Manual Confiabilidad Plantas Generacion Energia Electrica Gestion Mantenimiento Riesgo Rbm k6h4i

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 LAS PLANTAS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA: DESARROLLO DE UNA METODOLOGÍA DE GESTIÓN DE MANTENIMIENTO 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:

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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 LAS PLANTAS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA: DESARROLLO DE UNA METODOLOGÍA DE GESTIÓN DE MANTENIMIENTO 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

ÍNDICE CAPÍTULO 1 ..................................................................................................................................11 EVOLUCIÓN DE LOS CONCEPTOS DE CALIDAD Y MANTENIMIENTO......................11

1

Evolución del concepto de Calidad ............................................... 11

2

Evolución del concepto de Mantenimiento .................................... 14

3

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

Referencias .................................................................................. 35

CAPÍTULO 2 ..................................................................................................................................38 EL RIESGO INDUSTRIAL ..........................................................................................................38

1

Introducción ................................................................................ 38 1.1

2

El riesgo en la empresa ................................................................ 41 2.1

3

Definición de riesgo ................................................................. 40 El riesgo en el nuevo mercado eléctrico.................................... 47

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 ...................................... 59

Mantenimiento Basado en el Riesgo

Página 4

4

3.10

Análisis de causas y consecuencias ...................................... 60

3.11

Índices de riesgo................................................................... 61

Referencias .................................................................................. 62

CAPÍTULO 3 ..................................................................................................................................64 EL MANTENIMIENTO BASADO EN EL RIESGO .................................................................64

1

2

3

4

5

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

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

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

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

Evaluación del Riesgo................................................................. 137 5.1

6

La Matriz de Riesgo ............................................................... 139

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 ................................................................................ 176

CAPÍTULO 4 ................................................................................................................................183


Página 5

APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA DE MANTENIMIENTO BASADO EN EL RIESGO 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


2.5


3

Resultados ................................................................................. 200

4

Referencias ................................................................................ 210

CONCLUSIONES ........................................................................................................................211

FIGURAS Figura 1- Primera generación del mantenimiento ................................... 15 Figura 2- Segunda generación del mantenimiento.................................. 15 Figura 3- Tercera generación del mantenimiento.................................... 16 Figura 4- Cuarta generación del mantenimiento .................................... 18 Figura 5- Nuevos Patrones de Tasas de Fallos........................................ 25 Figura 6- Objetivos del mantenimiento .................................................. 28 Figura 7- Evolución de las técnicas de mantenimiento ........................... 28 Figura 8- Tiempos de producción........................................................... 33 Figura 9- Principales riesgos inherentes a la empresa. ........................... 42 Figura 10- Esquema para una metodología de mantenimiento basado en el riesgo .............................................................................................. 64 Figura 11- Esquema de evaluación de riesgos ........................................ 66 Figura 12- Desglose jerárquico de activos .............................................. 67 Figura 13- Causas, Modos de fallo y Mecanismos de daño en el desglose jerárquico de activos ....................................................................... 74


Página 6

Figura 14- Relación entre Modos de fallo, Causas del fallo y Causa raíz para una bomba.............................................................................. 75 Figura 15- Relación entre Modos de fallo, Causas del fallo y Causa raíz para un tanque a presión ................................................................ 76 Figura 16- Modelo “Bow-tie” .................................................................. 78 Figura 17- Árbol de fallos ...................................................................... 80 Figura 18- Símbolos utilizados en los Árboles de fallos .......................... 81 Figura 19- Ejemplo de árbol de fallos para un sistema de bombeo de agua ....................................................................................................... 82 Figura 20- Árbol de sucesos .................................................................. 84 Figura 21- Ejemplo árbol de sucesos [ASOC96]...................................... 89 Figura 22- Modelo Bow-Tie .................................................................... 90 Figura 23- Ejemplo de un modelo Bow-Tie ............................................. 91 Figura 24- Escenario del caso pero creíble Vs Escenario esperado ......... 92 Figura 25- Elementos para determinar las probabilidades de fallo ......... 95 Figura 26- Curva de bañera................................................................... 99 Figura 27- Curvas de tasa de fallos para diferentes tipos de equipos .... 100 Figura 28- Patrón de fallo “A” .............................................................. 101 Figura 29- Patrón de fallo “B” .............................................................. 103 Figura 30- Curva S-N .......................................................................... 105 Figura 31- Patrón de fallo “E” .............................................................. 106 Figura 32- Patrón de fallo “F”............................................................... 108 Figura 33- Curvas de una distribución Exponencial............................. 111 Figura 34- Curvas de una distribución Weibull.................................... 114 Figura 35- Curvas de una distribución Lognormal ............................... 116 Figura 36- Esquema de modelos para el análisis de las consecuencias en la seguridad .................................................................................. 130 Figura 37- Flujograma para el análisis de una fuga ............................. 131 Figura 38- Flujograma para evaluar las consecuencias de los fallos en la seguridad ...................................................................................... 132 Figura 39- Relaciones medioambientales en una instalación................ 134


Página 7

Figura 40- Flujograma para evaluar las consecuencias medioambientales ..................................................................................................... 136 Figura 41- Diagrama de riesgo............................................................. 137 Figura 42- Criterios de aceptación del riesgo........................................ 138 Figura 43- Matriz de Riesgos ............................................................... 140 Figura 44- Cuantificación de la Matriz de Riesgos ................................ 145 Figura 45- Diagrama de decisión ......................................................... 147 Figura 46- Formas de reducir el riesgo................................................. 150 Figura 47- Marco de decisión para reducción de riesgos ...................... 151 Figura 48- Patrones de fallo relacionados con la edad .......................... 156 Figura 49- Patrones de fallo no relacionados con la edad ..................... 159 Figura 50- Curva de fallo potencial-funcional ...................................... 161 Figura 51- Intervalo P-F neto ............................................................... 162 Figura 52- Proceso iterativo de inspección ........................................... 165 Figura 53- Proceso iterativo de revisión................................................ 166 Figura 54- Relaciones entre la fiabilidad y los programas de sustitución. ..................................................................................................... 168 Figura 55- Variación de la tasa de fallos λ(m) según estrategias de mantenimiento (m1, m2, m3) ............................................................ 171 Figura 56- Curva del coste total esperado ............................................ 173 Figura 57- Fiabilidad Vs Mantenimiento .............................................. 175 Figura 58- Esquema del sistema de compresión de gas ........................ 185 Figura 59- Subsistemas a estudiar ...................................................... 186 Figura 60- Árbol de fallos para el subsistema turbina .......................... 190 Figura 61- Árbol de fallos para el subsistema de compresión ............... 192 Figura 62- Árbol de fallos para el subsistema de separación líquido/gas 1 ..................................................................................................... 194 Figura 63- Árbol de fallos para el subsistema de separación líquido/gas 2 ..................................................................................................... 196 Figura 64- Árbol de fallos para el subsistema de separación líquido/gas 3 ..................................................................................................... 198


Página 8

Figura 65- Gráfico ordenado del ranking de riesgos de las causas de fallo ..................................................................................................... 202 Figura 66- Gráfico del ranking de riesgos de las causas de fallo ........... 202 Figura 67- Riesgo acumulado (%) y ranking de riesgos de las causas de fallo............................................................................................... 203 Figura 68- Gráfico ordenado del ranking de riesgos de los modos de fallo ..................................................................................................... 205 Figura 69- Contribución de los subsistemas al riesgo global ................ 206 Figura 70- Matriz de riesgo del sistema de compresión de gas.............. 207 Figura 71- Modelo de matriz de riesgo desarrollada en la metodología.. 208 Figura 72- Matriz de riesgos de la metodología aplicada al sistema de compresión de gas......................................................................... 208

TABLAS Tabla 1- Evolución del Concepto de Calidad........................................... 13 Tabla 2- Principales riesgos inherentes al tipo de empresa. .................... 44 Tabla 3- Distribución de riesgos por sectores de actividad en 1998. ....... 46 Tabla 4- Distribución de siniestros por sectores de actividad en 1998. ... 46 Tabla 5- Situación anterior Vs Situación actual ..................................... 48 Tabla 6- Riesgos anteriores vs Riesgos actuales ..................................... 48 Tabla 7- Desglose funcional de una bomba, un eje de transmisión y un tanque a presión ............................................................................. 70 Tabla 8- Modos de fallo de una bomba, un eje de transmisión y un tanque a presión ......................................................................................... 71 Tabla 9- Causas de fallo de una bomba, un eje de transmisión y un tanque a presión ............................................................................. 73 Tabla 10- Mecanismos de daño de una bomba, un eje de transmisión y un tanque a presión ............................................................................. 77 Tabla 11- Distribución de componentes en las curvas de degradación.. 100 Tabla 12- Modelos típicos de probabilidad (1)....................................... 120


Página 9

Tabla 13- Modelos típicos de probabilidad (2)....................................... 121 Tabla 14- Métodos utilizados para la evaluación de las PdF para los diferentes tipos de equipos (X=utilizado frecuentemente, (X) =se puede utilizar) ......................................................................................... 122 Tabla 15- Fuentes de información para la evaluación de las CdF ......... 126 Tabla 16- Significado de los niveles de distancia de daño ..................... 131 Tabla 17- Niveles de consecuencias de fallo ......................................... 142 Tabla 18- Combinación de consecuencias de fallo ................................ 143 Tabla 19- Niveles de consecuencias globales ........................................ 143 Tabla 20- Niveles de probabilidades de fallo ......................................... 144 Tabla 21- Resultados de pruebas y criterio de aceptación para sistemas de seguridad ...................................................................................... 155 Tabla 22- Niveles de consecuencias de fallo ......................................... 187 Tabla 23- Combinación de consecuencias de fallo ................................ 187 Tabla 24- Hoja de análisis para el subsistema turbina ......................... 191 Tabla 25- Hoja de análisis para el subsistema de compresión .............. 193 Tabla 26- Hoja de análisis para el subsistema de separación líquido/gas 1 ..................................................................................................... 195 Tabla 27- Hoja de análisis para el subsistema de separación líquido/gas 2 ..................................................................................................... 197 Tabla 28- Hoja de análisis para el subsistema de separación líquido/gas 3 ..................................................................................................... 199 Tabla 29- Ranking de riesgos de las causas de fallo ............................. 200 Tabla 30- Modos de fallo del sistema total de compresión de gas.......... 204


Página 10

Capítulo 1 EVOLUCIÓN

DE

LOS

CONCEPTOS

DE

CALIDAD Y MANTENIMIENTO

1

Evolución del concepto de Calidad

A lo largo del tiempo los conceptos de mantenimiento y calidad en las empresas han ido evolucionando de manera sustancial. El concepto de mantenimiento ha evolucionado hacia una concepción global, mientras que la calidad lo ha hecho hacia el concepto de calidad total. Tradicionalmente, cuando el trabajo que primaba era el artesanal, hablar de calidad era sinónimo de un trabajo bien hecho, independientemente del esfuerzo o coste invertido para realizarlo. Esta visión comenzó a cambiar con la Revolución Industrial, a partir de la cual se dejaron de crear productos únicos y la demanda aumentó de forma importante. Con este nuevo marco, se comenzó a tener en cuenta el esfuerzo y el coste que implica la calidad. Posteriormente, factores como la minimización de costes, la aparición de economías de escala y el aumento de la competencia entre las empresas, provocaron la aparición del concepto de “control de calidad”. El control de calidad se basaba en la inspección de la producción para evitar la salida de bienes defectuosos y en la actuación para que esos defectos no siguieran apareciendo. Conseguir más calidad implicaba controlar más y por tanto mayores costes.


Página 11

En los últimos años el concepto calidad ha seguido evolucionando, hasta llegar al concepto actual de Calidad Total, según el cual, la calidad es una fuente de beneficios. Una mayor calidad, trae consigo menores costes de no calidad, es decir, costes provocados por no hacer las cosas bien a la primera. Lo caro no es hacer bien las cosas, sino hacerlas mal para que luego haya que dejarlas bien. La Calidad Total se basa en un sistema de gestión empresarial que involucra a toda la organización, centrándose en la satisfacción del cliente, tanto interno como externo. La Calidad Total engloba todos los aspectos de la empresa, consiguiendo la Calidad del Producto, la Calidad del Servicio, la Calidad de Gestión y la Calidad de Vida en toda la empresa y sus . Esta última etapa de la evolución de la calidad está estrechamente ligada al concepto de “mejora continua”. El objetivo de la mejora continua es optimizar los resultados actuando sobre los servicios, productos, o procesos que sin poder ser considerados como deficientes ofrecen una oportunidad de mejora. En la actualidad, la calidad se ha convertido en un factor estratégico clave, del que dependen la mayor parte de las organizaciones para mantener su posición en el mercado o incluso para asegurar su supervivencia. Finalmente, si buscamos una definición adecuada de calidad, en la literatura podemos encontrar diferentes perspectivas del concepto, de la teoría y de su aplicación a la realidad. Algunas de las definiciones establecidas por los especialistas de la calidad en los últimos veinte años son: •

Adecuación para el uso a que se destina (Jura, 1988)


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•

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 GENERACIÓN

SEGUNDA GENERACIÓN

TERCERA GENERACIÓN

CUARTA GENERACIÓN

QUINTA GENERACIÓN

CONCEPTO

Calidad por Inspección

Aseguramiento de la Calidad

Proceso de Calidad Total

Proceso de Mejora Continua de la Calidad

Reingeniería y Calidad Total

ENFOQUE

Herramienta

Herramienta

Estrategia de la empresa

Estrategia de la empresa

Rediseña la empresa

Al cliente

A mejorar todas las actividades de la empresa hacia el cliente externo

A estructurar procesos completos hacia el cliente externo

ORIENTACIÓN

Al producto

Al proceso

Tabla 1- Evolución del Concepto de Calidad


Página 13

2

Evolución del concepto de Mantenimiento

Podemos encontrar infinidad de definiciones diferentes para el concepto de mantenimiento

según

los

criterios

de

cada

autor.

Intentando

homogeneizar diferentes criterios, podemos definir el mantenimiento como el conjunto de actividades que se realizan sobre un componente, equipo o sistema para asegurar que continúe desempeñando las funciones que se esperan de él, dentro de su contexto operacional. El objetivo fundamental del mantenimiento, por tanto, es preservar la función y la operabilidad, optimizar el rendimiento y aumentar la vida útil de los activos, procurando una inversión óptima de los recursos. Este enfoque del mantenimiento es resultado de una evolución importante a través del tiempo. John Moubray (1997) en su libro RCM II distingue entre tres generaciones diferentes de mantenimiento. Cada una de las cuales

representa

las

mejores

prácticas

utilizadas

en

una

época

determinada.

2.1 Primera Generación La primera generación cubre el período entre 1930 y la Segunda Guerra Mundial. En esta época la industria estaba poco mecanizada y por tanto los tiempos fuera de servicio no eran críticos, lo que llevaba a no dedicar esfuerzos en la prevención de fallos de equipos. Además al ser maquinaria muy simple y normalmente sobredimensionada, los equipos eran muy fiables y fáciles de reparar, por lo que no se hacían revisiones sistemáticas salvo las rutinarias de limpieza y lubricación. El único mantenimiento que se realizaba era el de “Reparar cuando se averíe”, es decir, mantenimiento correctivo.


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Objetivos ™ Reparar cuando se produce el fallo

Técnicas ™ Mantenimiento Correctivo

Figura 1- Primera generación del mantenimiento

2.2 Segunda Generación La Segunda Guerra Mundial provocó un fuerte aumento de la demanda de toda clase de bienes. Este cambio unido al acusado descenso en la oferta de mano de obra que causó la guerra, aceleró el proceso de mecanización de la industria. Conforme aumentaba la mecanización, la industria comenzaba a depender de manera crítica del buen funcionamiento de la maquinaria. Esta dependencia provocó que el mantenimiento se centrara en buscar formas de prevenir los fallos y por tanto de evitar o reducir los tiempos de parada forzada 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 la maquinaria a intervalos fijos. Además se comenzaron a implementar sistemas de control y planificación del mantenimiento con el objetivo de controlar el aumento de los costes de mantenimiento y planificar las revisiones a intervalos fijos.

Objetivos ™ Mayor disponibilidad de los equipos ™ Mayor vida de operación de los equipos ™ Reducción de costes

Técnicas ™ Mantenimiento planificado ™ Sistemas de control ™ Utilización de grandes ordenadores

Figura 2- Segunda generación del mantenimiento


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2.3 Tercera Generación Se inició a mediados de la década de los setenta, cuando se aceleraron los cambios a raíz del avance tecnológico y de las nuevas investigaciones. La mecanización y la automatización siguieron aumentando, se operaba con volúmenes de producción muy elevados, cobraban mucha importancia los tiempos de parada debido a los costos por pérdidas de producción. Alcanzó

mayor

complejidad

la

maquinaria

y

aumentaba

nuestra

dependencia de ellas, se exigían productos y servicios de calidad, considerando aspectos de seguridad y medio ambiente y se consolidó el desarrollo del mantenimiento preventivo.

Técnicas Objetivos ™ Monitoreo de condición ™ Diseño basado en fiabilidad y mantenibilidad ™ Estudios de Riesgo ™ Utilización de pequeños y rápidos ordenadores ™ Modos de Fallo y Causas de Fallo (FMEA, FMECA) ™ Sistemas expertos ™Polivalencia y trabajo en equipo

™ Mayor disponibilidad y fiabilidad ™ Mayor seguridad ™ Mayor calidad del producto ™ Respeto al Medio Ambiente ™ Mayor vida de los equipos ™ Eficiencia de costes

Figura 3- Tercera generación del mantenimiento

2.4 Nuevas tendencias Generación.

del

mantenimiento.

La

cuarta

En los últimos años hemos vivido un crecimiento muy importante de nuevos conceptos de mantenimiento y metodologías aplicadas a la gestión del mantenimiento. Hasta finales de la década de los 90, los desarrollos alcanzados en la 3º generación del mantenimiento incluían: • Herramientas de ayuda a la decisión, como estudios de riesgo, modos de fallo y análisis de causas de fallo.


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• 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 y filosofías de mantenimiento hasta nuestros días, de tal forma que actualmente

podemos

hablar

de

una

cuarta

generación

del

mantenimiento. El nuevo enfoque se centra en la eliminación de fallos utilizando técnicas proactivas. Ya no basta con eliminar las consecuencias del fallo, sino que se debe encontrar la causa de ese fallo para eliminarlo y evitar así que se repita. Asimismo, existe una preocupación creciente en la importancia de la mantenibilidad y fiabilidad de los equipos, de manera que resulta clave tomar en cuenta estos valores desde la fase de diseño del proyecto. Otro punto importante es la tendencia a implantar sistemas de mejora continua de los planes de mantenimiento preventivo y predictivo, de la organización y ejecución del mantenimiento.


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Técnicas Objetivos ™ Mayor disponibilidad y fiabilidad ™ Mayor seguridad ™ Mayor calidad del producto ™ Respeto al Medio Ambiente ™ Mayor vida de los equipos ™ Eficiencia de costes ™ Mayor mantenibilidad ™ Patrones de fallos / Eliminación de los fallos

™ Monitoreo de Condición ™ Utilización de pequeños y rápidos ordenadores ™ Modos de Fallo y Causas de Fallo (FMEA, FMECA) ™ Polivalencia y trabajo en equipo/ Mantenimiento Autónomo ™ Estudio fiabilidad y mantenibilidad durante el proyecto ™ Gestión del Riesgo ™ Sistemas de mejora continua ™ Mantenimiento Preventivo ™ Mantenimiento Predictivo ™Mantenimiento Proactivo/ eliminación del fallo ™Grupos de mejora y seguimiento de acciones

Figura 4- Cuarta generación del mantenimiento

A continuación vamos a ver como han evolucionado las expectativas del mantenimiento que John Moubray describía en su tercera generación del mantenimiento: Disponibilidad y Fiabilidad de los equipos- La disponibilidad y la fiabilidad de una máquina se siguen viendo en nuestros días como buenos indicadores de rendimiento para el mantenimiento. Las expectativas del mantenimiento en estas áreas se han mantenido e incluso aumentado en los últimos 15 años. Mayor Seguridad- La seguridad sigue siendo una expectativa importante del mantenimiento, particularmente en el sentido de poder operar los equipos con seguridad. Tradicionalmente, la seguridad se centraba en eventos de alta frecuencia y pequeñas consecuencias. En los últimos años se está ampliando el estudio a eventos que aunque presentan una frecuencia muy baja traen consigo consecuencias muy graves (catástrofes industriales). Existe una creciente percepción de que las metodologías o sistemas de mantenimiento necesarios para evitar estas catástrofes industriales, deben ser diferentes que los usados típicamente para incidentes menos graves y más frecuentes. Para el control de este tipo de eventos se están desarrollando nuevas metodologías de mantenimiento basado en riesgo, sobre las cuales se realizará un amplio estudio en este proyecto.


Página 18

Respeto del Medio Ambiente- En los últimos años hemos vivido una creciente sensibilización por parte de la opinión pública hacía la protección el medio ambiente, empujando a la creación de más y más fuertes normas y regulaciones medio ambientales. Las industrias deben centrarse en minimizar el impacto medioambiental de sus operaciones y dar una imagen de producción limpia. Para poder alcanzar estas expectativas, el papel del mantenimiento debe ser el de asegurar que los equipos funcionen correctamente conforme a las normas y regulaciones ambientales. Mayor Calidad del Producto- En un mercado global, asegurar que el producto reúna todas las especificaciones de calidad sigue siendo un punto clave. Para las organizaciones que operan con “commodities”, la calidad del producto es una de las pocas vías de diferenciar su producto respecto a sus competidores. El mantenimiento debe asegurar que el producto fabricado presenta los requisitos de calidad que han sido definidos para ese producto. Aumento de la vida operativa de los equipos- El ritmo creciente de los cambios tecnológicos y la disminución de los ciclos de vida de los productos han provocado en algunos casos un descenso en la importancia de aumentar la vida operativa de los equipos, al menos en la parte que concierne al mantenimiento. A pesar de ello, evitar la “muerte prematura” de

las

máquinas

sigue

siendo

un

objetivo

muy

importante

del

mantenimiento. Eficiencia de costes- La tercera generación de mantenimiento buscaba la optimización de sus gastos, para con ello colaborar en minimizar los costes totales de la organización. Esto es cierto, sólo en teoría. A pesar de las ventajas que podría tener conseguir mayor eficiencia en los costes del mantenimiento, la realidad ha sido que en muchas industrias- sobre todo


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en las intensivas en capital- lo que se ha hecho es minimizar la plantilla y conseguir un “mantenimiento esbelto” (Lean Maintenance) dentro de la organización,

más

que

buscar

un

correcto

nivel

de

gastos

en

mantenimiento. A parte de estas características descritas anteriormente, existen otros dos temas importantes dentro del mantenimiento actual cuya importancia ha aumentado de manera muy importante en los últimos años: •

La Gestión del Riesgo

•

Los nuevos Patrones de Fallo

2.5 La Gestión del Riesgo Cada día cobra más importancia la identificación y control de los posibles sucesos que presentan una baja probabilidad pero consecuencias graves, sobretodo en organizaciones que operan en industrias con riesgo. El mantenimiento se está viendo como un participante clave en este proceso. En el pasado, este tipo de sucesos se controlaban simplemente con una extensión de los Sistemas de Gestión de Seguridad y Medio Ambiente implantados en cada empresa. Sin embargo, existe una creciente percepción de que la aplicación de estos sistemas de gestión a los sucesos de “baja probabilidad / consecuencias graves” no es efectiva, por lo que es necesario desarrollar otras metodologías. El accidente en la refinería de Longford, en Australia en 1998, ocurrió a pesar de que contaban con un Sistema de Seguridad de Mantenimiento de Clase Mundial. Como este desastre, otras muchas organizaciones han padecido accidentes de baja probabilidad y consecuencias graves en los últimos años a pesar de tener implantados sistemas apropiados de control. Estos sucesos, han puesto de manifiesto las limitaciones que presentan las actuales metodologías de gestión del riesgo como la Mantenimiento Basado en el Riesgo

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“Valoración Cuantitativa del Riesgo” (Quantitative Risk Assessment”), las Valoraciones

Probabilísticas

de

Seguridad

(Probabilistic

Safety

Assessments- PSA) y otras. Evan y Manion [EVAN02] identifican los siguientes problemas asociados a este 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 es que las probabilidades que se asignan a los modos de fallo individuales están basados en análisis no corroborados experimentalmente. Esto es especialmente cierto para las incertidumbres que aparecen debido a relaciones causa-efecto ocultas o desconocidas. Con el objetivo de superar estas debilidades, las “Organizaciones Altamente Confiables” han desarrollado una serie de puntos culturales clave dentro de la organización a tener en cuenta:


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•

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 las organizaciones para defenderse de los eventos de baja probabilidad y consecuencias 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.


