupuesto asignado, o incluso reduciéndolo si fuera posible. Seguridad y Medioambiente: Garantiza cero accidentes laborables e incumplimientos medioambientales. Eficiencia energética: Optimizar el funcionamiento eficiente energéticamente.

Fallos infantiles/Prematuros Son los elementos que nacen con algún defectos. Es el periodo que corresponde a las primeras pruebas y al rodaje, es un periodo de corrección de defectos, en el que se ponen en evidencia los 5 clases de defectos como los aspectos de errores de proyecto, de fabricación, de montaje, de verificación y de manejo. El objetivo perseguido por este mantenimiento no es el de evitar estas modificaciones en sí, sino el de detectar precozmente los defectos.

Procedimientos para evaluar la fiabilidad.

a) Utilizar la información procedente del funcionamiento de muchos aparatos iguales durante mucho tiempo y en iguales condiciones de funcionamiento. b) Empleando una estimación estadística de pocos aparatos funcionando durante poco tiempo. Otorga cierto grado de confianza y que sea cierto. c) Emplea los datos de fiabilidad de las partes del conjunto para realizan cálculos provisionales del conjunto

Supuestos de la definición de la fiabilidad. Fijar de forma inequívoca el criterio de si funciona o no. Establecer las condiciones ambientales y de utilización y que se mantengan constante en el periodo en cuestión. Definir el tiempo de funcionamiento

Elementos de un programa de mantenibilidad.

Programa de supervisión y control. Esta etapa consiste en la definición de todas las tareas a realizar en el programa y en su dirección y revisión cuando sean ejecutadas Diseño y análisis. Durante el diseño del producto, se establecerán los objetivos de la mantenibilidad y se harán los análisis y las predicciones. Evaluación y ensayo. Se debe demostrar que los objetivos de la mantenibilidad han sido alcanzados.

Describe y comenta ventajas del mantenimiento correctivo

Ventajas: Minimiza costes, Bajo impacto en la producción, Elimina su recurrencia. Inconvenientes: Personal especializado, en algunos casos es necesario herramientas especializadas

Mantenimiento según el grado de mecanización / automatización

Industria no mecanizada: Los elementos de trabajo son útiles y herramientas, y su mantenimiento es igualmente artesanal, sin planificación organización, escasa importancia económica que el mantenimiento. Industria en proceso de mecanización: Emplea máquinas con diferentes estados de automatización en sus ciclos de trabajo, pero teniendo tiempos muertos de carga y descarga manuales. Limitado y económico mantenimiento preventivo basado principalmente en el engrase y la limpieza, una reducida plantilla de personal para efectuar el mantenimiento correctivo. Industria de procesos ya mecanizados: de automatización total, o maquinaria que se alimenta y descarga por sí misma. También hay industrias con procesos o líneas automáticas en diversos grados de automatización. Exigen un mantenimiento preventivo y predictivo, debe haber un control de los costes de mantenimiento. Los trabajos deben estar programados y estudiados, además de tener el disponible el material necesario, pueden durar horas/días.

MANTENIMIENTO PREVENTIVO:

realizar reparaciones, cambios de componentes o piezas, según intervalos de tiempo, o según determinados criterios prefijados para reducir la probabilidad de avería o pérdida de rendimiento de un ítem, siempre se planifica. Ventajas: - Reducción de paradas imprevistas en equipos. - Adecuado cuando existe relación entre probabilidad de fallo y duración de vida. Inconvenientes: - No se aprovecha la vida útil completa del equipo. - Aumenta el gasto y disminuye la disponibilidad, sino elegimos bien la frecuencia en las acciones preventivas. Aplicaciones: - Equipos mecánicos o electromecánicos, sometidos a desgaste seguro. - Equipos cuya relación fallo-duración de vida es bien conocida.

Tipos de mantenimiento empleados normalmente en industria de procesos ya mecanizados... Mantenimiento Predictivo

Conocimiento del estado del ítem, por mediciones periódicas de algún parámetro significativo, para una detección precoz de sistemas de fallo, (temperatura, vibración, consumo). Mantenimiento mas tecnológico, tiene bajo impacto en la producción. Ventajas: - Determinación óptima del tiempo para realizar el mantenimiento preventivo - Ejecutar sin interrumpir el funcionamiento normal del equipo e instalación. - Mejora el conocimiento y el control del estado del equipo Inconveniente: - Personal mejor preparado, e instrumentos de análisis costosos. - No es viable motorización de los parámetros. - Se pueden presentar averías entre intervalos de dos medidas. Aplicaciones: - Maquinaria rotativa, motores eléctricos, instrumentación...

Objetivos y contenido justificado de la ficha de trabajo.

Objetivo: documento que sirve como guía de los trabajos que deben realizarse y en el que se registran todas aquellas informaciones que sean necesarias para llevarlos a cabo. Contenido: denominación del trabajo, Nº de ficha, sistema, especificaciones propias del trabajo, control de tiempo, herramientas necesarias, personal necesarios, esquemas ilustrativos, explicaciones y datos referente al esquema, descripción del desarrollo de las tareas para realizar el trabajo.

