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• Andree Gutierrez Suclla

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INDICE

TEORIA

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METODO LOGIA

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EJEMPLO

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BIBLIOGRAFIA

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EL MANTENIMIENTO BASADO EN EL RIESGO

1 TEORIA A partir de los primeros años de la década de los 90, el Mantenimiento se contempla como una parte del concepto de Calidad Total: “Mediante una adecuada gestión del mantenimiento es posible aumentar la disponibilidad al tiempo que se reducen los costos”. Es el Mantenimiento Basado en el Riesgo (MBR) : Se concibe el mantenimiento como un proceso de la empresa al que contribuyen también otros departamentos. Se identifica el mantenimiento como fuente de beneficios, frente al antiguo concepto de mantenimiento como "mal necesario". La posibilidad de que una máquina falle y las consecuencias asociadas para la empresa es un riesgo que hay que gestionar, teniendo como objetivo la disponibilidad necesaria en cada caso al mínimo coste. Se requiere un cambio de mentalidad en las personas y se utilizan herramientas como:



Ingeniería del Riesgo (Determinar consecuencias de fallos que son aceptables o no).



Análisis de Fiabilidad (Identificar tareas preventivas factibles y rentables).



Mejora de la Mantenibilidad (Reducir tiempos y costes de mantenimiento).

Como técnica de análisis cuantitativa, basada en las finanzas, el MBR establece el valor relativo de varias tareas de mantenimiento y sirve como una herramienta para la mejora continua. MBR define oportunidades para una mejora paulatina, eliminando las tareas de menos valor e introduciendo las tareas que abordan las áreas comerciales de alto riesgo. El mantenimiento basado en el riesgo evalúa el riesgo comercial actual y analiza los costos y beneficios de las acciones a tomar para mitigar las fallas La ocurrencia de fallos inesperados, el tiempo de parada asociado a las fallas, las pérdidas operacionales y los mayores costos de mantenimiento son de los principales problemas para las empresas de transmisión debido al impacto que se tiene en los usuarios. El enfoque de mantenimiento basado en el riesgo complementa una estrategia alternativa para minimizar el impacto resultante de averías o fallas. La metodología MBR tiene de cuatro etapas (Krishnasamy, Khan, & Haddara, 2005): identificación del equipo y su estructura, identificación de los riesgos, evaluación de riesgos y programación del mantenimiento. La metodología, permite estimar el riesgo causada por una falla inesperada en función de la probabilidad y la consecuencia de la falla. Se requiere de una identificación y clasificación de los equipos críticos para valorar el riesgo y lograr llevarlo con medidas de control a un nivel aceptable. La intervención de los equipos se realiza de acuerdo a la prioridad en tiempo, la cual determinada la confiabilidad de la unidad constructiva o conjunto de equipos, lo que ayuda a reducir el riesgo general de la subestación. 1.6 Revisión de metodologías basada en riesgos. 2

Consiste en la identificación de situaciones importantes que permitan priorizar los mantenimientos a partir de la relación de dos variables, una determina la importancia del equipo a ser mantenido dentro de la instalación y la otra determina el impacto que se producirían si el mantenimiento no se lleva a cabo de manera efectiva. La priorización de los mantenimientos se basa en el impacto que puede causar si el componente falla, si el impacto en el riesgo es insignificante, quiere decir que el mantenimiento del componente no es importante ya que el riesgo no es sensible para el buen funcionamiento del componente. Debe tenerse en cuenta que pueden surgir casos en las decisiones de mantenimiento de un componente que se pueden clasificar como a la vez importante y poco relevante en función de los efectos de no hacer el mantenimiento, estos casos necesitan una consideración especial. (Vaurio, 1995) describe un procedimiento sistemático para determinar exactamente el intervalo de pruebas y mantenimiento relacionando la seguridad de los equipos y sus componentes. La medida del riesgo es el tiempo promedio de la tasa de accidentes. El método se basa en reducir el mínimo costo de intervenir la instalación con la restricción que la frecuencia promedio de accidentes se mantiene por debajo un criterio establecido. Se modelan como eventos básicos las fallas en componentes, las causas más comunes de falla y los errores humanos, la probabilidad de falla es función de los intervalos de prueba y mantenimiento. Las características de este trabajo son: reducción al mínimo de los costos en la instalación, además de minimizar el riesgo o la falta de disponibilidad, así como el riesgo de falla de los equipos y componentes, inclusión de intervalos de mantenimiento preventivo y costos, además de las pruebas de rutina o inspección, tiempos de espera y la causa común de falla en componentes y errores humanos. (Khan & Abbasi, 2000) la metodología planteada utiliza el análisis del árbol de fallos, conocido por sus siglas en inglés como-FTA se basa en la construcción de un árbol hipotético de eventos con sucesos iniciadores. Dentro de las ramas se asignan otros subeventos, propagando la falla dando origen a la causa principal evento. Ha sido una técnica que se utiliza tradicionalmente en la identificación de riesgos en las instalaciones nucleares y las empresas de la energía, combinando el peligro potencial falla y la probabilidad de ocurrencia, es de las técnicas más utilizadas ya que estima la frecuencia y probabilidad de accidente o fallos. La articulación sistemática del árbol de fallas está asociada con la asignación de probabilidades a cada fallo.