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Algunas vías para intentar paliar las consecuencias graves de este tipo de eventos 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 istrativos Supervisión

Para conseguir un control efectivo de los sucesos de baja frecuencia y graves consecuencias desde el punto de vista del mantenimiento se necesita establecer una extensa capa de defensas contra el riesgo de manera efectiva. Para ello, no basta simplemente con la utilización de una herramienta simple de manejo del riesgo como RCM (Reliability-centered Maintenance), PMO (Plant Maintenance Optimization), QRA (Quantitive Risk Analysis), PSA (Probabilistic Safety Assessment) y otras, sino que habrá que complementarlas con estudios específicos para cada caso.


Página 23

2.6 Patrones de Fallo Las nuevas investigaciones están cambiando muchas de las tradicionales creencias

sobre

la

relación

existente

en

una

máquina

entre

el

envejecimiento y el fallo. En particular, se ha demostrado que para muchos equipos existe muy poca relación entre el tiempo de operación y la probabilidad de fallo. El enfoque inicial del mantenimiento suponía que la probabilidad de que una máquina falle aumenta según el tiempo de operación, siendo mayor la probabilidad de fallo en la “vejez” de la máquina (patrón de fallo A en la Figura 5). La segunda generación de mantenimiento introdujo el concepto de “mortalidad infantil”. De esta forma la tasa de fallos de una máquina puede 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 podemos definir seis patrones diferentes de tasa de fallos, según el tipo de máquina que estemos utilizando. Tener en cuenta el patrón al que se ajusta cada elemento es fundamental si se quiere conseguir una óptima planificación del mantenimiento. Debemos estar seguros de que el mantenimiento que ha sido planificado es el adecuado, ya que de nada sirve realizar el trabajo planificado de manera correcta, si éste no es el más adecuado.


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Nuevos patrones de Tasa de Fallos Modelo

Modelo

Modelo

A B C

f(t) 4% f(t)

f(t)

5% Time

Tiempo funcionamiento

7% Time Tiempo Tiempo funcionamiento

E f(t)

Modelo

Time Tiempo funcionamiento

D f(t)

Modelo


2%

f(t) Modelo

Time

14%

Time Tiempo Tiempo funcionamiento

F

68%


Figura 5- Nuevos Patrones de Tasas de Fallos

Para los patrones de fallo “A”, “B” y “C”, la probabilidad de fallo aumenta con la edad hasta alcanzar un punto en el que es conveniente reemplazar el 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 su fiabilidad, ya que el nuevo elemento tendrá la misma probabilidad de fallo que el antiguo. Si el patrón de fallo al que se ajusta el componente es el “F”, reemplazar el elemento a intervalos fijos por un componente nuevo, no sólo no mejorará la fiabilidad, sino que aumentará la probabilidad de fallo, ya que en la “infancia” presenta más mortalidad que en la vejez.


Página 25

En el gráfico se observa que más del 50% de los componentes presentan fallos en la “infancia”. Esto quiere decir que cada vez que se repara o reemplaza un equipo, las posibilidades de fallo prematuro debido a esa operación 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 debe centrarse en reducir las operaciones de mantenimiento provocadas por fallos que se ajustan al “modelo F”. Es decir, fallos ocurridos en la “infancia” de los equipos. Para los elementos que ajusten su tasa de fallos a este patrón “F”, un mantenimiento planificado a intervalos fijos aumentará las posibilidades de fallo, ya que el equipo nuevo presentará más probabilidad de fallo que el antiguo. Por ese motivo existe una tendencia generalizada a “mantener lo mínimo posible”, debido a que cualquier operación de mantenimiento realizada puede aumentar la probabilidad de fallo.


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Otra

posibilidad,

es

centrarse

en

reducir

de

manera

global

las

probabilidades de fallo sobre todos los modelos. La forma de realizar esto, es mediante la utilización de un Mantenimiento Proactivo, es decir buscar la forma de eliminar los fallos, más que eliminar sus consecuencias. Para eliminar los fallos, hay que eliminar sus causas, lo que implica conocerlas. Existen herramientas como el Análisis Causa-Raíz que ayudan a identificar y eliminar las causas de los fallos, aunque en muchas ocasiones se utiliza como una herramienta reactiva más que proactiva. La eliminación proactiva de las causas de fallo implica la utilización de metodologías 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 ido evolucionando las expectativas y técnicas del mantenimiento durante el último siglo:


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Cuarta Generación

Objetivos

Tercera Generación Segunda Generación

Primera Generación

• Realizarlo cuando se produzca un fallo 1940

1950

•Mayor disponibilidad •Mayor vida operación •Menores costes

1960

1970

1980

• Mayor disponibilidad y fiabilidad • Mayor seguridad • Mayor calidad de servicio • Respeto M. Ambiente • Mayor vida operación • Eficiencia de costes 1990

• Mayor disponibilidad y fiabilidad • Mayor seguridad • Mayor calidad del producto • Respeto M. Ambiente • Mayor vida de los equipos • Mayor mantenibilidad • Eficiencia de costes • Patrones de fallos • Eliminación de los fallos 2000

2004

Figura 6- Objetivos del mantenimiento

Evolución de las Técnicas de Mantenimiento Cuarta Generación

Tercera Generación

Segunda Generación

Primera Generación

• Mantenimiento correctivo 1940

1950

• Revisiones periódicas • Utilización de grandes ordenadores • Sistemas de control y planificación del mantenimiento 1960

1970

1980

• Monitoreo de Condición • Basado en fiabilidad y mantenibilidad • Estudios de Riesgo • Utilización de pequeños y rápidos ordenadores • Modos de Fallo y Causas de Fallo • Sistemas expertos • Polivalencia y trabajo en equipo 1990

• Monitoreo de Condición • Modos de Fallo y Causas de Fallo (FMEA, FMECA) • Polivalencia y trabajo en equipo/ Mant. Autónomo • Est. Fiabilidad y mantenibilidad durante el proyecto • Mantenimiento Preventivo • Gestión del Riesgo • Sistemas de Mejora Continua • Mantenimiento Predictivo • Mantenimiento Proactivo • Grupos de mejora y seguimiento de acciones 2000

2004

Figura 7- Evolución de las técnicas de mantenimiento


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2.7 Técnicas de Mantenimiento Hoy en día existen infinidad de diferentes herramientas, técnicas, metodologías y filosofías de mantenimiento. Algunas de las más utilizadas pueden 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 en temas de mantenimiento no es sólo aprender todas las técnicas existentes, sino identificar cuales son las adecuadas para aplicar en su propia organización y cuales no, tanto desde el punto de vista técnico como económico. Tomando una decisión correcta es posible mejorar el rendimiento de nuestros activos y al mismo tiempo incluso reducir los costes de mantenimiento.


Página 29

Conclusión Como hemos visto, el concepto de mantenimiento ha evolucionado en el tiempo de manera similar al de calidad, hasta llegar a lo que conocemos y aplicamos en la actualidad. Tanto el concepto del mantenimiento actual como el concepto de Calidad Total contemplan el aspecto positivo de mejora, de reducción de costes y mejora de competitividad, mediante la eliminación de todo lo que no añade valor como son los las consecuencias indeseables de los fallos, el exceso de stocks, las ineficiencias organizativas, la falta de conocimiento, etc. Los problemas se contemplan ahora como una oportunidad de mejorar y no como un sumidero de gastos. Si existe un problema, la autentica mejora se produce cuando se elimina de forma definitiva, de manera que nunca más vuelvan a ocurrir sus efectos indeseables. La mentalidad es fomentar el descubrimiento de los problemas, pues sólo cuando hay discrepancias con lo que deseamos, existen oportunidades de mejorar. El enfoque que da la cuarta generación del mantenimiento se centra en la eliminación de los fallos por encima de su prevención y predicción. Esto es, una visión proactiva, más que reactiva. El conformismo es ahora el enemigo, pues nunca se estará lo suficientemente bien cuando existe alguna posibilidad de mejorar. Esa dinámica de mejora continua en pos de la meta utópica de la perfección absoluta es el motor que impulsa los esfuerzos de las personas por alcanzar el óptimo para la empresa. Finalmente, los costes generados por mantenimiento han continuado aumentando de manera continua en los últimos años, tanto en términos absolutos como en proporción con el gasto total. De tal forma, que actualmente, en algunas industrias se ha convertido en el segundo o incluso en el coste más importante de operación. En sólo treinta años el mantenimiento ha pasado de no contar prácticamente nada, a ser un


Página 30

gasto prioritario en el control de la producción. Además la creciente competitividad, hace que las plantas necesiten disponer de gran flexibilidad y cortos tiempos de respuesta. Por ello en este entorno el mantenimiento juega un papel aún más importante.


Página 31

2.8 El mantenimiento como fuente de beneficios Para evaluar la gestión del mantenimiento, se han de definir claramente los objetivos que el mantenimiento pretende conseguir. Estos objetivos se han de definir en función de los objetivos de la empresa. La mejor manera de saber si dichos objetivos se consiguen o no y cómo contribuyen a mejorar la competitividad de la empresa es cuantificarlos en términos monetarios. Hoy en día, las estrategias del mantenimiento están encaminadas a garantizar la disponibilidad y eficacia requerida de los equipos e instalaciones, asegurando la duración de su vida útil y minimizando los costes de mantenimiento, dentro del marco de la seguridad y el medio ambiente. Los factores críticos de éxito de la gestión del mantenimiento son la Disponibilidad y la Eficacia, que van a indicarnos la fracción de tiempo en que los equipos están en condiciones de servicio (Disponibilidad) y la fracción de tiempo en que su servicio resulta efectivo para la producción. La Disponibilidad se ha de tener sólo cuando se requiere, lo cual no quiere decir que haya de ser por igual en todos los recursos, pues depende mucho de la criticidad de los mismos, y esa criticidad puede variar según las condiciones del mercado. Tener una disponibilidad demasiado elevada en recursos que no la necesitan sólo ocasiona un exceso de costes, al hacer un uso excesivo de los recursos de mantenimiento.


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TIEMPO DE CALENDARIO Mantenimiento Exceso Programado Capacidad

Tiempo de Producción Requerido Exceso Mtto. Programado

Tiempo Programado para Producción Tiempo Disponible de Producción Tiempo Real de Producción

Averías

Paros de 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.


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:

Disponibilidad =

Eficacia =

Tiempo disponible para Producción Tiempo de Producción requerido

Tiempo de Producción efectiva Tiempo disponible para Producción

La mejora en estos dos ratios y la disminución de los costes de mantenimiento suponen el aumento de la rentabilidad de la empresa y por tanto tiene influencia directa sobre los beneficios.


Página 34

3

Referencias

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ESReDA Book on Maintenance Data. 2001

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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

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http://www.iaf.es/prima/articulo/index2.htm [MONO02]

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Quality,

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Rubén García Berasategui. Total Quality Management, 2000.

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Ricky Smith. Las Mejores Prácticas de Mantenimiento, 2003.

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Eddin Gotera. ¿Qué es lo último que hemos aplicado en mantenimiento?, 2003.

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Tendencias

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Mantenimiento Industrial, 2000. http://www.cides.cl/articulos/Nuevas%20Tendencias%20d e%20Mantenimiento%20Caracas%202000.PDF [DURA04]

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el

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Omar Aguilar Martínez. El Mantenimiento Predictivo como Herramienta para la Competitividad Industrial. III Foro Datastream de mantenimiento e industria, 2003.

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José Ribelles Martínez. Estrategias para un Mercado Liberado, 2000.

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IBERDROLA

Mantenimiento

GENERACIÓN.

Industrial.

Aplicación

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Generación Eléctrica, 2003. [OPEP03]

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[DANG02]

Antonio H. González Danger, Laureano Hechavarría Pierre. Metodología para Seleccionar Sistemas de Mantenimiento, 2002.


Página 37

Capítulo 2 EL RIESGO INDUSTRIAL

1

Introducción

El concepto del riesgo ha tomado mucha importancia en los últimos años, siendo común el uso de términos como “exposición al riesgo”, “gestión de riesgos”, “análisis de riesgos”, etc.. Cuando hablamos de riesgo, nos pueden surgir una serie de preguntas como: 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, más aprendemos sobre los peligros existentes. Los avances tecnológicos nos permiten ser conscientes de los posibles desastres que podrían ocurrir. Esta mayor conciencia del riesgo provoca que cada vez haya más interés en mitigarlo o gestionarlo mediante diferentes tipos de análisis. Aún así, una única cosa es segura, es imposible eliminar todos los riesgos por completo y en muchos casos no sería ni aconsejable. Un ejemplo claro, serían las empresas. Una empresa es una organización que toma riesgos para obtener una ventaja competitiva respecto a sus competidores y un Mantenimiento Basado en el Riesgo

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beneficio. Si una empresa cubriera todos sus riesgos desaparecería como tal, ya que toda búsqueda de beneficio tiene un riesgo asociado y sin riesgo no hay beneficio. El término riesgo se asocia generalmente a aspectos negativos, como a la probabilidad de ocurrencia de un suceso no deseable o incluso a catástrofes. Así, se habla del riesgo a tener un accidente, o del riesgo a desarrollar un cáncer de pulmón debido al tabaco pero no se habla del riesgo a ganar la lotería. El riesgo es siempre futuro. Si algo ha ocurrido ya, el riesgo asociado a ese evento ya no existe. Por tanto el riesgo se refiere únicamente a cosas que pueden pasar y así cuanto más conocimiento tengamos sobre él, más posibilidades tendremos de evitar posibles desastres que pueden ocurrir. Nuestra sociedad tecnológica, cada día más consciente de los peligros y sus riesgos, aplica continuamente sistemas para reducirlos. De esta forma, usamos el cinturón de seguridad, evitamos conducir de noche, etc.. El hecho es que el análisis de riesgos es una característica natural e innata a la existencia humana. El riesgo no se puede medir directamente sino que debe ser calculado. El riesgo no es un fenómeno natural sino un parámetro que requiere la integración de al menos dos cantidades: La posibilidad y el tipo de evento.


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1.1 Definición de riesgo Toda actividad conlleva un riesgo, y una actividad exenta de él representa inmovilidad total. Pero aún así, si todos nos quedáramos en casa sin hacer nada y se detuviera toda actividad productiva y de servicios, aún existirían riesgos, no cabe duda que menores, pero existirían. El riesgo cero 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 con consecuencias factibles de ser estimadas. La Real Academia de la Lengua nos proporciona una definición más genérica:

(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

seguro De forma subjetiva, el riesgo se puede describir como la percepción de un peligro. La forma de percepción que tienen las personas de los peligros influye en la percepción que tienen del riesgo asociado. Así, las personas están dispuestas a aceptar riesgos más elevados cuando ellas mismas tienen control sobre el proceso. De esta forma, las personas se sienten mucho más seguras conduciendo un automóvil que viviendo cerca de una central nuclear aunque la tasa de mortalidad sea mucho mayor en el caso de los accidentes de automóviles. Esto ocurre porque la conducción del automóvil es algo que pueden controlar.


Página 40

2

El riesgo en la empresa

Dentro de la actividad empresarial podemos hacer una clasificación de los principales 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 istración 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.


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Figura 9- Principales riesgos inherentes a la empresa.

En esta tesis se desarrolla una metodología de mantenimiento basada en el riesgo operacional. Por tanto, en adelante cuando se hable de riesgo será referido normalmente a los riesgos operativos. Una empresa tomará diferentes actitudes ante el riesgo según este afecte a su negocio. De esta forma se pueden diferenciar diferentes niveles de riesgo:

•

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.


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•

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

•

entorno

Estos subsistemas, bien interrelacionados e interactuando de manera armoniosa dan lugar a los resultados operacionales y financieros que la empresa ha planeado obtener. La empresa necesita de estos cuatro elementos o subsistemas por lo que siempre requieren especial atención y cuando un riesgo no es controlado, puede dañar a alguno de los subsistemas o a todos ellos, como por ejemplo, un incendio o una demanda judicial. En los cuatro elementos mencionados existen riesgos específicos que se deben 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 una


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empresa eléctrica, minera, de servicios, metalmecánica, etc.. Aunque por supuesto existen riesgos comunes en todas las actividades. Estos riesgos específicos a cada actividad se llaman riesgos inherentes. Los riesgos en general, se pueden clasificar en riesgo puro y riesgo especulativo. El riesgo especulativo es aquel riesgo en el cual, existe la posibilidad de ganar 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 la posibilidad de perder o no perder pero jamás de ganar. El riesgo puro en la empresa a su vez se clasifica en:

•

Riesgo inherente

•

Riesgo incorporado

El riesgo inherente Es aquel riesgo que por su naturaleza no se puede separar de la situación donde existe. Es propio del trabajo a realizar. Es el riesgo propio de cada empresa de acuerdo a su actividad. En la siguiente tabla se muestran algunos ejemplos de riesgos inherentes en las empresas:

TIPO DE EMPRESA Transporte Metalmecánica Construcción Minería Servicios

PRINCIPALES RIESGOS INHERENTES Choques, colisiones, volcados Quemaduras, golpes, Caída distinto nivel, golpes, atrapamiento Derrumbes, explosiones, caídas, atrapamiento Choque, colisiones, lumbago, caídas

Tabla 2- Principales riesgos inherentes al tipo de empresa.


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El riesgo incorporado es aquel riesgo que no es propio de la actividad, sino que es producto de conductas poco responsables de un trabajador, el cual asume otros riesgos con objeto de conseguir algo que cree que es bueno para el y/o para la empresa, como por ejemplo ganar tiempo, terminar antes el trabajo para destacar, demostrar a sus compañeros que es 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 móviles

Los riesgos inherentes en una empresa se deben controlar y/o eliminar siempre que sea posible, ya que al estar en directa relación con la actividad de la empresa, si ésta no los asume no puede existir. Los riesgos incorporados se deben eliminar de inmediato. Cuando un riesgo se sale de nuestro control produce accidentes que provocan

muertes,

lesiones

incapacitantes,

daños

a

los

equipos,

materiales y/o medio ambiente. Todo esto, provoca pérdidas para la empresa, ya que ocurrido un accidente, 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 equipos


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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.


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2.1 El riesgo en el nuevo mercado eléctrico En Europa, el mercado de la electricidad está en vías de liberalización. El Reino Unido y Noruega ya tienen una experiencia importante de un mercado liberalizado. Asimismo, países como Estados Unidos, Australia, Nueva Zelanda, Suiza, España y un número creciente de países asiáticos han abierto sus mercados a la competencia. En este nuevo marco, la antigua modalidad de costes reconocidos se ha sustituido por un mercado mayorista de casación, ocasionando la aparición de un creciente grado de competencia dentro del sector y por tanto un descenso de los márgenes comerciales de las empresas generadoras. Esta nueva situación ha provocado que aparezcan una serie de riesgos para las empresas eléctricas que anteriormente no existían y por tanto la gestión de riesgos ha cobrado mucha importancia.


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En la Tabla 5 y en la Tabla 6 se realiza una comparación entre la situación actual y la anterior a nivel de riesgos empresariales:

PASADO

PRESENTE

Negocios regulados

Desregulación/Liberalización

Riesgos bien entendidos

Riesgos más complejos/interrelación

Poca competencia

Liberalización/Incremento de la competencia

Deuda financiera alta

Capacidad de inversión

Inversiones individuales

Inversión institucional

Pocas posibilidades de transferencia de riesgos

Más fácil transferir 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 actuales


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3

Introducción al análisis de riesgos

3.1 Definición matemática de riesgo Se define el riesgo, como la esperanza matemática de la pérdida. Si consideramos un suceso con una probabilidad de ocurrencia “P” y un daño o consecuencia “C”, el riesgo vendrá definido por el producto de esta probabilidad por el efecto o magnitud del daño.

Riesgo = P

x C

Siendo 0≤P≤1

Una definición equivalente se obtiene sustituyendo la probabilidad por la frecuencia y la consecuencia por la severidad:

Riesgo = F

x

S

En este caso, “F” representa la esperanza matemática de la pérdida en un determinado periodo de tiempo o lo que es lo mismo, la probabilidad de ocurrencia de la pérdida en dicho periodo. Estos efectos se pueden medir en distintas unidades: en términos económicos, en pérdida de vidas humanas, en daños personales, etc. Así si un accidente se produce con una frecuencia de una vez cada 5 años y provoca en cada ocasión quince muertos, el riesgo será de:

Riesgo =

1 5

x 15 = 3 muertos / año

Si para este mismo accidente, las pérdidas económicas ascienden a 300 millones de euros, el riesgo será:

Riesgo =

1 5


x

300 = 60 millones de euros / año Página 49

Obviamente, para reducir el riesgo se puede actuar sobre las dos variables,

bien

reduciendo

las

probabilidades

de

ocurrencia,

bien

reduciendo la magnitud esperable del daño, bien actuando sobre las dos. Para algunos autores, disminuir la probabilidad es PREVENCIÓN y disminuir la gravedad de los efectos es PROTECCIÓN. La sencillez matemática de esta expresión está reñida, sin embargo, con su utilidad práctica. En primer lugar, es preciso identificar todos y cada uno de los peligros presentes en una instalación industrial y después conocer la frecuencia con la que ocurrirá un evento (en el contexto del análisis de riesgos será siempre un evento no deseado), y la magnitud del daño que se producirá. Esta tarea es muy costosa en términos de tiempo y recursos a emplear. De hecho, algo tan aparentemente simple como conocer estas dos magnitudes ha obligado al desarrollo de un sinfín de metodologías encaminadas a su estimación más o menos precisa. El objetivo de este apartado es describir de forma somera las principales técnicas hoy por hoy disponibles para identificar peligros y/o evaluar riesgos, ya sea bajo una perspectiva cualitativa, ya sea mediante el uso de métodos cuantitativos o semicuantitativos.


