Mantenimiento por delante

Mantenimiento de ascensores centrado en la confiabilidad: una introducción

por Lakshmanan Raja

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Introducción

El objetivo principal del mantenimiento de ascensores es mantener los ascensores en condiciones aceptables para que realicen la función para la que están destinados sin ningún compromiso. Desafortunadamente, el mantenimiento de los ascensores no siempre se toma tan en serio como debería, y las unidades fallan. Luego, los recursos necesarios se comprometen a reparar o reemplazar el equipo averiado. Esto era aceptable en días anteriores, cuando los edificios no eran tan altos y el tiempo de inactividad no importaba tanto. Al mismo tiempo, la mayoría de los sistemas de ascensores eran simples y los componentes estaban sobrediseñados. Como resultado, no hubo necesidad de un mantenimiento sistemático más allá de las simples rutinas de limpieza, servicio y lubricación. A medida que crecía la altura de los edificios, el tiempo de inactividad se convirtió en una prioridad. Esto condujo al concepto de mantenimiento preventivo. Por lo tanto, ahora se practica una estrategia de mantenimiento basada en la inspección, el reemplazo de componentes y la revisión a intervalos fijos, independientemente de la condición. Actualmente, la industria está dedicando mucha atención a realizar correctamente las tareas de mantenimiento planificadas sin asegurarse de que las tareas planificadas sean las tareas requeridas. Entonces, ¿es efectiva esta forma de hacer el mantenimiento? ¿Cómo se puede mejorar aún más para adaptarse al moderno sistema de ascensores, que es un modelo funcional con la combinación de ingeniería mecánica, eléctrica, electrónica y de software? Investigaremos cómo mejorar el mantenimiento en este artículo. En primer lugar, para planificar el mantenimiento de manera eficaz, debemos comprender cómo fallan los componentes.

Comprender el fracaso

Ningún artículo físico tiene una tasa de falla cero. La carga ejercida sobre las piezas de la máquina por el uso tensiona su estructura física. Si la tensión es alta, la unión a través de la sección de carga se separa y el material se rompe: esto es una sobrecarga. Si la carga es repetitiva, solo unos pocos enlaces se separan y los enlaces intactos restantes soportan la carga con menos resistencia estructural disponible: esto es fatiga. La resistencia del material y la carga de la máquina se prevén idealmente para que sean deterministas, pero en el mundo práctico, son de naturaleza probabilística. Esto no solo es aplicable a los componentes mecánicos, sino también a los dispositivos electrónicos. La carga en los dispositivos electrónicos puede ser la corriente que transporta o el número de cambios que hace el transistor. El efecto es el mismo, y la capacidad diseñada no va a ser determinista para el mismo tipo de componentes.

Las siguientes figuras muestran la curva de función de densidad de probabilidad de carga y resistencia. Muestran la distribución natural de la variación en la tensión y la capacidad de carga de material especificado idénticamente comprado a diferentes proveedores.

La Figura 1 muestra el conjunto de curvas donde el equipo es operado y mantenido de la manera prevista por el diseñador. La distribución de la resistencia del material utilizado y el rango de tensiones operativas esperadas son muy diferentes. El margen de seguridad/factor de seguridad diseñado es la función de este espacio.

La figura 2 muestra la situación de sobrecarga en la que la distribución de las tensiones operativas se superpone a la curva de resistencia.

Cuando un material se somete a esfuerzos repetidos, falla a un nivel de esfuerzo por debajo del límite elástico. Este tipo de falla del material se conoce como fatiga. La figura 3 muestra la situación en la que las propiedades del material se degradan debido a la fatiga hasta que el material es demasiado débil para soportar la carga nominal y comienza a fallar.

Cuando la carga aumenta, se produce más deformación. Esta relación en el metal se conoce como Ley de Hooke, que se muestra en la Figura 4. En la región elástica, la carga y la deformación son proporcionales y el metal actúa como un resorte. Si la carga aumenta, la deformación sube hasta el punto en que la microestructura no puede soportar la carga y entra en el rango plástico donde ocurre la falla. El sobreesfuerzo del material ocurre en las partes eléctricas, electrónicas y mecánicas que se someten a una carga operativa excesiva y al estrés ambiental debido a la vibración, la fluctuación de temperatura, etc. Las partes sobreesforzadas se dañan y la falla comienza a iniciarse.

Patrones de falla

Una visión tradicional de optimizar la disponibilidad del equipo es hacer algunas revisiones o reemplazar componentes a intervalos fijos. El pensamiento clásico de tal patrón de falla se muestra en la Figura 5.