El ejercicio es también llamado a veces la evaluación del riesgo probabilística. Los árboles de fallos constituyen una técnica ampliamente utilizada en los análisis de riesgos debido a que proporcionan resultados cualitativos y cuantitativos, su aplicación requiere tiempo, lo que limita su ámbito de aplicación. Por otra parte, permite estimar la probabilidad de ocurrencia de un accidente y una idea sobre las posibles causas de dicho accidente. Como FTA se centra en las probabilidades de eventos, también es a menudo llamado ''el análisis probabilístico del riesgo'', el cual tiene los siguientes aportes:

   

Permite descubrir las causas de las fallas de forma deductiva. Indica los elementos importantes y las fallas más relevantes. Proporciona una ayuda gráfica, mostrando la dependencia de fallas. Mediante los análisis cuantitativos y cualitativos permite concentrarse en la causa de falla en determinado momento.

Permite tener una información sobre el comportamiento del sistema. (Khan & Haddara, 2003) propone una nueva metodología para la inspección y el mantenimiento basado en el riesgo, la aplicación de la metodología se ilustra en un sistema de aire 3

acondicionado como caso de estudio. Integra la evaluación cuantitativa de los riesgos y la evaluación con técnicas de análisis de confiabilidad. Considerando elementos económicos, de seguridad y medio ambiente, a partir de estos resultados se desarrolla un plan de mantenimiento para reducir el riesgo no-tolerable. Se describieron los elementos más importantes que identifican cada una de la metodología que pueden ser definidas para una empresa de transmisión, se destacan el mantenimiento centrado en confiabilidad su aporte en disminuir los costos, el mantenimiento basado en condición introduce elementos que permiten identificar los modos de falla de forma temprana y con el análisis de riesgo se pueden apoyar la toma de decisiones para enfocar mejor los recursos. En el capítulo siguiente se plantea la fundamentación metodológica del cómo desarrollar la metodología considerando los aspectos mencionados. En las últimas dos décadas se han realizado importantes avances en el desarrollo de nuevas estrategias de mantenimiento. El progreso en el área de mantenimiento ha sido motivado por el aumento en el número, tamaño, complejidad y variedad de los activos físicos, la conciencia creciente del impacto del mantenimiento en el medio ambiente, la seguridad del personal, la rentabilidad del negocio, y la calidad de los productos. Las fallas imprevistas suelen tener efectos adversos sobre el medio ambiente y puede resultar en accidentes graves. Los estudios demuestran la estrecha relación entre las prácticas de mantenimiento y la ocurrencia de accidentes graves. La rentabilidad está estrechamente relacionada con la disponibilidad y fiabilidad de los equipos, mientras que la calidad del producto depende mucho de la condición de los equipos. Preparado por Fernando Espinosa El mayor desafío para un ingeniero de mantenimiento consiste en aplicar una estrategia de mantenimiento tal que:

   

Maximiza la disponibilidad y eficiencia de los equipos, Controla la velocidad de deterioro del equipo, Garantiza una operación segura y respetuosa del medio ambiente, Minimiza el costo total de la operación.

