Metodologia AMFE: ¿Para qué sirve?

Siempre que sucede una falla, percibimos inmediatamente las consecuencias que esta tiene sobre los activos y los procesos productivos en general. Tiempos prolongados de inactividad, daños en los componentes internos de los equipos o altos costos de mantenimiento son algunos de los muchos efectos negativos de las fallas.

Es por ello que en esta guía técnica describiremos la función básica de algunos de los activos más comunes en la industria, sus fallas y cómo la metodología de el análisis de modos de fallas y efectos (AMFE) permite construir un historial de fallas sobre el cual se pueden proponer acciones correctivas preventivas.

¿Qué tipos de activos nos encontramos en la industria?

Los equipos pueden clasificarse de acuerdo a su función principal dentro de los procesos.

Motores eléctricos y generadores

Los motores eléctricos se encargan de transformar la energía eléctrica que viene de la red, en energía mecánica de rotación. Esta energía mecánica es utilizada para servir de fuerza motriz para otros activos como bombas, compresores, entre otros.

Por otra parte, los generadores hacen lo opuesto, convierten la energía mecánica en energía eléctrica y normalmente están conformados por un motor de combustión interna cuya rotación induce una corriente eléctrica en una bobina de acuerdo al principio de inducción electromagnética de Faraday.

Bombas y compresores

En el caso de las bombas, su función es transferir líquidos o fluidos desde un punto de origen (punto A) hasta un destino específico (punto B) a través de un sistema de tuberías. Estas funcionan generando un flujo mediante la aplicación de energía mecánica, como la rotación de un impulsor o una paleta, creando una diferencia de presión que impulsa el fluido a lo largo del sistema.

Em el caso de los compresores, estos están diseñados para aumentar la presión de un gas o aire mediante la reducción de su volumen, siendo este aire comprimido usado en herramientas neumáticas y sistemas de control de procesos.

Turbinas

Independiente de si la entrada sea de agua, vapor o gas, la función de las turbinas es convertir la energía cinética contenida en el flujo en energía mecánica rotacional.

En el caso de las turbinas de gas o vapor, el flujo entra al sistema a alta presión, siendo dirigido hacia las diferentes etapas de la turbina, expandiéndose, y provocando un aumento en la velocidad del flujo. Esta expansión del fluido impulsa los álabes de la turbina, generando un movimiento rotacional en el eje al que están acoplados. 

En cuanto a las turbinas de agua, la conversión de energia es la misma, solo que el agua (con cierta velocidad de entrada), golpea las palas de la turbinas que están montadas en un eje.

En ambos casos, la rotación del eje, es usada para la generación de energía eléctrica.

Intercambiadores de calor y ventiladores

Sean de tubos concéntricos, placas, de espiral o aletas, la función primordial de un intercambiador es transferir calor entre dos fluidos que no se mezclan entre sí, fluyendo en canales separados dentro del mismo. Allí, el calor se transfiere del fluido caliente al fluido frío a través de la pared del intercambiador.

Entre sus aplicaciones industriales están:

• Calefacción y refrigeración (hogares, edificios, industrias)

• Procesamiento de alimentos (pasteurización, esterilización, enfriamiento)

• Producción de energía (centrales eléctricas, plantas de energía solar)

• Industria química (reacciones químicas, síntesis de productos)

Por otra parte, los ventiladores más comunes en la industria son los de tipo axial o centrífugo y su función es desplazar aire caliente en linea recta para propósitos de refrigeración. Sin embargo, dependiendo de la rotación de las aspas, estos podrian funcionar para la extracción de humos, polvos o corrientes de aire caliente.

Tanques de almacenamiento, tuberías y valvulas

Los tanques son importantes para almacenar productos terminados o transitorios que son necesarios para otros procesos. Su llenado se realiza comúnmente a través de sistemas de tuberías que mueven el fluido a través de bombas.

Para transportar los fluidos de forma segura, es necesario el uso de las válvulas de control para regular el flujo, presión, cauldal u otras condiciones de proceso en sistemas de tuberías industriales.