Podemos entender por el patrón: Se asumió que existe una zona de desgaste evidente después de que el equipo se usa durante X años. Sin embargo, los sistemas más nuevos son más complejos que hace 20 años. Esto ha llevado a cambios en el patrón de fallas, y hay seis patrones de fallas dominantes identificados en el estudio realizado en la industria de aeronaves civiles, que se muestra en la Tabla 1. El punto importante a tener en cuenta aquí es, los patrones de fallas A, B y C están relacionados con la edad, mientras que D, E y F no están relacionados con la edad. El porcentaje de ocurrencia muestra que los patrones de falla D, E y F contribuyen en más del 89% de las fallas analizadas, las cuales no tienen una zona de desgaste definida. Significa que las revisiones y los reemplazos realizados a intervalos específicos, que es la práctica actual, pueden no ser efectivos. Además, puede crear mortalidad infantil debido a las actividades de mantenimiento intrusivo no requeridas. Los comentarios de los clientes, como "El ascensor funcionaba bastante bien, pero después de que el personal del ascensor hiciera el servicio, comenzó a fallar con frecuencia", es un buen ejemplo de la situación mencionada anteriormente.

Detección de fallas

De la discusión anterior, entendemos que muchos modos de falla carecen de una zona de desgaste definitiva. Sin embargo, la mayoría de las fallas darán algún tipo de advertencia sobre la próxima falla. Las etapas finales de la propagación de fallas se explican en la Figura 6, que se denomina curva PF. El punto en el que se detecta la degradación es el punto P. Después de esto, eventualmente ocurrirá la falla. Qué tan pronto dependerá de la tensión impuesta sobre la parte defectuosa. La falla funcional ocurre en el punto F. El intervalo de tiempo entre los puntos P y F se denomina intervalo PF, que también se denomina tiempo de anticipación a la falla. Este es el intervalo en el que la falla potencial se vuelve detectable y el punto en el que se degrada a una falla funcional.

Para detectar las fallas potenciales y corregirlas a tiempo, el intervalo entre las tareas de mantenimiento preventivo debe ser menor que el intervalo PF.

Si la falla potencial se detecta en una etapa temprana, obtenemos un intervalo de PF más largo. El intervalo PF más largo significa que el intervalo de inspección puede ser más largo y el equipo de mantenimiento tendrá más tiempo para tomar las medidas necesarias para evitar las consecuencias de la falla. Pero el desafío aquí es que, para detectar la falla potencial (punto P) temprano, se requiere detectar una desviación más pequeña de la condición normal. Esto será difícil, especialmente cuando las etapas finales de deterioro no sean lineales.

Las técnicas de detección que utilizan los sentidos humanos son muy comunes y baratas. Tales técnicas son comunes en la industria de ascensores y escaleras mecánicas. La principal ventaja de dicha detección con los sentidos humanos es que pueden detectar una amplia gama de posibles condiciones de falla utilizando los cuatro sentidos, como se muestra en la Figura 7. 

Sin embargo, nuestros sentidos humanos pueden no ser lo suficientemente sensibles o precisos para detectar una desviación tan pequeña de manera constante, y esto dará como resultado un intervalo de FP muy corto. Cuando confiamos en la tecnología mediante el uso de instrumentos adecuados para monitorear y detectar la condición del equipo, se le llama monitoreo de condición. Dichos instrumentos de monitoreo de condición, si están correctamente calibrados, detectarán los posibles síntomas de falla de manera temprana, lo que resultará en un intervalo de PF más largo que los sentidos humanos. La mayoría de los componentes mecánicos, como cuerdas de suspensión, poleas motrices, conexiones mecánicas en la puerta del automóvil, rodillos, etc., pasarán por las etapas reconocibles de degradación. Pero los componentes electrónicos (PCB con dispositivos de estado sólido) no mostrarán ningún signo visible de falla potencial. Reconocer su degradación con los sentidos humanos es muy desafiante.

Fallo sistemático

Las fallas observadas hasta ahora involucran elementos físicos, que son de naturaleza aleatoria y resultado de uno o más posibles mecanismos de degradación en el hardware. Sin embargo, existen fallas, relacionadas de manera determinista con una determinada causa que solo pueden ser eliminadas mediante una modificación del diseño o del proceso de fabricación, procedimientos operativos, documentación u otros factores relevantes. Este tipo de fallas se denominan fallas sistemáticas. Ejemplo: El procedimiento de ajuste y mantenimiento proporciona información incorrecta sobre el ajuste del resorte del freno de una máquina de tracción. También hay fallas causadas por errores humanos, que a veces pueden clasificarse como de naturaleza aleatoria o determinista, según la naturaleza del error.

Por lo tanto, se deben adoptar diferentes enfoques de mantenimiento para abordar todos estos tipos de fallas en el sistema moderno.