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3.2 Análisis histórico de accidentes Su objetivo primordial es detectar los peligros presentes en una instalación por comparación con otras similares que hayan tenido accidentes registrados en el pasado. Analizando esos antecedentes es posible conocer las fuentes de peligro, estimar el alcance posible de los daños e incluso, si la información es suficiente, estimar la frecuencia de ocurrencia. Para llevar a cabo estos trabajos se dispone de bancos de datos informatizados, recopilaciones bibliográficas de accidentes o incluso de la propia experiencia siniestral de la empresa. Es una metodología simple y económica, ya que no compromete muchos recursos materiales o humanos. Su gran ventaja es que detecta peligros absolutamente reales, que ya en el pasado se han puesto de manifiesto. Sin embargo, las informaciones recogidas son limitadas dado que sólo se registran los accidentes que acaban en eventos de relativa importancia y se obvian incidentes, potencialmente más peligrosos que los anteriores, pero que por circunstancias fortuitas favorables no desencadenan un gran accidente. Asimismo, las informaciones recogidas no son completas y están

afectadas

de

imprecisiones

importantes,

lagunas

y

datos

confidenciales desconocidos.


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3.3 Análisis preliminar de peligros Este método es similar al análisis histórico de accidentes, aunque no se basa en el estudio de siniestros previos sino en la búsqueda bibliográfica de peligros que puedan hallarse presentes en una nueva instalación a partir de la lista de productos químicos presentes. De forma no estricta se le suele denominar también "Análisis preliminar de riesgos". El procedimiento consiste en obtener información completa sobre materiales, sustancias, reactivos y operaciones previstas, comparar estos procesos con otros de los que se tenga experiencia anterior, adaptar esas semejanzas al caso actual y analizar las operaciones y equipos previstos desde 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 ser objeto de un estudio técnico algo más detallado. Por último, como resulta lógico, deberán proponerse las medidas a adoptar para disminuir o eliminar los peligros detectados. Es un procedimiento de análisis simple y económico, aunque no sistemático; es estrictamente cualitativo y depende en exceso de los conocimientos previos de los ejecutantes. Resulta idóneo para instalaciones en fase de anteproyecto o ingeniería básica, cuando aun no se han desarrollado planos detallados de la instalación.


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3.4 Análisis "¿Qué pasa si…?" El objetivo fundamental de este método es la detección y análisis de las desviaciones sobre los procesos y condiciones previstos, intentando evitar aquellos eventos que puedan resultar no deseables. Básicamente consiste en responder cualitativamente a una batería de preguntas del tipo “¿Qué pasa si…?”, en relación con la calidad o la concentración de las materias primas, o en relación con las variables de proceso o los servicios necesarios. Para llevar a cabo este análisis de forma estructurada se recomienda seguir la línea de proceso, desde la recepción de materiales hasta la entrega del producto terminado. En una primera fase se pide a los participantes que planteen cualquier pregunta del tipo “¿Qué pasa si…?” en relación con cada unidad o etapa del proceso. Una vez recopiladas todas 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, deben proponerse las medidas disponibles para minimizarlos, tales como alternativas 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 puede pasar por alto algunos peligros menos evidentes pero no por ello menos graves.


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3.5 Análisis mediante listas de comprobación Consiste en contrastar la realidad de la planta con una lista muy detallada de cuestiones relativas a los más diversos ámbitos, tales como condiciones de proceso, seguridad o estado de las instalaciones o servicios. En primer lugar es necesario disponer de listas de comprobación o “check list” generalistas o específicamente desarrolladas para esa planta en concreto. Cabe también generar estas listas con un planteamiento global o bien

por

ámbitos

(instrumentación,

equipos,

materias

peligrosas,

condiciones de trabajo, etc.). A la hora de aplicar el análisis, basta con seguir la lista de referencia y responder a todas y cada una de las cuestiones planteadas, obteniendo así un perfil sobre el cumplimiento de los criterios de seguridad de la planta analizada. Es un procedimiento fácil y controlado. Está especialmente adaptado para garantizar el cumplimiento de normas o reglamentos técnicos y permite la reproducibilidad del análisis de forma periódica, permitiendo estudiar las desviaciones que se producen en el tiempo. No obstante, dependiendo de la calidad de la lista de comprobación o del grado con que se adapte a la planta analizada puede pasar por alto peligros evidentes no contemplados en las listas o incidir excesivamente en puntos que sin lugar a dudas no plantean peligros importantes. En este sentido, no es un método creativo.


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3.6 Análisis de los modos de fallos y sus efectos Denominado también "Failure Mode and Effect Analysis" o FMEA es una técnica muy utilizada en los sistemas de calidad para identificar causas de fallos. El FMEA persigue establecer los posibles fallos de todos y cada uno de los elementos de la planta, analizando las consecuencias y considerando aquellas que puedan desencadenar un accidente, sugiriendo las medidas a adoptar para controlar tales situaciones de peligro. Se inicia el estudio identificando todos los equipos de la planta y estableciendo sus condiciones normales de proceso. A continuación, para cada equipo, se detallan todos y cada uno de los fallos posibles y se analizan sus posibles consecuencias. Si se da la circunstancia de que una situación de fallo en un equipo produce una alteración en otro, debe trasladarse esta influencia al estudio del equipo afectado. Una vez conocidas las consecuencias, se deben proponer las acciones de mejora necesarias para eliminar o reducir el peligro. En general para cada elemento se cumplimenta una tabla con las siguientes 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 análisis cualitativo (aunque ite cierto tratamiento semicuantitativo). Su principal inconveniente es que no contempla la posibilidad de fallos combinados o en secuencia.


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3.7 Análisis de peligros y operabilidad Denominado también "Hazard and Operability Análisis” o HAZOP es una técnica de seguridad orientada a identificar circunstancias de peligro y de accidente, siendo la operación (la garantía de funcionamiento) un aspecto secundario. Esencialmente es un método muy similar al FMEA descrito en el apartado anterior.

El

HAZOP,

sin

embargo,

es

un

método

absolutamente

sistemático, porque se controlan todas y cada una de las variables de proceso, en todos y cada uno de los equipos de la planta. Su aplicación se fundamental en la identificación de todos los parámetros del proceso (presión, temperatura, nivel, caudal, etc.) y sus condiciones de trabajo habituales, analizando de manera sistemática las desviaciones posibles. Se inicia el estudio identificando los equipos y líneas principales de la planta. Para cada equipo o línea se relacionan todos los parámetros que afectan 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

intenta

incentivar la creatividad de los participantes en el estudio para que identifiquen cuáles serían las consecuencias de que la variable estudiada se desviara de la condición de proceso en la forma indicada por la palabraguía (más temperatura, menos pH, flujo inverso en bomba, etc.). Para cada situación peligrosa identificada se propondrán las medidas correctoras oportunas en el sentido de evitar las desviaciones detectadas. Este método requiere documentación completa y un conocimiento exhaustivo de la planta, de los productos utilizados y de las condiciones Mantenimiento Basado en el Riesgo

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de proceso. Está especialmente adaptado a plantas relativamente complejas en las que otros métodos serían totalmente anárquicos. En particular, está mejor preparado para ser usado en plantas de trabajo en continuo, aunque se han desarrollado variantes para procesos por lotes. Su aplicación es económicamente costosa, dada la necesidad de involucrar en el estudio a un cierto número de profesionales cualificados que deberán dedicarle un tiempo considerable. Existen en el mercado numerosos paquetes informáticos que apoyan la realización del análisis.

3.8 Análisis mediante árboles de fallos El Análisis mediante árboles de fallos (FTA o “Fault Tree Analysis”) [AMEN94] es una técnica cuantitativa que permite estimar la probabilidad de ocurrencia de un fallo determinado (suceso capital o "top event") a partir del conocimiento de la frecuencia de ocurrencia de los sucesos iniciadores o causales, mediante la utilización de procesos lógicos inductivos

y

la

confección

de

una

secuencia

lógica

de

sucesos,

denominada árbol de fallos. Se inicia su aplicación con la identificación de los sucesos capitales tales como “explosión de un reactor”, “fallo del compresor”, etc. Se establecen a continuación los sucesos iniciadores que son capaces, de por sí o en combinación con otros, de desencadenar el suceso capital y se estructura el árbol de fallos mediante puertas lógicas. Se asigna a cada suceso básico la probabilidad de ocurrencia, conocida por propia experiencia o por consulta a bancos de datos sobre la materia, y por último se calcula la probabilidad de los sucesos compuestos mediante la aplicación del álgebra de Boole hasta alcanzar el suceso capital.


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Asimismo, y dado que las probabilidades asignadas a cada suceso tienen un margen de incertidumbre a veces conocido, es posible estimar también la sensibilidad o grado de certidumbre del resultado final. La utilización de este método de análisis de riesgos permite un conocimiento exhaustivo de las relaciones causa-efecto existentes entre los diversos fallos posibles del sistema y genera unas recomendaciones de mejora muy concretas (e incluso cuantificadas en cuanto a su eficacia). Sin embargo, requiere mucho tiempo y personal especializado, con un conocimiento 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 que concurran muchos aparatos, instrumentos, equipo de control y alarma y sistemas de seguridad. Incluso es aplicable para valorar la incidencia del fallo humano en la probabilidad del suceso capital. Existen numerosos programas de ordenador como asistentes para el desarrollo de este tipo de análisis, con lo que se evitan algunos errores y se facilita la corrección o modificación (mantenimiento o actualización) de los árboles.


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3.9 Análisis mediante árboles de sucesos Mediante el ETA (Event Tree Análisis) se pretende estructurar la secuencia de eventos básicos que desencadena un tipo de accidente concreto, estableciendo también las probabilidades de ocurrencia, si el conocimiento de los sucesos básicos lo permite. Desde un punto de vista abstracto, es similar al análisis de árboles de fallos. Sin embargo, los sucesos básicos en este caso no son fallos de los sistemas (“falla el T-302”) sino alternativas de las diferentes situaciones que pueden darse (“ignición inmediata-ignición retardada). Para su aplicación se identifican los sucesos básicos o iniciadores y se aplican todas las disyuntivas lógicas que sean procedentes hasta obtener una representación gráfica en forma de árbol horizontal, en la quedan representadas todas las posibles evoluciones del sistema según se den o no las diferentes alternativas planteadas, hasta los sucesos accidentales finales (nube de gas, deflagración, dispersión, etc.) Por su especificidad y grado de desarrollo, son aplicables a las mismas instalaciones y bajo las mismas condiciones que los árboles de fallos.


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3.10 Análisis de causas y consecuencias Permite un análisis cuantitativo de los eventos de fallo en sistemas complejos, partiendo de sucesos capitales y factores condicionantes, con lo que al final se obtiene un árbol de causas/consecuencias. Es una combinación de árboles de fallos y árboles de sucesos por lo que también se utilizan símbolos lógicos y asignación de probabilidades a cada uno. Se elige un suceso principal como origen de la evaluación, se identifican los sucesos condicionantes y se establece la secuencia lógica de acontecimientos incluyendo las disyuntivas existentes. En este árbol se mezclan eventos “fallos” con eventos “sucesos”. Su aplicación requiere conocer muy bien la instalación y tener experiencia en el desarrollo de este tipo de análisis. Es laborioso y se necesita soporte informático para llevarlo a cabo. Los resultados obtenidos son muy detallados y permiten, como en el caso de los árboles de fallos y de sucesos, cuantificar la utilidad de las medidas correctoras propuestas.


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3.11 Índices de riesgo Son procedimientos de aplicación relativamente simple a instalaciones complejas, en las que se evalúan una serie más o menos detallada de parámetros y se cuantifican unos valores que permiten una evaluación del nivel de riesgo de la instalación analizada. Existe un buen número de ellos, cada uno con sus especificidades. Son

métodos

de

aplicación

simple

y

económica

ya

que

con

la

cumplimentación razonada de una lista de comprobación, se obtienen de forma más o menos inmediata unos valores orientativos del riesgo intrínseco de la actividad e incluso pueden determinarse los factores que más contribuyen a incrementar este riesgo. Sin embargo, su grado de descripción de la instalación es limitado, por lo que los resultados obtenidos son genéricos y pueden pasar por alto multitud de factores, agravantes o no.


Página 61

4

Referencias

Libros [MOUB97]


[AMEN94]


[TAVAR00]


[ESRE01]


[JONE95]

Risk-Based Management Richard B. Jones. 1995

Papers [AYAL01]

Francisco J. Ayala-Carcedo. La ordenación del territorio en

la

prevención

de

catástrofes

naturales

y

tecnológicas. Bases para un procedimiento técnicoistrativo

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.


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 L'électricité: 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.


Página 63

Capítulo 3 EL MANTENIMIENTO BASADO EN EL RIESGO La Figura 10 muestra los principales pasos que se deben realizar para realizar

una

guía

para

la

implantación

de

una

metodología

de

mantenimiento e inspección basada en riesgo en una planta o en una compañía. Análisis preliminar

Recogida y validación de datos

Análisis intermedio Análisis inicial

Ciclo técnico

Ciclo técnico-organizativo

Análisis detallado

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 riesgo


Página 64

Un prerrequisito para implementar este esquema es obtener una jerarquía de 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 planta se describen en la sección 1. La sección 2 describe los métodos para identificar los mecanismos de degradación más probables y para desarrollar escenarios en los cuales se combinan la evaluación de la probabilidad de fallo y de las consecuencias del fallo. Las secciones 3 y 4 describen métodos para evaluar la probabilidad de fallo (PdF) y las consecuencias de fallo (CdF), respectivamente. En las secciones 5 y 6 se evalúa como desarrollar la valoración del riesgo y como identificar nuevas actividades de inspección y mantenimiento.


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La Figura 11 muestra un esquema posible para llevar a cabo un análisis de riesgos:

Identificación del contexto

Identificación de riesgos

Evaluación de la probabilidad

Evaluación de las consecuencias

Estimación del nivel de riesgo

Evaluación de riesgos

¿Riesgo aceptable?

Supervisión y revisión

Comunicación y consulta

Análisis de riesgos

Sí

No Actuar sobre el riesgo

Figura 11- Esquema de evaluación de riesgos


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1

Jerarquía de la planta

Este es un prerrequisito para una valoración eficiente del riesgo y para la planificación del mantenimiento y la inspección, ya que la planta se encuentra dividida en secciones controlables. Asignar funciones y subfunciones a los elementos físicos de la planta simplifica la identificación de los modos de fallo. Una vez identificados, los modos de fallo se utilizan posteriormente para encontrar las causas de fallo, las causas raíz y los mecanismos de daño.

1.1 Desglose funcional El primer paso es definir una jerarquía técnica para los equipos de la planta. La jerarquía técnica es un desglose jerárquico de la planta. La Figura 12 presenta un ejemplo de una jerarquía técnica. El siguiente paso será definir las funciones de cada uno de los elementos dentro de la jerarquía establecida. País Compañía Situación Planta Unidad Sistema Subsistema

Función

Equipo Subfunción 1 Subfunción 2 …

Componente Elemento

Subfunción n

Localización

Figura 12- Desglose jerárquico de activos


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Varios estándares industriales proporcionan guías sobre como desarrollar la 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 sistemas y componentes como sistemas de seguridad, bombas, compresores, turbinas, etc. La definición de límites funcionales para equipos auxiliares es 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 el caso del análisis RBM (Risk-Based Maintenance o Mantenimiento Basado en 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 se describe con un verbo, un complemento, una operación estándar y un nivel de funcionamiento definido por el operador de la función.


Página 68

La elección de la jerarquía técnica y de las funciones es importante para conseguir un análisis satisfactorio del RBM. Si el grado de detalle es bajo (pocas funciones), entonces el número de modos de fallo por función será elevado y el programa de mantenimiento será difícil de manejar. Por el contrario, si el nivel de detalle es elevado (muchas funciones diferentes), entonces el esfuerzo necesario para desarrollar el análisis RBM será grande y el resultado del plan de inspección y mantenimiento será muy detallado. 1.1.1 Subfunciones Si un elemento o componente tiene más de una función, se le podrían asignar subfunciones. Las subfunciones pueden cubrir aspectos como:

•

Integridad medioambiental

•

Integridad estructural/seguridad

•

Control/contenido/confort

•

Protección

•

Apariencia

•

Economía/eficiencia


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

Funcionamiento estándar

Bombear el medio desde la entrada hasta la salida

Transmitir potencia desde un punto A a un punto B

Almacenar el medio a una presión de X Bar

Nivel de funcionamiento

Mantiene a la salida una presión de X Bar

Proporciona un par en el punto B de X Nm/s

Mantiene el medio a una presión de X+∆X Bar

Almacenar el medio dentro de la bomba (aspectos económicos, de seguridad, salud y medioambiente)

-

Sub funciones

Almacenamiento

Tabla 7- Desglose funcional de una bomba, un eje de transmisión y un tanque a presión

1.2 Modos de fallo Una vez que se ha establecido la jerarquía técnica y que las funciones de cada sistema, subsistema y componente han sido definidas, se deben identificar los modos de fallo. Un modo de fallo es cualquier estado donde una función definida no puede desarrollar su rendimiento estándar esperado. Una misma función podría tener uno o varios modos de fallo. Si la jerarquía técnica y las funciones han sido bien elegidas resultará sencillo listar los modos de fallo.


Página 70

La Tabla 8 ilustra la relación entre la jerarquía técnica, la función y los modos de fallo. Para fallos que presentan un alto riesgo puede resultar eficiente a nivel de costes, desarrollar un análisis de los mecanismos de fallo. El modo de fallo más común considerado en el RBM, son las fugas externas. En este caso el análisis se hace basándose en los mecanismos de daño y en la causa raíz, los cuales son herramientas muy útiles para descubrir el lugar de la fuga.

Bomba

Modos de fallo

• Fallo al arrancar • Fallo mientras está funcionando • Fuga externa • Vibración • Baja presión de salida • Fuga interna

Transmisión

Tanque a presión

• Fallo de transmisión de potencia • Vibración

• Pérdida de contenido

Tabla 8- Modos de fallo de una bomba, un eje de transmisión y un tanque a presión


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1.3 Causas de fallo Una causa de fallo es una razón potencial de un modo de fallo. En el análisis, para cada modo de fallo se deben listar todas las posibles causas de fallo. La Tabla 9 muestra como la causa del fallo se relaciona con los modos de fallo, las funciones y con la jerarquía técnica. La lista de causas de fallo puede estar asociada a modos de fallo incluidos en el programa de mantenimiento actual, a modos de fallo que se han observado en las instalaciones en el pasado o a modos de fallo que no han sido nunca observados en la planta. Se debe tener en cuenta que los fallos más importantes son a menudo aquellos para los que no está preparada una organización. La metodología RBM busca prever estos fallos. La lista de causas de fallo deberá incluir todas las causas probables para identificar los modos de fallo, incluyendo aspectos como desgaste o deterioro, impacto de los factores humanos, diseño, etc. Los factores humanos son muy importantes ya que la falta de preparación o incluso el desconocimiento son una fuente muy importante de fallos.


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Bomba Modos de Fallo

Fallo al arrancar

Causa del fallo

•Instalación defectuosa •Fallo de alimentación

•Bloqueado por suciedad •Cuerpo extraño en Fallo mientras está el impelente funcionando •Rotura del impulsor o de una parte de él

Fuga externa

Vibración

Baja presión de salida

Fuga interna

Eje de transmisión Modos de Fallo

Causa del fallo

•Rotura del eje Fallo de transmisión •Rotura de cojinetes de potencia •Rotura del acoplamiento

Vibración

Tanque a presión Modos de Fallo

Causa del fallo

•Cracking corrosivo •Pérdida volumétrica de material Pérdida de contenido •Adelgazamiento •Debilitamiento de material/ fragilización

•Desequilibrio •Fallo en los cojinetes •Fallo en el acoplamiento

•Fuga en una brida •Fuga en el “stuffing box” o caja de empaquetadura •Ensamblaje o empaquetado incorrecto del “stuffing box” o caja de empaquetadura •Fuga en el sellado mecánico •Sellado presurizado •Desequilibrio •Fallo en los cojinetes •Cuerpo extraño en el impelente •Rotura del impulsor o de una parte de él

•Desgaste de anillos

Tabla 9- Causas de fallo de una bomba, un eje de transmisión y un tanque a presión


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1.4 Mecanismos de daño Un mecanismo de daño es una razón subyacente asociada a una causa de fallo. Si los mecanismos de daño asociados a una causa de fallo son conocidos, entonces esto simplifica la identificación de actividades efectivas para prevenir las causa de fallo y por tanto también para prevenir que ocurra el fallo. La Figura 13 muestra la relación entre la jerarquía técnica y los mecanismos de daño.

País Compañía Situación Planta Unidad Sistema Subsistema Función Modo de Fallo 1

Modo de Fallo 2

Subfunción 1

Causa de fallo 1

Causa de fallo 1

Causa de fallo 1

Mecanismo de daño

Mecanismo de daño

Mecanismo de daño

Causa de fallo 2

Causa de fallo 2

Causa de fallo 2

Mecanismo de daño

Mecanismo de daño

Mecanismo de daño

…

…

Equipo

Modo de Fallo n Subfunción 2

… Subfunción n

Componente Elemento Localización

…

Causa de fallo n

Causa de fallo n

Causa de fallo n

Mecanismo de daño

Mecanismo de daño

Mecanismo de daño

Figura 13- Causas, Modos de fallo y Mecanismos de daño en el desglose jerárquico de activos


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

Causa del Fallo •Fuga en el sellado

Sistema

Parada parcial

(Bomba y sistemas de lubricación)

Modo de Fallo

Fuga interna

Parada parcial

Equipo (Bomba)

Causa del Fallo

Causa Raíz

Mecanismo de Daño

•Lubricación escasa

•Corrosión

•Funcionamiento fuera de especificaciones

•Desgaste/Erosión

•Material no conforme con las especificaciones

Componente Fuga en el sellado

Fuga interna

(Sellado mecánico)

•Endurecimiento •Etc.