Tableros de distribución eléctrica

Un tablero de distribución eléctrica, también conocido como cuadro eléctrico o caja de distribución, es un componente fundamental en una instalación eléctrica. Su función principal es distribuir la energía eléctrica de manera segura y eficiente a diferentes circuitos y dispositivos dentro de una instalación industrial, permitiendo controlar el encendido y apagado de los diferentes circuitos.

En el interior del tablero se encuentran diversos componentes, como interruptores automáticos, fusibles, disyuntores, contactores, medidores de energía y barras colectoras.

¿Cuáles podrían ser los diferentes modos de falla de tus activos?

Una falla es cualquier desviación identificable de la condición original de trabajo de un activo que resulta insatisfactoria para cualquier usuario en particular y a continuación te mencionamos los modos de fallas más comunes.

Desgaste mecánico

Sucede cuando existe fricción entre piezas móviles, contaminantes abrasivos y obviamente, falta de lubricación. Todo esto aumenta la fricción, pérdida de material, degradación de las superficies en contacto, reducción de la eficiencia, aumento del riesgo de falla de los componentes.

Sobrecalentamiento

Es causada por la fricción excesiva, refrigeración inadecuada o sobrecarga eléctrica entre los componentes, provocando la reducción de la efectividad de la lubricación, expansión térmica, desgaste acelerado, deformación de componentes, riesgo de incendio y daño eléctrico en los activos.

Desalineación

Ocurre cuando los ejes (tanto el motríz como el conducido) no están correctamente alineados de manera paralela o angular. Su causa más común es una instalación incorrecta de los equipos, asentamiento de la cimentación, pie suave en los apoyos o expansión térmica en la estructura del activo.

Como consecuencia, puede suceder el desgaste acelerado de los rodamientos, vibración excesiva, aumento del consumo de energía, riesgo de falla en los sellos o acoplamientos, así como la deformación en los ejes.

Desequilibrio

Ocurre cuando existe una distribución desigual de la masa en ejes, poleas, engranajes o cualquier elemento rotativo. En otras palabras, el desequilibrio ocurre cuando el eje de inercia de la masa no coincide con el eje de rotación, tal vez por defectos de fabricación o desgaste.

Si esta falla no es atendida a tiempo, puede generar vibración excesiva, daño estructural, desgaste acelerado en rodamientos y sellos, así como el aumento del consumo de energía del activo.

Sobrecarga

Cuando las cargas superan las capacidades para las cuales el activo fue diseñado, o cuando hay cambios abruptos en los parámetros de operación, puede ocurrir una sobrecarga en sus componentes. Esto puede resultar en aumentos de temperatura, mayor consumo de energía y un desgaste acelerado de os componentes internos del equipo.

Falla electrica

Es de las fallas que con más frecuencia suceden en el piso de fábrica y son las responsables de causar incendios, mal funcionamiento de los equipos, daños en cadena a otros componentes o activos, altos tiempos de inactividad y un gran riesgo a la seguridad.

Son causadas por picos de tensión o corriente, fallas en los aislamientos, así como fallas en el diseño de tableros y circuitos que energizan y sirven de protección para los activos.

Fallas en engranajes

Fatiga, picaduras en los dientes, desgaste, sobrecarga, corrosión, lubricación insuficiente y mal montaje son las causas de que se produzcan fallas en los engranajes. Como consecuencia, se produce un aumento de la fricción, pérdida de transmisión de par, daño a los dientes del engranaje, ruido, mal funcionamiento del equipo, así  como el riesgo de falla catastrófica.

Fallas en rodamientos

Los rodamientos son uno de los componentes más sensibles en las máquinas. Están compuestos por pistas y elementos rodantes que deben girar libremente y sin fricción entre sí. Fallas en su lubricación, selección y montaje incorrectos, así como desalineación, desequilibrio y sobrecarga en los ejes, pueden provocar un aumento de la fricción, sobrecalentamiento, vibración, pérdida de rotación y riesgo de daño secundario a otros componentes.

También está catalogada como una de las fallas que sucede con más frecuencia en motores eléctricos, bombas y compresores, dónde reemplazar este componente genera altos tiempos de inactividad.

