Un nuevo enfoque del Análisis de Criticidad para la Lubricación de Maquinaria

Autor: Jim Fitch – Noria Corporation

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

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

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

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

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

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

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

Entender la conexión entre la confiabilidad y el riesgo.

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

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

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

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

Calculando la criticidad global de la maquina (CGM).

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

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

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

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

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

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

Factor de ocurrencia de falla.

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

Cociente de los elementos de confiabilidad.

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

Figura 3. Un ejemplo del cociente de los elementos de confiabilidad pre-EOR.
• Ciclo de trabajo de la máquina

El trabajo de la máquina es una compilación de las condiciones operacionales que pueden ocasionar  una  falla prematura.   Las máquinas con  una   alta  puntuación  son  aquellas   que operan  en o más allá de sus cargas nominales (indicadas en el manual  del fabricante), a alta presión,  a alta  velocidad  y están  expuestas  a altas cargas de choque  o ciclos de trabajo (intermitentes),  y poseen  otras condiciones mecánicas similares.

• Calidad/desempeño del lubricante

Un  lubricante   bien  seleccionado   extiende   la vida útil de la máquina, mientras que uno pobremente   seleccionado     la    acorta. Los beneficios  de un buen  lubricante  no son sólo reducir la fricción y el desgaste, sino también proteger la máquina  contra la corrosión, el aire atrapado, la formación de depósitos y la falta de lubricante. Por lo tanto, la calidad del lubricante in fluye directamente en la probabilidad de falla de la máquina.

• Efectividad de la lubricación

Muchas máquinas  fallan debido  a una  pobre lubricación más que por un mal lubricante. La lubricación se re ere a una serie de actividades y condiciones  entre las que se incluyen la frecuencia  de  re-lubricación,  los métodos de lubricación, el control de los niveles de lubricante, los procedimientos de lubricación y los métodos de inspección y control de la contaminación.

• Severidad del ambiente del  fluido

Esto  está   ampliamente  relacionado   con   el control  de contaminación.   La contaminación compromete la calidad del lubricante  y la condición  de  la lubricación.  Está relacionado con  el ambiente  de  trabajo   en  el  cual  se encuentra expuesta  la maquinaria  (y la severidad  de  dicha  exposición),  más  la efectividad de la máquina para excluir y eliminar los contaminantes del lubricante. Las máquinas que son bombardeadas con tierra, agua, materiales corrosivos, ambientes fríos/calientes y químicos del proceso  tienen  un ambiente de trabajo muy severo para el  uido.

• Sistemas de detección temprana

La tecnología  para  la detección  temprana de fallas también  impacta la probabilidad de falla. Esto se  logra  capturando fallas incipientes  o condiciones de causa raíz precursoras  de fallas. El análisis de aceite y las inspecciones diarias de la maquinaria son extremadamente e caces en la detección  temprana de fallas de una serie de problemas.

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

Matriz de criticidad global de la maquina y reducción del riesgo de su planta.

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

Figura 4. La matriz de Criticidad Global de la Maquinaria (CGM) incluye el Factor de Criticidad de la Máquina (FCM) sobre el eje de las X, el Factor de Ocurrencia de Fallas (FOF) sobre el eje de las Y, y cinco zonas de riesgo, cada una representada por un color diferente
Figura 5. Esta tabla muestra cómo los atributos de desempeño del EOR (Estado Óptimo de Referencia) in uyen directamente en el Cociente de los Elementos de Con abilidad (CEC)

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

Este es exactamente el propósito del Estado Óptimo de Referencia (EOR). La gura 5 muestra cómo los atributos de desempeño clave del EOR in uyen en los elementos que controlan la confiabilidad, los cuales a su vez influyen sobre la criticidad global de la máquina. Como se puede apreciar, todo está interrelacionado.

Adicionalmente, el análisis de modo y efecto de falla (FMEA  o  AMEF) puede   ser  usado   para asignar prioridad a las mejoras de los atributos del EOR. Para mayor información sobre cómo el FMEA o AMEF aplica   a   la  lubricación   de maquinaria, vea el artículo publicado en www.machinerylubrication.com/Read/17/fmea- process.

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

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

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


Figura 7. Esta gráfica del cociente de elementos de confiabilidad del EOR muestra cómo el Factor de Ocurrencia de Falla (FOF) mejoró de 8 a 1 luego de realizar algunas modificaciones.
¿Que significa todo esto?

En la edición de enero-febrero del 2013 de la revista Machinery Lubrication, escribí sobre  el Ciclo de  Adopción de  la Tecnología y los impedimentos para  adoptar  el estado  óptimo de referencia. La gente, en especial los gerentes, “van sobre seguro”. Si ellos no entienden que el riesgo  y las  recompensas están  relacionados con  la  confiabilidad de  la  máquina,  estarán reacios  a aceptarlo  y adoptarlo. La forma  de hacer la lubricación continuará “como siempre lo han  hecho”.  Esta es la cruda  realidad,  pero puede ser cambiada.

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

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


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