Un nuevo enfoque del análisis de criticidad para la lubricación de maquinaria

4 de diciembre de 2014

Por décadas, los estudiosos de la confiabilidad han estado haciendo hincapié en la importancia de la priorización de los nuevos avances y de las inversiones en mantenimiento con base a sus necesidades. La palabra que a ellos les gusta más utilizar es “criticidad”. Para una determinada máquina, ¿qué tan crítica es su confiabilidad? y ¿si ha fallado repentina y catastróficamente? ¿Cuáles serían las consecuencias – pérdida de producción, reparaciones costosas, fatalidades? La criticidad es el punto de partida lógico para todas las iniciativas de confiabilidad.

Existen muchas formas para incrementar la confiabilidad y mejorar la calidad del mantenimiento. Las mejores opciones están basadas en riesgo. Después de todo, si no se reduce el riesgo, ¿para qué hacerlo? ¿Por qué gastar un dólar adicional para incrementar la confiabilidad de una máquina, si esta no va a producir varios dólares a cambio?

También hay prioridades: ¿Qué se debe hacer primero, qué segundo, qué tercero y qué no se debe hacer? ¿Cómo saber cuáles máquinas tendrán un mayor retorno en dólares por incrementar la confiabilidad, cuáles tendrán un retorno marginal y cuáles no tendrán retorno alguno?

Una vez que entiende la criticidad de una máquina y su perfil de riesgo, puede trabajar inteligentemente para personalizar las mejoras. Como una guía, analice el principio de Pareto, el cual establece que el 20 por ciento de las máquinas causan el 80 por ciento de los problemas de confiabilidad. ¿Cuáles son esas máquinas?

Además, considere que el 20 por ciento de las causas de falla son responsables del 80 por ciento de las ocurrencias de las fallas. ¿Cuáles son esas causas? Se trata de precisión – mantenimiento y lubricación de precisión. Implica saber cómo tomar decisiones importantes basadas en riesgo.

He escrito recientemente sobre el Estado Óptimo de Referencia (ORS, por sus siglas en inglés). Este es el estado prescrito de cómo debe estar configurada la máquina, sus condiciones de operación y actividades de mantenimiento requeridas para lograr y sostener los objetivos específicos de confiabilidad. Como se ha indicado, la definición del ORS requiere un establecimiento de los objetivos específicos de confiabilidad de una máquina determinada. Definir los objetivos de confiabilidad requiere una comprensión precisa de los modos de falla y de la criticidad de la máquina.

Esto me recuerda al gerente de planta que me dijo hace años que la mejor manera de resolver los problemas de lubricación de la planta era poner lubricantes sintéticos en todas las máquinas. ¿Cree que logró el resultado deseado? ¿Pagar por un producto sintético garantiza un rendimiento superior en la confiabilidad de la máquina y en la reducción de los costos de mantenimiento? ¿Los lubricantes sintéticos solapan un mantenimiento negligente y de mala calidad? ¿Fue esta una decisión inteligente?

Entender la conexión entre la confiabilidad y el riesgo

La probabilidad de que una máquina falle tiene que ser inversamente proporcional al riesgo. No hay mejor ejemplo que la aviación comercial. Debido a que las consecuencias de la falla son extremadamente altas (muerte), la probabilidad de la falla debe ser en consecuencia muy baja (extremadamente confiable). Es el único medio práctico para disminuir el riesgo. Los responsables del mantenimiento normalmente tienen poco control sobre las consecuencias de una falla (a menudo limitada sólo a las tecnologías de detección temprana). Sin embargo, los mantenedores de la confiabilidad frecuentemente tienen un control considerable sobre la probabilidad de falla. De hecho, se puede usar el riesgo y la criticidad para desarrollar un plan maestro para la confiabilidad de las máquinas basada en lubricación. Este será el tema central de este artículo.

Comencemos con una lista de las decisiones más comunes relacionadas con la lubricación y el análisis de aceite (todos los atributos del ORS) que pueden ser personalizadas (optimizadas) entendiendo los modos de falla y la criticidad de la máquina:

  • Selección del lubricante, por ejemplo, lubricantes Premium vs. Fórmulas económicas
  • Filtración, incluyendo aspectos como calidad del filtro, tamaño de poro, eficiencia de captura, ubicación y tasa de flujo
  • Mantenimiento preventivo en lubricación (PMs diarias) y estrategias de inspección
  • Selección de métodos de despacho y uso de lubricantes (por ejemplo: circulación, automática, niebla, etc.)
  • Análisis de aceite (¿cuáles máquinas se incluyen y cuáles no?)
  • Frecuencia de muestreo (semanal, mensual, trimestral, nunca)
  • Selección del laboratorio y conjuntos de ensayos de análisis de lubricante
  • Alarmas y límites del análisis de aceite