Cavitación

Esta falla se manifiesta exclusivamente en equipos como bombas centrífugas, válvulas de control, sistemas HVAC (refrigeración) o intercambiadores de calor.

Esta se produce cuando la presión del líquido cae por debajo de su presión de vapor, provocando la formación de burbujas de vapor en el líquido. Estas burbujas pueden colapsar rápidamente cuando el líquido vuelve a una zona de alta presión, generando impactos violentos contra las superficies circundantes.

La cavitación es normalmente causada por altura de succión insuficiente en bombas, velocidades de flujo muy altas, cambios abruptos de presión, temperaturas extremas, impurezas en el fluido o mal diseño en los equipos.

Resonancia

Cuando las frecuencias naturales de la máquinas coinciden con las frecuencias de excitación externa, estamos en la presencia del fenómeno de resonancia, que básicamente genera una amplificación no deseada de las vibraciones. Ocurre con frecuencia en componentes como ejes, componentes rotativos o estructuras.

El AMFE como método de mejora contínua en el mantenimiento

El Análisis de Modo y Efecto de la Falla se basa en dos aspectos.

Modos de Falla: se refiere a las formas o modos en que algo podría fallar. Los fallas son cualquier tipo de errores o defectos, especialmente aquellos que afectan al cliente, y pueden ser potenciales o reales.

Análisis de Efectos: se refiere al estudio de las consecuencias de esas fallas.

En este análisis, las fallas se priorizan en función de la gravedad de sus consecuencias, la frecuencia con la que ocurren y la facilidad con la que pueden ser detectados, para luego tomar medidas que ayuden a eliminar o reducir las fallas, comenzando por los más prioritarias.

¿Cómo podemos implementar la metodología AMFE?

Antes de la implementación de la metodologia de Análisis Modal de Fallas y Efectos (AMFE), es necesario señalar que se debe crear un equipo multidiciplicar con un lider y con personas que conozcan de primera mano y tengan amplia experiencia sobre el sistema o equipo a estudiar.

1. Identificar la función del sistema o activo

En este primer paso es importante entender la función del sistema que se quiere analizar y establecer los límites para su estudio debido a que muchos sistemas podrian resultar complejos, por lo cual hay que delimitarlos correctamente. Por otra parte, se deben definir los objetivos del AMFE, como mejorar la confiabilidad, la seguridad o la calidad del sistema.

2. Determinar el modos de falla

Las modalidades de falla en el ámbito de los sistemas pueden presentarse de tres maneras distintas:

Falla del componente: Representa una degradación total o parcial en uno o varios componentes del sistema, resultando en una disminución significativa o completa de la funcionalidad.

Observación de la falla: Implica la identificación de señales o indicios que sugieren la posibilidad de que un componente o sistema falle en un futuro cercano, aunque aún no haya ocurrido una parada operativa.

Fallas de rendimiento: Cuando el rendimiento o funcionamiento del equipo se desvía considerablemente de los parámetros previamente establecidos, puede considerarse como un estado de falla, ya que no cumple con las expectativas y especificaciones requeridas.

3. Establecer los efectos potenciales de una falla

Los efectos potenciales derivados de tales fallas deben ser analizados en profundidad, en relación a factores cruciales como el tiempo de inactividad, la generación de desperdicio y las problemáticas vinculadas a la seguridad operacional.

4. Evaluar la gravedad de la falla

La calificación debe establecerse para cada efecto enumerado que varia de 0 a 10, siendo los efectos más graves los que contienen la calificación mas alta (normalmente 9 y 10). Por otra parte, el análisis debe comenzar con la función del subsistema que afectará la seguridad, las regulaciones gubernamentales y el tiempo de inactividad del equipo.

5. Establecer las Posibles Causas de la Falla

Identifique las causas de primer nivel que provocarán el modo de falla. Los datos para el desarrollo de las posibles causas de falla se pueden obtener de los registros de fallas, datos de garantía, informes de problemas (cosas que salieron mal, cosas que salieron bien), informes de intervenciones e historial de las órdenes de trabajo.