Figura 14- Relación entre Modos de fallo, Causas del fallo y Causa raíz para una bomba


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La Figura 15 proporciona un ejemplo de la relación entre los modos de fallo, las causas de fallo y los mecanismos de daño para un tanque de presión, de la misma forma que para la bomba en la figura anterior.

Modo de Fallo •Pérdida de contenido

Causa del Fallo •Cracking

Modo de Fallo

Pérdida de contenido

Causa Raíz

Mecanismo de Daño •Corrosión por estrés

•Funcionamiento fuera de especificaciones

•Fatiga

•Material no conforme con las especificaciones

Parada total

Equipo (Tanque a presión)

Causa del Fallo

•Vibración

Sistema (Tanque a presión con instrumentos)

Parada total

Componente Cracking corrosivo

Fuga

(Tanque)

•Corrosión general •Etc.

Figura 15- Relación entre Modos de fallo, Causas del fallo y Causa raíz para un tanque a presión


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Bomba Modo de Fallo “Fallo externo”

Fuga en una brida

Mecanismo de daño •Deterioro del material

Modo de Fallo “Vibración”

Desequilibrio

Mecanismo de daño •Eje doblado •Fallo de cojinetes •Fallo del acoplamiento

Tanque a presión Modo de Fallo “Cracking”

Mecanismo de daño

Corrosión por estrés

•Corrosión por estrés •Fatiga •Corrosión general

•Lubricación desacertada •Retorcimiento del Fallo en los cojinetes cojinete por carga inapropiada sobre él

Fuga en el “stuffing box” o caja de empaquetadura

Ensamblaje o empaquetado incorrecto del “stuffing box” o caja de empaquetadura

Eje de transmisión

•Factor Humano

Fallo en el acoplamiento

•Deterioro del material •Rotura de pernos

Fuga en el sellado •Deterioro del mecánico material •Deterioro del material Sellado presurizado •Presión errónea en los cojinetes

Tabla 10- Mecanismos de daño de una bomba, un eje de transmisión y un tanque a presión


Página 77

2

Desarrollo del procedimiento

El RBM utiliza el riesgo, como la combinación de probabilidad y consecuencia de fallo, para priorizar las actividades de mantenimiento e inspección. La evaluación de la probabilidad y las consecuencias del fallo se pueden combinar con el modelo “Bow tie” desarrollado por la compañía SHELL. Dicho modelo se muestra en la Figura 16. El modelo “Bow tie” identifica mediante un árbol de fallos los posibles accidentes, circunstancias y eventos que conducen a un riesgo y mediante un árbol de eventos muestra las consecuencias y las áreas de daño a las que conducen los posibles eventos. Se considera un escenario, a los mecanismos de daño que conducen a un evento potencial con unas consecuencias (de seguridad, de salud, Medio ambientales o económicas). Se deben estudiar todos los escenarios realistas y estimar la probabilidad de ocurrencia de todos los eventos considerados.

Fallo o evento principal del que se analizan la probabilidad y sus consecuencias para definir el riesgo asociado a dicho evento

Árbol de Fallos: Análisis de las probabilidades de fallo

PdF

Evento

Árbol de consecuencias: Análisis de las consecuencias de fallo

CdF

Figura 16- Modelo “Bow-tie”


Página 78

En esta sección trataremos la evaluación de la probabilidad de fallo, la evaluación de las consecuencias del fallo, el modelo “Bow-tie” y la elección de los diferentes escenarios. En las secciones 3 y 4 se realizará una descripción detallada de cómo valorar la probabilidad y las consecuencias de fallo.

2.1 Análisis con árbol de fallos El análisis mediante árbol de fallos o Fault Tree Análisis (FTA) se utiliza para describir como un mecanismo de degradación puede conducir a un modo de fallo. Esta técnica de análisis de riesgos ha sido tradicionalmente utilizada por instalaciones

nucleares,

aeronáuticas

y

espaciales,

extendiéndose

posteriormente su empleo a la evaluación de riesgos de otras industrias como la química, electrónica, petroquímica, etc.. Se trata de un método deductivo de análisis que parte de la previa selección de un suceso o evento no deseado, sea éste un accidente de gran magnitud (explosión, fuga, derrame, etc.) o sea un suceso de menor importancia (fallo de un sistema de cierre, etc.) para averiguar en ambos casos los orígenes de los mismos. Seguidamente, de manera sistemática y lógica se representan las combinaciones de las situaciones que pueden dar lugar a la producción del evento no deseado, conformando niveles sucesivos de tal manera que cada suceso esté generado a partir de sucesos del nivel inferior, siendo el nexo de unión entre niveles la existencia de operadores lógicos (AND, OR, etc..). El árbol se desarrolla en sus distintas ramas hasta alcanzar una serie de mecanismos de degradación básicos, los cuales no precisan de otros anteriores a ellos para ser explicados.


Página 79

Como se aprecia en el ejemplo de la Figura 17, varios mecanismos de degradación 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 Daño por fatiga durante el servicio (cracking)

Alto número de arranques

Modo de fallo

Cracking por fatiga durante 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 fallos

El árbol de fallos proporciona apoyo tanto durante la identificación de los mecanismos dominantes de degradación como durante la identificación de actividades para mitigar estos mecanismos. Para ser eficaz, el árbol de fallos debe ser elaborado por personas profundamente conocedoras de la instalación o proceso a analizar y que a su vez conozcan el método y tengan experiencia en su aplicación, por lo que,

si

se

precisa,

se

deberán

constituir

equipos

de

trabajo

pluridisciplinarios (técnico de seguridad, ingeniero del proyecto, ingeniero de proceso, etc.).


Página 80

Asimismo, los árboles de fallos también se usan para evaluar la probabilidad de fallo en sistemas y componentes donde la probabilidad de fallo es una combinación de varios factores o eventos subyacentes. Por tanto, la explotación de un árbol de fallos puede limitarse a un tratamiento

cualitativo

o

extenderse

hasta

una

cuantificación

de

probabilidades de ocurrencia del evento estudiado cuando existen fuentes de 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

E1

Puerta “Y” El suceso de salida (S) ocurrirá si, y sólo si ocurren todos los sucesos de entrada (E1, E2). E2

Figura 18- Símbolos utilizados en los Árboles de fallos


Página 81

D V1

B1

V3 R abierta

V2

R

B2

V4

Insuficiente nivel en D1

C Fallo de V3

Sistema de bombeo de agua de una cisterna a un tanque elevado

cerrada

• R: Válvula de retención. Impide que las bomba queden en seco

Fallo de P1

• V1,V2, V3, V4 : Válvulas. Aíslan su ramal cuando hay que reparar la bomba correspondiente • B1,B2: Bombas

No llega agua a D2

Fallo de V3 cerrada

• 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 agua


Página 82

2.2 Análisis con árbol de sucesos El análisis mediante árbol de sucesos o eventos o Event Tree Análisis (ETA) se utiliza para combinar varias consecuencias diferentes de un modo de fallo con una consecuencia típica o esperada. Por ejemplo, la consecuencia económica asociada a una fuga en un tanque, depende fuertemente del tamaño de la fuga, de si hay ignición, etc. El árbol de eventos se usa en este caso para determinar una consecuencia económica típica asociada a una fuga. Esta técnica del árbol de sucesos, desarrolla un diagrama gráfico secuencial a partir de sucesos "iniciadores" o desencadenantes de incidencia significativa y por supuesto, indeseados, para averiguar todo lo que puede acontecer, y en especial, comprobar si las medidas preventivas existentes o previstas son suficientes para limitar o minimizar los efectos negativos. Evidentemente tal suficiencia vendrá determinada por el correspondiente análisis probabilístico que esta técnica también acomete. El árbol de sucesos ha sido muy utilizado tradicionalmente en las industrias nuclear, aeronáutica y química.


Página 83

Nivel principal

P1

P(n-1)

Pn

P1,1

C1,1

P1,2

C1,2

C1

● ● ●

CdF

Subnivel 1

● ● ● P1,k

CdF

C1,k E ,i

=

k

∑

j=1

Pi , j • C i , j

Cn-1

Cn

Figura 20- Árbol de sucesos

El árbol de eventos se puede utilizar para analizar las consecuencias de un fallo o como apoyo al análisis de expertos. El nivel de detalle introducido en un árbol de eventos depende del nivel de riesgo que se quiera estudiar. Para equipos estáticos se pueden encontrar en la literatura ejemplos de árboles e inputs estadísticos. Asimismo, existen numerosas herramientas informáticas para determinar las consecuencias de fallo. El proceso de desarrollo general de los árboles de sucesos consta de las siguientes etapas.


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.


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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.


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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.


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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.


Página 88

La Figura 21 muestra un ejemplo simplificado de un árbol de sucesos correspondiente a la rotura de una tubería del circuito primario en una central nuclear:

Figura 21- Ejemplo árbol de sucesos [ASOC96]


Página 89

2.3 Modelo “Bow tie” El modelo “Bow tie” se utiliza para combinar los mecanismos potenciales de degradación con las consecuencias de fallo, es decir, para unir la evaluación de la PdF con la evaluación de la CdF. La ventaja de este modelo es la simplicidad con la que se pueden identificar diferentes escenarios y la visualización de las relaciones causaefecto. Este método está más orientado al control del riesgo que a un análisis cuantitativo detallado de este.

Fallo o evento principal del que se analizan la probabilidad y sus consecuencias para definir el riesgo asociado a dicho evento

Árbol de Fallos Análisis de las probabilidades de fallo

PdF

Evento

Árbol de Consecuencias Análisis de las consecuencias de fallo

CdF

Modelo “Bow-tie” Figura 22- Modelo Bow-Tie


Página 90

La Figura 23 muestra un ejemplo de un modelo “Bow tie”:

ESCENARIO Mecanismos de daño

Efecto del fallo

Causas de fallo

P1

Composición química errónea

Fallo protección explosión

Baja fuerza/

Fabricación/ Reparación defectuosa

resistencia del material

•Parada de la planta. •Pérdida de producción •Costes de reparación

Daños al personal de la planta

P32

Servicio de largo plazo (sobrecalentamiento)

Alto número de arranques

Consecuencias P31

Cracking por fatiga durante el servicio

Daño por fatiga en servicio (cracking)

Ciclos operacionales severos/rápidos

P31

P2

Fuga de vapor

Parada de la planta. •Pérdida de producción •Costes de reparación


P32

Factores de baja seguridad

P31

P3

Excesivo estrés permitido

Fallo del depósito de emergencia

Estrés elevado

Aumento de estrés / Geometría local

P32

Suceso no deseado

Árbol de fallos

Parada de la planta. •Pérdida de producción •Costes de reparación


Árbol de sucesos/consecuencias

Figura 23- Ejemplo de un modelo Bow-Tie

2.3.1 Escenario Creíble y Escenario del caso peor Supongamos que el modelo “Bow-tie” se ha desarrollado para un modo de fallo, es decir, que el árbol de fallos y el árbol de sucesos ha sido dibujado. Entonces

se

pueden

definir

los

diferentes

escenarios

para

el

correspondiente modo de fallo, trazando diferentes rutas desde la causa raíz/mecanismo de daño hasta la consecuencia en el modelo “Bow-tie”. Se pueden definir diferentes tipos de escenarios basados en como se combinan

la

causa

raíz/mecanismos

de

degradación

con

las

consecuencias.


Página 91

ƒ

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.

ƒ

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 fallo asociada con el mecanismo de degradación o causa raíz (PdF degr) se combina 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 está basada en la relación entre la evaluación de la probabilidad del fallo y la evaluación de sus consecuencias.

PdF

R

PdF

C

a erad p s dF e

or o pe s a c CdF

CdF

Figura 24- Escenario del caso pero creíble Vs Escenario esperado


Página 92

Determinar el riesgo como se ha explicado anteriormente proporciona una definición consistente de riesgo durante todo el análisis. Otra posibilidad sería combinar la PdF asociada a la causa raíz o mecanismo de daño con la consecuencia de fallo asociada al caso creíble peor, (CdF caso peor). En este caso el riesgo estimado será demasiado conservador. Si se utiliza el valor medio del PdF entonces se obtendría una definición de riesgo que no sería consistente durante todo el análisis. En

algunos

casos,

durante

la

evaluación

preliminar,

podría

ser

conveniente aplicar el escenario del caso peor creíble ya que es un método eficiente y conservador para determinar el riesgo.


Página 93

3

Probabilidad de Fallo

En instalaciones en las que se quiere optimizar la confiabilidad del proceso productivo y evitar accidentes de graves consecuencias, se hace hoy imprescindible conocer la probabilidad de que éstos acontezcan durante la vida del sistema. Ello obliga a la aplicación de técnicas de cuantificación del riesgo, como los árboles de sucesos y los árboles de fallos,

los

cuales

precisan

en

último

término

del

conocimiento

probabilístico de fallos y errores de sucesos básicos, a fin de poder establecer la adecuación e idoneidad de las medidas preventivas. Por estos motivos, los estudios de fiabilidad adquieren cada vez mayor relevancia en la actividad de prevención de los técnicos de seguridad y en general de los responsables de procesos u operaciones que puedan desencadenar situaciones críticas. En esta sección se exponen los métodos más comunes para la evaluación de las probabilidades de fallos, así como sus debilidades y puntos fuertes. También se describe como aplicar los métodos propuestos para la evaluación práctica de la PdF durante el análisis. En la sección 1 se mostraba como desarrollar la jerarquía técnica para una planta y como identificar las funciones, los modos de fallo, las causas de fallo y las causas raíz. Una vez se hayan identificado los modos de fallo (para los componentes activos) y los mecanismos creíbles de degradación para los componentes estáticos, el primer paso en la evaluación del riesgo es determinar la probabilidad de fallo (PdF).


Página 94

La probabilidad de fallo se define como la probabilidad de que ocurra el modo de fallo (de acuerdo con el modo de fallo dado) en un intervalo de tiempo definido T. El intervalo de tiempo deberá ser fijo durante todo el análisis (si no se hace así, los riesgos no podrán ser comparados entre ellos o según algún otro 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 ambos métodos. La Figura 25 muestra como la información histórica se combina con previsiones para obtener la probabilidad de fallo. A/R

J/E Valor de la PdF basado en juicio experto

Valor de la PdF estimada

Corrección experta del valor de la PdF

Valor de la PdF procedente del análisis de riesgos

Y/O


H/E Valor de la PdF procedente de datos históricos y estadísticos

Datos históricos (fallos anteriores, mantenimiento…)

Análisis estadístico

P/M Valor de la PdF procedente de predicciones y modelos


Futuro o predicciones (Comportamiento de componentes…)

Análisis estadístico

Figura 25- Elementos para determinar las probabilidades de fallo


Página 95

3.1 Tasa de Fallos. Mecanismos de Degradación Durante la planificación de la inspección y el mantenimiento es importante considerar como la PdF varía en función del tiempo. Podemos utilizar la tasa de fallos para definir este concepto. Antes de definir la tasa de fallos, hagamos un repaso a los conceptos básicos 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

f (t ) = •

dF ( 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 )


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: ∞

∞

0

0

MTTF = E [T ] = ∫ t f ( t )dt = ∫ R( t ) dt

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: h(t1 , t 2 ) =

R(t1 ) − R(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.


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 ) = = = t 2 →t 1 (t − t ) R (t ) R (t1 ) R (t1 ) R (t1 ) 2 1 1

h(t1 ) = Lim

•

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 de bañera (Figura 26): Cuando se inicia la vida del equipo, la tasa de fallos resulta ser relativamente alta (“mortalidad infantil”); una vez que todos los componentes se han acoplado, la tasa de fallos es relativamente constante y baja (etapa de “vida útil”); posteriormente, tras un tiempo de funcionamiento la tasa de fallos comienza a aumentar (periodo de “envejecimiento”) hasta que llega un momento en el que todos los elementos habrán fallado.


Página 98

Tasa de fallos

Período infantil

Etapa vida útil

Período de desgaste

T suele seguir aprox. una distribución weibull

T suele seguir una distribución exponencial

T suele seguir una distribución weibull

h(t)

R(t)

Weibull Β<1

Exponencial

Weibull Β>1 Tiempo

Figura 26- Curva de bañera

Las investigaciones actuales indican que existen muchos tipos de equipos o componentes que no presentan una tasa de fallos con forma de curva de bañera. Las curvas de deterioro de la Figura 27 se derivan de un estudio realizado sobre aviones civiles y muestra que sólo el 4% de los elementos estudiados siguen una tasa de fallos con forma de curva de bañera.


Página 99

Nuevos patrones de Tasa de Fallos Modelo

Modelo

Modelo

A B C

f(t) 4% Time Tiempo funcionamiento

f(t)

2% Time Tiempo funcionamiento

f(t)

5% Time


f(t) Modelo

D

7% Time Tiempo Tiempo funcionamiento

f(t) Modelo

E

14%

Time Tiempo Tiempo funcionamiento

f(t) Modelo

% de componentes que se ajustan al patrón

F

68%


Figura 27- Curvas de tasa de fallos para diferentes tipos de equipos

En la Tabla 11 se muestra la proporción de componentes que siguen los diferentes 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 degradación


Página 100

La razón de que el 68% de los componentes sigan la curva del modelo F es probablemente que los equipos se reemplazan antes de finalizar su vida útil o que estos son sometidos a una reparación o mantenimiento severo. Estos datos muestran la importancia que tiene el tener en cuenta las tasas de fallos de los equipos a la hora de elaborar un plan de mantenimiento o inspección. Si la tasa de fallos sigue el modelo F, entonces las actividades de mantenimiento preventivo no son eficaces ya que no previenen los fallos. Los equipos estáticos siguen fundamentalmente los patrones “A” o “F”, aunque existen pocos datos estadísticos. Para muchos mecanismos de degradación 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 una combinación de dos patrones de fallo diferentes, uno de los cuales contiene mortalidad infantil y el otro muestra una probabilidad de fallo que aumenta con la edad. Incluso se puede considerar un tercer período (la parte central de la bañera) donde se produce fallos de manera aleatoria.

Fallos aleatorios

Mortalidad infantil

Zona de agotamiento

Vejez

Figura 28- Patrón de fallo “A”


Página 101

Patrón de fallo “B” Este patrón de fallo muestra una probabilidad de fallo constante o en ligero aumento y una zona final de agotamiento donde la probabilidad de fallo aumenta rápidamente. Un elemento que tenga que desarrollar una función, la cual le someta a un estrés o fatiga irá deteriorando su resistencia a dicho estrés hasta un punto en el cual, el elemento ya no puede desarrollar el rendimiento esperado y por tanto falla. Se suele relacionar la exposición total a la fatiga con la vejez del elemento. Esta conexión entre fatiga y tiempo sugiere que debe haber una relación directa entre el deterioro y la vejez de un 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 que elementos idénticos trabajando en condiciones iguales tienden a fallar alrededor de un valor denominado “vida media” de los componentes. Aunque no es inusual que aparezcan elementos que fallan de manera prematura. Se aprecia en la Figura 29, que la palabra “vida” puede tener dos significados diferentes. La primera sería “Tiempo medio entre fallos o MTBF”, lo cual indica la vida media de los componentes. La segunda estaría marcada por el punto en el cual se produce un incremento importante 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, la mitad de ellos ya habrán fallado, lo que puede conducir a consecuencias operacionales inaceptables. Por tanto, si lo que se busca es prevenir la mayoría de los fallos, es necesario intervenir al final de la vida útil del elemento, aunque esta sea menor que el MTBF (Tiempo Medio Hasta el Fallo).


Página 102

Función de densidad 0,35

Probabilidad de fallo

0,3 0,25

MTBF = 11.33

MTBF = 11,3

0,2

Vida útil = 8.5

0,15 0,1 0,05 0 1

2

3

4

5

6

7 8 9 Períodos

10 11 12 13 14 15

Probabilidad acumulada

Función de distribución 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

Vida útil

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15

Tasa de fallos MTBF Vida útil

Probabilidad condicionada de fallo

Zona de agotamiento

Períodos

Vejez

Figura 29- Patrón de fallo “B”


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Se puede concluir que para elementos que se rigen según el patrón de fallo ”B”, no se debe utilizar el MTBF para establecer la frecuencia de reemplazo o de las tareas inspección. Otro hecho a tener en cuenta es que reemplazando el componente al final de su vida útil, la media de vida de servicio de cada componente será menor que si lo hubiésemos dejado funcionando hasta el fallo. Esto provoca 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 presentan una relación “vejez-fallo”. Un ejemplo de un elemento que se comporta según este patrón puede ser el impulsor de una bomba que bombee un líquido moderadamente abrasivo. Patrón de fallo “C” Este patrón muestra una probabilidad de fallo creciente durante todos los períodos, pero sin alcanzar un punto en el que se pueda considerar al elemento como “desgastado”. La fatiga es la causa más probable que puede crear que una tasa de fallos tome esta forma. El fallo por fatiga está provocado por un estrés cíclico y la relación entre el estrés cíclico y el fallo está gobernada por la curva S-N que se muestra en la Figura 30.


Página 104

Amplitud media del estrés cíclico aplicado

El nivel de estrés S causará que el componente falle después de N ciclos S

N

Nº de ciclos de operación

Figura 30- Curva S-N

Parece que conociendo la curva S-N, se podría predecir con precisión la vida de un componente para una amplitud de estrés cíclico dado. Sin embargo, esto no es posible en la realidad porque la amplitud del estrés no es constante y la capacidad de resistir a la fatiga no es la misma para todos los componentes. Se demuestra que la función de densidad de elementos de este tipo, se puede ajustar aceptablemente a una distribución de Weibull de parámetro de forma β=2. Este patrón de tasa de fallos no está asociado únicamente a la fatiga. Por ejemplo, se ha descubierto que es válido para ajustar el fallo de aislamiento en los bobinados de los generadores. De la misma forma no todos los fallos relacionados con la fatiga se tienen que ajustar necesariamente a este patrón.


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Patrón de fallo “D” Este patrón presenta una probabilidad condicionada de fallo asociada a una distribución de Weibull de parámetro de forma 1≤β≤2. Patrón de fallo “E” Este patrón de fallo muestra una probabilidad de fallo constante durante toda la vida del componente. Representa componentes que fallan de una manera aleatoria independientemente del tiempo que lleven funcionando

Probabilidad de fallo

Función de densidad 0,16 0,14 0,12 0,1

MTBF = 5,9

0,08 0,06 0,04 0,02 0 1

2

3

4

5

6

7 8 9 Períodos

10

11

12

13 14

15

13

15

Probabilidad acumulada

Función de distribución 1 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

14

Períodos

Tasa de fallos


Vejez

Figura 31- Patrón de fallo “E”


Página 106

La Figura 31 muestra como una probabilidad condicionada de fallo constante implica una función de densidad y una función de distribución exponenciales. Este patrón no muestra en ningún momento un aumento significativo en la probabilidad de fallo condicionada y por tanto no se deberían contemplar sustituciones programadas. A pesar de que es imposible predecir cuando va a fallar un componente que se rige según este patrón, sí es posible calcular el tiempo medio entre fallos (MTBF) (ver Figura 31), pero no existe una “vida útil” como en el caso de otros patrones. El MTBF proporciona una base para comparar la fiabilidad de dos elementos diferentes que se rigan según este patrón de fallos. El componente que presente una mayor MTBF tendrá menos probabilidad de fallar en un período dado. Un ejemplo de componente cuyos fallos se presentan de una manera aleatoria son los rodamientos de bola. En general este tipo de componentes presentan una curva P-F (Curva de fallo potencial-funcional que se tratará más adelante) que muestra como el elemento comienza a deteriorarse hasta el punto en el que puede detectarse (punto P) y después si no se corrige sigue deteriorándose hasta que llega al punto correspondiente al fallo funcional (punto F). Por tanto, al avisar antes del fallo, se podrán aplicar métodos de mantenimiento en condición para prevenir el fallo. Sin embargo, esto no quiere decir que el mantenimiento en condición se use solo en componentes que fallan de manera aleatoria. También se puede aplicar a elementos que fallen en relación a su tiempo de uso.


