viernes, febrero 3, 2023

Estrategias para reducir las fallas potenciales en los activos

Últimas publicaciones
Con respecto a las estrategias para reducir las fallas, actualmente hay mucha documentación que sostiene que entre el 80 y 95% de las fallas de los activos se originan por violaciones de las ventanas operativas de integridad. A ello se suma el error humano que representan altas pérdidas para la industria.
Precisamente, esto se argumenta en un artículo de Mayo del 2016 de la revista Hydrocarbon Processing titulado “Failure Prevention – The Ultimate Asset Management Strategy”.  Allí, se señala que las fallas funcionales raramente son causadas por el desgaste o envejecimiento normal de los activos o sus componentes.
Así que exponemos algunas metodologías y consideraciones para lograr identificar estrategias para reducir las fallas potenciales en los activos.

Esto es desde las perspectivas de las ventanas operativas de integridad, los métodos de confiabilidad estructural, las estrategias de mantenimiento, el modelo de las capas de protección y el análisis del error humano.

Todo relacionado en cuanto a la calidad de los procedimientos y los métodos del factor humano para identificar condiciones que originan la ocurrencia de errores.

Fallas y Parámetros Operacionales

Una de las prácticas recomendadas es la API– RP–584 Integrity Operating Windows el cual define las ventanas operativas de integridad (VOI) “como los límites establecidos para las variables o parámetros del proceso que afecten la integridad de los equipos.

Esto es si la operación del proceso desvía de los límites establecidos por un período pre– determinado de tiempo”.

En la introductoria se establece:

  1. La necesidad de desarrollar un entendimiento de las condiciones operativas y del proceso relacionado con los mecanismos de daño en los activos. El objetivo de establecer y mantener un programa de inspecciones que ofrezca la más alta probabilidad de detectar daños potenciales.
  2. Racionalizar y alinear las degradaciones de los materiales de construcción de los activos con la manera de operación de los mismos.
  3. Para programas de inspección basada en riesgo hay que identificar y seguir la información de los procesos que confirme o cambie los planes de inspección.

Estrategias de Mantenimiento vs. Capacidad

Por otra parte, la metodología del Mantenimiento Centrado en Confiabilidad señala que la importancia de identificar de manera precisa “lo que los usuarios quieren” del activo. Es decir, su desempeño deseado– antes de comenzar el desarrollo de un programa de mantenimiento.

Este término explica la relación existente entre el desempeño de los usuarios y la capacidad inherente o “lo que puede hacer” el activo. Se concluye que para que éste sea considerado como mantenible, el deseado desempeño debe estar dentro de la envolvente de su capacidad inherente inicial.

En caso opuesto, si se persiste en usar el activo más allá de sus límites de diseño, el activo es clasificado como no–mantenible. Con esto se deteriora más rápidamente, de manera prematura y/o continua, en comparación a su deterioro por operarlo dentro de la envolvente de su capacidad inherente. Bajo este escenario, ninguna tarea de mantenimiento será capaz de lograr las expectativas de los usuarios.

Para los casos de activos no–mantenibles se necesita identificar las consecuencias de largo plazo para las organizaciones tales como menor disponibilidad y riesgos de no cumplir los objetivos del negocio.

Como opciones de solución de fallas se presentan:

  1. Modificar el activo para incrementar su capacidad inherente que requerirá de inversiones de capital.
  2. Disminuir las expectativas de los usuarios y operar dentro de los límites de la capacidad inherente de los activos.

Los Métodos de Confiabilidad Estructural

Son métodos cuantitativos que evalúan la probabilidad de fallas de un sistema o sus componentes mediante el análisis de la función de estado límite. Lo cual representa el límite entre su desempeño deseado y no deseado.

Teniendo en consideración las incertidumbres debido a las distribuciones probabilísticas que siguen los valores de las cargas aplicadas y la capacidad resistente asociada.