6. Clasificar el Nivel de Ocurrencia

La ocurrencia es la calificación correspondiente a la probabilidad de que el modo de falla ocurra dentro de un período de tiempo determinado. Lo siguiente debe considerarse al desarrollar las calificaciones de ocurrencia.

• Cada causa enumerada requiere una calificación de ocurrencia. Ranking de 0 a 10.

• Se pueden utilizar controles que evitarán o minimizarán la probabilidad de que ocurra la causa de la falla, pero no deben utilizarse para estimar la calificación de ocurrencia.

• Los datos para establecer las calificaciones de ocurrencia se pueden obtener de las órdenes de trabajo, indicadores como el MTBF, registros de fallas y de mantenimiento.

7. Calificar el Nivel de Detección de la Falla

La calificación de detección es el método utilizado para calificar la eficacia del control actual para detectar el modo de falla potencial o la causa. La escala para clasificar estos métodos se basa en una escala de 1 a 10.

Los controles se describen como aquellos elementos capaces de detectar el modo de falla o las causas de la falla, pudiendo ser controles de diseño o de proceso.

Un control de diseño se basa en pruebas u otros mecanismos utilizados durante la etapa de diseño para detectar fallas. Por otra parte, los controles de proceso son aquellos utilizados para alertar al personal de la planta que se ha producido una falla. Como ejemplo, podemos citar al Fracttal Sense como un control de proceso.

8. Calcular el Número de Prioridad de Riesgo (NPR)

El NPR es un método utilizado por el equipo de AMFE para clasificar los diversos modos de falla del equipo. Esta clasificación permite al equipo abordar la probabilidad más alta de falla y eliminarla cuanto antes.

Las calificaciones y los NPR en sí mismos no tienen valor ni significado. Deben usarse solo para priorizar la debilidad potencial de diseño de la máquina (modo de falla) para considerar posibles acciones de diseño para eliminarlas o hacerlas mantenibles.

Su calculo es un producto de la gravedad (G), ocurrencia (O) y detección (D) de la falla.

9. Establecer e Implementar las Acciones Recomendadas

Cada valor de NPR debe tener una acción recomendada, listadas en el tablero del AMFE, y diseñadas para reducir las calificaciones de gravedad, ocurrencia y detección.

Cuando un modo de falla/causa tiene una calificación de gravedad de 9 o 10, la acción recomendada debe ser considerada antes de la liberación de ingeniería para eliminar preocupaciones de seguridad.

En este paso, también es importante registrar la persona, departamento y fecha de finalización de la acción recomendada, así como su documentación. El AMFE es un documento vivo y debe reflejar las últimas acciones de mejora o diseño.

10. Recalcular el RPN

En el último paso del AMFE, se debe recalcular la gravedad, la ocurrencia y el nivel de detección de la falla después de que se haya implementado las acciones recomendadas.

Siempre recuerde que solo un cambio en el diseño puede cambiar la Gravedad. La Ocurrencia puede cambiar mediante un cambio en el diseño y/o un sistema redundante. La Detección puede cambiar mediante un cambio en el diseño y/o una mejor prueba o un mejor control de diseño.

Si ha ocurrido cambios, el nuevo RPN debe ser evaluado para determinar si se necesitan acciones de diseño adicionales.

En última instancia

¿Qué ventajas nos deja la aplicación continua del Análisis Modal de Fallas y Efectos?

Indudablemente ayudará a su departamento de mantenimiento a mejorar significativamente la confiablidad de los activos, pero más importante, garantizar que los procesos tanto de producción como de mantenimiento sean seguros para todos los trabajadores. En el AMFE, los criterios de seguridad se deben tomar muy enserio.

A través de este análisis, consecuentemente determinarás si tus métodos de detección de fallas son efectivos. En caso de que sea necesário mejorar algunos puntos de alerta en tus sistemas, puedes contar con Fracttal One como tu aliado para monitorear parámetros críticos de tus equipos, documentar fallas, así como documentar las accciones correctivas y/o preventivas.