Tareas de mantenimiento

Podemos agrupar las tareas de mantenimiento en términos generales en tres tipos: preventivo, de detección de fallas y correctivo, que se muestra en la Figura 8.

El mantenimiento preventivo se lleva a cabo antes de la falla. Esto puede ser dirigido por la condición, lo que se puede lograr monitoreando la condición hasta que la falla sea inminente, o por un predeterminado (dirigido por tiempo) en un intervalo fijo (como tiempo de calendario, horas de operación, número de ciclos) que consiste en una restauración o reemplazo programado de un artículo o de sus componentes.

La detección de fallas no puede tratarse como una tarea de mantenimiento preventivo ya que es solo una prueba funcional para detectar la salud de la función oculta del sistema. Ejemplo: una prueba periódica realizada para verificar el funcionamiento del limitador de velocidad y el paracaídas.

Si el resultado de la tarea de detección de fallas muestra algún tipo de degradación funcional, entonces se puede llevar a cabo un posible mantenimiento preventivo. Si el resultado de la tarea de detección de fallas muestra una falla funcional completa, entonces se debe realizar una tarea de mantenimiento correctivo.

El mantenimiento correctivo restaura las funciones de un elemento después de que se ha producido una falla o el rendimiento no cumple con los límites establecidos. Algunas fallas son aceptables si las consecuencias de la falla son tolerables en comparación con el costo del mantenimiento preventivo y la pérdida subsiguiente debido a la falla. Esto da como resultado un enfoque planificado de ejecución hasta el fallo para el mantenimiento. Ejemplos: botón de llamada, fallas en el indicador del piso o fallas en la luz o el ventilador del automóvil.

El mantenimiento preventivo normalmente está programado o se basa en un conjunto predeterminado de condiciones, mientras que el mantenimiento correctivo no está programado. Hay una nueva forma de mantenimiento llamada mantenimiento centrado en la confiabilidad (RCM) que está llamando la atención ahora. RCM identifica las tareas óptimas de mantenimiento preventivo y correctivo (enfoque) y depende del modo de falla, que veremos en las secciones posteriores.

RCM de Ascensores

El pensamiento tradicional de realizar un mantenimiento preventivo para preservar los equipos genera muchos problemas. Los más importantes entre ellos son:

• Trata todos los fallos por igual sin tener en cuenta el uso y el entorno del ascensor y realiza el mantenimiento simplemente porque existe la oportunidad de hacerlo, lo que desperdicia recursos.

• Al ejecutar dicho mantenimiento, la actividad en las partes no deterioradas podría causar daños debido a una acción intrusiva, aumentando así las posibilidades de error humano.

El propósito del RCM no es preservar el equipo por el bien del equipo, sino preservar sus funciones. En el proceso de RCM, debe identificar la importancia de cada función y seleccionar la tarea de mantenimiento efectiva para detectar y mitigar las fallas funcionales identificadas. El análisis riguroso de RCM se ha utilizado en las industrias aeronáutica, espacial, de defensa y nuclear donde la falla funcional tiene el potencial de resultar en grandes pérdidas de vidas o un impacto ambiental extremo.

Básicamente, el proceso RCM responde a las siguientes siete preguntas esenciales:

1. ¿Cuáles son las funciones y los estándares de desempeño deseados asociados del activo en su contexto operativo actual?
2. ¿De qué manera el activo puede dejar de cumplir con sus funciones (fallas funcionales)?
3. ¿Qué causa cada falla funcional (modos de falla)?
4. ¿Qué sucede cuando ocurre cada falla (efectos de falla)?
5. ¿De qué manera importa cada falla (consecuencias de la falla)?
6. ¿Qué se debe hacer para predecir o prevenir cada falla (tarea de mantenimiento)?
7. ¿Qué se debe hacer si no se puede encontrar una tarea proactiva adecuada (acciones predeterminadas)?

Para la pregunta 1, el estándar de rendimiento esperado se puede obtener de los códigos relevantes como EN 81 o ASME A17, etc. El contexto operativo depende del entorno donde se instale el ascensor.

Para las preguntas 2 a 5, el Análisis de Modo de Falla y Efecto (FMEA) será una herramienta relevante para obtener esa información. FMEA es similar al análisis de causa raíz, pero se realiza antes de que ocurra la falla para evitar las fallas. Sin embargo, FMEA se diseñó principalmente para evaluar el riesgo, mientras que RCM utiliza un proceso de decisión estructurado para determinar una tarea para detectar, eliminar o reducir la frecuencia de ocurrencia/consecuencia de cada modo de falla específico al seleccionar la tarea de mantenimiento adecuada, que se aborda mediante una pregunta. 6 y 7. RCM utiliza una combinación óptima de tareas de mantenimiento como dirigidas por tiempo (TD), dirigidas por condición (CD), búsqueda de fallas (FF) y ejecutar hasta fallar (RTF) según la naturaleza del modo de falla.