Todas estas decisiones y actividades deben estar dentro del alcance del ORS. Por esta razón, la importancia de la criticidad no debe tomarse a la ligera. Sin embargo, ha sido muy difícil lograr una forma práctica de asignar un valor de criticidad adaptado a la lubricación de la maquinaria y tribología. De hecho, los campos de la lubricación y la tribología plantean problemas y preguntas únicas relacionadas con la criticidad que normalmente no son tratados y no son comunes a otros tipos de maquinaria.

Calculando la Criticidad Global de la Máquina (CGM)

La Criticidad Global de la Máquina (CGM) es una evaluación del perfil de riesgo de una máquina que puede calcularse como un valor numérico. La CGM es lo que necesita saber y controlar. Mientras más baja la CGM, más bajo el riesgo. La CGM es el resultado de la multiplicación de dos factores: el Factor de Criticidad de la Máquina (FCM) y el Factor de Ocurrencia de Falla (FOF). El FCM está relacionado con las consecuencias de la falla de una máquina, combinando la criticidad de la misión y los costos de reparación, mientras que el FOF está relacionado con la probabilidad de que una máquina falle. Esta probabilidad está muy influenciada por las prácticas de mantenimiento y lubricación, las cuales son más controlables.

Factor de Criticidad de la Máquina (FCM)

En la figura 1 se muestra un método sencillo para estimar el FCM. Requiere de comprender la criticidad de la misión de la máquina y de sus costos de reparación. Aunque usted bien podría considerar esto una estimación aproximada (basada en conjeturas), es mucho mejor utilizar este método lógico que aplicar una ciencia exacta o no hacer nada.

El FCM va en una escala de 1 a 10, en donde se asigna el 10 a una criticidad extrema (alto riesgo). Se comienza por responder la pregunta de la criticidad de la misión. Las máquinas que están en un proceso crítico pueden ser responsables por la acumulación de grandes pérdidas de producción debida a fallos repentinos o prolongados. Una misión extremadamente crítica está relacionada con la seguridad (lesiones o muerte). En el caso de que exista un riesgo mínimo en la interrupción del negocio o seguridad, todavía podrían presentarse altos costos de reparación. Aunque muchos procesos tienen sistemas redundantes o equipos de respaldo en caso de que ocurra una falla, estos sistemas no disminuyen los costos de reparación, que en algunas circunstancias pueden ser millones de dólares.

factor de criticidad de la maquina Un nuevo enfoque del análisis de criticidad para la lubricación de maquinaria

Figura 1. Factor de Criticidad de la Máquina (FCM)(Relacionado con las consecuencias de falla de una máquina)

Factor de Ocurrencia de Falla (FOF)

Como se mencionó anteriormente, el FOFse refiere a la probabilidad de falla de una máquina. Este se puede estimar utilizando el histórico de fallas de una máquina o un análisis estadístico de un grupo de máquinas idénticas. Las máquinas que son inherentemente propensas a fallar (malos actores) tienen el valor más alto en la escala de 1 a 10. Altos valores de FOF normalmente corresponden a condiciones extremas o crónicas (vea la tabla en la figura 2). Si usted tiene un buen historial de la confiabilidad de la máquina, utilice el esquema de calificación descriptivo (Método A) bajo el encabezado “Se conoce la historia de confiabilidad de la máquina”. Si la confiabilidad de la máquina es desconocida o incierta, utilice el Cociente de Elementos de Confiabilidad (CEC) en la figura 3 (Método B). Este es un sistema de puntuación que muestra las causas de falla y los aspectos que controlan las fallas en las máquinas lubricadas. Lo más importante, revela la estrategia fundamental para la optimización de la confiabilidad de la máquina.

tabla de factor de ocurrencia de falla Un nuevo enfoque del análisis de criticidad para la lubricación de maquinaria

Figura 2. Use esta tabla para determinar el Factor de Ocurrencia de Falla, correspondiente con la probabilidad de la falla.

Una consideración final es el uso normal o potencial de tecnologías para la detección temprana de fallas (mantenimiento predictivo) que anuncian la ocurrencia de eventos de falla inminente o prematura. En tales casos, se pueden disminuir sustancialmente tanto los tiempos de paro como los costos de reparación. Análisis de aceite (análisis de las partículas de desgaste), vibraciones, temperatura en los cojinetes, sondas de proximidad, corriente en motores, etc., son algunas de las tecnologías que pueden brindar el beneficio de reducir el factor de criticidad de la máquina (vea el factor de ajuste en la parte baja de la figura 1, el cual aplica sólo si se utilizan sistemas de detección temprana).