Las técnicas de gestión de mantenimiento ha nacido a través de un importante proceso de metamorfosis, de tener su foco en las revisiones periódicas al uso de monitoreo de condición, centrarse en la confiabilidad de mantenimiento y apoyarse en sistemas expertos. El reto aumenta aún más cuando los ingenieros de mantenimiento tienen trato con equipos de manipulación de materiales tóxicos o peligrosos, ya sea durante la producción o en el transporte. Esto sólo puede lograrse mediante la adopción de un enfoque estructurado para el estudio de la falla del equipo y el diseño de una estrategia óptima para la inspección y mantenimiento La estrategia del mantenimiento basado en el riesgo tiene por objetivo reducir el riesgo general de fallas catastróficas de las instalaciones operativas. En las zonas de riesgo alto y medio, es necesario concentrar un esfuerzo de mantenimiento mayor, mientras que en zonas de bajo riesgo, el esfuerzo se reduce al mínimo para reducir el alcance total del trabajo y el costo del programa de mantenimiento de una manera estructurada y justificable. 4

El valor cuantitativo de los riesgos se utiliza para dar prioridad a la inspección y mantenimiento. MBR sugiere un conjunto de recomendaciones sobre cuántas tareas preventivas (incluido el tipo, los medios y de tiempo) se van a realizar. La aplicación del MBR reducirá la probabilidad de una falla inesperada.

Se define como el producto de la probabilidad de la ocurrencia de un evento por las consecuencias, si llegará a presentar. El riesgo es alto cuando el evento puede ocurrir y las consecuencia son severas, y moderado si las probabilidad es baja y las consecuencias son altas o cuando la probabilidad es baja y las consecuencias son altas (IEEE Std. C37.10.1, 2000). En general el riesgo representa el impacto negativo de todas las amenazas que podrían afectar el logro de los objetivos del proceso, área o actividad evaluada. En el caso específico se analizarán las componentes definidas a continuación: Capítulo 3 49 Evento (E): es la falla de un equipo o componente del mismo que impiden que la función del equipo se cumpla de acuerdo a lo definido por el RCM. Probabilidad del evento P (E): es la probabilidad de ocurrencia del modo de fallo de acuerdo a lo definido por RCM para el equipo o componente. Consecuencia del evento C (E): corresponde al impacto de la falla del equipo o componente

El riesgo puede ser:



Cuantificada: La evaluación cualitativa del riesgo es menos rigurosa y los resultados se presentan a menudo en la forma de una matriz de riesgo simple donde uno de los ejes representa la probabilidad y la otra representa las consecuencias. resultado de una evaluación cuantitativa del riesgo será típicamente un número, como el impacto de los costos por unidad de tiempo.



Cualificada: Si se da un valor a cada una de la probabilidad y la consecuencia de ello, se puede calcular un valor relativo de riesgo. Es importante reconocer que el valor de riesgo cualitativo es un número relativo que tiene poco significado fuera del marco de la matriz. El número podría ser utilizado para dar prioridad a una serie de elementos que han sido evaluados por los riesgos. La evaluación cuantitativa del riesgo requiere una gran cantidad de datos tanto para la evaluación de probabilidades y evaluación de las consecuencias.

Tipo de riesgos: Estratégicos: son riesgos relacionados con la estrategia de la organización y están descritos en los mapas estratégicos de largo plazo, en esté se revisan la expansión de la empresa, el entorno país, la conformación de grupos de trabajo entre otros. Financieros: revisa el rendimiento de los capitales de inversión respecto a los tipos de cambio, se consideran las deudas en moneda extranjera y la adquisición de créditos de inversión. 5

Operacionales: son los propios del negocio y están relacionados con la falla en equipos, humanos, cantidad de repuestos, sistemas de información, procesos del negocio. Regulatorios y legales: relacionadas con las multas o sanciones por incumplimientos a los aspectos legales del negocio relacionados con la parte ambiental o de salud ocupacional y los requisitos exigidos por los entes reguladores que para el caso Colombiano es la GREG. 3.2 Consecuencia de los eventos Las consecuencias de las fallas están relacionadas con los posibles efectos que puedan causar en caso de presentarse. La siguiente figura muestra los principales pasos para realizar una guía para la implantación de una metodología de mantenimiento e inspección basada en riesgo en una planta o en una compañía.