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Patrón de fallo “F” Este patrón es el más común de todos y el único en el cual la probabilidad de fallo decrece con la edad (a parte del caso “A” que es un caso especial como ya hemos comentado).

C

au

s sa

Mortalidad infantil

• Instalación incorrecta • Puesta en servicio defectuosa • Operación incorrecta • Mantenimiento innecesario • Mantenimiento excesivamente invasivo • Mala preparación • Diseño defectuoso • Fabricación defectuosa


Vejez

Figura 32- Patrón de fallo “F”

La forma del patrón de tasa de fallos “F” es tal que la probabilidad más alta de fallo ocurre cuando el equipo está nuevo o justo después de una revisión. Este fenómeno se conoce como “mortalidad infantil” y tiene una amplia variedad de causas. Las tareas de mantenimiento rutinario innecesarias o demasiado invasivas son responsables en muchos casos de la mortalidad infantil de un equipo. Se debe evitar realizar tareas innecesarias y seleccionar aquellas que menos perturban el funcionamiento de los equipos. Se debe reducir el mantenimiento rutinario al mínimo esencial, lo que significa menos intervenciones desestabilizadoras, sin que ello suponga la aparición de fallos que podían haber sido anticipados o prevenidos. La premisa de “mantener lo mínimo posible” cada día toma más importancia


Página 108

3.2 Modelado de la Tasa de Fallos Los modelos estadísticos que más comúnmente se utilizan para modelar el tiempo transcurrido hasta el primer fallo (tasa de fallos vistas en el apartado anterior) son:

•

Distribución Exponencial

•

Distribución de Weibull

•

Modelos basados en la tasa de degradación (Modelos físicos)

Distribución Exponencial: se utiliza para modelar el tiempo transcurrido entre dos sucesos aleatorios no muy frecuentes cuando la tasa de ocurrencia, λ, se supone constante. En fiabilidad se usa para describir los tiempos de fallo de un dispositivo durante su vida útil, cuando a lo largo de ésta la tasa de fallos es (aproximadamente) constante.

h( t ) = λ = cte Una tasa de fallos constante significa que, para un dispositivo que no haya fallado con anterioridad, la probabilidad de fallar en el siguiente intervalo infinitesimal es independiente de la edad del dispositivo. Por tanto, las etapas de vida útil de los patrones de tasas fallos vistos con anterioridad que presenten un h(t) =cte se pueden ajustar a una distribución 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 (o entre dos fallos consecutivos, MTBF, si el dispositivo sigue funcionando):

α= MTBF = 1/λ.


Página 109

Observar, que aquí, α es el parámetro de escala, también llamado vida característica. La función de densidad de probabilidad (f.d.p) de una distribución exponencial es de la forma:

f(t) = λ e − λt

•

0 < t < ∞, λ > 0

Función de Distribución F(t)

F (t ) =

t

∫ f ( u)du = 1 − e

−λ t

0

•

Función de fiabilidad R(t)

R( t ) = P (T > t ) = 1 − F ( t ) = e − λ t •

MTBF ∞

MTBF = ∫ R( t ) dt = 0


1

λ

Página 110

f.d de una exponencial

f(t)

F(t)

f.d.p de una exponencial

t

t

Función de supervivencia de una exponencial

S(t)

h(t)

Tasa de Riesgo de una exponencial

t

t

Figura 33- Curvas de una distribución Exponencial

Una generalización de la distribución anterior sería la distribución exponencial bi-paramétrica, cuya f.d.p. es de la forma:

f(t,α , γ ) =

1

α

 tγ   

e α 

siendo α =

1

λ

>0

Donde 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 único parámetro.


Página 111

Distribución de Weibull: Se ha comentado anteriormente que la distribución exponencial se utiliza a menudo para modelar los tiempos de fallo cuando la tasa de riesgo (h(t)) es constante. Si, por el contrario, la probabilidad de fallo varía con el tiempo, resulta más apropiada una Weibull (de hecho la exponencial puede verse como un caso particular de la Weibull). La distribución de Weibull nos permite estudiar, cuál es la distribución de fallos de un componente clave de seguridad que pretendemos controlar, y que a través de nuestro registro observamos que los fallos varían a lo largo del 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 de fallos, tarea que quedará en manos del analista, pero al menos la distribución de Weibull facilitará la identificación de aquellos y su consideración, aparte de disponer de una herramienta de predicción de comportamientos. Esta metodología es útil para aquellas empresas que desarrollan programas 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 la bañera). Esta distribución viene caracterizada por dos parámetros:  (escala) y β (forma). Su f.d.p. es:

f(t) =

β t   α α 

β −1

e

  t  β   −     α  

0 < t < ∞, α > 0, β > 0

Se observa que cuando β =1, basta con tomar  =1/λ para obtener la f.d.p. de la distribución exponencial.


Página 112

La distribución de Weibull se representa normalmente por la función acumulativa de distribución de fallos F(t):

F(t) = 1 - e

 t −  α

∫

  

β

La tasa de fallos para esta distribución es:

βt λ (t ) =   α α 

β −1

Donde:  es el parámetro de escala, extensión de la distribución a lo largo, del eje de los tiempos β es el parámetro de forma y representa la pendiente de la recta describiendo 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.


Página 113

f.d F(t) Weibull para escala =10

f(t)

F(t)

f.d.p f(t) Weibull para escala =10

t

t Tasade deRiesgo Riesgoh(t) h(t) Tasa

Weibull para escala =10

Weibullpara paraescala escala=10 =10 Weibull

R(t)

h(t)

Función de supervivencia

t

t

Figura 34- Curvas de una distribución Weibull


Página 114

Distribución Lognormal: La f.d.p. de una distribución normal es no nula en todo el eje real (y no sólo en el semieje positivo). Por este motivo, el uso de la normal implicaría, que el fallo puede producirse antes del instante de timepo t=0. Para evitar esta inconveniencia que presenta la distribución normal, se puede utilizar en su lugar la distribución Log-normal. Se dice que una variable aleatoria T sigue una distribución Lognormal (de base e), de parámetros γ (localización) y α (escala), cuando su logaritmo neperiano Y=Log(T) se distribuye de forma normal con media γ y desviación típica α. Inversamente, dada una variable aleatoria Y ≈ N(π,σ), la variable aleatoria T=eY seguirá una distribución Lognormal (base e) de parámetros γ = µ (localización) y α = σ (escala), cuya f.d.p. será:

f(t) =

1

σ t 2π

e

    

−

1 2σ 2

 

 

ln(t ) − µ  2   

t>0

Siendo: µ: Parámetro de localización. Media aritmética del logaritmo de los datos o tasa de fallos σ: Parámetro de escala. Desviación estándar del logaritmo de los datos o tasa de fallos.


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 Lognormal


Página 116

La

distribución

lognormal

tiene,

principalmente,

las

siguientes

aplicaciones: 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 un modo 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 en cuenta,

el

deterioro

del

componente

que

conlleva

el

tiempo

de

funcionamiento (corresponde con el modelo E de la Figura 27) Por otro lado, los parámetros que se requieren para modelar la tasa de fallos utilizando una distribución de Weibull, son difíciles de determinar, en particular el parámetro de forma α, el cual también es difícil de interpretar. La ventaja de la distribución de Weibull es que permite tener en cuenta el deterioro del componente. Los parámetros de ambas distribuciones (exponencial y weibull) se pueden obtener también a partir de datos estadísticos de fallos extraídos del histórico de datos de la empresa.


Página 117

3.2.1 Asesoramiento experto Otra forma de evaluar las probabilidades de fallo, puede ser vía asesoramiento experto. Este proceso consiste en un equipo de trabajo encargado 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 que el elemento este sometido. El reto para el equipo del RBM será evaluar las diferentes 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.


Página 118

3.2.2 Evaluación de la probabilidad de fallo La metodología del RBM debe combinar la evaluación el riesgo para equipos estáticos y dinámicos, por tanto el riesgo debe ser medido de la misma forma para todos los equipos (ya sean estáticos o dinámicos). La probabilidad de fallos se define como la probabilidad de que ocurra un fallo en el período de tiempo definido por el análisis (función de distribución):

PdFT = F(T) = P(f < T) = Probabilid ad de que el equipo falle antes del instante T Donde T lo marca el espacio de tiempo definido por el análisis La probabilidad de fallo de los componentes activos se suele evaluar utilizando el tiempo Medio entre Fallos (MTBF) o el tiempo esperado entre fallos. Dado un componente activo y su tasa de fallos correspondiente λ, entonces obtenemos la PdF de la siguiente forma, ajustándolo a una distribución exponencial:

PdFT = 1 − e − λT Para valores de λT pequeños se puede aproximar:

PdFT = 1 − e − λT ≅ λT


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 provoca la utilización de un componente en standby

f ( x ) = P ( X = x ) = e −λ t

(λ t )x x!

siendo λ: frecuencia por unidad de tiempo

Número de sucesos x ocurridos en el tiempo t

x= 0,1,2,3...

Distribución binomial Probabilidad de fallo constante p

Componente standby que falla cuando es requerido para funcionar (failure to start)

n P ( X = x ) =   p x (1 − p ) n− x  x Siendo : x = 0,1,..., n n : Número de requerimientos

Número de sucesos de fallo x, del número total de requerimientos N

X : Número aleaorio de fallos p : Probabilid ad de fallo

n n!   =  x  x!( n − x )!

Componente standby que falla mientras está en estado standby o entre una inspección y la siguiente

“Tasa de fallos standby” o “standby failure rate” p = 1−

1 − eλ t λ t test

Número de sucesos de fallo x, durante el tiempo total de standby T

test

Siendo : λ : tasa de fallos standby t test : tiempo entre inspecciones

Tabla 12- Modelos típicos de probabilidad (1)


Página 120

Tipo de suceso

Modelo de probabilidad utilizado

Datos necesarios

Modelo exponencial Componente que falla mientras está en operación

f ( x) = 1 − e−λ t ≈ λ t siendo λ: tasa de fallos = cte

Número de fallos ocurridos en el tiempo total de operación T

t: Tiempo de operación

Indisponibilidad de un componente debido a inspección

p=

Indisponibilidad de un componente debido a mantenimiento programado (correctivo/preve ntivo). Indisponibilidad de un componente debido a mantenimiento no programado (componentes con monitoreo “on condition”) Componente standby que nunca es inspeccionado

p=

Tinspección Tentre inspecciones

Ten mantenimie nto Ttotal de operación

p=

µ Tm 1 + µ Tm

siendo µ : tasa de mantenimiento Tm : tiempo medio de corte por mantenimiento

Duración media de la inspección y tiempo entre inspecciones

Tiempo total fuera de servicio debido a mantenimiento mientras el sistema funciona y tiempo total de operación

Número de actuaciones de mantenimiento durante el tiempo T (para estimar µ).

f ( x) = 1 − e−λ t siendo λ: tasa de fallos stanby = cte t: Tiempo de exposición hasta el fallo

Número de fallos por unidad de tiempo standby

Tabla 13- Modelos típicos de probabilidad (2)


Página 121

Equipos estáticos

Sistemas de seguridad o en standby (Fallos ocultos)

X

(X)

Equipos activos/rotativos (fallos funcionales)

Métodos estadísticos Bayes Exponencial Weibull Gumble

X

X

(X)

X

Corrosión por picadura/ Estadísticas del valor extremo

Métodos físicos Corrosión

X

Crack/ fatiga

X

Deslizamiento

X

Degradación de las propiedades del material

X

Solicitación experta

X

Las fugas se tratan igual que los equipos estáticos

X

X

Tabla 14- Métodos utilizados para la evaluación de las PdF para los diferentes tipos de equipos (X=utilizado frecuentemente, (X) =se puede utilizar)


Página 122

4

Consecuencias del Fallo

La valoración de las consecuencias de fallo (CdF) tiene como objetivo principal evaluar el impacto de los modos de fallo. Si la ocurrencia de un fallo tiene consecuencias importantes, se realizarán esfuerzos

muy

considerables

para

eliminar

o

minimizar

dichas

consecuencias. Esto es especialmente importante en el caso de que el fallo pueda herir o matar a alguien o incluso si puede provocar efectos serios en el medio ambiente. Ocurre lo mismo con fallos que interfieren en la producción 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 se corria el fallo cada vez que ocurre. Este enfoque en las consecuencias conlleva la aplicación de una serie de etapas: 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 las consecuencias de fallo se puede basar en modelos físicos, métodos estadísticos, 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 consecuencias de 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 en la seguridad, en la salud, y en el medio ambiente, siendo voluntario evaluar las consecuencias económicas. De todas formas, si tenemos como objetivo, realizar una optimización de los

costes

de

mantenimiento

resulta

imprescindible

evaluar

las

consecuencias que el modo de fallo provoca en el negocio (consecuencias económicas). El método a utilizar para calcular las consecuencias del fallo (modelos físicos, métodos estadísticos o valoración experta) depende de las herramientas disponibles. Las

consecuencias

en

la

seguridad

se

pueden

evaluar

mediante

herramientas de simulación y existen métodos de referencia (normalmente leyes gubernamentales o regulación) para su validación. Las consecuencias en la salud suelen ser evaluadas mediante valoraciones expertas ya que no existen métodos de referencia para su valoración.


Página 124

Las consecuencias en el negocio se pueden modelar mediante análisis RAM (Reliability, Availability, and Maintainability) con el que se pueden asignar valores económicos a los fallos ocurridos. Normalmente, la utilización de valoración experta suele ser el método más eficaz para evaluar este tipo de consecuencias. Hemos visto anteriormente que las probabilidades de fallo (PdF) pueden se calculadas basándose en datos de otras compañías. Sin embargo, este método 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 distribución y situación de la planta, etc. Por lo tanto no existen modelos o datos genéricos para realizar valoraciones de CdF, sino que depende más del conocimiento interno que se tenga de la planta y del asesoramiento experto. A continuación se muestra una tabla que describe como pueden obtenerse los datos necesarios para evaluar las consecuencias de un fallo:


Página 125

Los fallos y accidentes ocurridos en el pasado pueden ser analizados para obtener históricos de datos.

1.Datos históricos

Dichos datos en general pueden ser: 9 Genéricos (agrupados en bases de datos) 9 Estadísticas de la compañía (datos provenientes de la instalación) 9 Resultados de un “benchmarking” 9 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)

2.Juicios expertos

3.Modelos

Las CdF son evaluadas en cooperación con expertos (Pueden ser expertos de la propia compañía o de fuera de la compañía). Los expertos pueden evaluar directamente las CdF o proporcionar los input a necesarios para un árbol de sucesos. Desarrollo de un modelo determinado para determinar las CdF.

Tabla 15- Fuentes de información para la evaluación de las CdF

4.1 Consecuencias en la Seguridad Un modo de fallo presenta consecuencias en la seguridad cuando provoca una pérdida de funcionalidad u otra circunstancia que pueda herir o matar a alguien. Existe un sentimiento creciente entre los trabajadores, dirigentes, clientes y entre toda la sociedad en general, de que la muerte o la lesión de alguna persona debido a una actividad industrial no es tolerable. Por tanto, se debe hacer todo lo posible para eliminar cualquier accidente que provoque consecuencias 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 diferentes tipos de accidentes potenciales en establecimientos industriales que pueden producir fenómenos peligrosos para las personas.


Página 126

Los accidentes potenciales se seleccionan a partir de un análisis e identificación 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 químicas

Normalmente, un accidente de estas características se produce a partir de algún suceso menor que trae como consecuencia la pérdida de estanqueidad de algún recipiente, depósito o tubería que contiene alguna sustancia, 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 de los casos el primer suceso consiste en una fuga incontrolada de producto. Si se trata de algún líquido, se vaporiza total o parcialmente, según cual sea su temperatura respecto a su punto de ebullición y ésta respecto al ambiente. En el caso de que reste alguna fracción en fase líquida, ésta se extiende al mismo tiempo que se evapora con más o menos intensidad, según su temperatura sea inferior o superior a la del sustrato sobre el que se extiende. Si además el líquido es inflamable, existe la posibilidad de que, por encontrarse una fuente de ignición en las proximidades del punto de fuga, se produzca un incendio del charco. Si éste es de grandes proporciones,


Página 127

provoca un flujo de calor radiante peligroso hasta distancias apreciables. También se producen grandes cantidades de humo y productos tóxicos y contaminantes. Si el incendio envuelve o rodea un depósito que contenga algún líquido inflamable bajo presión y dura el tiempo suficiente, puede ocasionar una explosión por expansión de vapor del líquido en ebullición, conocida como BLEVE según su acrónimo inglés. La rotura catastrófica de un depósito, provocando la fuga masiva de una sustancia inflamable, puede originar lo que se denomina bola de fuego, en el caso de que se produzca la ignición de la misma. Por otra parte, una BLEVE genera una serie de proyectiles de todas dimensiones, procedentes del depósito siniestrado que pueden causar graves daños en el entorno si las distancias de seguridad son demasiado pequeñas o las protecciones inadecuadas. Si el líquido que se derrama es tóxico, producto de su vaporización, puede generar una nube de características tóxicas para las personas que se encuentren en las proximidades del punto de fuga. Cuando se trata de líquidos inflamables que se evaporan o de fugas de gases más densos que el aire, la nube de gas se diluye en el aire existente, haciendo que en determinados instantes y zonas existan mezclas de combustible y comburente en condiciones de efectuar la combustión. Si en una de estas zonas se encuentra un punto de ignición puede desprenderse la cantidad de calor necesaria para acelerar la velocidad de combustión de forma que se produzca una explosión, denominada explosión de vapor no confinada o UVCE en su acrónimo inglés.


Página 128

También es posible si la cantidad premezclada es muy grande, que se produzca una llamarada o "flash fire", sin efectos explosivos, pero con una intensa 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 larga zona muy limitada transversalmente, con concentraciones de la sustancia progresivamente decrecientes al alejarse del origen de la fuga. En el caso de tratarse de gases inflamables, si se produce su ignición se forma un dardo de fuego o "jet fire" análogo a un soplete de grandes dimensiones, 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 ignición de la misma. Además de todo esto, existe la posibilidad de que todos estos fenómenos afecten, además de a los elementos vulnerables exteriores, a otros depósitos, tuberías o equipos de la instalación siniestrada, de tal manera que se produzca una nueva fuga, incendio o explosión en otra instalación diferente de la inicial, aumentando las consecuencias del accidente primario. Esta concatenación de sucesos con la propagación sucesiva de consecuencias es lo que se denomina efecto dominó. Todo este conjunto de accidentes posibles a partir de una fuga de gas o líquido se representa en el esquema de sucesos y consecuencias adjunto.


Página 129

Tipo de accidente

Suceso inicial

Consecuencias Ondas de presión

Explosión física o química

Explosión

Proyectiles Bola de fuego Radiación térmica

Sobre depósitos

Explosión BLEVE

Proyectiles Ondas de presión

Incendio de charco

Radiación térmica

Fuga de líquido o bifásica

Evaporación

Fuga de gas o vapor

Dispersión

Derrame al medio ambiente

Contaminación del medio ambiente

Explosión de vapor no confinada UVCE

Ondas de presión

Emisión

Sin consecuencias

Nube Tóxica

Efectos tóxicos

Dardo de fuego

Radiación térmica

Figura 36- Esquema de modelos para el análisis de las consecuencias en la seguridad

La mayoría de accidentes graves en los que intervienen sustancias peligrosas, comienzan con una fuga de su lugar de confinamiento (depósitos, tuberías, reactores, válvulas, bombas, etc.), por lo que hay que prestar una especial atención a este fenómeno. Generalmente, cuando se analiza una fuga se emplea el siguiente diagrama de trabajo:


Página 130

Modelo de Emisión

Modelo de Dispersión

Modelo de Ignición

Modelo de Efectos (humanos, equipos)

Figura 37- Flujograma para el análisis de una fuga

Estos modelos suelen considerar aspectos como:

•

Toxicidad

•

Inflamabilidad

•

Masa

•

Presión

•

Volumen

•

Densidad de afectados

Los modelos se utilizan para categorizar cada pieza de los equipos en un nivel 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 daño

Los porcentajes “X %” representan la probabilidad de mortalidad.


Página 131

Los niveles de distancia de daño se combinan con la densidad de afectados 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 debe tener en cuenta el número de personas (densidad de población) en el área del nivel de distancia de daño y la proporción de tiempo (presencia) que esas personas se encuentran en el área definida por el nivel de distancia de 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

seguridad Los modelos para evaluar las consecuencias de los fallos en la seguridad suelen ser de dos tipos:

•

Modelos Atributo

•

Modelos basados en principios prioritarios (modelos químicos/físicos básicos)


Página 132

Kint y API581 son ejemplos de modelos atributos y Phast/Safeti y Effects son modelos basado en principios prioritarios.

4.2 Salud Para la evaluación de las consecuencias en la salud, no existe un modelo similar al presentado en el caso del análisis de seguridad. Si se desarrollara un modelo similar al utilizado en el caso de la seguridad, se deberían identificar los aspectos que afectan a la salud y trasladarlos a un “índice de salud” que represente los efectos que un evento provocaría en la salud de las personas a largo plazo. Factores a tener en cuenta podrían ser el tamaño del escape, el tiempo de exposición y el área afectada.

4.3 Consecuencias Medioambientales No

existe

un

modelo

aceptado

para

evaluar

las

consecuencias

medioambientales como en el caso de las consecuencias de seguridad. Un modelo para la evaluación de las consecuencias medioambientales que provoca 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 ambiente

Las consecuencias medioambientales se pueden analizar

considerando

los costes asociados las emisiones: costes por multas y correcciones. Las


Página 133

multas se pueden considerar como el coste del daño medioambiental que la sociedad define. Las emisiones podrían también tener graves consecuencias de marketing, las cuales también deben ser incluidas en la evaluación de las consecuencias medioambientales.