Las fallas ocurrirán cuando las cargas inducidas por las condiciones de operación superan a la resistencia debido a eventos en los cuales ambas distribuciones se traslapan. Es decir, se presenta una interferencia entre el lado débil de la distribución de resistencia con el extremo alto de la distribución de carga.

Hay que destacar que los términos carga y resistencia deben considerarse en el sentido más amplio: carga puede ser el esfuerzo mecánico o al voltaje, mientras que la resistencia puede ser cualquier propiedad física resistente de naturaleza mecánica, eléctrica o térmica.

En contraposición, en los métodos de diseño tradicionales, el diseñador identifica los valores extremos de carga y resistencia y selecciona un factor de seguridad adecuado.

Sin embargo, estos métodos no incluyen análisis de sensibilidad para evaluar el incremento de los riesgos de fallas. Esto debido a variaciones tales como la degradación de la resistencia (o capacidad) o del incremento de cargas (o demanda).

En cambio, en confiabilidad estructural se utiliza el concepto de margen de seguridad el cual se refiere a la separación relativa de los valores medios de las distribuciones de carga y resistencia del componente relativos a la desviación estándar combinada de ambas distribuciones.

Variables y ecuaciones

De la manera más simple, una función de estado adopta la siguiente forma: = − ; en donde:

  • G: función de estado límite; si G < 0, la estructura no es confiable; si G = 0 la estructura se encuentra en el límite entre el desempeño confiable y no confiable, si G > 0, la estructura es confiable.
  • C: variable aleatoria que representa la capacidad de una estructura o componente; por ejemplo, su resistencia.
  • D: variable aleatoria que representa la demanda sobre una estructura o componente; por ejemplo, esfuerzos debido a una carga.

Por tanto, la probabilidad de fallas, Pf , quedará establecida por: = ≤ 0 = − ≤ 0.

Los valores de Pf se pueden comparar con criterios de riesgo determinados o se pueden realizar análisis de sensibilidad para los parámetros del diseño con la finalidad de adoptar decisiones sobre el margen de seguridad y/o medidas de control de variabilidad de la carga y resistencia.

Estos métodos tienen soluciones cerradas si las variables C y D siguen la distribución normal; sin embargo, para otros tipos de distribuciones se requiere la aplicación de métodos simulación.

Desde el punto de vista de diseño probabilístico, estos métodos permiten calcular las dimensiones de estructuras o sus componentes en escenarios
de incertidumbre de los valores de esfuerzos y resistencia.

Más allá de los aspectos cuantitativos, los métodos de confiabilidad estructural requieren el entendimiento y control de las distintas fuentes de variación.

Estrategias para reducir las fallas potenciales en los activos - Grafico 01

Potencialmente afectan el desempeño de un activo, sus costos y confiabilidad tales como variaciones en los procesos, materiales, el factor humano y la naturaleza de las aplicaciones.

El Modelo de las Capas de Protección

El modelo de las capas de protección establece que la confiabilidad y seguridad de un sistema depende del diseño y desempeño de diversas capas de protección independientes, tales como:

1. Diseño del proceso:

Se refiere a la combinación óptima de parámetros, entradas y restricciones al proceso para obtener resultados con variación controlada y estabilidad del proceso, usualmente logrado mediante la aplicación del control estadístico de procesos y/o el diseño de experimentos.

2. Sistemas básicos de control del proceso o sistemas de control distribuido (BPCS y DCS por sus siglas en inglés):

Responden a señales de entrada del proceso, del equipo, lógica de control o de los operadores para generar señales de salida que originan que el proceso y sus equipos respondan de la manera deseada, manteniendo los parámetros del proceso dentro de las VOI.

Es importante evaluar la efectividad de los sistemas de seguridad y control de accesos debido que la intervención humana puede degradar su desempeño.

Dependiendo de la estabilidad del proceso, estos sistemas activan alarmas para cuyo efecto es necesario analizar y desarrollar la interface hombre–máquina.

También predeterminar la respuesta esperada del operador, siendo necesario que la organización implemente los requerimientos de estándares de gestión de alarmas.