Cociente de los Elementos de Confiabilidad (CEC)

El CEC (figura 3) muestra los cinco elementos críticos para lograr una puntuación compuesta y personalizada que se utilizará para el cálculo del FOF en la figura 2. Profundiza en las raíces de las causas que originan una mayor o menor probabilidad de falla de una máquina. Vamos a discutir estos elementos comenzando por la parte superior y bajando hasta completarla.

ejemplo de cociente de los elementos de confiabilidad Un nuevo enfoque del análisis de criticidad para la lubricación de maquinaria

Figura 3. Un ejemplo del cociente de los elementos de confiabilidad pre-ORS.

  • Ciclo de trabajo de la máquina – El trabajo de la máquina es una compilación de las condiciones operacionales que pueden ocasionar una falla prematura. Las máquinas con una alta puntuación son aquellas que operan en o más allá de sus cargas nominales (indicadas en el manual del fabricante), a alta presión, a alta velocidad y están expuestas a altas cargas de choque o ciclos de trabajo (intermitentes), y poseen otras condiciones mecánicas similares
  • Calidad/desempeño del lubricante – Un lubricante bien seleccionado extiende la vida útil de la máquina, mientras que uno pobremente seleccionado la acorta. Los beneficios de un buen lubricante no son sólo reducir la fricción y el desgaste, sino también proteger la máquina contra la corrosión, el aire atrapado, la formación de depósitos y la falta de lubricante. Por lo tanto, la calidad del lubricante influye directamente en la probabilidad de falla de la máquina
  • Efectividad de la lubricación – Muchas máquinas fallan debido a una pobre lubricación más que por un mal lubricante. La lubricación se refiere a una serie de actividades y condiciones entre las que se incluyen la frecuencia de re-lubricación, los métodos de lubricación, el control de los niveles de lubricante, los procedimientos de lubricación y los métodos de inspección y control de la contaminación
  • Severidad del ambiente del fluido – Esto está ampliamente relacionado con el control de contaminación. La contaminación compromete la calidad del lubricante y la condición de la lubricación. Está relacionado con el ambiente de trabajo en el cual se encuentra expuesta la maquinaria (y la severidad de dicha exposición), más la efectividad de la máquina para excluir y eliminar los contaminantes del lubricante. Las máquinas que son bombardeadas con tierra, agua, materiales corrosivos, ambientes fríos/calientes y químicos del proceso tienen un ambiente de trabajo muy severo para el fluido
  • Sistemas de detección temprana – La tecnología para la detección temprana de fallas también impacta la probabilidad de falla. Esto se logra capturando fallas incipientes o condiciones de causa raíz precursoras de fallas. El análisis de aceite y las inspecciones diarias de la maquinaria son extremadamente eficaces en la detección temprana de fallas de una serie de problemas.

El CEC es un cuadro de mando que contiene los cinco factores. Para cada elemento, el rango de la puntuación va de izquierda a derecha, desde muy baja (extremo izquierdo) hasta extremadamente alta (extremo derecho). La escala numérica cambia para cada factor. La mejor manera de usar el CEC es encerrando en un círculo el valor asignado para cada factor y luego escribir el valor en el recuadro de la derecha. La puntuación total se coloca en la parte inferior. En el ejemplo, la puntuación total es 8, lo que significa que la máquina tiene una elevada probabilidad de falla.

Matriz de Criticidad Global de la Máquina (CGM) y reducción del riesgo de su planta

La CGM se puede ver mejor por medio de una matriz. En la figura 4 se muestra sobre el eje de las X el FCM y sobre el eje de las Y el FOF. La intersección en los cuadrados revela el valor de la CGM (como resultado de la multiplicación del FCM y el FOF). La matriz tiene 5 zonas de color que representan las zonas actuales de riesgo (la ubicación de estas zonas en la cuadrícula puede personalizarse). El mayor riesgo está representado por el color rojo. Seguido del naranja, amarillo, verde y finalmente azul.

matriz de criticidad global de la maquinaria Un nuevo enfoque del análisis de criticidad para la lubricación de maquinaria

Figura 4. La matriz de Criticidad Global de la Maquinaria (CGM) incluye el Factor de Criticidad de la Máquina (FCM) sobre el eje de las X, el Factor de Ocurrencia de Falla (FOF) sobre el eje de las Y, y cinco zonas de riesgo, cada una representada por un color diferente