Figura 39- Relaciones medioambientales en una instalación

La Figura 40 presenta un ejemplo de un árbol de decisión utilizado para determinar las consecuencias medioambientales. En este modelo se incluyen los siguientes costes: ƒ

Penalización. Depende de la legislación y su aplicación

ƒ

Publicidad. Depende del tamaño del incidente, del tipo de incidente, de los efectos visibles, la preocupación posterior, etc.

ƒ

Costes de reparación: o Salud: Cuidado de la salud de los afectados, corrección de los agentes contaminantes del área.


Página 134

o Tierra: Eliminación de la tierra contaminada, utilización de técnicas “in-situ”, aislamiento de la tierra contaminada. o Aguas

subterráneas:

subterráneas

Eliminación

contaminadas,

o

limpieza

eliminación

de de

aguas 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 no provoca contaminación en el suelo, aire o agua. De cualquier forma si podría requerir una limpieza dependiendo del tipo de fluido y donde se encuentre.


Página 135

Transporte de contaminantes a través del aire

No relevante Contaminación del aire/ Efectos en la salud Sí

No relevante

¿Medidas de protección de los suelos?

No

Reparación necesaria y posible Contaminación del suelo de la zona

No

Sí

¿Suelo permeable en Sí la zona? ¿Sustancia No

tóxicas?

Sí

Sí

No ¿Se forma vapor o Gas?

Sí

Contaminación del agua subterránea

¿Agua subterránea Sí alcanzable? No relevante

¿Suelo permeable fuera de la zona?

Sí

•Reparación Contaminación del suelo de fuera de la zona

¿Líquido?

¿Agua superficial cerca? No

No

•Publicidad •Sanción

No

No

COSTES

Sí

Contaminación del agua superficial fuera de la zona

No relevante

No relevante

Figura 40- Flujograma para evaluar las consecuencias medioambientales

4.4 Consecuencias Económicas Las consecuencias económicas pueden calcularse según la siguiente expresión:

CdFECONÓMICAS = C PP + C P + C S + C I Donde:

C PP = Coste por pérdida de producción C 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.)


Página 136

5

Evaluación del Riesgo

Consideramos el riesgo como la combinación de la probabilidad y la consecuencia de fallo. Una vez establecidos los modos de fallo y los escenarios, el riesgo se puede evaluar fácilmente. Una definición de riesgo puede ser:

Riesgo = Probabilidad del fallo(PdF) * Consecuencias del fallo (CdF)

El riesgo se puede representar de forma gráfica mediante un diagrama de riesgo, según se muestra en la Figura 41 o mediante una matriz de riesgos (descrita posteriormente).

Diagrama de riesgos: PdF

Riesgo en aumento

Probabilidad

(2)

to en sgo m e u i A er d

(3)

Riesgo (1)

R= K4> K3

R= K3> K2

R= K2> K1

Curvas de iso-riesgo

R= PxC =K1

CdF

1.

Reducción de la probabilidad de fallo

2.

Reducción de las consecuencias del fallo

3.

Combinación de ambas

Consecuencias

Figura 41- Diagrama de 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

riesgo

representado se asocia a un tipo de consecuencias representado en el eje horizontal. 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 tipos de consecuencias podrán ser englobados dentro de una sola matriz de riesgo. Sin embargo, en la mayoría de los casos, al menos será necesario distinguir

entre

consecuencias

económicas

y

el

resto

de

ellas

(consecuencias SHE). Para la utilización de la matriz de riesgo, se hace necesario definir un nivel de riesgo que sirva como criterio de aceptación. Dicho nivel, separa las áreas de riesgo aceptable e inaceptable. Actualmente, muy pocos países y organizaciones

industriales

han

decidido

unos

valores

numéricos

específicos para definir el nivel de riesgo aceptable (Ej. Holanda y Reino Unido).

Frecuencia acumulada (P)

1*10-1 1*10-2

Zona de riesgo inaceptable

1*10-3 Zona donde el riesgo debería estar cuidadosamente controlado

1*10-4 1*10-5 1*10-6

Zona de riesgo aceptable

1*10-7 1*10-8 1

100 10 Número de fallecimientos entre la población

1000

10000

Figura 42- Criterios de aceptación del riesgo


Página 138

5.1 La Matriz de Riesgo El diagrama de riesgo se puede utilizar como herramienta de apoyo a la decisión cuando se analiza el riesgo asociado a los diferentes modos de fallo. En el diagrama de riesgo, la PdF se dibuja en el eje de ordenadas y la CdF en el eje de abscisas. Si dividimos el diagrama de riesgo en una red mayada, obtenemos una matriz de riesgos con niveles de frecuencias de fallos, en el eje de ordenadas y niveles de consecuencias, en el eje de abscisas. La escala de probabilidades abarca cinco niveles, clasificados de "Muy baja" a "Muy alta". Dichos niveles se clasifican según dos categorías fundamentales, tiempo medio entre fallos (MTBF) y probabilidad (f). El valor del MTBF representa la frecuencia de fallos técnicos y (f) indica la probabilidad de que ocurra un fallo con consecuencias en la seguridad, salud o medio ambiente. Este valor (f) se utiliza para tener en cuenta que no todos los fallos provocan consecuencias en la seguridad, salud o medio ambiente. La

escala

de

severidad

permite

clasificar

los

fallos

según

sus

consecuencias (desde las que no tienen ninguna consecuencia más que su reparación, a las que tienen consecuencias catastróficas). Esta escala tiene en cuenta las consecuencias de los fallos sobre cuatro aspectos fundamentales:

•

Consecuencias en la Seguridad

•

Consecuencias en la Salud

•

Consecuencias en el Medio Ambiente

•

Consecuencias económicas


Página 139

Se debe tener en cuenta que las consecuencias en la salud y en la seguridad no se deben mezclar con las consecuencias económicas. Por tanto se necesita usar diferentes escalas en el eje de consecuencias o utilizar diferentes matrices de riesgo para cada tipo de riesgo (seguridad, salud, medio ambiente y negocio).

Probabilidad

Matriz de riesgos:

Consecuencias A

B

C

D

E

F

Muy alta

S

S

H

H

H

H

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 Riesgos

Sobre la matriz de riesgos, debemos definir el perfil de riesgos que estamos dispuestos a aceptar, trazando una línea que marcará el límite de aceptación. Dicho perfil quedará definido por la frontera entre las consecuencias que estamos dispuestos a aceptar y las que no, en función de una probabilidad determinada para su ocurrencia. Tras haber trazado el perfil de riesgo, trazamos también el perfil formado por las líneas inferiores de las casillas adyacentes a la línea de riesgo. Con ello, 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 inisibles,


Página 140

bien por la severidad de las mismas o bien por la probabilidad que tengan de ocurrir. No podemos itir 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 a la hora de aplicar metodologías de mantenimiento y para la optimización de puntos débiles (para determinar los rediseños a realizar para eliminar consecuencias inaceptables).


Página 141

Se puede apreciar en la matriz de riesgos que la situación óptima sería que todos los sucesos se situaran en la zona M o L. Sin embargo, no debemos olvidar que el proceso es dinámico y que se ha de adaptar a las circunstancias cambiantes del entorno. Por ello, cuando el entorno cambia puede también cambiar el perfil de riesgo y desplazarse hacia un lado u otro. Ante estos cambios, las políticas de mantenimiento que antes eran adecuadas 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

A

Sin efectos/ ningún herido

Sin efectos

Sin efectos

< 10 K€

B

Heridos leves/ Tratamiento médico

Posibilidad de problemas de salud temporales

Ligero daño dentro de una zona controlada

10-50 K€

C

Lesiones leves con hospitalización

Posibilidad de problemas de salud permanentes

Ligero daño, con una infracción o denuncia

50-100 K€

D

Lesiones importantes con daños irreversibles

Mucha probabilidad de problemas de salud permanentes

Efectos significativos con repetidas infracciones y muchas denuncias

100-250 K€

E

Discapacidad total permanente /De 1 a 3 víctimas mortales

Mucha probabilidad de problemas de salud permanentes con alguna víctima mortal

Efectos importantes con infracciones prolongadas y daños generalizados

250-300 K€

F

Múltiples víctimas mortales

Mucha probabilidad de problemas de salud permanentes con múltiples víctimas mortales

Efectos masivos con daños severos persistentes

> 500 K€

Tabla 17- Niveles de consecuencias de fallo

Anteriormente se ha comentado que las consecuencias en la salud y en la seguridad

necesitan

usar

diferente

escala

que

las

consecuencias

económicas. A continuación se propone un método que permite englobar los cuatro tipos de consecuencias, con el objetivo de utilizar sólo una matriz de riesgos para la evaluación de cada modo de fallo.


Página 142

A partir de la Tabla 18 obtenemos un nivel (A, B, C, D E o F) para cada uno de los cuatro tipos de consecuencias. Dichos niveles los podemos combinar según se muestra en la tabla siguiente, de forma que obtenemos un valor cuantitativo global (de 0 a 100) de las consecuencias del modo de

consecuencias económicas

fallo estudiado.

A

Máximo consecuencias de Seguridad/Salud/Medio Ambiente A B C D E 0 10 45 75 90

F 100

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 fallo

Asimismo, podemos transformar el valor cuantitativo obtenido en un nivel definitivo que nos sirva de entrada para la matriz de riesgos global. Para ello, utilizamos los valores numéricos obtenidos de la tabla anterior, donde 1 representa las mínimas consecuencias y 100 las máximas. 0 → 24 25 → 49 50 → 69 70 → 84 85 → 94 95 → 100

A B C D E F

Tabla 19- Niveles de consecuencias globales


Página 143

Los niveles de las probabilidades de fallo se tabulan según la Tabla 20

Definición

Nivel Muy alta

Alta Moderada

Baja

Muy baja

MTBF (años) y f

Ocurre varias veces al año en esta planta

f ≥ 0.1 MTBF <1 año

Ocurre al menos una vez cada tres años en esta planta

0.015 ≤ f < 0.1 1 ≤ MTBF ≤ 3

Ha ocurrido alguna vez en esta planta

0.01 ≤ f < 0.015 3 < MTBF ≤ 10

No ha ocurrido nunca en esta planta, pero es probable que ocurra según la experiencia en esta industria

0.005 ≤ f < 0.01 10 < MTBF ≤ 28

No ha ocurrido nunca en esta planta, y es improbable que ocurra según la experiencia en esta industria

f < 0.0005 MTBF > 28

Tabla 20- Niveles de probabilidades de fallo

Cuantificación del riesgo Para dar un valor numérico a las consecuencias, utilizamos los valores numéricos obtenidos de la Tabla 18, (donde 1 representa las mínimas consecuencias

y

100

las

máximas)

y

los

elevamos

al

cuadrado

expandiéndolos a un rango de 0-1000. La razón de elevar al cuadrado los valores, es que las consecuencias de las ocurrencias no se distribuyen de forma lineal. Es decir, una evolución de 25 a 35 en el nivel de consecuencias, no debe tener la misma importancia que pasar 85 a 95. De esta forma, elevando al cuadrado los niveles, obtendríamos una evolución de 625 a 1225 (una diferencia de 600) frente a una de 7225 a 9025 (una diferencia de 1800). Este proceso no tiene influencia en el ranking de riesgos que obtendremos pero sí, modifica la contribución que cada modo de fallo aporta al riesgo total de la planta.


Página 144

El riesgo para cada modo de fallo lo evaluamos de la siguiente manera:

Riesgo = Consecuencia *

1 MTBF (años) * 365

De tal forma que las escalas podrían quedar de la siguiente manera:

Probabilidad (MTBF años)

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 0

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: ƒ

Obtener valoraciones de riesgo para las principales funciones y modos de fallo. (Este es un método muy útil para documentar los riesgos identificados).

ƒ

Identificar los equipos más críticos, sobre los cuales, se deberán tomar acciones de reducción de riesgos.

ƒ

Determinar programas formativos que deben realizar los empleados.

ƒ

Evaluar los programas actuales de inspección y mantenimiento y sugerir la implantación de nuevos programas.


Página 145

ƒ

Evaluar la frecuencia con que se realizan las tareas de inspección y mantenimiento y sugerir nuevas frecuencias.

ƒ

Descubrir áreas con exceso o falta de mantenimiento.

ƒ

Indicar los cambios en el diseño que serían necesarios.

ƒ

Realizar Benchmarking con otras instalaciones parecidas.

Todo ello conduce al objetivo fundamental del RBM, conseguir una optimización

del

mantenimiento,

mantenimiento.

sin

que

la

Es

decir

confiabilidad

reducir

(fiabilidad,

el

gasto

en

disponibilidad,

mantenibilidad y seguridad) de la planta no sólo no se vea afectada, sino que incluso sea mejorada. A partir de los resultados obtenidos en la matriz de riesgo podemos proponer el tipo de mantenimiento que se debe aplicar al componente asociado al modo de fallo correspondiente, según se muestra en el esquema desarrollado en la Figura 45:


Página 146

¿ Zona H de la matriz?

¿Factible tareas proactivas, para reducir el riesgo? •Reducción de probabilidad •Reducción de consecuencias

Sí

Sí

•Mantenimiento proactivo, •Análisis Causa Raíz •Monitorización continua

No

•Rediseño obligatorio

•Mantenimiento predictivo/ proactivo •Monitorización de condición

No

¿Técnicamente factible y económicamente justificable tareas de revisión y resustitución al estado inicial para evitar el fallo?

Sí ¿Técnicamente factible y económicamente justificable la detección del fallo potencial durante el funcionamiento?

Sí

•Mantenimiento preventivo programado Sí

No

No

¿Técnicamente factible Sí y económicamente justificable tareas de sustitución programada o combinación de tareas No para evitar el fallo?

¿ Zona S de la matriz?

•Tareas de sustitución programadas o combinación de tareas

•Rediseño obligatorio

•Mantenimiento preventivo programado Sí

No

¿ Zona M de la matriz ?

Sí

¿Técnicamente factible y económicamente justificable tareas de revisión y resustitución al estado inicial para reducir la tasa de fallos ?

No •Mantenimiento correctivo •Mantenimiento rutinario •Funcionamiento hasta el fallo

¿Técnicamente factible Sí y económicamente justificable tareas de No sustitución programada o combinación de tareas No para reducir la tasa de fallos?

•Tareas de sustitución programadas o combinación de tareas

•Rediseño deseable

Figura 45- Diagrama de decisión


Página 147

Este marco de decisión cubre tres propósitos importantes: ƒ

Asegura una evaluación sistemática de las necesidades de las actividades de mantenimiento preventivo.

ƒ

Asegura una evaluación consistente a través de todo el análisis.

ƒ

Simplifica la documentación de las conclusiones alcanzadas.

El programa de inspección y mantenimiento resultante se establece para evitar fallos en los equipos y para satisfacer requerimientos estatutarios. Sin embargo, no se dirige a los fallos introducidos durante la operación o el mantenimiento o por factores externos (terremotos, inundaciones, etc). Criterio de aceptación Una vez que los planes de inspección y mantenimiento han sido implantados, se debe comprobar que la planta o las instalaciones satisfacen unos requerimientos de seguridad, salud y medio ambiente conocidos como criterios de aceptación. Estos criterios corresponden con la política concreta de la empresa y con las regulaciones nacionales e internacionales. En principio, los requerimientos internos de la propia compañía deberían ser más estrictos que la legislación. Los criterios de aceptación de seguridad, salud y medio ambiente suelen venir impuestos a nivel de toda la instalación o toda la compañía. En la planificación de la inspección y mantenimiento se deben analizar los criterios en cada nivel de los equipos. Esto se puede hacer de dos formas diferentes: 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 y


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 debe ser de las autoridades o del equipo de gestión de la planta y no del equipo de planificación de mantenimiento.


Página 149

6

Actividades de Mantenimiento y Reducción de Riesgos

Un objetivo fundamental del RBM es la identificación de actividades que reduzcan los niveles de riesgo. La reducción del riesgo se consigue mediante: ƒ

Reducción de la probabilidad del fallo (1).

ƒ

Reducción de las consecuencias del fallo (2).

ƒ

Una combinación de ambas (3).

PdF (2) (3)

Riesgo (1)

CdF

Figura 46- Formas de reducir el riesgo

Las

actividades

de

mantenimiento

e

inspección

influyen

fundamentalmente en la probabilidad de fallo. Sin embargo, conseguir modificar las consecuencias del fallo normalmente implica realizar cambios de diseño, lo cual no se consigue fácilmente en la fase operacional.


Página 150

Las actividades de reducción de riesgos se basan en encontrar tareas de prevención 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 su probabilidad). Asimismo,

se

puede

plantear

reducir

el

gasto

en

las

tareas

correspondientes 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 los siguientes factores: ƒ

Oportunidad para eliminar causas de fallo

ƒ

Riesgo del personal durante la ejecución de las actividades de inspección y mantenimiento

ƒ

Riesgo de introducir nuevas causas de fallo.

Este marco de decisión se muestra de forma gráfica en la Figura 47.

¿Se puede identificar una causa de fallo y su eliminación es efectiva en costes?

SI

NO

Implementar: • Procedimientos • Modificaciones • Condiciones de operación

Establecer una estrategia de mantenimiento

SI

¿La estrategia de mantenimiento implica bajo riesgo para el personal y no introduce nuevos fallos?

¿Es posible la sustitución de la estrategia de mantenimiento?

NO

Rediseño

NO

SI Aplicar

Figura 47- Marco de decisión para reducción de riesgos


Página 151

La experiencia en la industria petroquímica demuestra que eliminando las causas de fallo, se puede mejorar considerablemente el rendimiento de la planta. Las razones de esto, es que si se consigue erradicar las causas de fallo también eliminas el correspondiente fallo lo que lleva a aumentar el tiempo de disponibilidad de la planta y a disminuir el mantenimiento. De esta forma las actividades restantes de mantenimiento se pueden realizar de manera más eficiente y se puede aumentar la proporción de actividades de mantenimiento programado. Si no se puede sustituir una actividad de mantenimiento por técnicas de monitorización, se pueden tomar medidas organizativas como la formación con el fin de reducir los riesgos del personal durante el mantenimiento y los riesgos de introducir fallos durante le mantenimiento. Hemos visto anteriormente que a partir de los resultados obtenidos en la matriz 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 pueden tomar: ƒ

Mantenimiento rutinario

ƒ

Prueba/Inspección regular de funcionamiento (elementos stand-by)

ƒ

Mantenimiento preventivo

ƒ

Mantenimiento predictivo y basado en condición


Página 152

6.1.1 Mantenimiento Rutinario El mantenimiento rutinario comprende actividades de mantenimiento rutinario que no requieren cualificaciones, autorizaciones o herramientas especiales. El mantenimiento rutinario puede incluir: ƒ

Limpieza

ƒ

Apretar las conexiones

ƒ

Comprobar los niveles de líquidos

ƒ

Engrase

ƒ

Lubricación

ƒ

Observaciones visuales

ƒ

Etc.

El mantenimiento rutinario es efectivo a nivel de costes y proporciona una herramienta importante para detectar la degradación de componentes (vibración, ruido, olor, fugas, etc.). Por tanto ayuda a evitar la ocurrencia de fallos con consecuencias graves (seguridad, salud, medio ambiente, económicas). Por otro lado, El hecho de interrumpir el funcionamiento de los equipos para realizar mantenimiento rutinario puede introducir nuevos fallos en los equipos. Además, el personal que realiza el mantenimiento rutinario también está expuesto a ciertos riesgos.


Página 153

6.1.2 Inspección Regular de Funcionamiento de Elementos Stand-by Los sistemas de seguridad y repuesto no son como los demás sistemas, ya que sus modos de fallo más importante son los fallos ocultos. Estos sistemas por tanto, se prueban para verificar si estarán disponibles para funcionar en el momento que se les necesite. La disponibilidad requerida o el MFDT (Mean Fractional Dead Time) para estos sistemas de seguridad y repuesto se basa en el cumplimiento de unos niveles de riesgo aceptables. El intervalo de inspección para un sistema de este tipo viene dado por la fórmula:

τ=

2 ⋅ MFDT

λ

Donde: ƒ

τ es el intervalo de inspección/mantenimiento

ƒ

MFDT es el “Mean Fractional Dead Time” o disponibilidad requerida

ƒ

λ es la tasa de fallos.

La tasa de fallos, λ, se puede obtener a partir de la experiencia en la operación o a partir de bases de datos de fallos genéricas (OREDA). Sin embargo existen sistemas para los cuales resulta complicado obtener la tasa de fallos, como: ƒ

Botes salvavidas

ƒ

Bombas antifuego

ƒ

Generadores de emergencia


Página 154

Resulta más sencillo obtener datos de los fallos de los siguientes componentes: ƒ

Válvulas de seguridad

ƒ

Detectores de gas

ƒ

Detectores de calor

Con el fin de aumentar la base estadística del análisis, se deben agrupar los resultados de las pruebas realizadas a equipos similares de la planta bajo las mismas condiciones. Por ejemplo, se pueden agrupar todos los detectores de gas que se encuentran situados en una misma zona de la planta. De esta forma, la tasa de fallos específica observada en la planta se calcula a partir del número de pruebas fallidas y el número de pruebas. Ejemplo:

Sistema de seguridad

Unidades

Criterio de aceptación

Medida

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 seguridad

Si la tasa de fallos observada implica un riesgo superior al aceptable, se deberá reducir el intervalo de inspección. Si por el contrario la tasa de fallos observada implica un riesgo inferior al aceptable, se podría aumentar el intervalo de inspección.


Página 155

6.1.3 Fallos Relacionados con la Edad y Mantenimiento Preventivo En general, los patrones de fallo que relacionan la probabilidad de fallo con la vejez del componente se aplican a elementos muy simples o a complejos que sufren un modo de fallo dominante. En la práctica esto suele ocurrir en condiciones de desgaste directo, es decir, cuando el equipo está en o 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 y evaporación.

Figura 48- Patrones de fallo relacionados con la edad

La fatiga afecta a equipos que están sometidos a ciclos de carga de alta frecuencia (normalmente metálicos). La corrosión y oxidación depende de la composición química del equipo, de la protección que tenga y del ambiente en el que este funcionado. La evaporación afecta a disolventes y a los productos petroquímicos ligeros.


Página 156

Para reducir la incidencia de este tipo de modos de fallo, podemos realizar dos tipos de mantenimiento preventivo:

•

Tareas de revisión y resustitución al estado inicial

•

Sustitución programada

Los modos de fallo que se pueden ajustar a los patrones de fallo de la Figura 48, presentan una probabilidad alta de ocurrencia a partir del final de su “vida útil” (ver sección 3). En general, en este tipo de situaciones, es posible tomar alguna acción antes de que el componente entre en la zona de “desgaste” con el objetivo de evitar el fallo o al menos las consecuencias de este. Las tareas de revisión y resustitución al estado inicial son acciones cuyo objetivo es restaurar las capacidades iniciales de un componente cuando este llega a una edad específica, independientemente del estado aparente en el que se encuentre. En algunos casos no es eficiente económicamente o es simplemente imposible restablecer las capacidades iniciales de un componente, una vez éste, haya alcanzado el final de su vida útil. En esta situación, la capacidad inicial sólo se puede restablecer sustituyéndolo por uno nuevo. Las tareas de sustitución programada son acciones cuyo objetivo es reemplazar un componente por uno nuevo cuando este llega a una edad específica, independientemente del estado aparente en el que se encuentre.


