Mantenimiento preventivo de sistemas de automatización industrial. ELEM0311

3. Mantenimiento predictivo

Por “predecir” se entiende la idea de conocer de antemano un hecho futuro, si dicho término se relaciona con el término “mantenimiento”, conservación de un elemento o situación en un buen estado, se obtiene el significado de mantenimiento predictivo que consiste en una serie de técnicas y operaciones que se adoptan para detectar una falla o problema en un elemento o instalación antes de que suceda, con el objeto de poder corregirla sin que se produzcan detecciones de producción, averías mayores, accidentes, etc.

Definición

Falla

Consiste en cualquier irregularidad que interfiere en el flujo normal de corriente, con lo que el sistema presenta un funcionamiento fuera de lo normal.

Actividades

9. Realice una búsqueda en internet sobre los tipos de fallas que existen y cuáles son sus casusas principales.

Las ventajas más importantes para este tipo de mantenimiento serían:

1 Las fallas, al ser detectadas en sus fases más tempranas se pueden planear con suficiente antelación las acciones correctivas (reparaciones) más oportunas mediante paros programados con el fin de garantizar una buena calidad en la reparación, así como, minimizar el efecto negativo de esta produce en la producción.

2 Permite seguir la evolución de la avería o falla a lo largo del tiempo, a partir de revisiones periódicas o rutinarias confeccionando un archivo histórico de averías para dicha máquina.

3 Aumenta el rendimiento del personal de mantenimiento, ya que su trabajo consiste en la realización de tareas programadas y no en trabajos imprevistos.

4 Facilita un estudio estadístico del sistema, facilitando los puntos de mejora.

Por otro lado las principales desventajas de este tipo de mantenimiento serían:

1 Es necesario una mayor formación del equipo de mantenimiento.

2 Alto coste de los elementos de instrumentación.

3 Pueden existir averías no detectadas por el programa de vigilancia predictiva, ya que no se pueden monitorizar todos los parámetros.

Las técnicas utilizadas en el mantenimiento predictivo consisten en medir la variación de alguna característica física o química de los elementos o máquinas. Por lo tanto existen técnicas como:

1 Análisis de temperatura mediante cámaras infrarrojas.

2 Análisis de motores eléctricos.

3 Análisis de vibraciones producidas por elementos mecánicos.

4 Análisis del estado de aceites y lubricantes.

5 Análisis mediante corrientes de Eddy.

6 Análisis mediante ultrasonidos.

7 Análisis mediante métodos humanos, como, la vista, el oído, olfato, etc.

8 Análisis mediante rayos X, etc.

En las siguientes tablas se exponen los indicadores de fallo y las técnicas más comúnmente utilizadas:

Este tipo de mantenimiento se suele aplicar en:

1 Máquinas rotativas, como motores y generadores eléctricos.Máquina rotativa (motor eléctrico)

2 Equipos estáticos, como los transformadores.Equipos estáticos

3 Aparamenta eléctrica, que comprende los elementos de maniobra, medida, regulación, protección, control así como los accesorios y canalizaciones utilizadas en las instalaciones eléctricas.Aparamenta eléctrica

4 Instrumentación eléctrica o electrónica, que son los elementos que se suelen usar en las mediciones, como sensores, acondicionadores, etc.Sensores

Actividades

10. En una tarea programada dentro del plan predictivo es necesario la revisión de un automatismo eléctrico convencional de un arranque directo mediante pulsadores marcha/paro de un motor trifásico. Estando la instalación parada, ¿qué elementos de la instalación revisaría? ¿Por qué?

Ya establecidas las bases del mantenimiento predictivo se pasará ahora a su establecimiento. Como este tipo de mantenimiento se basa en una valoración periódica de una serie de parámetros de control, es necesario la manipulación y gestión de una gran cantidad de datos, por lo que será preciso la utilización de:

1 Medios físicos (hardware), que serán aquellos instrumentos que realizan la captura y registro de datos.

2 Medios de gestión (software), formados por los programas informáticos a través de los que se gestiona la información obtenida creando informes, gráficos, etc.

3 Medios humanos, que comprende al equipo de mantenimiento capaz de realizar las tareas de inspección rutinarias además de su programación en función de los datos obtenidos y los objetivos previstos.

Una vez que se tienen los medios necesarios para su establecimiento se pasará ahora a su implantación, lo que implica:

1 Revisiones y medidas periódicas.

2 Registro de datos en el sistema informático.

3 Criterios y valoraciones sobre un funcionamiento anómalo.

4 Análisis de las anomalías detectadas, que comprende la realización de un historial de actuaciones (acciones de mantenimiento y averías) así como un análisis de los datos generados.