Figura 1 Esquema para una metodología de mantenimiento basado en el riesgo (MBR)

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.

La figura a continuación muestra un esquema posible para llevar a cabo un análisis de riesgos. 6

Figura 2 Esquema de evaluación de riesgos

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 sub-funciones 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.

a 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. A continuación se 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.

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Figura 3 Desglose Jerárquico de Activos

Varios estándares industriales proporcionan guías sobre cómo 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 3. 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. 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.

i Subfunciones Si un elemento o componente tiene más de una función, se le podrían asignar subfunciones. Las sub-funciones pueden cubrir aspectos como: 8

1 2 3 4 5 6

Integridad medioambiental. Integridad estructural/seguridad Control/contenido/confort Protección Apariencia Economía/eficiencia

La siguiente tabla nos muestra algunos ejemplos de funciones y subfunciones.

Figura 4 Desglose funcional de una bomba, un eje de transmisión y un tanque a presión

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. La tabla a continuación 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.

9

Figura 5 Modos de fallo de una bomba, un eje de transmisión y un tanque a presión.

3

10

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.

Figura 6 Causas del fallo de una bomba, un eje de transmisión y un tanque a presión

4

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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.

Figura 7 Causas, Modos de Fallo y Mecanismos de daño en el desglose jerárquico de activos

Estas figuras 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.

Figura 8 Relación entre Modos de fallo, causas del fallo y Causa raíz para una bomba

Este es 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.

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Figura 9 Relación entre Modos de fallo, causas de fallo y causa raíz para un tanque a presión.

Figura 10 Mecanismos de daño de una bomba, un eje de transmisión y un tanque a presión.

2 METODOLOGIA 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 parte inferior. 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). 13

Se deben estudiar todos los escenarios realistas y estimar la probabilidad de ocurrencia de todos los eventos considerados.

Figura 11 Modelo "Bow Tie"

A continuación se explicará 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.

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. Varios mecanismos de degradación podrían conducir a un mismo modo de fallo, por ejemplo.

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Figura 12 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.). 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.

Figura 13 Símbolos utilizados en los árboles de fallos

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Figura 14 Ejemplo de árbol de fallos para un sistema de bombeo de agua

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.

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Figura 15 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. 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. 3

Definición de circunstancias adversas y funciones de seguridad previstas para el control de sucesos. 17

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. 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.

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Cuantificación de las respuestas indeseadas. 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. 18

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. A continuación, un ejemplo simplificado de un árbol de sucesos correspondiente a la rotura de una tubería del circuito primario en una central nuclear.

Figura 16 Ejemplo Árbol de sucesos

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.

Figura 17 Modelo Bow Tie

19

Figura 18 Ejemplo de un modelo Bow-Tie

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 cómo se combinan la causa raíz/mecanismos de degradación con las consecuencias. 



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. 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). El punto clave en esta definición es que la evaluación del riesgo estábasada en la relación entre la evaluación de la probabilidad del fallo y la evaluación de sus consecuencias.

20

Figura 19 Escenario del caso peor vs. escenario del caso esperado

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.

ANALISIS DE 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). La metodología de mantenimiento basado en el riesgo se desarrolla en tres módulos principales: la determinación del riesgo, que consiste en la identificación y estimación del riesgo; la evaluación del riesgo el cual considera los criterios de valoración para la comparación con los criterios de aceptación y por último la planeación del mantenimiento considerando los factores de riesgo. API RP 580 sugiere 4 elementos fundamentales que deben existir en un programa de MBR

1

Debe proveer un sistema de gestión para el mantenimiento de la documentación, calificación del personal, requerimiento de datos y el análisis de cambios.

21

2

Debe proveer un método documentado para la determinación de la probabilidad de

3

falla. Debe proporcionar un método documentado para la determinación de la consecuencia

4

de la falla. Debe proporcionar una metodología documentada para la gestión de riesgo a través de la inspección y otras actividades de mitigación.