3. Sistemas de seguridad basados en instrumentación:

Son sistemas conformados por la integración de sensores, sistemas computarizados y elementos finales o actuadores.

Todos desempeñan funciones de seguridad para mantener al proceso y los equipos dentro de sus límites de diseño contra fallas. En su mayoría están expuestos a modos de falla oculta cuya presencia se debe revelar mediante pruebas adecuadas.

4. Sistemas de alivio mecánico:

Dispositivos tales como discos de ruptura y válvulas de alivio los cuales cuando son adecuadamente seleccionados, diseñados y mantenidos proporcionan un alto grado de protección.

Error Humano o Sistemas Deficientes

Se debe diferenciar entre error humano y deficiencias en el sistema en el cual las personas trabajan. Una de las frases de W. Edwards Deming sobre la cual debemos reflexionar es “un mal sistema siempre vencerá a una persona buena.”

A continuación abordamos el error humano desde dos perspectivas:

  1. Procedimientos, y
  2. Aplicación de métodos del factor humano para identificar condiciones bajo las cuales es más probable que ocurran errores.

Procedimientos

Los procedimientos constituyan una de las maneras más efectivas de minimizar la variabilidad, motivo por el cual debemos asegurar su calidad.

Existen dos estilos de elaboración de procedimientos: (1) Prescriptivo, y (2) Basado en el desempeño y objetivos del proceso. El criterio para elegir uno u otro depende del perfil técnico, entrenamiento y experiencia de los operadores y mantenedores a cargo de la ejecución de los procedimientos.

Desde una perspectiva más amplia, en cuanto a la definición y objetivos de los procedimientos, hay que considerar:

• Para Operaciones:

Los procedimientos operativos son instrucciones escritas que, cuando se llevan a cabo por el personal de operaciones, minimizará las desviaciones de la intención del diseño.

• Para Mantenimiento:

Los procedimientos de mantenimiento son instrucciones escritas que, cuando son seguidas por el personal de mantenimiento, asegurarán que los equipos operen de acuerdo a su diseño, dentro de los límites operacionales.

En cuanto al contenido específico de los procedimientos operativos, éstos usualmente sólo incluyen directivas para el manejo de los procesos en un marco de operación normal; sin embargo, desde una perspectiva más amplia, los procedimientos deben incluir:

  • Arranque inicial, operaciones temporales, paradas de emergencia, operaciones de emergencia, parada normal, arranques después de paradas de planta o después de una parada de emergencia.
  • Límites operacionales, consecuencias de desviaciones y los pasos requeridos para evitar o corregir la desviación.
  • Consideraciones adicionales: controles de ingeniería y administrativos.
  • Sistemas de seguridad: interlocks, sistemas de detección y alarma y sus funciones.

Aplicación de Métodos del Factor Humano

Estas metodologías, en adición a contribuir con la identificación de condiciones que propician el error humano, analizan la situación y el contexto en que se encuentran las personas.

También identifican la naturaleza de errores humanos potenciales, los factores causales, sus consecuencias y las estrategias de recuperación. Todo con la finalidad de erradicar los errores potenciales identificados y mejorar el proceso o el diseño del sistema.

En realidad los errores están más relacionados a la interacción entre personas, la tecnología y el medioambiente. Describiremos en forma breve SHERPA, una de las metodologías, cuyas siglas responden a Systematic Human Error Reduction and Prediction Approach, Ello se aplica a las sub–tareas de menor nivel de la tarea bajo análisis a fin  de predecir potenciales errores humanos o inducidos por el diseño.