4. Mantenimiento preventivo. Procedimientos establecidos

El mantenimiento preventivo se puede definir como una serie de actuaciones realizadas por el equipo de mantenimiento con en el fin de conservar y mantener el buen funcionamiento de las máquinas e instalaciones. Por lo tanto, se puede decir que su principal objetivo es el de detectar y solucionar pequeñas anomalías en las instalaciones antes de que estas produzcan averías importantes.

Este mantenimiento preventivo podrá evolucionar dando lugar al mantenimiento predictivo del que se ha hablado en el apartado anterior.

Las principales ventajas de este tipo de mantenimiento serían:

1 Conocimiento del estado de funcionamiento de las instalaciones.

2 Mejora de las condiciones de seguridad laborales.

3 Aumento de la vida útil de las instalaciones.

4 Mayor rendimiento de trabajadores y máquinas debido a la eliminación de tiempos muertos.

5 Disminución en los costes de reparación de averías.

Los principales inconvenientes serían:

1 Los elementos son cambiados antes de que estos lleguen a su vida útil completa.

2 Si no se realiza una buena programación de operaciones y con una frecuencia óptima, con este tipo de mantenimiento se pueden aumentar los costes, así como la disminución del rendimiento de las máquinas o instalaciones.

El campo de aplicación para este tipo de mantenimiento sería:

1 Elementos mecánicos y electromecánicos sometidos a desgaste.

2 Elementos en los que está muy ligado el fallo con la vida del elemento y por lo tanto se conoce con antelación cuando este entrará en fallo.

Actividades

11. Realice una búsqueda a través de internet sobre cuál es la vida útil de un contactor y comente en función de qué se calcula.

Para que un mantenimiento preventivo sea efectivo deberá seguir los siguientes pasos:

1 Saber los objetivos del trabajo.

2 Conocer el programa de mantenimiento preventivo y predictivo.

3 Seleccionar los equipos para realizar el mantenimiento.

4 Recoger información de los equipos susceptibles de mantenimiento (historial).

5 Estudio de la información obtenida.

6 Estudio de los métodos de trabajo así de cómo las desviaciones de las operaciones de mantenimiento.

7 Análisis y conclusiones de las operaciones de mantenimiento realizadas.

8 Desarrollo del mantenimiento predictivo.

9 Presentación de propuestas de mejora.

10 Estudio de propuestas de mejora y posibilidad de nueva frecuencia del mantenimiento preventivo.

11 Estudio y análisis de los resultados.

12 Actualización del programa de mantenimiento.

A continuación, se expone un ejemplo del procedimiento a seguir en un mantenimiento preventivo:

Ejemplo de procedimiento de mantenimiento preventivo (1/4)

Ejemplo de procedimiento de mantenimiento preventivo (2/4)

Ejemplo de procedimiento de mantenimiento preventivo (3/4)

Ejemplo de procedimiento de mantenimiento preventivo (4/4)

5. Sustitución de elementos en función de su vida media

Conocer la vida útil de un producto es de gran importancia para todos los sectores de la industria. Dentro de estos elementos se pueden distinguir dos grupos:

1 Elementos que sufren desgastes mecánicos, cuya vida útil se calcula, o bien, en función del número de conmutaciones, o bien, en función de su rendimiento. Siendo:λ (t): probabilidad de avería, consiste en la medición del riesgo de avería que tiene un elemento bajo la condición de funcionamiento.B10: consiste en un valor de carácter estadístico en función del número de ciclos y sabiendo que el 10 % de las piezas han superado los valores límites de conmutaciones, presión, fugas, etc.

2 Elementos electrónicos, que se calcula en horas de funcionamiento o años.

La vida de cualquier elemento o equipo la se podrá dividir en tres partes fundamentales:

1 Zona de mortandad o juventud, son aquellas en las que la avería del elemento se produce al poco tiempo de la puesta en marcha de dicho elemento. Los motivos fundamentales del fallo serían fundamentalmente:Defectos de diseñoDefectos de montaje o fabricaciónDefectos de puesta a puntoSegún la gráfica siguiente esta zona se corresponde a la Zona I, donde los elementos fallan normalmente por defectos de fabricación, por lo tanto las averías van disminuyendo con el tiempo. Normalmente algunos fabricantes someten a los componentes a una serie de procesos, desechando los componentes defectuosos y suministrando el elemento, ya dentro de su vida útil.

2 Zona de vida útil o madurez, este es el periodo de tiempo de más larga duración, que corresponde a la Zona II del gráfico, y donde se realizan los estudios de fiabilidad de los distintos elementos, para que estos puedan ser reemplazados antes de que pasen al periodo de envejecimiento.