Página 157

6.1.3.1 Tareas de Revisión en Equipos Rotativos Las tareas de revisión normalmente consisten en varias actividades aplicadas sobre elementos rotativos grandes. Las revisiones se suelen hacer en base a unos intervalos establecidos y sin haber llevado a cabo antes una evaluación en condición. El mantenimiento programado, por tanto es una actividad planificada pero puede ser también no planificada si se observan unas condiciones de funcionamiento anormales (vibraciones, etc..) o si el equipo ha estado funcionando fuera de su curva de operación y su probabilidad de fallo ha aumentado. Las revisiones se utilizan para identificar y retirar elementos que pueden provocar un daño. Las unidades rotativas grandes suelen ser vulnerables a una gran cantidad de fallos. Además, los fallos en equipos rotativos suelen tener un impacto económico grande porque presentan tiempos largos de reparación con costes muy elevados. Por este motivo la estrategia de revisiones es muy recomendable para equipos que presentan elementos rotativos. Se deberá tomar especial atención a las causas de fallo de consecuencias más altas y se deberían identificar indicadores eficientes de esas causas de fallo. Asimismo, los intervalos de inspección y mantenimiento se deben determinar basándose en las causas de fallo con los riesgos más altos. Con el fin de disminuir el riesgo durante las pruebas y revisiones de equipos rotativos, se deberían establecer barreras técnicas y organizativas para asegurar que no sea posible que se arranque la máquina.


Página 158

Las revisiones se suelen realizar en equipos como: ƒ

Turbo generadores

ƒ

Motores

ƒ

Turbinas

ƒ

Compresores

ƒ

Etc.

Las actividades típicas dentro de estas revisiones son: ƒ

Cambio de aceite

ƒ

Chequeo visual de apoyos, rodamientos y cojinetes

ƒ

Re-aseguramiento de las partes que se hayan aflojado.

ƒ

Etc.

6.1.4 Mantenimiento Proactivo y Tareas Predictivas Como

se

ha

estudiado

anteriormente,

los

últimos

avances

en

mantenimiento demuestran que los equipos complejos tienen mayor probabilidad de sufrir fallos aleatorios que los equipos simples. La complejidad de los equipos utilizados actualmente hace que en la práctica un número muy elevado y creciente de modos de fallo se ajusten a patrones como los que se muestran en la Figura 49:

Figura 49- Patrones de fallo no relacionados con la edad


Página 159

La característica más importante de los patrones representados en la figura anterior, es que después del período inicial, hay muy poca o ninguna 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. Por tanto realizar un mantenimiento preventivo programado deja de tener sentido

en

estas

circunstancias.

De

hecho,

realizar

revisiones

programadas podría aumentar la tasa de fallos introduciendo mortalidad infantil en sistemas que eran estables. La necesidad de prevenir los fallos para este tipo de sistemas, hace que se estén aplicando de manera creciente estrategias de mantenimiento predictivo y mantenimiento en condición.

6.1.4.1 Mantenimiento basado en la condición Aunque como se ha explicado en el apartado anterior, muchos modos de fallo no están relacionados con la edad de operación, la mayoría de ellos sí que dan algún tipo de aviso cuando el fallo esta a punto de ocurrir. Si este aviso se puede detectar a tiempo, entonces será posible realizar algún 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 se llama curva de fallo potencial-funcional o curva P-F, ya que muestra como el fallo comienza, se deteriora hasta un punto, a partir del cual puede ser detectado (punto “P” o punto de fallo potencial) y a partir de ahí, si no es detectado o corregido, continúa el deterioro (normalmente más rápido) hasta llegar al punto de fallo funcional (punto “F”).


Página 160

Punto donde comienza el fallo

Punto donde el fallo comienza a ser detectable (Fallo potencial)

P

Condición

Intervalo P-F

F

Punto donde se produce el fallo (Fallo funcional)

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”.


Página 161

Las tareas “en condición” se deben realizar con una periodicidad menor que el “intervalo P-F”. En caso contrario, se corre el riesgo de no detectar el fallo potencial antes de que se produzca el fallo funcional. Por otro lado, si realizamos las tareas “en condición” de manera demasiado frecuente, estaremos gastando recursos de forma innecesaria. En la práctica suele ser suficiente utilizar una frecuencia de inspección igual a la mitad del “intervalo P-F”. Esta frecuencia asegura que siempre se detectará el fallo antes de que ocurra, proporcionando además tiempo de reacción suficiente para actuar en la prevención del fallo. El intervalo de tiempo mínimo que podría quedar entre el descubrimiento de un

fallo potencial y la ocurrencia del fallo funcional se denomina

“intervalo P-F neto”. Este intervalo determina el tiempo disponible para realizar acciones que puedan evitar la ocurrencia del fallo o sus consecuencias.

Intervalo de inspección = 6 meses

Intervalo P-F 9 meses

P

Condición

Intervalo P-F Neto = 3 meses

F Tiempo

Figura 51- Intervalo P-F neto


Página 162

El Mantenimiento Basado en la Condición tiene las ventajas de que las piezas no son reemplazadas o reparadas hasta que sea absolutamente necesario y que el tiempo de parada de producción por mantenimiento es mínimo. Por otra parte, el CBM (Condition Based Maintenance o Mantenimiento Basado en la Condición) requiere un sistema capaz de interpretar las medidas tomadas y un modelo detallado del mecanismo de degradación de los componentes para ser capaz de predecir las probabilidades de fallo. Los tipos más comunes de CBM son: ƒ

Inspección del contenido de tanques

ƒ

Análisis de vibraciones

ƒ

Análisis de aceite

ƒ

Monitorización de los parámetros del proceso como temperatura y presión

6.1.5 Proceso Iterativo de Inspección Las inspecciones normalmente se realizan en tuberías y depósitos donde no hay o hay muy poca redundancia, por lo que cualquier fallo puede causar una considerable pérdida de producción. Además la mayoría de los accidentes con muertes en la industria petroquímica y en la industria de procesos están causados por explosiones provenientes de fugas de equipos presurizados. La principal razón para inspeccionar

los

equipos

presurizados

es

por

tanto

detectar

las

degradaciones que pueden provocar fallos con consecuencias potenciales graves (seguridad, salud, medio ambiente, económicas) con el objetivo de poder prevenir el fallo.


Página 163

Si las inspecciones revelan un daño mayor al esperado, entonces será necesario realizar inspecciones más exhaustivas. Los elementos con bajo riesgo no forman parte del proceso de inspección iterativo. La evaluación histórica inicial se realiza antes de que se desarrolle el programa de inspección y debe tener en cuenta los siguientes factores: ƒ

Resultados de inspecciones anteriores

ƒ

Procesos de daño

ƒ

Condiciones de operación

ƒ

Alcance de la inspección (probabilidad de detección)

El proceso iterativo de inspección se muestra en la Figura 52.


Página 164

Proceso Iterativo de Inspección Evaluación histórica Inicio

¾Resultados anteriores ¾Procesos de daño ¾Condiciones de operación ¾Alcance de la inspección

Programa de inspección Inspección NO

¿Programa de inspección efectivo? SI

Evaluación ¾ Nuevos descubrimientos

¾ Progreso del daño de los descubrimientos existentes ¾ Eficacia del alcance de la inspección ¾ Eficacia del método de inspección

Cambio de condiciones

Predicción

¾Actividades de mitigación ¾Sustituciones ¾Cambio de proceso

continuar con inspecciones

SI

PdF

NO

MTBF

Establecimiento de plan/estrategia para

CdF

X

¿Descubrimiento aceptable hasta la próxima inspección?

Figura 52- Proceso iterativo de inspección


Página 165

6.1.6 Proceso Iterativo de Revisión del Riesgo La efectividad del programa de inspección y mantenimiento debe ser evaluada regularmente. Si una unidad tiene un elevado número de fallos inesperados, entonces el mantenimiento tiene una efectividad baja. Si se observa algo inusual (vibración) o la unidad ha funcionado fuera de su curva de operación normal habrá que tenerlo en cuenta en la evaluación de la probabilidad de fallo (y de riesgo). El proceso iterativo de revisión se muestra en la Figura 53.

Proceso de análisis MTBF •Evaluación basada en históricos Inicio

Ev Cd alu F ac es ión tá t i c de o ri e

PdF •Anomalías descubiertas •Condiciones de operación inusuales

sg

os c

on

CdF

PdF MTBF

X

Nuevas actividades de mantenimiento (PM)

Cambio de condiciones

Evaluación factores de reducción de riesgos •Eliminación fallos repetitivos •Identificación avisos tempranos •Optimización intervalos mantenimiento

NO

¿Riesgo aceptable? SI

Actividad de mantenimiento (PM) habitual

Figura 53- Proceso iterativo de revisión


Página 166

Los siguientes factores podrían causar una efectividad pobre del mantenimiento: ƒ

Actividades o métodos de mantenimiento inapropiados

ƒ

Intervalos

inapropiados

para

las

actividades

o

métodos

de

mantenimiento existentes. Los nuevos métodos de mantenimiento deben tener como objetivo descubrir el desarrollo de los fallos lo antes posible con el fin de maximizar el tiempo de respuesta antes de que ocurra el fallo.


Página 167

6.2 Optimización del Mantenimiento La efectividad y la economía del mantenimiento preventivo puede maximizarse teniendo en cuenta la distribución de los tiempos de fallo de los elementos sujetos a mantenimiento y de la tendencia de la tasa de fallos del sistema. Habíamos definido como tasa de fallos o tasa de riesgo, la frecuencia (nº de ocasiones por año) en que un posible fallo se materializa. Si un componente tiene una tasa de riesgo decreciente, ninguna sustitución incrementará la probabilidad de fallo. Si por el contrario, la tasa de riesgo es constante, la sustitución no representará ninguna variación en la probabilidad de fallo y si un componente tiene una tasa de riesgos creciente, programando su sustitución en el momento adecuado se incrementará teóricamente la fiabilidad del sistema.

Figura 54- Relaciones entre la fiabilidad y los programas de sustitución.


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 cero

Todas estas consideraciones son teóricas. Se asume que las actividades de sustitución no introducen nuevos defectos y que las distribuciones de los tiempos de fallo están exactamente definidas. Sin embargo, es obvio que se debe tener en cuenta las distribuciones de los tiempos de fallo de los componentes en la estrategia de la planificación del mantenimiento preventivo. De cara a optimizar las sustituciones preventivas, es conveniente conocer los 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 pruebas Para conseguir una mejora continua del mantenimiento preventivo podemos 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 procedimientos

6.2.1 Optimización del Mantenimiento para Componentes Activos Para los componentes activos/rotativos donde los riesgos de seguridad, salud y medio ambiente son aceptables, las actividades de mantenimiento e inspección se optimizan con respecto al impacto económico. Suponiendo que el tiempo hasta el fallo se distribuye de forma exponencial, la distribución exponencial no se puede combinar con la optimización tradicional de costes. Por este motivo se recomienda realizar el siguiente enfoque:

Coste total equipos = Coste mant. preventivo + Coste Fallo

Para cada estrategia de mantenimiento (donde m1, m2, m3 …mi indican actividades e intervalos de mantenimiento preventivo) se puede determinar una tasa de fallos λ(mi), según se ilustra en la Figura 55.


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 de inspección 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 preventivo asociado al programa de mantenimiento mi.

λ(mi) = Número medio de fallos anuales que se producen cuando se aplica el programa de mantenimiento mi. El programa de mantenimiento que minimiza esta expresión es que el presenta el coste óptimo.


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 la relación:

λ (m i ) =

Se

podrían

utilizar

probabilidad

de

otros

fallo,

pero

1 MTTF(m)

modelos se

estadísticos

obtendrían

para

diferentes

modelar

la

fórmulas

de

optimización. El coste del plan de mantenimiento preventivo (Coste mant. Preventivo (mi)) se determina utilizando personas expertas de la planta y otras fuentes como los contratistas. Los juicios expertos también se pueden utilizar para determinar los costes esperados del fallo (Coste Fallo). A nivel de elementos, para cada elemento el objetivo es minimizar los costes totales (CTotal) en relación a las actividades y a los intervalos de mantenimiento como se muestra a continuación:

C total =

CA

τ

+ ∑i =1 λi (τ ) ⋅ C i n

Siendo: C Total : Costes totales CA : 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.


Página 172

Para obtener el intervalo óptimo de mantenimiento, derivamos respecto de

τ e igualamos a cero: dC total (τ ) =0 dτ

4000 3500

Euros

3000 2500 2000 Costes totales esperados

1500 1000

Costes por fallos

Costes por mantenimiento preventivo

500 0 1

3

5

7

9

11 13 15 17 19 21 23

Intervalo mantenimiento (meses) Figura 56- Curva del coste total esperado

Si se tienen que considerar los aspectos referentes a las consecuencias en la seguridad, salud y medio ambiente, entonces la planta se debería decidir por una estrategia de mantenimiento, mi tal que el riesgo asociado a esas consecuencias sea inferior al criterio de aceptación de la planta: Riesgo ( m) = Coste Fallo * λ(m i )


Página 173

6.3 Tasa de Fallos Después de la Reparación y de las Actividades de Inspección y Mantenimiento Las curvas de degradación que se describieron en la sección 3, mostraban como la tasa de fallos de un componente varía en función del tiempo desde que se pone el componente en uso hasta que falla. En estas curvas de degradación no se consideraban las actividades de mantenimiento. Para tener en cuenta la inspección y mantenimiento se debe decidir como se espera que quede el componente después de haberle realizado una tarea de inspección o mantenimiento. Podemos encontrar muchos modelos de reparación, pero los más utilizados son: ƒ

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.

ƒ

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 utilizan mucho en la práctica. Estos modelos proporcionan una medida de la eficiencia de la actividad del mantenimiento.


Página 174

La Figura 57 muestra los dos modelos de reparación para una bomba centrífuga con una distribución exponencial del tiempo hasta el fallo y una 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 fiabilidad R(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 va desde t=0 hasta el tiempo t, será: t

F (t ) = 1 − R(t ) = 1 − e

− ∫ z ( s ) ds 0

Siendo R(t): Función de fiabilidad Z(s): Distribución de fallos en función del tiempo.

1

Primer fallo First failure

Como antes del fallo Como nuevo

Fiabilidad Reliability

0.8 0.6

Pump (Bad as old after repair)

0.4

Pump (Good as new after repair)

0.2 0 0 1 2 2 3 4 5 6 6 7 8 9 10

Segundo fallo Second failure

Tercer fallo Third failure

TimeTiempo (years) (años)

Figura 57- Fiabilidad Vs Mantenimiento


Página 175

7

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Página 182

Capítulo 4 APLICACIÓN

DE

LA

METODOLOGÍA

DE

MANTENIMIENTO BASADO EN EL RIESGO A UN SISTEMA DE COMPRESIÓN DE GAS

1

Introducción

Un aspecto importante del RBM es que puede ser reutilizado para diferentes sistemas. Es decir, un estudio desarrollado para un sistema importante de la planta puede utilizarse como base para unidades similares que tengan las mismas funciones. La división funcional en subsistemas, la identificación de los modos de fallo y otros factores importantes pueden ser relativamente parecidos. Además, cuando se realicen modificaciones de sistemas o subsistemas, no hace falta volver a estudiar toda la descripción funcional, sino que bastará con revisar el desarrollo anterior. Recordemos que el MBR debe ser un programa trazable, documentado y sistemático. La probabilidad de ocurrencia y las consecuencias se deben actualizar para asegurarse de que reflejan la nueva configuración, el entorno económico y el personal del sistema a estudiar. A continuación, se va a realizar una aplicación del MBR a un sistema de compresión de gas de una refinería para analizar los diferentes subsistemas y su criticidad.


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 gas

Antes, durante y después de la compresión, el líquido condensado se separa del flujo de gas a través de los tanques de separación de condensado. El gas presurizado obtenido al final y el líquido condensado pasan entonces a otras áreas de la refinería donde seguirán siendo procesados. El enfriamiento del gas en los procesos intermedios y después de la compresión se realiza mediante intercambiadores de calor que están conectados a una torre de refrigeración. El sistema de refrigeración no será considerado en esta aplicación.


Página 184

La Figura 59 muestra el esquema del sistema funcional de compresión de gas que se va estudiar:

C1

T

C2

Salida Gas Entrada Gas

1º Sep Agua/Gas

2º Sep Agua/Gas

3º Sep Agua/Gas

Salida Líquido

Almac. Agua ácida

Almac. Agua ácida

Tratamiento de aguas

Figura 58- Esquema del sistema de compresión de gas

Según se aprecia en la figura, vamos a considerar cinco subsistemas a estudiar:

•

Subsistema turbina de vapor como fuente de alimentación

•

Subsistema de compresión

•

Subsistema de separación líquido/gas 1

•


•



Página 185

A continuación realizaríamos una lista de la planta, en este caso del sistema 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 fallo

Un ejemplo sería: 10000: Subsistema 1. 10200: Fallo funcional 2 del subsistema 1 10203: Modo de fallo 3, correspondiente al fallo funcional 2 del subsistema 1. De esta forma los subsistemas son listados con sus correspondientes índices, como se muestra a continuación: Subsistema 10000

Descripción Subsistema turbina de vapor como fuente de alimentación

20000

Subsistema de compresión

30000


40000


50000

Subsistema de separación líquido/gas 3 Figura 59- Subsistemas a estudiar

Cada subsistema debe de ser estudiado para identificar sus fallos funcionales y los modos de fallo que pueden causar cada fallo funcional. Para llevar a cabos este análisis sería deseable disponer de una base de datos con históricos de fallos. Aún así, no debemos olvidar que los históricos de fallos sólo muestran fallos que han ocurrido y no todos los que podrían ocurrir.


Página 186

Determinación del valor de las consecuencias Para dar un valor numérico a las consecuencias, utilizamos los valores numéricos obtenidos de la Tabla 23, (donde 1 representa las mínimas consecuencias

y

100

las

máximas)

y

los

elevamos

al

cuadrado

expandiéndolos a un rango de 0-1000.

Consecuencias Nivel

Seguridad

Salud

Medio Ambiente

Económicas

A

Sin efectos/ ningún herido

Sin efectos

Sin efectos

< 10 K€

B

Heridos leves/ Tratamiento médico

Posibilidad de problemas de salud temporales

Ligero daño dentro de una zona controlada

10-50 K€

C

Lesiones leves con hospitalización

Posibilidad de problemas de salud permanentes

Ligero daño, con una infracción o denuncia

50-100 K€

D

Lesiones importantes con daños irreversibles

Mucha probabilidad de problemas de salud permanentes

Efectos significativos con repetidas infracciones y muchas denuncias

100-250 K€

E

Discapacidad total permanente /De 1 a 3 víctimas mortales

Mucha probabilidad de problemas de salud permanentes con alguna víctima mortal

Efectos importantes con infracciones prolongadas y daños generalizados

250-300 K€

F

Múltiples víctimas mortales

Mucha probabilidad de problemas de salud permanentes con múltiples víctimas mortales

Efectos masivos con daños severos persistentes

> 500 K€

consecuencias económicas

Tabla 22- Niveles de consecuencias de fallo

A

Máximo consecuencias de Seguridad/Salud/Medio Ambiente A B C D E 0 10 45 75 90

F 100

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 fallo


Página 187

La razón de elevar al cuadrado los valores, es que las consecuencias de las ocurrencias no se distribuyen de forma lineal. Es decir, una evolución de 25 a 35 en el nivel de consecuencias, no debe tener la misma importancia que pasar 85 a 95. De esta forma, elevando al cuadrado los niveles, obtendríamos una evolución de 625 a 1225 (una diferencia de 600) frente a una de 7225 a 9025 (una diferencia de 1800). Este proceso no tiene influencia en el ranking de riesgos que obtendremos pero sí, modifica la contribución que cada modo de fallo aporta al riesgo total de la planta. Determinación del valor de la probabilidad El problema que puede aparecer a la hora de calcular la frecuencia de los modos de fallo, es la falta de datos históricos o que haya un número escaso de ellos. Esto se puede suplir o complementar con ayuda de juicios expertos. En general, a partir de un histórico de datos y con información adicional proveniente del personal de operación y mantenimiento con experiencia en la planta, se obtiene de forma satisfactoria toda la información necesaria para llevar a cabo el análisis y calcular los tiempos medios entre fallos (MTBF) o incluso las tendencias para próximo fallo. Calculo del Riesgo El riesgo para cada modo de fallo lo evaluamos de la siguiente manera:

Riesgo = Consecuencia *

1 MTBF (años) * 365

El cálculo, lo realizaremos utilizando una hoja excel, donde se muestran los modos de fallo y los fallos funcionales correspondientes a cada subsistema. Para cada modo de fallo se calcula un valor de probabilidad y


Página 188

de consecuencias, los cuales se muestran en forma de columna. Así mismo, se computa el valor del riesgo según la formula descrita anteriormente.


