Figura 1: Camión volquete en funcionamiento (cortesía de: Phelps Industry)

En un pasado no muy lejano, la mayoría de los gerentes de nivel sénior habrían temblado si alguien hubiera dicho que se debía realizar un análisis modal de fallos y efectos (FMEA o AMFE) del sistema hidráulico. Se pensaría inmediatamente que era un montón de gente muy bien pagada sentada alrededor de una mesa soñando con maneras de eliminar las cosas que podrían sucederle o no a su equipo hidráulico.

Finalmente, se dieron cuenta de que la mayoría de sus órdenes de trabajo diarias se generaban para reparar cosas que estaban ocurriendo en el nivel modal de fallos que se determinó que era mantenimiento reactivo. ¡Cómo han cambiado los tiempos! En la actualidad, la mayoría de los gerentes de nivel sénior han sido promovidos a posiciones dentro del grupo de confiabilidad y sus técnicos ahora están utilizando técnicas de mantenimiento basadas en la mejora. ¡Desde entonces nunca han mirado hacia atrás!

Una manera fácil, pero efectiva, de realizar un FMEA o AMFE en un sistema hidráulico típico es a través de la recolección, análisis y tendencias de datos relevantes de unos pocos dispositivos de bajo costo colocados apropiadamente.

Definición del análisis modal de fallos y efectos

El FMEA o AMFE es un proceso probado, creado en una hoja de cálculo para ayudar a los gerentes de instalaciones a anticipar lo que podría salir mal en un conjunto de máquinas o procesos y cómo ese activo fallaría para realizar su función prevista. El FMEA o AMFE también ayuda a encontrar posibles causas de fallas funcionales y modos de falla, y la probabilidad de detectarlas antes de que ocurran. Requiere una declaración de función bien definida que describa claramente la función de la máquina o lo que debe hacer y el rendimiento, o cómo debería hacerlo, y debe ser cuantitativa o mensurable.

Fundamentos de la hidráulica

En cualquier sistema hidráulico, ya sea un camión volquete en una fábrica de papel o un tractor de granja, solo necesita saber tres cosas al determinar cómo identificar fallas funcionales y modos de falla de un FMEA o AMFE. Son tasa de flujo versus tasa de flujo requerida, dirección del flujo versus dirección de flujo requerida y presión operativa versus presión operativa requerida. La colocación correcta de estos dispositivos de detección simples y económicos, como medidores de flujo y manómetros, en la fase de diseño de su sistema hidráulico le permite incorporar confiabilidad y larga duración del servicio. Modificar un sistema hidráulico para agregar estos dispositivos después del hecho es muy costoso y generará otros problemas imprevistos.

Para comenzar

La siguiente es una declaración de función aceptable desarrollada por Drew Certain, P.E. Ingeniero de Ventas en Phelps Industries. Es el fabricante de equipo original (OEM) del camión volquete hidráulico usado para describir el proceso FMEA o AMFE en el resto de este artículo.

La figura 1 muestra un camión volquete en funcionamiento. El camión entra en una plataforma y todo el camión se levanta hasta que alcanza el ángulo adecuado y se vacía la caja.

Declaración de función del camión volquete
Las plataformas de 70 pies de largo de los camiones volquetes están diseñadas para subir y bajar en un movimiento continuo e ininterrumpido y manejar seis camiones por hora. El sistema hidráulico está diseñado para extender la plataforma hacia arriba en un ángulo de 58 a 61 grados, siendo el ángulo máximo de 63 grados, con dos cilindros telescópicos que se extienden 500 pulgadas en 150 segundos entre 800 y 1500 libras por pulgada cuadrada de presión sobre la base de una caja cargada estándar y dos bombas hidráulicas de paleta con desplazamiento fijo con un flujo de descarga combinado de 180 galones por minuto. Está diseñado para retraerse por gravedad sin flujo de descarga o presión de la bomba de 500 pulgadas en 90 segundos para un tiempo de ciclo total de 240 segundos o cuatro minutos. El volquete puede detenerse en cualquier punto, generalmente de 56 a 61 grados, según lo establecido por el usuario final.

(Nota del autor: también podría haber un tiempo de permanencia en cualquier punto durante el ascenso según el operador, pero a efectos de este artículo, se usarán 240 segundos).

¡ Esa es una verdadera declaración de función! Describe claramente lo que se supone que el camión volquete debe hacer y cómo debe hacerlo. Esta declaración presenta muchas cosas que se pueden medir.

Este es un ejemplo de una declaración de función muy deficiente:
descargar tantos camiones como podamos.

Cómo se ve en el papel

La declaración de función del camión volquete indica que la plataforma de 70 pies de largo está diseñada para extenderse 500 pulgadas en 150 segundos con dos bombas hidráulicas de paleta con desplazamiento fijo con un flujo de descarga combinado de 180 galones por minuto.

Una falla funcional sería que la plataforma se extienda demasiado lento, a 300 segundos, que es el doble de tiempo que se supone que debe tardar. Esto indica que se ha perdido la mitad del flujo porque en hidráulica la tasa de flujo es equivalente a la tasa de velocidad. Más flujo es igual a más velocidad y menos flujo equivale a menos velocidad para el tamaño de un activador determinado.