3 Envejecimiento, que sería la Zona 3, y que corresponde al periodo de tiempo en el que se da el agotamiento del elemento. En este periodo de tiempo el elemento está deteriorado y produce fallos de forma constante, por lo que la curva asciende, hasta un punto el que el mantenimiento se encarece mucho.

En el siguiente gráfico “Curva de Bañera” se representan la tasa de fallos de un elemento o sistema en función del tiempo. La curva representada aquí en la convencional, ya que existen seis tipos diferentes en función de los elementos.

Aplicación práctica

En función de la recta de vida útil que aparece en la siguiente imagen, ¿cuál sería la probabilidad de avería de un elemento electrónico que ha realizado 22 millones de ciclos? Justifique la respuesta.

SOLUCIÓN

Para el componente electrónico que ha realizado unos 22 millones de ciclos, la probabilidad de avería es del 70 %. Por lo que dependiendo de la importancia del proceso sería necesario la sustitución o no del elemento en cuestión.

Otra forma sería midiendo la fiabilidad, esta se realiza calculando el tiempo medio entre los ciclos de mantenimiento o entre dos fallos consecutivos (Mean Time Between Failures MTBF).

Se supone que se tiene un elemento con “N” componentes funcionando un tiempo “T”, durante el cual han fallado varios componentes, entonces el componente i-ésimo ha tenido n-averías (n_i) por lo que se tiene que:

Siendo el coeficiente MTBF:

Otro parámetro sería el “Tiempo medio hasta la avería (MTTF)”, mediante el que se podrá saber la calidad de funcionamiento de un sistema. Viene determinado por la fórmula:

6. Mantenimiento preventivo de armarios y cuadros de mando y control

Como se habló anteriormente en este capítulo, dentro del mantenimiento, están las labores del montaje y puesta en marcha de las instalaciones eléctricas. Estas instalaciones suelen estar formadas por:

1 Los cuadros eléctricos, encargados de distribuir y controlar la energía eléctrica.

2 Los conductores, encargados del transporte.

3 Los motores, encargados de consumirla.

Este apartado se centrará en los cuadros eléctricos y envolventes.

6.1. Cuadros eléctricos

Es de vital importancia que el personal de mantenimiento conozca perfectamente las características técnicas de estos, así como de todos los elementos que los componen y forman parte.

Por lo tanto, para la correcta elección e instalación será necesario un buen manejo de las fichas técnicas y catálogos de cuadros eléctricos.

Los cuadros eléctricos se pueden clasificar dependiendo de los materiales con los que se han construido, de su funcionalidad, o bien, por la aplicación a la que se destina:

1 Materiales de construcción:Metálicos, de chapa de acero.Aislantes, de fibra de poliéster con fibra de vidrio.

2 Funcionalidad:Monomodulares, no existe la posibilidad de expansión.Cuadro monomodularMultimodulares, que permiten la ampliación mediante el acoplamiento de módulos similares.Enchufables, en los que las unidades funcionales se pueden conectar y desconectar con facilidad del cuadro principal.

3 Aplicación:Cuadros de distribución, donde se encuentran los elementos de protección y además distribuyen la energía eléctrica.Cuadros de máquina, donde se encuentran los elementos de protección, control y maniobra de la máquina.Cuadro de máquina

Otro aspecto importante referente a los cuadros eléctricos es el grado de protección que estos deben tener en función del ambiente en el que se vayan a instalar.

El grado de protección IP (International Protection) especifica los diferentes tipos de protección en función de una serie de códigos numéricos. Este código lleva en primer lugar las siglas IP seguidas de un guión y dos dígitos, (IP-X1 X₂), el primer dígito X1 corresponde a la protección contra el polvo y el segundo X₂ a la protección contra el agua.

Como norma general, se puede decir, que cuanto mayor es el grado de protección IP mayor es la protección.

Actividades

12. ¿Qué grado de protección debería tener un cuadro eléctrico situado en el exterior y por donde es frecuente el paso de camiones por un camino no asfaltado?

6.2. Accesorios de los cuadros eléctricos

Una vez se conocen los distintos tipos de cuadros y sus protecciones, es necesario dotarlos a estos de una serie de accesorios con el fin de poder instalar los distintos elementos eléctricos, para ello se tiene:

1 Carriles DIN, que son barras normalizadas utilizadas en la fijación de elementos y bornas en dentro del cuadro. Suelen estar fabricados de acero laminado de 35 mm de ancho, aunque también pueden ser de aluminio y de acero inoxidable.Carriles DIN sobre el que se le han montado relés y bornas

2 Placas pasacables, que están localizados en los laterales del cuadro con el fin de facilitar el paso de tubos y canaletas que provienen del exterior.