Las directrices también sugieren los resultados esperados. Estas son:



Se debe generar una clasificación de riesgo de todos los equipos evaluados

Se debe generar un plan de inspección detallado de cada ítem incluidos en los métodos de inspección, la cobertura y la periodicidad.

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 handecidido

unos

valores numéricos

específicos para definir el nivel de riesgo aceptable (Ej. Holanda y Reino Unido). 22

MATRIZ DE RIESGO La escala de severidad permite clasificar

los fallos

según

susconsecuencias (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

la matriz de riesgo queda dividida en cuatro zonas: 23

•

La zona H: Situada en la parte superior derecha de la matriz. Corresponde a los fallos que tienen consecuencias inadmisiles, ien por la severidad de las mismas o bien por la probabilidad que tengan de ocurrir. No podemos admitir 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).

24

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 lascircun stancias cambiantes del entorno. Por ello, cuando el entorno cambiapuede también cambiar el perfil de riesgo y desplazarse hacia un lado uotro. Ante estos cambi os, las políticas de mantenimiento que antes eranadecuadas pueden ahora dejar de serlo

Tabla 20- Niveles de probabilidades de fallo

Cuantificación del riesgo Para dar un valor numérico a las consecuencias, utilizamos los valoresnuméri cos obtenidos de la Tabla 18, (donde 1 representa las mínimasconsecuencia s y

100las máximas) y

rango de 0-1000.

loselevamos

al cuadradoexpandiéndolos a un

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.

3

EJEMPLO APLICATIVO:

SISTEMA DE COMPRESIÓN DE GAS

1 Un

Introducción

aspecto

importante

del

RBM

es

que

puede

ser

reutilizado

p

ara diferentes sistemas. Es decir, un estudio desarrollado para un sistema importante

de

la

planta

puede

utilizarse

como

base

para

unidad

es similares que tengan las mismas funciones. La división funcional e n subsistemas, la identificación de los modos de fallo y otros factor es 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 u n programa trazable, documentado y sistemático. La probabilidad de ocurrencia y las consecuencias se deben actualiza r para

asegurarse

de

que

reflejan

la

nueva

configuración,

el

entor

no económico y el personal del sistema a estudiar. A continuación, se va a realizar una aplicación del MBR a un sistema d e compresión

de gas de una refinería para analizar los diferentes

subsistemas y su criticidad.

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 ric o 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

sien

do 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 n o será considerado en esta aplicación.

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

T

C1

C2

Salida Gas Entrada Gas

1º Sep Agua/Gas

2º Sep Agua/Gas

3º Sep Agua/Gas

Salida Líquid o

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 subsistema s a

estudiar:  Subsistema turbina de vapor como fuente de alimentación  Subsistema de compresión  Subsistema de separación líquido/gas 1  Subsistema de separación líquido/gas 2  Subsistema de separación líquido/gas 3

Subsistema

Descripción Subsistema turbina de vapor como fuente de

10000

alimentación

20000 Subsistema de compresión A continuación realizaríamos una lista de la planta, en este caso d Subsistema de separación líquido/gas 1 el 30000 sistema a estudiar. Utilizamos un sistema de numeración de 2 cinco dígitos. 40000 Subsistema de separación líquido/gas 50000 El primer dígito Subsistema identifica el de subsistema separación líquido/gas 3  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 correspondiente s índices, como se muestra a continuación:

consecuen

Figura 59- Subsistemas a estudiar

Cada os

subsistema

debe

de

ser

estudiado

para

identificar

sus

fall

funcionales y los modos de fallo que pueden causar cada fallo funcional .