Entonces, ahora es necesario completar el documento con la información adecuada:

• declaración de función;
• falla funcional;
• modos de falla;
• nivel 1 o debido a;
• efectos de fallas;
• consecuencias de fallas;
• tarea apropiada y dispositivo de detección para mitigar la ocurrencia.

Su sistema ya está identificado: el volquete hidráulico de astillas número 3, su subsistema, el sistema operativo hidráulico, su declaración de función y su primer falla funcional, que es “la plataforma que se eleva demasiado lento”.

La figura 2 (ver la página 35) muestra una declaración de función clara y describe en detalle el panorama cuando la plataforma se eleva demasiado lento a 300 segundos en lugar de los 150 segundos requeridos como una falla funcional.

A continuación, se determinan las posibles causas o modos de falla que permitirían que ocurra esto.

Un modo de falla importante: se perdieron noventa galones o el volumen total de una bomba que prueba esa cantidad de flujo. Esto muestra que el flujo es igual a la velocidad.

¿Cuáles son al menos tres elementos que podrían haber contribuido a la falla?

1. El filtro de entrada podría estar tapado, obstruyendo efectivamente el flujo de entrada desde el depósito hasta la entrada de la bomba.
2. La clavija del acoplamiento del eje de la bomba se podría haber cortado, lo que permite que el acoplamiento gire y el eje de la bomba no rote.
3. El motor eléctrico se podría haber desconectado, lo que no permite que el eje del motor eléctrico o el eje de la bomba giren.

Esto es lo realmente magnífico de tener un medidor de flujo colocado en la línea de descarga de la bomba y la línea de retorno de la válvula de descarga: puede identificar inmediatamente hacia donde va o no va el aceite. Simplemente quiere decir que si el medidor de flujo de descarga de la bomba muestra un flujo de cero, entonces el problema es la bomba y no va más allá de ese punto.

La figura 3 (ver la página 35) muestra dos posibles modos de falla y tres razones “debido a”, nivel 1.

¿Cuáles son los efectos de fallas, las consecuencias de fallas y las tareas apropiadas para controlar estas fallas?

La figura 4 muestra los efectos de fallas, las consecuencias de fallas y la tarea apropiada para controlarlas, así como los dispositivos para medir y orientar los datos para encontrar incluso las más mínimas variaciones en los parámetros operativos.

Figura 4: Efectos de fallas, consecuencias de fallas, una tarea apropiada y un dispositivo de medición

Algunas personas seguirán perforando y sumarán problemas con la contaminación o temperatura. Usted puede agregar dispositivos para monitorear estos problemas solo para mantenerlo tranquilo, PERO si diseña su sistema hidráulico de la manera correcta, sella la unidad, coloca los filtros correctos del tamaño adecuado y mantiene el aceite hidráulico limpio, fresco y seco, no tendrá estos problemas. Estos son subproductos de un equipo hidráulico diseñado, instalado, operado o mantenido de manera inapropiada hasta el nivel de los componentes.

Modos de fallas de alto riesgo

Usted querrá asegurarse de identificar y abordar sus modos de fa-llas de alto riesgo. Pequeñas abrasiones en el conductor de fluido causan penetración en la piel, quemaduras y pérdida de la vista. Permitir que el aceite se atomice y se convierta en explosivo puede causar daño al equipo y hasta la pérdida de la vida. Una válvula de descarga colocada incorrectamente y que se abra a la fuerza haría que el aceite alcanzara temperaturas extremas, lo que causaría un fuego de 200 °F a 280 °F, y en consecuencia se produciría, de nuevo, daño al equipo o pérdida de la vida.

Frecuencia de inspección

Muchas personas no tienen idea de que NO es necesario inspeccionar su equipo semanalmente. La frecuencia de la inspección no tiene nada que ver con la antigüedad, el tiempo de servicio o la vida útil esperada. La frecuencia de la inspección debe establecerse por el tiempo que hay entre el momento en que el equipo puede ser identificado por primera vez como posiblemente fallando hasta que falla funcionalmente. Esto podría cambiar en función de la tecnología que se está utilizando y la tasa de cambio en la lectura.

Por ejemplo, la frecuencia de inspección de la bomba hidráulica debe ser al menos la mitad del tiempo entre la capacidad de detectar primero la posible falla (P) y la falla funcional (F).

Recuerde, la tecnología determina la frecuencia. Si el tiempo entre P y F es seis meses, entonces la frecuencia de la inspección sería cada tres meses. La clave es mantenerse al tanto de las nuevas tecnologías de detección. Esto le permitirá determinar cuándo retirar el componente del servicio, ahorrando a la instalación potencialmente miles de dólares en costos de reparación y así aumentar la rentabilidad.

La figura 5 (ver la página 37) es una curva P-F personalizada que muestra que varias cosas tienen que suceder antes de hacer una comisión o encargo de un sistema hidráulico. También muestra los indicadores tempranos, a mediano y largo plazo y cuándo retirar un componente que está fallando del servicio.

Conclusión

Realizar un FMEA o AMFE en un sistema hidráulico no tiene que ser complicado. Todos los problemas siempre apuntan hacia tres cosas: flujo, dirección de flujo y presión operativa. Esta información le permite eliminar la mayoría de los problemas que su instalación está experimentando en el nivel de modo de falla, incluyendo los niveles más bajos o “debido a”.