3 Obturadores, que permiten tapar los huecos existentes mejorando la seguridad, la estética y el grado IP.

4 Placa, que suelen utilizarse como fondo de armario y en donde se suelen instalar algunos elementos.

5 Armadura y revestimiento, las armaduras son utilizadas para grandes armarios, son desmontables con el fin de facilitar su transporte e instalación. Sobre estas armaduras se deben poder fijar los distintos elementos ni la necesidad de paredes. El revestimiento consiste en el acoplamiento de paneles que se encargarán de cubrir la armadura.

 

Nota

Los rack son unidades extraíbles y se utilizan para alojar los elementos electrónicos e informáticos.

6.3. Elementos de conexión en cuadros eléctricos

Se pasará ahora al montaje de los cuadros eléctricos, en los que los elementos más comunes son los que se describen a continuación.

Regletero

Regletero es la zona donde se encuentran los bornes de conexión.

Borna

Es el punto de conexión entre la instalación eléctrica del cuadro y la que se encuentra en el exterior.

La colocación de la borna deberá ser con la pestaña hacia arriba para facilitar su conexión o mantenimiento.

Debido a la gran variedad en las instalaciones y montaje de cuadros, las características de las bornas dependerán de lo que se quiera conectar. Por lo que se tienen bornas de varios colores, para poder diferenciar circuitos o puestas de tierra, también existen otros accesorios como peines, que se utilizan para conectar varios elementos a la vez.

A la hora del montaje de las bornas hay una serie de puntos a tener en cuenta:

1 La pestaña de manipulación se colocará del lado del cliente.

2 La borna del neutro se colocarán ordenadamente según se hayan instalado anteriormente en los elementos de protección.

3 La bornas no serán deformadas por un exceso de apriete.

4 Las bornas de potencia deberán estar separadas por pantallas aislantes.

5 La bornas deberán tener al menos el mismo calibre al correspondiente térmico de protección.

Actividades

13. ¿Qué es un terminal y para qué se utiliza?

14. Realice un dibujo con los diferentes tipos de terminales eléctricos.

Se deberán identificar las bornas para tanto en el plano de montaje como en el mismo cuadro, con el fin de facilitar su montaje y mantenimiento. Esta identificación se realizará con etiquetas de plástico en las que se observa un código del tipo Xn, donde “X” indica que es una borna y el término “n” indica el número que hace en el cuadro.

Nota

Las entradas de las fases en los contactores y guardamotores serán numeradas con 1, 3 y 5.

Las salidas se numerarán con 2, 4 y 6.

Canaletas

Estos elementos se utilizan para conducir los conductores (<10 mm²) por el interior del cuadro. La fijación de estos elementos al cuadro se realiza mediante remaches o tornillos.

6.4. Climatización de cuadros eléctricos

Otro aspecto importante en la instalación y mantenimiento de un cuadro eléctrico consiste en la climatización del mismo, puesto que todos los componentes eléctricos deben estar a una temperatura adecuada, ya que tanto un exceso de temperatura provoca un sobrecalentamiento de los elementos que tiene como consecuencia su deterioro y posterior destrucción.

Por otro lado, con temperaturas bajas se pueden producir condensaciones de agua con lo que afectaría negativamente a todo el cuadro eléctrico.

La regulación de temperatura puede ser de forma natural, o bien, forzada:

1 Ventilación natural: consiste en la incorporación de elementos pasivos en las paredes del cuadro, que suelen ser ventanas o rejillas, y permitan el paso de aire refrigerándolo por medios naturales (corrientes de convección). Este sistema es el más barato, ya que no conlleva costes adicionales.

2 Ventilación forzada: hace referencia cuando la ventilación natural no es suficiente, y para ello se utilizan elementos activos como ventiladores (bajar la temperatura) y calefactores (aumentar la temperatura).

También a la hora del montaje es necesario considerar las perturbaciones electromagnéticas producidas por la circulación de corriente eléctrica por los conductores.

Estas perturbaciones afectan principalmente a los elementos electrónicos, ya que la información que recibe de los sensores exteriores puede ser errónea y por lo tanto provoca un mal funcionamiento de la máquina o instalación.

Para evitar este tipo de defecto de instalación será necesario:

1 Conectar todas las partes metálicas y crear una masa de referencia.

2 La entrada de cables se realizará mediante bandejas o tubos metálicos, separando los circuitos de mando y potencia.

3 Los elementos de potencia y de control deberán estar separados por una chapa metálica.