Consecuencias Para a cabos este análisis de Económicas una base d Seguridad Salud sería deseable Mediodisponer Ambiente Nivel llevar

e

Sin efectos/ ningún Herido

Sin efectos

Tratamiento médico

salud temporales

zona controlada

C

Lesiones leves con

Posibilidad de problemas de

Ligero daño, con una

50-100 K€

D

Lesiones importantes con daños irreversibles

Mucha probabilidad de

Efectos significativos con repetidas infracciones y muchas denuncias

100-250 K€

Discapacidad total Mucha probabilidad de Efectos importantes con permanente /De 1 a problemas de salud permanentes infracciones prolongadas 3 víctimas mortales alguna víctima y daños generalizados Máximo con consecuencias de mortal Seguridad/Salud/Medio Ambiente

250-300 K€

A

Sin efectos

< 10 K€

datos con históricos Posibilidad de fallos. Aún así,Ligero nodañodebemos olvidar que Heridos leves/ de problemas de dentro de una B

los

10-50 K€

salud permanentes o denuncia y no todos lo históricoshospitalización de fallos sólo muestran fallos que infracción han ocurrido

s

que podrían ocurrir. E

F

A víctimas Múltiples Mortales B

problemas de salud permanentes

A B Mucha probabilidad de C 0 problemas de10 salud permanentes 45

D

E

85

95

100

Efectos masivos con 75 90 daños severos 80 persistentes 90

10 con múltiples25víctimas mortales 50

F

> 100 500 K€

100

C

20

35

70

D

50

65

75

90

98

100

E

75

85

90

95

100

100

F

85

90

100

100

100

100

Determinación del valor de las consecuencias

Para dar un valor numérico a las consecuencias, utilizamos los valore s numéricos obtenidos de la Tabla 23, (donde 1 representa las mínima s consecuencias

y

100

las

máximas)

y

los

elevamos

al

cuadrado

económicas

expandiéndolos a un rango de 0-1000.

Tabla 22- Niveles de consecuencias de fallo

Tabla 23- Combinación de consecuencias de fallo

a 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 nivel es, 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 riesg o total de la planta. Determinación del valor de la probabilidad El problema que puede aparecer a la hora de calcular la frecuencia de lo s modos de fallo, es la falta de datos históricos o que haya un núm ero 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 adiciona l 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 fallo s (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

ca

da subsistema. Para cada modo de fallo se calcula un valor de probabilidad y

de consecuencias, los cuales se muestran en forma de columna. A sí ismo,

se

computa

el

valor

del

riesgo

ta anteriormente.

2 Desarrollo del estudio 2.1

Subsistema turbina de vapor

según

la

formula

descri

Figura 60- Árbol de fallos para el subsistema turbina

Índice

Descripción

Consecuencia MTBF (años)

10100 Pérdida total de la potencia de la turbina 10101Fallo de acoplamiento-diafragma 10102Pérdida de presión del aceite lubricante 10103Fallo válvula de regulación de velocidad 10104Desalineamiento turbina-compresor 10105Fallo importante en los álabes 10106Agarrotamiento de cojinetes 10107Rotura del eje 10108Alta temperatura del aceite de lubricación 10109Pandeo del eje 10200 Fuga de vapor 10201Fallo en junta/ empaquetadura 10202Fallo de sellado externo 10203Fisura/agrietamiento de carcasa por fatiga termodinámica. Cre ep

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

100 100 100

6 6 5

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

1225

2

9025 9025 100 1225 4900 2500 1225 625 400

10300 Fuga de aceite 10301Rotura de circuito de lubricación

Riesgo

1,68

10400 Pérdida de control de velocidad

1,68 0,70

10401Fallo del controlador/ regulador 10402Fallo del actuador

1225 1225

12 12

0,28 0,28

10403Fallo de la válvula de entrada de vapor

625

12

0,14

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

625 100

1 2

1,71 0,14

1,85

Tabla 24- Hoja de análisis para el subsistema turbina

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 parcial de la potencia del compresor

Pérdida de eficiencia del compresor

Figura 61- Árbol de fallos para el subsistema de compresión

Índice

Descripción

Consecuencia

MTBF (años)