Página 189

2

Desarrollo del estudio

2.1 Subsistema turbina de vapor

Fallo de acoplamiento-diafragma Pérdida de presión del aceite lubricante Fallo válvula regulación de velocidad Desalineamiento turbina-compresor Fallo importante en los alabes

Pérdida total de la 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 Fallo del actuador

Pérdida de control de velocidad

Fallo de la válvula de entrada de vapor Pérdida de eficiencia de los álabes Fallo secundario de los álabes

Pérdida parcial de la potencia de la turbina

Figura 60- Árbol de fallos para el subsistema turbina


Página 190

Índice

Descripción

Consecuencia

MTBF (años)

Riesgo

10100 10101 10102 10103 10104 10105 10106 10107 10108 10109

Pérdida total de la potencia de la turbina Fallo de acoplamiento-diafragma Pérdida de presión del aceite lubricante Fallo válvula de regulación de velocidad Desalineamiento turbina-compresor Fallo importante en los álabes Agarrotamiento de cojinetes Rotura del eje Alta temperatura del aceite de lubricación Pandeo del eje

9025 9025 100 1225 4900 2500 1225 625 400

34 62 7 12 14 14 19 12 19

3,27 0,73 0,40 0,04 0,28 0,96 0,49 0,18 0,14 0,06

10200 10201 10202 10203

Fuga de vapor Fallo en junta/ empaquetadura Fallo de sellado externo Fisura/agrietamiento de carcasa por fatiga termodinámica. Creep

100 100 100

6 6 5

0,15 0,05 0,05 0,05

10300 Fuga de aceite 10301 Rotura de circuito de lubricación

1225

2

1,68 1,68

10400 10401 10402 10403

Pérdida de control de velocidad Fallo del controlador/ regulador Fallo del actuador Fallo de la válvula de entrada de vapor

1225 1225 625

12 12 12

0,70 0,28 0,28 0,14

10500 Pérdida parcial de la potencia de la turbina 10501 Pérdida de eficiencia de los álabes 10502 Fallo secundario de los álabes

625 100

1 2

1,85 1,71 0,14

Tabla 24- Hoja de análisis para el subsistema turbina


Página 191

2.2 Subsistema de compresión

Rotura o fuga en la impulsión del compresor Pérdida de presión del aceite lubricante Desalineamiento turbina-compresor Agarrotamiento de cojinetes

Pérdida total de la 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 del compresor

Pérdida parcial de la potencia del compresor

Figura 61- Árbol de fallos para el subsistema de compresión


Página 192

Índice

Consecuencia

MTBF (años)

Riesgo

6400 9025 1225 2500 4000 625 900

2 62 12 14 19 12 19

10,78 8,77 0,40 0,28 0,49 0,58 0,14 0,13

20200 Fuga de aceite 20201 Rotura de circuito de lubricación

5000

2

6,85 6,85

20300 Fuga exterior de gas 20301 Fuga en una línea partida 20302 Fuga en el sellado

8100 7225

2 2

20,99 11,10 9,90

20400 Pérdida parcial de la potencia del compresor 20401 Pérdida de eficiencia del compresor

2500

1

6,85 6,85

20100 20101 20102 20103 20104 20105 20106 20107

Descripción Pérdida total de la potencia del compresor Rotura o fuga en la impulsión del compresor Pérdida de presión del aceite lubricante Desalineamiento turbina-compresor Agarrotamiento de cojinetes Rotura del eje Alta temperatura del aceite de lubricación Pandeo del eje

Tabla 25- Hoja de análisis para el subsistema de compresión


Página 193

2.3 Subsistema de separación líquido/gas 1

Fuga de líquido en tuberías/depósito Corrosión Fisura/agrietamiento de carcasa/cuerpo/tubería

Pérdida de líquido en el tanque

Tornillos/pernos sueltos Fallo de junta/anillo/ empaquetadura/sellado

Rotura/Fuga de gas en tuberías/depósito Corrosión Fisura/agrietamiento de carcasa/cuerpo/tubería

Pérdida de gas en el tanque


Fallo del controlador de nivel

Fallo del controlador de nivel

Figura 62- Árbol de fallos para el subsistema de separación líquido/gas 1


Página 194

Índice

Descripción

Consecuencia

MTBF (años)

Riesgo

30100 30101 30102 30103 30104 30105

Pérdida de líquido en el tanque Fuga de líquido en tuberías/depósito Corrosión Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería Tornillos/pernos sueltos Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado

9025 6400 6400 4900 4900

3 9 8 5 10

16,41 8,24 1,95 2,19 2,68 1,34

30200 30201 30202 30203 30204 30205

Pérdida de gas en el tanque Rotura/Fuga de gas en tuberias/depósitos Corrosión Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería Tornillos/pernos sueltos Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado

9025 6400 6400 4900 4900

2 9 9 6 10

19,84 12,36 1,95 1,95 2,24 1,34

8100

3

7,40 7,40

30300 Fallo del controlador de nivel 30301 Fallo del controlador de nivel

Tabla 26- Hoja de análisis para el subsistema de separación líquido/gas 1


Página 195


Fuga de condensado en tuberías/depósito Corrosión Fisura/agrietamiento de carcasa/cuerpo/tubería






Rotura/Fuga en la línea/tubería de llenado del tanque

Fuga en la línea/tubería de llenado del tanque



Página 196

Índice

Consecuencia

MTBF (años)

Riesgo

8100 8100 8100 4900 4900

3 5 8 3 10

20,43 7,40 4,44 2,77 4,47 1,34

40200 Pérdida de agua ácida 40201 Fuga de agua ácida en tuberías/depósitos 40202 Corrosión

10000 9025

1,3 3

29,32 21,07 8,24

40300 40301 40302 40303 40304 40305

8100 6400 8100 4900 4900

1,5 7 8 3 10

25,89 14,79 2,50 2,77 4,47 1,34

8100

1,5

14,79 14,79

40100 40101 40102 40103 40104 40105

Descripción Pérdida de líquido en el tanque Fuga de condensado en tuberías/depósito Corrosión Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería Tornillos/pernos sueltos Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado


40400 Pérdida de gas en línea de llenado del tanque 40401 Rotura/Fuga en la línea/tubería de llenado del tanque



Página 197


Fuga de condensado en tuberías/depósito Corrosión Fisura/agrietamiento de carcasa/cuerpo/tubería



Fuga de agua ácida en tuberías/depósitos

Fuga de agua ácida Corrosión



Tornillos/pernos sueltos Fallo de junta/anillo/ empaquetadura/sellado Rotura/Fuga en la línea/tubería de llenado del tanque

Pérdida de gas en la línea de llenado del tanque



Página 198

Índice

Consecuencia

MTBF (años)

Riesgo

8100 8100 8100 4900 4900

1,5 5 6 3 6

29,64 14,79 4,44 3,70 4,47 2,24

50200 Pérdida de agua ácida 50201 Fuga de agua ácida en tuberías/depósitos 50202 Corrosión

10000 9025

3,5 3

16,07 7,83 8,24

50300 50301 50302 50303 50304 50305

8100 6400 8100 4900 4900

1,5 7 6 3 6

27,71 14,79 2,50 3,70 4,47 2,24

8100

1,5

14,79 14,79

50100 50101 50102 50103 50104 50105

Descripción Pérdida de líquido en el tanque Fuga de condensado en tuberías/depósito Corrosión Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería Tornillos/pernos sueltos Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado


50400 Pérdida de gas en línea de llenado del tanque 50401 Rotura/Fuga en la línea/tubería de llenado del tanque



Página 199

3

Resultados INDICE 40201 30201 40301 40401 50101 50301 50401 20301 20302 20101 30101 40202 50202 50201 30301 40101 20201 20401 40104 40304 50104 50304 40102 50102 50103 50303 40103 40303 30104 40302 50302 30204 50105 50305 30103 30102 30202 30203 10501 10301 30105 30205 40105 40305 10105 10101 20105 10106 20104 10102 20102 10104 10401 10402 20103 10107 10108 10403 20106 10502 20107 10109 10203 10201 10202 10103

TABLA CAUSAS DE FALLO DESCRIPCIÓN Fuga de agua ácida en tuberías/depósitos Rotura/Fuga de gas en tuberias/depósitos Rotura/Fuga en la línea/tubería de llenado del tanque Fuga de condensado en tuberías/depósito Rotura/Fuga de gas en tuberias/depósitos Rotura/Fuga en la línea/tubería de llenado del tanque Rotura/Fuga de gas en tuberias/depósitos Fuga en una línea partida Fuga en el sellado Rotura o fuga en la impulsión del compresor Fuga de líquido en tuberías/depósito Corrosión Corrosión Fuga de agua ácida en tuberías/depósitos Fallo del controlador de nivel Fuga de condensado en tuberías/depósito Rotura de circuito de lubricación Pérdida de eficiencia del compresor Tornillos/pernos sueltos Tornillos/pernos sueltos Tornillos/pernos sueltos Tornillos/pernos sueltos Corrosión Corrosión Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería Tornillos/pernos sueltos Corrosión Corrosión Tornillos/pernos sueltos Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería Corrosión Corrosión Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería Pérdida de eficiencia de los álabes Rotura de circuito de lubricación Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado Fallo importante en los álabes Fallo de acoplamiento-diafragma Rotura del eje Agarrotamiento de cojinetes Agarrotamiento de cojinetes Pérdida de presión del aceite lubricante Pérdida de presión del aceite lubricante Desalineamiento turbina-compresor Fallo del controlador/ regulador Fallo del actuador Desalineamiento turbina-compresor Rotura del eje Alta temperatura del aceite de lubricación Fallo de la válvula de entrada de vapor Alta temperatura del aceite de lubricación Fallo secundario de los álabes Pandeo del eje Pandeo del eje Fisura/agrietamiento de carcasa por fatiga termodinámica. Creep Fallo en junta/ empaquetadura Fallo de sellado externo Fallo válvula de regulación de velocidad

RIESGO 21,07 14,79 14,79 14,79 14,79 14,79 14,79 11,10 9,90 8,77 8,24 8,24 8,24 7,83 7,40 7,40 6,85 6,85 4,47 4,47 4,47 4,47 4,44 4,44 3,70 3,70 2,77 2,77 2,68 2,50 2,50 2,24 2,24 2,24 2,19 1,95 1,95 1,95 1,71 1,68 1,34 1,34 1,34 1,34 0,96 0,73 0,58 0,49 0,49 0,40 0,40 0,28 0,28 0,28 0,28 0,18 0,14 0,14 0,14 0,14 0,13 0,06 0,05 0,05 0,05 0,04

Tabla 29- Ranking de riesgos de las causas de fallo


Página 200

Como se puede ver en la Tabla 29 los contribuyentes más importantes de riesgo proceden de diferentes subsistemas y fallos funcionales. Cada línea del ranking de riesgo proporciona la contribución de riesgo que cada causa de fallo aporta al riesgo total del sistema. Por tanto, actuando sobre las causas de fallo se podrá modificar el riesgo global. Existen fallos basados en el equipo o combinación de fallos que pueden ser prevenidos o causados según la manera que las personas interactúen con el sistema a través de tareas de mantenimiento o procedimientos operacionales. El ranking de riesgos muestra la importancia que cada fallo tiene en relación a los otros. En la Figura 65 se muestra el mismo ranking de riesgos, pero está vez representado en forma de gráfico ordenado. En el eje de abcisas se representan los índices de las causas de fallo. En el eje de ordenadas se sitúan los valores de riesgo calculados. Las causas de fallo situadas en el extremo derecho del gráfico presentan un riesgo muy bajo y que además disminuye rápidamente. Los valores de riesgo tienen un rango desde 0.04 hasta 21.07, lo que significa una diferencia de varios órdenes de magnitud. Esta diferencia puede ser todavía bastante mayor, dependiendo del sistema que estemos analizando, ya que en un análisis de riesgos estamos considerando tanto los fallos rutinarios como los fallos muy improbables. De la misma manera, las consecuencias pueden aumentar de forma muy importante el rango de valores del riesgo. En general, el rango de los valores del riesgo se determina por la escala utilizada para calcular los valores de las consecuencias y probabilidades. Dicha escala suele ser específica para cada sistema.


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

Riesgo

20,00 15,00 10,00 5,00

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

0,00

Causas de fallo

Figura 66- Gráfico del ranking de riesgos de las causas de fallo


Página 202

El objetivo fundamental es modificar, mejorar y optimizar la forma de realizar el mantenimiento a partir de la información obtenida del análisis de riesgos. Utilizando esta información, se puede enfocar los esfuerzos al grupo de causas de fallo que presenten riesgos más elevados. La Figura 67 muestra el porcentaje acumulado del riesgo total que corresponde según nos movemos desde las causas de fallo con riesgo más alto hacia la derecha, incorporando sucesivamente al total cada causa de fallo correspondiente al índice mostrado en el eje horizontal. Se aprecia como el 80% del riesgo total está contenido únicamente en el 30% del número total de causas de fallo. Se ha demostrado que esta relación 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 80

Riesgo

70

15,00

60 50

10,00

40 30

5,00

20

Riesgo acumulado %

90

20,00

10

0,00 402 0 403 1 0 501 1 0 504 1 0 203 1 0 301 2 0 502 1 0 303 2 0 202 1 0 401 1 0 501 4 0 401 4 0 501 2 0 401 3 0 301 3 0 503 4 0 501 2 0 301 5 0 302 3 0 105 2 0 301 1 0 401 5 0 101 5 0 201 5 0 201 5 0 201 4 0 104 2 0 201 1 0 101 3 0 201 8 0 201 6 0 102 7 0 102 3 02

0

Causas de fallo

Figura 67- Riesgo acumulado (%) y ranking de riesgos de las causas de fallo


Página 203

Los valores de riesgo asociados a cada modo de fallo se pueden calcular sumando los riesgos de sus respectivas causas de fallo. El cálculo del riesgo asociado a cada modo de fallo sirve para mostrar como el riesgo se distribuye entre las diferentes partes funcionales del sistema estudiado. Esta información puede ser muy útil para el equipo encargado de diseñar el mantenimiento. MODOS DE FALLO

RIESGO

10100 10200 10300 10400 10500

TURBINA DE GAS Pérdida total de la potencia de la turbina Fuga de vapor Fuga de aceite Pérdida de control de velocidad Pérdida parcial de la potencia de la turbina

7,65 3,27 0,15 1,68 0,70 1,85

20100 20200 20300 20400

COMPRESOR DE GAS Pérdida total de la potencia del compresor Fuga de aceite Fuga exterior de gas Pérdida parcial de la potencia del compresor

45,48 10,78 6,85 20,99 6,85

30100 30200 30300

1º SEPARADOR LIQUIDO / GAS Pérdida de líquido en el tanque Pérdida de gas en el tanque Fallo del controlador de nivel

43,65 16,41 19,84 7,40

40100 40200 40300 40400

2º SEPARADOR LIQUIDO / GAS Pérdida de líquido en el tanque Pérdida de agua ácida Pérdida de gas en el tanque Pérdida de gas en línea de llenado del tanque

90,43 20,43 29,32 25,89 14,79

50100 50200 50300 50400

3º SEPARADOR LIQUIDO / GAS Pérdida de líquido en el tanque Pérdida de agua ácida Pérdida de gas en el tanque Pérdida de gas en línea de llenado del tanque

88,22 29,64 16,07 27,71 14,79

Tabla 30- Modos de fallo del sistema total de compresión de gas


Página 204

La Figura 68 muestra los riesgos asociados a los modos de fallo del sistema, calculados a partir de las causas de fallo. Se comprueba que generalmente la distribución obtenida para los modos de fallo tiene una forma más lineal que en el caso de las causas de fallo.

35,00 30,00

Riesgo

25,00 20,00 15,00 10,00 5,00

0

0

1020

1040

0

0

1020

0

1040

0

1030

0

1050

0

1010

0

2040

2020

0

0

3030

0

2010

0

5040

0

4040

0

5020

3010

0

0

4010

0

2030

0

3020

0 5030

4030

0

4020

5010

0

0,00

Fallos funcionales

Figura 68- Gráfico ordenado del ranking de riesgos de los modos de fallo

Sumando los riesgos asociados a los modos de fallo de cada subsistema, podemos calcular la contribución que cada uno de los subsistemas estudiados aporta a todo el sistema global de compresión de gas. La comparación

entre

subsistemas,

representada

en

la

Figura

69,

proporciona un “” al equipo que desarrolla el análisis, sobre como el riesgo se distribuye entre los subsistemas. El ranking obtenido debería coincidir con la percepción que tenga el grupo de expertos que lleven a cabo el estudio.


Página 205

100,00

Riesgo

80,00 60,00 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 global

En el estudio propuesto se comprueba que como era de esperar los subsistemas de separación de líquido/gas 2 y 3, son lo que presentan un mayor 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 de mantenimiento, ya que si dicho equipo va a utilizar el ranking de riesgos proporcionado por el análisis como una guía para el diseño del mantenimiento, se deben creer que los resultados son válidos. Si los resultados macroscópicos de riesgo no son consistentes con la visión que tengan los expertos de mantenimiento, entonces no se conseguirá el grado necesario de credibilidad para la aplicación práctica y será necesaria una revisión del análisis utilizado. A partir de los resultados detallados obtenidos en el estudio MBR, se deben establecer objetivos que proporcionen una base cuantitativa para medir la efectividad del programa de mantenimiento actual (PM/PdM) y obtener

información

de

como

y

donde

dirigir

los

recursos

de

mantenimiento. Esta base cuantitativa indica las causas de fallo a las que se debe prestar mayor atención y a cuales menos. Así mismo ayuda en procesos de decisión, como:


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 necesarios

Por último, podemos representar el riesgo asociado a cada una de las

90 00 92 50

82 50 85 00 87 50

77 50 80 00

70 00 72 50 75 00

65 00 67 50

57 50 60 00 62 50

50 00 52 50 55 00

42 50 45 00 47 50

35 00 37 50 40 00

27 50 30 00 32 50

20 00 22 50 25 00

12 50 15 00 17 50

75 0 10 00

25 0 50 0

0

Consecuencias

95 00 97 50 10 00 0

causas de fallo analizadas mediante una matriz de riesgos:

Probabilidad

1,00

10,00

100,00

Figura 70- Matriz de riesgo del sistema de compresión de gas


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 0

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 577 → 2 4 0 1

2401 → 4 7 6 1

4762 → 7 0 5 6

7057 → 8 8 3 6

Consecuencias

8837 → 10000

MTBF<1

1 ≤ MTBF ≤ 3

Probabilidad

3<MTBF ≤ 1 0

10<MTBF ≤ 2 8

Figura 72- Matriz de riesgos de la metodología aplicada al sistema de compresión de gas


Página 208

97 5 0 10 0 0 0

92 5 0 95 0 0

87 5 0 90 0 0

82 5 0 85 0 0

77 5 0 80 0 0

75 0 0

72 5 0

70 0 0

65 0 0 67 5 0

60 0 0 62 5 0

55 0 0 57 5 0

52 5 0

47 5 0 50 0 0

42 5 0 45 0 0

37 5 0 40 0 0

35 0 0

32 5 0

27 5 0 30 0 0

22 5 0 25 0 0

17 5 0 20 0 0

15 0 0

12 5 0

75 0 10 0 0

50 0

MTBF>28

0 25 0


0→ 576

La matriz de riesgos nos permite de forma sencilla: ƒ

Obtener valoraciones de riesgo para las principales funciones y modos de fallo. (Este es un método muy útil para documentar los riesgos identificados).

ƒ

Identificar los equipos más críticos, sobre los cuales, se deberán tomar acciones de reducción de riesgos.

ƒ

Evaluar los programas actuales de inspección y mantenimiento y sugerir la implantación de nuevos programas.

ƒ

Descubrir áreas con exceso o falta de mantenimiento.

ƒ

Realizar Benchmarking con otras instalaciones parecidas.

Todo ello conduce al objetivo fundamental del RBM, conseguir una optimización

del

mantenimiento,

mantenimiento.

sin

que

la

Es

decir

confiabilidad

reducir

(fiabilidad,

el

gasto

en

disponibilidad,

mantenibilidad y seguridad) de la planta no sólo no se vea afectada, sino que incluso sea mejorada.


Página 209

4

Referencias [MOUB97]


[JONE95]

Risk-Based Management Richard B. Jones, 1995

[KBCD02]

KBC. Driving Competitive Advantage, 2002

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John Latcovich. STRAP- A New Risk-based Análisis Tool for Steam Turbine Decision Making, 1997

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ABB Ltd. Machinery and rotating equipment integrity inspection guidance notes, 2003

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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, 1999


Página 210

Conclusiones En la actualidad y desde hace relativamente poco tiempo, el sector eléctrico se sitúa dentro de un nuevo marco liberalizado, donde nadie asegura la recuperación de costes a las empresas de generación. En esta situación la rentabilidad de la generación depende en gran medida de la capacidad de producir la energía a un precio competitivo sin alterar la confiabilidad (seguridad, fiabilidad, mantenibilidad y disponibilidad) de las plantas de generación. Mantener la capacidad productiva con un alto nivel de eficiencia se convierte en un factor fundamental para asegurar la rentabilidad económica de una planta de generación. En este nuevo marco, las actividades de mantenimiento cobran un protagonismo relevante, ya que son las encargadas de garantizar, al mínimo coste posible, que los elementos productivos desarrollen en todo momento la función para la que han sido diseñados. Además, el impacto de la liberalización del mercado de energía eléctrica no se limita solamente a los aspectos relativos a la eficiencia económica. Cada día toman más importancia temas como la seguridad laboral, el uso racional de la energía, la protección del medio ambiente o la calidad y seguridad del suministro eléctrico. Las nuevas metodologías de mantenimiento deben adaptarse a todas estas necesidades crecientes de la industria eléctrica. El mantenimiento por tanto no sólo afecta a la disponibilidad sino a todos los aspectos de la efectividad del negocio: La seguridad, la integridad ambiental, la eficiencia energética, la calidad de los productos y servicios al cliente.


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El mantenimiento actual está caracterizado por la búsqueda continua de mecanismos que permitan eliminar o minimizar la ocurrencia de fallos y/o disminuir las consecuencias de los mismos, minimizando los costes incurridos, es decir se juega con los dos factores de riesgo además del factor meramente económico. Las metodologías de evaluación de riesgos combinadas con modelos estructurales de confiabilidad y con datos genéricos y procedentes de las propias plantas de generación, proporcionan una base sólida para la toma de decisiones dentro de un amplio rango de usos para la gestión de los activos y la optimización de las tareas de mantenimiento. Especial importancia cobra la evaluación del riesgo ya que es la base utilizada para la toma de las decisiones. En este contexto el término “riesgo” no se limita únicamente al riesgo asociado a la seguridad, sino que refiere también a la disponibilidad y por tanto a los riesgos económicos. ¿Cómo y a qué coste es posible mantener la 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

de

mantenimiento y por tanto aumentar los beneficios sin que ello suponga un aumento en los niveles de riesgos de fallo en los equipos de la planta. Esta

metodología

consigue

ahorros

considerables

centrando

las

actividades de mantenimiento en los elementos verdaderamente críticos (se ha demostrado que aproximadamente el 80% de los riesgos en una planta están asociados únicamente al 20% de las actividades y elementos).


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El objetivo por tanto será identificar los riesgos más críticos y reducirlos o mantenerlos dentro de un nivel aceptable según el criterio adoptado. Este cambio de paradigma supone que es más importante conocer y controlar el 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 daño

Actualmente el mantenimiento que realizan muchas industrias en la práctica se basa en la tradición y en reglas prescriptivas. Estas prácticas están lejos de ser procesos optimizados donde las medidas de riesgo para la seguridad y el negocio estén integradas. Las nuevas metodologías para tomar decisiones basadas en el riesgo están cobrando mucha importancia en un amplio rango de sectores industriales y se ha probado que proporcionan una herramienta muy eficiente.


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Finalmente, tras el desarrollo de la metodología que se ha descrito en este proyecto, podemos concluir que la utilización del Mantenimiento Basado en el Riesgo en las plantas de generación de energía eléctrica proporciona una serie de beneficios importantes a la empresa, dentro de los cuales podemos 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 CosteBeneficio 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 importancia dentro del sector industrial y probablemente sea una de las metodologías de mantenimiento sobre la que más oigamos hablar en los próximos años.


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Manual Confiabilidad Plantas Generacion Energia Electrica Gestion Mantenimiento Riesgo Rbm k6h4i

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