Informe de trabajo: El informe de trabajo es el documento que se cumplimenta una vez ya realizado el trabajo, constara: • Identificación de la persona o personas que han realizado el trabajo • Identificación del elemento objeto del trabajo realizado • Referencia de la orden de trabajo • Descripción de las anomalías detectadas y las causas • Descripción de las tareas realizadas, los métodos y equipos empleados con las incidencias que hayan surgido • Relación de materiales y repuestos consumidos • Control de tiempos • Relación de fichas de trabajo empleadas

ORDEN DE TRABAJO Y LAS FUNCIONES PRINCIPALES

Es el documento que se entrega a la persona encargada de realizar un trabajo determinado y en el que se le da la información necesaria para realizarlo: ● Identificación del centro productivo ● Referencia de la orden de trabajo ● Identificación del sistema, subsistema, componente o elemento al que hace referencia ● Fecha de emisión. ● Descripción del trabajo que debe realizarse ● Instrucciones específicas. ● Prioridad del trabajo (ordinaria, urgente, inmediata) ● Relación de los vales de almacén generados a primera instancia del material necesario para la realización del trabajo ● Relación de las fichas de trabajo necesarias para la realización del trabajo ● Identificación del responsable que genera la Orden de Trabajo. ● Identificación de a quien se asigna el trabajo ● Relación del inicio del trabajo para que el trabajador registre la finalización y duración de este

Tipos generales de codificación en el almacén de mantenimiento.  Códigos de tipo funcional: El ítem está en el interior de la instalación,  pero no dicen nada respecto al tipo y característica del ítem, lo cual es peligroso para gestionar el stock, porque se podrían duplicar stocks por la similitud de los ítem. Códigos de tipo descriptivo: Permiten la recogida sistemática de datos de fiabilidad y costes de ítems similares en función y estructura. Estos códigos describen las condiciones nominales de funcionamiento y características constructivas del ítem.

-Objetivos principales de la codificación en el almacén de mantenimiento.  Permitir la identificación inequívoca de cada uno de los ítems de la instalación y la recogida de datos del fallo para su utilización en sustitución preventiva y para estudiar la fiabilidad Responder a la necesidad de gestión de stocks de las piezas de recambio y todos los problemas relacionados con ellas, facilitar la situación en el equipo del ítem, informar de la intercambiabilidad del ítem respecto a otras similares y contribuir a la estandarización de los recambios, permitiendo realizar estadísticas de disponibilidad de los items a distintos niveles y la contabilidad por centros de coste.

-Métodos normalmente empleados para la reposición de elementos en el almacén de mantenimiento. Método del pedido de número fijo. Este método básico de cantidad fija es el método más común, es apto para pequeñas piezas de repuesto con una tasa de consumo relativamente estable. Se pasa pedido de una cantidad fija cuando el inventario ha bajado a un nivel previamente fijado llamado punto de pedido, con la finalidad de que se reciba la entrega cuando el nivel mínimo se haya alcanzado. Método del pedido de cantidad máxima. la cantidad máxima de inventario se fija al mínimo valor posible, y se extiende un pedido cada vez que una pieza se utiliza. Se mantiene siempre en stock un número fijo de piezas. Este método es indicado para piezas caras o requeridas con poca frecuencia, baja rotación. Método del pedido de periodo o intervalo fijo. El intervalo de los pedidos se fija para un periodo concreto, la cantidad pedida por tanto varía según las necesidades indicado para piezas de uso constante, tales como herramientas. Se coordinan las fechas de pedido con el programa financiero.

-CARATERISTICAS DE LOS ELEMENTOS DE NORMAL INDICE DE ROTACIÓN

o Se consumen en cantidades relativamente importantes y variables según una ley probabilística que, en general, se supone es normal, lo que lo hace en cierto modo predecible a medio plazo. o Tiempos de aprovisionamiento también variables. o Gestión basada generalmente en los conceptos de lote de compra económico y nivel de pedido. o De frecuente uso alternativo o De bajo coste de almacenamiento

-Causas más usuales que originan fallos en los lubricantes.

Contaminación del lubricante que altera sus características, principalmente su viscosidad Pérdida de aditivos con la consecuente pérdida de características. Fallo en la viscosidad o lubricante incorrecto por una mala elección de éste. Desequilibrio o desalineación de elementos rotativos que provocan esfuerzos excesivos sobre el lubricante. Error en la instalación tanto en el tipo como en la localización de los filtros, aberturas para el relleno y venteo, etc.

-ANÁLISIS TAN Y TBN DE LUBRICANTES.