Los pasos de esta metodología incluyen:

  • Descomponer la tarea bajo análisis en tareas básicas o de menor nivel.
  • Clasificar las tareas de menor nivel de acuerdo a una taxonomía de comportamiento: acción, recuperación de información, revisar, seleccionar y comunicación de la información.
  • Identificar el error humano mediante la aplicación de una taxonomía de modo de errores para determinar los errores que razonablemente pueden ocurrir: errores de acción, errores de revisión, errores de recuperación de información, errores de comunicación, errores de selección.
  • Diversos análisis tales como análisis de consecuencias, de recuperación, de probabilidad cualitativa y de criticidad.
  • Análisis de acciones correctivas: se proponen estrategias para reducir las fallas o errores:  Incluyendo recomendaciones al diseño del proceso o del sistema de acuerdo a las siguientes cuatro categorías: equipo, entrenamiento, procedimientos y organizacional.

Conclusiones

Las estrategias para reducir las fallas en los activos pueden provenir desde distintas perspectivas que abarcan aspectos técnicos de los equipos y su operación, del comportamiento individual y social en las organizaciones. De acuerdo al presente artículo, nuestros esfuerzos en reducción de las fallas de los activos deberían orientarse a:

  1. Desarrollar un esfuerzo conjunto entre Operaciones y Mantenimiento para definir las ventanas operativas de integridad de los activos. Con la finalidad de lograr una visión compartida al respecto, mejorar los controles y reorientar las inspecciones.
  2. Incluir en los Análisis de los Modos y Efectos de las Fallas (FMEA), los modos de falla asociados a la operación de los activos fuera de la envolvente de su capacidad inherente. De tal manera que, para los activos no mantenibles se identifiquen los impactos organizacionales en cuanto a mayores costos por reparaciones y/o reemplazos prematuros o continuos, necesidad de inversiones y pérdidas de oportunidad de largo plazo.
  3. Identificar eventuales fallas potenciales asociadas a diversas fuentes de variación, sean debido al incremento de los esfuerzos aplicados en forma consistente y/o transitoria y en la reducción o deterioro de la capacidad o resistencia de los activos.
  4. Llevar a cabo un análisis de la cuatro capas de protección propuestas, en el contexto del uso de los activos, de tal forma de establecer sus condiciones y efectividad.
  5. Identificar tareas de búsqueda de falla o pruebas para los distintos componentes de los sistemas de seguridad basados en instrumentación, incluyendo el aseguramiento de las frecuencias de ejecución y el registro de los protocolos de pruebas correspondientes
  6. Aplicar metodologías del factor humano que permitan identificar condiciones bajo las cuales el potencial de error de las personas es más probable con la finalidad de mejorar el diseño del proceso y del sistema.

Por Manuel A. Vergara
Ingeniero Mecánico con experiencia en gestión de activos y especializado en temas como desarrollo de políticas y estrategias, entrega de operaciones y mantenimiento y toma de decisiones basadas en riesgos, ingeniería de confiabilidad y alineación de cultura organizacional. Desde el 2014, es Superintendente de Mantenimiento para el Departamento de Procesos de Minera Yanacocha.


Capacitate en este tema:

DEJA UNA RESPUESTA

Por favor ingrese su comentario!
Por favor ingrese su nombre aquí

Artículos relacionados

Guía rápida para elegir el mejor aceite para turbinas de gas

Para aumentar la productividad y eficiencia de toda central eléctrica a través del programa de lubricación, es clave que el aceite para turbinas de gas se...

Libros de Ingeniería de Mantenimiento

La contratación del mantenimiento industrial

El mantenimiento contratado supone entre el 40 y el 50 por ciento de la actividad de mantenimiento en países industrializados. Este libro repasa las...

Teoría y Práctica del Mantenimiento Industrial Avanzado

El mantenimiento industrial es un campo de la ingeniería de gran interés y con un amplia repercusión económica, tal como justifica el hecho de que en...

¿Qué se entiende por neurociencia y mantenimiento minero?

en este ambiente se generan múltiples fenómenos cognitivos estrechamente relacionados a diversas disciplinas, como la Neurociencia y Minería...

El Cerebro del Mantenedor (El libro del Mantenimiento Minero)

El propósito de este libro es dar a conocer algunos estudios relacionados con la Gestión del Mantenimiento Minero en flotas de equipos en minas a cielo...