20100 Pérdida total de la potencia del compresor

Riesgo 10,78

20101 Rotura o fuga en la impulsión del compresor

6400

2

8,77

20102 Pérdida de presión del aceite lubricante

9025

62

0,40

20103 Desalineamiento turbina-compresor

1225

12

0,28

20104 Agarrotamiento de cojinetes

2500

14

0,49

20105 Rotura del eje

4000

19

0,58

20106 Alta temperatura del aceite de lubricación

625

12

0,14

20107 Pandeo del eje

900

19

0,13

20200 Fuga de aceite 20201 Rotura de circuito de lubricación

6,85 5000

2

20300 Fuga exterior de gas

20,99

20301 Fuga en una línea partida

8100

2

11,10

20302 Fuga en el sellado

7225

2

9,90

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

6,85 2500

Tabla 25- Hoja de análisis para el subsistema de compresión

2.3

6,85

Subsistema de separación líquido/gas 1

1

6,85

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

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

Fallo del controlador de nivel

Fallo del controlador de nivel

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

Índice

Descripción

Consecuencia MTBF (años) Riesgo

30100Pérdida de líquido en el tanque

16,41

30101Fuga de líquido en tuberías/depósito

9025

3

8,24

30102Corrosión

6400

9

1,95

30103Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería

6400

8

2,19

30104Tornillos/pernos sueltos

4900

5

2,68

30105Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado

4900

10

1,34

30200Pérdida de gas en el tanque

19,84

30201Rotura/Fuga de gas en tuberias/depósitos

9025

2

12,36

30202Corrosión

6400

9

1,95

30203Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería

6400

9

1,95

30204Tornillos/pernos sueltos

4900

6

2,24

30205Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado

4900

10

1,34

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

7,40 8100

3

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

2.4

Subsistema de separación líquido/gas 2

7,40

Fuga de condensado 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

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

Fuga en la línea/tubería de llenado del tanque

Figura 63- Árbol de fallos para el subsistema de separación líquido/gas 2

Índice

Descripción

Consecuencia MTBF (años)

40100Pérdida de líquido en el tanque

Riesgo

20,43

40101Fuga de condensado en tuberías/depósito

8100

3

7,40

40102Corrosión

8100

5

4,44

40103Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería

8100

8

2,77

40104Tornillos/pernos sueltos

4900

3

4,47

40105Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado

4900

10

1,34

40200Pérdida de agua ácida

29,32

40201Fuga de agua ácida en tuberías/depósitos

10000

1,3

21,07

40202Corrosión

9025

3

8,24

40300Pérdida de gas en el tanque

25,89

40301Rotura/Fuga de gas en tuberias/depósitos

8100

1,5

14,79

40302Corrosión

6400

7

2,50

40303Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería

8100

8

2,77

40304Tornillos/pernos sueltos

4900

3

4,47

40305Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado

4900

10

1,34

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

14,79 8100

1,5

14,79

Tabla 27- Hoja de análisis para el subsistema de separación líquido/gas 2

Fuga de condensado 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 Fuga de agua ácida en tuberías/depósitos

Fuga de agua ácida

Corrosión

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

Pérdida de gas en el tanque

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

Figura 64- Árbol de fallos para el subsistema de separación líquido/gas 3 Índice

Descripción

Consecuencia MTBF (años) Riesgo

50100Pérdida de líquido en el tanque

29,64

50101Fuga de condensado en tuberías/depósito

8100

1,5

14,79

50102Corrosión

8100

5

4,44

50103Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería

8100

6

3,70

50104Tornillos/pernos sueltos

4900

3

4,47

50105Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado

4900

6

2,24

50200Pérdida de agua ácida

16,07

50201Fuga de agua ácida en tuberías/depósitos

10000

3,5

7,83

50202Corrosión

9025

3

8,24

50300Pérdida de gas en el tanque

27,71

50301Rotura/Fuga de gas en tuberias/depósitos

8100

1,5

14,79

50302Corrosión

6400

7

2,50

50303Fisura/Agrietamiento de carcasa /cuerpo/ tubería

8100

6

3,70

50304Tornillos/pernos sueltos

4900

3

4,47

50305Fallo de junta/anillo/empaquetadura/sellado

4900

6

2,24

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

14,79 8100

1,5

14,79

Tabla 28- Hoja de análisis para el subsistema de separación líquido/gas 3

3

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 101

Resultados

DESCRIPCIÓN Fuga de agua ácida en tuberías/depósitos Rotura/Fuga de gas en tuberias/depósitos CAUSAS DE Rotura/Fuga TABLA en la línea/tubería deFALLO 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

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 ca da 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 puede n ser prevenidos o causados según la manera que las personas interactúen con el sistema a través de tareas de mantenimiento o procedimiento s

Tabla 29- Ranking de riesgos de las causas de fallo

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 v ez 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 s e 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 u na diferencia de varios

órdenes de magnitud. Esta

diferencia puede s

er todavía bastante mayor, dependiendo del sistema que estemos analizando, ya que en un análisis de riesgos estamos considerando tanto los fallo s rutinarios como los fallos muy improbables. De la misma manera, la s consecuencias pueden aumentar de forma muy importante el rango d e 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.