La Tabla 2 proporciona más información sobre las tareas y algunos ejemplos de sus aplicaciones relevantes para ascensores.

Como se mencionó anteriormente, la tarea de mantenimiento debe centrarse en la prevención del modo de falla. Por ejemplo, su autor había tabulado los modos de falla de un sistema de frenos electromecánicos con la tarea de mantenimiento recomendada en la Tabla 3. Es posible que haya notado que ciertos modos de falla requieren el desarrollo de competencias mediante capacitación, y algunos requieren una revisión o cambios de diseño, que son los Ejemplos de fallas sistemáticas. La Figura 9 brinda una guía general sobre la selección de tareas de mantenimiento para un modo de falla dado. La tarea de mantenimiento seleccionada debe ser técnicamente factible y vale la pena realizarla. 

El análisis en la Tabla 3 nos guía en la selección de la tarea de mantenimiento apropiada para diferentes modos de falla. Seleccionar el intervalo de la tarea es el próximo desafío. Para la tarea de CD, el intervalo en el monitoreo de condición debe ser menor que el intervalo PF. Normalmente se utiliza un intervalo de tarea igual a la mitad del intervalo PF, ya que proporciona dos oportunidades para que se detecte la degradación. Cuando se desea un mayor nivel de precisión, se selecciona un intervalo de tareas más pequeño, pero debe ser justificable por el costo.

Para la restauración o reemplazo programado, el intervalo se basa en una evaluación de modos de falla, vida segura o vida útil. Vida segura: vida útil prescrita con una probabilidad declarada de falla catastrófica. Vida útil: intervalo de tiempo, desde el primer uso hasta que ya no se cumplen los requisitos del usuario, debido a la economía de operación y mantenimiento, u obsolescencia.

El autor ha enumerado muchos componentes del ascensor y ha sugerido tareas de mantenimiento en función de los posibles síntomas de falla de los componentes en la Tabla 4, y no es exhaustiva. Los lectores pueden refinarlo aún más haciendo un análisis de modo de falla para cada componente para encontrar una tarea de mantenimiento adecuada basada en los modos de falla derivados. Además, las tareas de mantenimiento identificadas también ayudarán a encontrar la información para las actividades de apoyo, como el aprovisionamiento de repuestos, el nivel de análisis de reparación, los requisitos de herramientas y equipos de prueba, los niveles de habilidad de la mano de obra, etc. Como cada edificio es diferente, La retroalimentación sobre el desempeño de las tareas/programas de mantenimiento implementados debe adquirirse continuamente para la mejora continua.

Conclusiones

Hay un dicho: “Si siempre haces lo que siempre hiciste, siempre obtendrás lo que siempre obtuviste”. Para cualquier mejora, se necesita un cambio en la acción. Mejorar el tiempo de actividad de los ascensores en el edificio para hacer frente al mundo moderno y acelerado es una necesidad esencial ahora. Para eso, es importante comprender la falla de los componentes del ascensor y, para ser más precisos, es muy importante comprender el modo de falla de los componentes. La estrategia de mantenimiento debe decidirse en función del modo de falla de cada componente. Los desarrollos en el monitoreo de condiciones y el monitoreo remoto ayudarán a obtener los datos requeridos sin hacer una visita al sitio. Sin embargo, los datos/información recopilados deben ser analizados por personal calificado para seleccionar la estrategia de mantenimiento adecuada. Espero que este artículo arroje algo de luz sobre la comprensión de la estrategia de fallas y mantenimiento y haya brindado una introducción a RCM. Se recomienda a los lectores consultar la sección de referencia para obtener más información.

Referencias

[1] Moubray, John. Mantenimiento centrado en la confiabilidad. Prensa Industrial Inc., 2001.

[2] Gulati, Ramesh y Ricky Smith. Mejores prácticas de mantenimiento y confiabilidad. Prensa Industrial Inc., 2009.

[3] BS EN 60300-3-11:2009 — Gestión de la confiabilidad. Guia de APLICACION. Mantenimiento Centrado en Confiabilidad

[4] Sondalini, Mike. “Bienestar industrial y de fabricación”. Prensa Industrial Inc., 2016.

[5] NASA — Guía de mantenimiento canterado de confiabilidad para instalaciones y equipos colaterales — 2008

[6] IEC 61508 – 4 Seguridad funcional de los sistemas eléctricos/electrónicos/electrónicos programables relacionados con la seguridad. Parte 4: Definiciones y abreviaturas.

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