Índice de Acidez (TAN) es la cantidad de producto básico y se expresa en miligramos de KOH requeridos para neutralizar todos los componentes ácidos presentes en 1g de la muestra. Para tomar una muestra representativa, ésta se calienta a 65°C para asegurar que cualquier sedimento o depósito que pueda contener compuestos ácidos se disuelva en el aceite, una vez calentada la muestra ésta se disuelve en una mezcla de propanol y tolueno y se introduce en ella el potenciómetro con una solución de KOH. Permite detectar la oxidación del lubricante y el consumo de aditivos. Un aumento del TAN del aceite es síntoma de oxidación y una disminución de este un consumo de los aditivos, siendo aconsejable cambiar el aceite cuando el valor de TAN ha alcanzado el 80% del valor inicial. 

Índice de Alcalinidad (TBN) es la cantidad de ácido y se expresa en el número equivalente de miligramos KOH requeridos para neutralizar todos los compuestos básicos presentes en 1g de muestra. Para tomar una muestra representativa, las muestras se calientan a 65°C para asegurar que cualquier sedimento o depósito que pueda contener compuestos ácidos se disuelva en el aceite. La muestra se disuelve en una mezcla de propanol y tolueno y se introduce en el potenciómetro con una solución de HCI. El TBN mide la reserva alcalina del lubricante, y normalmente se aplica a lubricantes para motores. Si el TBN alcanza el 2.0 o disminuye más del 50% con respecto al punto de partida, se debe considerar su cambio. Indicado para motores alternativas, motores a gas natural y compresores que usan lubricantes alcalinos.

-Funciones de los lubricantes. 

 Controlar la fricción: Separa las superficies en movimiento. Controlar el desgaste: Reduce el desgaste abrasivo. Controlar la oxidación y corrosión: Protege las superficies creando una película sobre las piezas metálicas que las aísla de las sustancias corrosivas del aire y agua principalmente. Controlar la temperatura: En muchos sistemas el lubricante actúa además de agente refrigerante, absorbiendo y transfiriendo el calor, contribuyendo a la refrigeración de las piezas lubricadas. Neutralizar los ácidos que se producen en la combustión. 

-Programa de Lubricación

1) Determinar necesidades de lubricación y lubricante adecuado. 2) Filtrar el aceite nuevo. 3) Utilizar equipos de transferencia de lubricante de alta calidad. 4) Utilizar mejores filtros. 5) Practicar buena administración del espacio superior. 6) Desarrollar un sistema de etiquetado para identificar los lubricantes. 7) Definir los criterios de tiempo de uso y estado del lubricante para su uso.

- ¿En qué consiste el análisis Cepstrum? Ventajas del procedimiento. 

Es una técnica de procesamiento de señales no lineales. El Cepstrum está relacionado con la transformación inversa de Fourier aplicada al espectro de una señal:

Es para saber que tiempo tarda en hacer un ciclo, o bien en realizar un ciclo completo de frecuencia. Ventajas: - Separación de las modulaciones en familias armónicas y detección de la severidad resultante de señales modulares. - Alta capacidad de diagnóstico por la alta resolución del análisis empleado. - Análisis de tendencias individualizado para cada problema.

Se utiliza principalmente en análisis de motores diesel, problemas de engranaje, defectos de transmisiones y vibraciones torsionales.

- ¿Qué es el efecto Leakage? Procedimientos para controlarlo.

El leakage es un problema que altera el resultado de la FFT. La solución es el empleo de las funciones ventana, estas se introducen para forzar a que la señal tome valores nulos en ambos extremos del registro, haciendo que la FFT se concentre en el centro del registro, ignorando los extremos y obteniendo un espectro mucho más parecido al real, existen tres funciones utilizadas como ventana en el cálculo de la FFT en el análisis de vibraciones: Ventana Hanning, Ventana Uniform y Ventana Flattop.

Ventana Hanning: se usa cuando se pretende analizar señales periódicas que no se repiten en el tiempo de registro. Ventana Uniform: esta ventana puede generalizarse para cualquier señal que tenga valor 0 al principio y al final del registro de tiempo. Ventana Flattop: se aplica cuando la función no es periódica en el registro de tiempo, produciendo resultados precisos en la medida de la amplitud, pero peores que la Hanning en la medida de la frecuencia.

FASES DE LAS VIBRACIONES

El muestreador es la etapa comúnmente llamada "Sample & Hold", se utiliza para realizar un muestreo de la señal temporal a intervalos de tiempo constantes.  Muestreo temporal: La señal continua de duración infinita se muestra temporalmente, guardando muestras a intervalos regulares. Limitación Temporal: Con el propósito de limitar el número de muestras de entrada, la señal muestreada se multiplica por una función denominada "Ventana temporal". Convolución Frecuencial: La señal muestreada y finita en el tiempo ya se puede usar para cálculos digitales, aunque no se podrá obtener un espectro continuo y por ello será necesario un muestreo del espectro frecuencial de igual forma que se ha realizado con la función temporal.

-Fenómenos que afectan a los transductores en la medida de las vibraciones. Los acelerómetros piezoeléctricos son sensibles a las vibraciones en direcciones diferentes de las de sus ejes principales.  Fenómenos: Temperatura, ruido, esfuerzos mecánicos, radiación, campos magnéticos, humedad, sustancias corrosivas, vibraciones transversales.