25,00

20,00

15,00

10,00

5,00

0,00

Causas de f al l o

Figura 65- Gráfico ordenado del ranking de riesgos de las causas de fallo

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

Riesgo

0,00

Causas de fallo

Figura 66- Gráfico del ranking de riesgos de las causas de fallo 1010101010101020103010402010201020102030301030103020303040104020403040305010501050305030

El objetivo fundamental es modificar, mejorar y optimizar la forma d e 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

q

ue 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 e l 30% del número total de causas de fallo. Se ha demostrado que es ta 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 %

25,00

100

Riesgo

90

20,00

80 70

15,00

60

Riesgoacumulado%

del número total de causas de fallo.

50

10,00

40 30

5,00

20 10

0,00 02 402 7102 3102 1403 1501 1504 1203 2301 1502 2303 1202 1401 4501 4401 2501 3401 3301 4503 2501 5301 3302 2105 1301 5401 5101 5201 5201 4201 2104 1201 3101 8201 6201

0

Causas de fallo

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

Los valores de riesgo asociados a cada modo de fallo se pueden calcular

sumando los riesgos de sus respectivas causas de fallo. El cálculo d el 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

40100 40200 40300 40400

50100 50200 50300 50400

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

2º

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

3º

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

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 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

riesgo asociado a cada modo de fallo sirve para mostrar como el riesgo s e distribuye entre las diferentes partes funcionales del sistema estudiado. Esta información puede ser muy útil para el equipo encargado de diseñar el mantenimiento.

Riesgo

La Figura 68 muestra los riesgos asociados a los modos de fallo del sistema, calculados a partir de las causas de fallo. Se comprueba qu e generalmente la distribución obtenida para los modos de fallo tiene un a

5010 40205030 40303020 2030 40103010 50204040 50402010 30302020 20401010 1050 10301040 10201040 1020

forma más lineal que en el caso de las causas de fallo.

35,00 30,00 25,00 20,00 15,00

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

10,00 5,00 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 as

calcular

la

contribución

que

cada

uno

de

los

subsistem

estudiados aporta a todo el sistema global de compresión de gas. La comparación

entre

subsistemas,

representada

en

la

Figura

69,

proporciona un “feedback” al equipo que desarrolla el análisis, sobre como el riesgo se distribuye entre los subsistemas. El ranking obtenido debería Riesgo

coincidir con la percepción que tenga el grupo de expertos que lleven a

cabo el estudio.

100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 TURBINA DE GAS

COMPRESOR DE 1º SEPARADOR GAS

LIQUIDO / GAS

2º SEPARADOR

3º SEPARADOR

LIQUIDO / GAS

LIQUIDO / GAS

Figura 69- Contribución de los subsistemas al riesgo global

En el estudio propuesto se comprueba que como era de esperar l os subsistemas de separación de líquido/gas 2 y 3, son lo que presentan u n 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 riesgo s proporcionado

por

el

análisis

como

una

guía

para

el

diseño

del mantenimiento, se deben creer que los resultados son válidos. Si l os 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

1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 5250 5500 5750 6000 6250 6500 6750 7000 7250 7500 7750 8000 8250 8500 8750 9000 9250 9500 9750 1000 250500750

obtener

información

de

como

y

donde

dirigir

los

recursos

de

Probabilidad

mantenimiento. Esta base cuantitativa indica las causas de fallo a las que se debe prestar mayor atención y a cuales menos. Así mismo ayuda e n

procesos de decisión, como:

 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 l as causas de fallo analizadas mediante una matriz de riesgos: Consecuencias 1,00

Consecuencias 0 → 576

577 →

2401

2401 →

4761

4762 →

Co ecuencias

7056

7057 →

ns

MTBF