Normativas relacionadas con el monitoreo de condición de activos

Reflexiones del Ing. Pablo Martinez, CMRP.

Norma ISO 17359. Condition Monitoring and Diagnostics of Machines — General Guidelines.

Este documento proporciona directrices para el monitoreo de la condición y el diagnostico de equipos utilizando parámetros como la vibración, la temperatura, la tribología, rangos de flujo, la contaminación, la potencia y la velocidad, típicamente asociados con los criterios de rendimiento, condición y calidad. Partiendo desde el principio básico de que el funcionamiento y la condición de los activos está relacionada directamente con el rendimiento, el estado o la calidad del producto final de la compañía.

El monitoreo de condición constituye un componente vital de la gestión de activos y este documento es el principal de un grupo de normas que abarcan el ámbito de monitoreo y el diagnóstico de las condiciones de activos. Estas normas de monitoreo de condición son indispensables para el uso y la aplicación de la familia de normas de gestión de activos ISO 55000. Este documento proporciona los procedimientos generales que deben considerarse al establecer un programa de monitoreo de condiciones para todos los tipos de máquinas, e incluye referencias a otras normas internacionales y otros documentos necesarios o útiles en este proceso.

Este documento presenta una visión general de un procedimiento genérico que se recomienda utilizar cuando se implementa un programa de monitoreo de condiciones, y proporciona más detalles sobre los pasos clave a seguir. Introduce el concepto de dirigir las actividades de monitoreo de condición hacia la identificación y la detección de mecanismos de deterioro como causas raíces de la aparición de los modos de falla y describe el enfoque genérico para establecer criterios de alarma, llevar a cabo el diagnóstico y el pronóstico y mejorar la confianza en ese diagnóstico y pronóstico, que se desarrolla con más detalle en otras Normas Internacionales.

Algunos de las sugerencias de la norma ISO 17359:

  • Recomienda la identificación clara de los equipos y sus atributos, parámetros de operación normal, las fuentes de alimentación asociadas, los sistemas de control y los sistemas de monitoreo existentes.
  • Recomienda la evaluación y clasificación de acuerdo a la criticidad de los activos y el riesgo que supone una falla de este para la organización. Este análisis debe incluir una evaluación costo-beneficio.
  • Recomienda, por tipo de equipo, la identificación de modos falla, mecanismos de deterioro, identificación de componentes y sus frecuencias características de falla, identificar el método de monitoreo más idóneo para su captura e identificar las condiciones operacionales y los lugares de medición con mayor posibilidad de detección de falla.
  • Hace referencia a que la posibilidad de realizar un diagnóstico confiable depende principalmente de:
    • Las condiciones operacionales del activo a monitorear, el monitoreo debe llevarse a cabo cuando la máquina haya alcanzado un conjunto predeterminado de condiciones de funcionamiento (por ejemplo, la temperatura normal de funcionamiento) y procurar efectuarlo siempre en las mismas condiciones de funcionamiento y en el mismo lugar en la máquina.
    • El tipo de maquina a evaluar y de que el método de monitoreo y la frecuencia con de inspección sean las correctos para lograr capturar el mecanismo de deterioro o el modo de falla en particular. Para lograr el mayor valor a la organización esta captura debe generarse en una etapa incipiente o temprana, e ir monitoreando hasta determinar el punto de equilibrio Beneficio – Costo – Riesgo.
    • La configuración adecuada de los parámetros de falla en el software de medición y la selección adecuada del hardware (Cables, sensores, analizador, Gateways, etc.).
    • La calibración y el buen funcionamiento de los instrumentos y componentes del equipo recolector y analizador.
    • La adecuada competencia de las personas responsables de efectuar la recolección de los datos y los diagnósticos.
  • Hace referencia a que en métodos de monitoreo de condición como el análisis de vibración, las simples mediciones de los valores globales (Overall) pueden no ser suficientes para mostrar la ocurrencia de una falla. Se requiere de técnicas como la medición del tiempo, espectros y análisis de fase para revelar los cambios causados por las fallas. Para efectuar la lectura adecuada y un análisis preciso se requiere de la configuración correcta de los parámetros característicos de falla por tipo de equipo y componente en las herramientas de medición (software y hardware).
  • El intervalo de monitoreo depende, entre otros factores, del tipo de falla, su tasa de progresión y, por lo tanto, la tasa de cambio de los parámetros característicos de cada componente.
  • Es necesario analizar, a partir del historial de falla, la frecuencia de aparición de los modos de falla por equipo y tipo de equipo y establecer sus causas, para determinar el intervalo y la periodicidad adecuada de medición programada, la cual debe estar ajustada a una frecuencia mayor que la aparición del modo de falla esperado.
  • Se debe establecer los criterios de alerta/alarma adecuados que permitan la identificación temprana de la ocurrencia de posibles fallas y estos deben optimizarse con el tiempo en un proceso iterativo.
  • Debe incluirse dentro de los parámetros de monitoreo aquellos relacionados con las condiciones operacionales de los activos durante la ejecución del monitoreo de condición, parámetros de procesos u operacionales del equipo tales como: presión, temperatura, fluido, entre otros. Estos parámetros ayudan en los análisis y permiten determinar si la condición observada de mejora o de desmejora se debe a la aparición de una falla o a un cambio en las condiciones de operación o de funcionamiento.