Las máquinas que caen entre las zonas naranja y roja son objeto de atención inmediata. Esto se hace mejor disminuyendo los valores de riesgo en uno o más de los cuatro elementos “que controlan” la confiabilidad (ver figura 3), los cuales son subcomponentes del FOF. Estos son calidad/desempeño del lubricante, efectividad de la lubricación, la severidad del ambiente del fluido y la efectividad de los sistemas de detección temprana.

atributos de desempeno del ors Un nuevo enfoque del análisis de criticidad para la lubricación de maquinaria

Figura 5. Esta tabla muestra cómo los atributos de desempeño del ORS influyen directamente en el CEC

Este es exactamente el propósito del ORS. La figura 5 muestra cómo los atributos de desempeño clave del ORS influyen en los elementos que controlan la confiabilidad, los cuales a su vez influyen sobre la criticidad global de la máquina. Como se puede apreciar, todo está interrelacionado.

Adicionalmente, el análisis de modo y efecto de falla (FMEA o AMEF) puede ser usado para asignar prioridad a las mejoras de los atributos del ORS. Para mayor información sobre cómo el FMEA o AMEF aplica a la lubricación de maquinaria, vea el artículo “El proceso FMEA para las fallas de lubricación”.

disminucion del perfi de riesgo de una maquina Un nuevo enfoque del análisis de criticidad para la lubricación de maquinaria

Figura 6. Esta matriz de la CGM ilustra cómo se puede disminuir el perfil de riesgo de una máquina de 40 a 5, realizando mejoras en la selección del lubricante, métodos de lubricación, control de contaminación y análisis de aceite

Es lógico que todas las iniciativas de confiabilidad conlleven el ajuste (mejoras) en la CGM. Normalmente, esto implica una serie de modificaciones en los atributos de desempeño del ORS, tal y como se muestra en la figura 5. Se incluyen modificaciones a la maquinaria, cambios en la selección del lubricante, mejoras en las habilidades de las personas, modificaciones a los procedimientos y otras. “Optimizando” el plan maestro de modificaciones con el uso del FMEA o AMEF y un análisis de criticidad se puede lograr el perfil de riesgo más bajo o la CGM al menor costo posible.

Un ejemplo de esto se puede observar en las figuras 6 y 7. Realizando modificaciones en la selección del lubricante, los métodos de lubricación, control de contaminación y análisis de aceite, el factor de ocurrencia de falla se puede mejorar de 8 a 1. Para una máquina que tiene un factor de criticidad de 5, esto lleva el perfil de riesgo desde 40 (zona naranja, de alto riesgo) a 5 (zona azul, de bajo riesgo).

elementos de confiabilidad del ors Un nuevo enfoque del análisis de criticidad para la lubricación de maquinaria

Figura 7. Esta gráfica del cociente de elementos de confiabilidad del ORS muestra cómo el FOF mejoró de 8 a 1 luego de realizar algunas modificaciones

¿Qué significa todo esto?

En el artículo “Cómo optimizar el estado de la lubricación” escribí sobre el ciclo de adopción de la tecnología y los impedimentos para adoptar el estado óptimo de referencia. La gente, en especial los gerentes, “van sobre seguro”. Si ellos no entienden que el riesgo y las recompensas están relacionados con la confiabilidad de la máquina, estarán reacios a aceptarlo y adoptarlo. La forma de hacer la lubricación continuará “como siempre lo han hecho”. Esta es la cruda realidad, pero puede ser cambiada.

tabla de disminucion del riesgo Un nuevo enfoque del análisis de criticidad para la lubricación de maquinaria

Figura 8. Ilustra cómo se puede disminuir el riesgo llevando la máquina a su Estado Óptimo de Referencia (ORS)

Un excelente punto de partida es desarrollar un perfil de riesgo actual de su maquinaria crítica (pre-ORS). Esto revelará las oportunidades de mejoras de fácil consecución que nadie parecía notar su existencia. Óptimo es indefendible sin entender el riesgo. Utilizando las herramientas aquí descritas, usted no sólo entenderá el riesgo (criticidad y ocurrencia), sino que también obtendrá un plan sólido para reducir del riesgo en su planta. No deje de capitalizar las riquezas que se pueden obtener transformando el estado óptimo de referencia de sus máquinas.

Jim Fitch, Noria Corporation. Traducido por Francisco J. Páez Alfonzo. Noria Latín América.

Publicado en la revista Machinery Lubricantion (4/2013)

 

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