Norma ISO 14224. Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries — Collection and Exchange of Reliability and Maintenance Data for Equipment.

Esta norma sugiere los principios básicos para la recolección y tratamiento de los datos de mantenimiento y confiabilidad para industrias de Oil&Gas, sin embargo, es ampliamente utilizada para determinar la forma correcta de extraer y procesar la información relacionada a mantenimiento y confiabilidad de cualquier tipo de industria. De acuerdo a los lineamientos de la norma existen principios básicos en la clasificación de los equipos industriales, estos deben estar agrupados en Familia de equipos, Clase de equipos y Tipo de equipos.

Por tanto, se puede hablar de Familia de equipos Rotativos, para una clase de equipo Bomba y está dividida a su vez en tipo de quipos como bomba centrifuga, bomba reciprocarte y bomba rotatoria. También se podría mencionar de una familia de equipos Eléctricos, que posee una clase de equipo motor eléctrico y que se subdivide en dos tipos de equipos motor eléctrico AC y motor eléctrico DC

Para cada familia, clase y tipo puede determinarse características comunes y a su vez componentes y formas de falla similares. Es así como se identifican modos de falla, mecanismos de deterioro, causas de falla, partes, entre otras comunes. Estos mecanismos y modos de falla son el objetivo principal de captura a través de las diferentes técnicas de monitoreo de condición (vibración, termografía, análisis de lubricantes, entre otros.), sea que se puedan capturar en la etapa temprana (incipiente) o que se capturen cuando ya sea muy evidente la falla de estos componentes. La captura de los mismos se realiza de acuerdo a aspectos particulares y característicos de cada uno de los componentes que integran el equipo en sí, por ejemplo, la frecuencia de vibración típica del número de bolas de un rodamiento que indica un defecto en una de las bolas, o la frecuencia de vibración característica del daño de uno de los dientes de un engranaje, que permite distinguirlo de modos de falla de otros componentes del equipo.

Por otro lado, la Norma ISO 14224, define en el conjunto Motor – Bomba, que el motor es un primer equipo y la bomba un segundo equipo, esto básicamente porque cada uno tiene una función operacional diferente, con una estructura física y componentes distintos, con modos de falla y mecanismos deterioro particulares y aun cuando trabajan en conjunto para lograr la función operación esperada, cada uno por sí mismo tiene una forma de falla particular en sus componentes. De manera que, al registrar estos modos de falla y mecanismos de deterioro por cada equipo por separado, puede realizarse análisis propios por tipo de equipo, clase de equipo y familia de equipo.

Luego para un arreglo Motor- Reductor – Compresor, por ejemplo, el motor es un equipo, el reductor un segundo equipo y compresor un tercer equipo, y toda la información que surja asociada al monitoreo de condición, mejoras establecidas, fallas funcionales, etc., de cada uno de ellos podrá ser estudiado de forma coherente de acuerdo a su naturaleza operación y falla particular en cada uno de ellos, logrando mejorar a raíz de estos análisis las estrategias de cuidado, mitigar riesgos y optimizar costos asociados a ese equipo particular o a la familia y tipo al que pertenece.

Este mismo principio de clasificación por familia, clase y tipo de equipo, desglose por modos de falla y mecanismo de deterioro, estrategia de recolección, tratamiento y análisis de datos, de acuerdo a las mejores prácticas, es el que debe imperar en todos los sistemas de información asociados a la gestión activos de planta (CMMS, EAM, sistemas de monitoreo permanente o sistemas de monitoreo offline, rondas operacionales, etc.) y es el principio básico que utilizan todos los fabricantes de soluciones asociadas a la gestión de activos, para efectuar eficientemente todos los análisis y mejoras requeridas durante el ciclo de vida de los activos.

Norma ISO 20816-1. Mechanical Vibration — Measurement and evaluation of machine vibration.

Part 1: General guidelines.

Esta norma es un documento básico que establece directrices generales para la medición y evaluación de la vibración mecánica de la maquinaria, medida en las partes giratorias y no giratorias (y en su caso, no recíprocas) de máquinas completas, como ejes o alojamientos de rodamientos. El objetivo principal es proporcionar directrices para el monitoreo operacional y las pruebas de aceptación.

Entre los puntos más resaltantes que se toman en consideración para este análisis están:

  • La norma hace énfasis en la importancia de efectuar análisis en función a las frecuencias características de falla de componentes de los equipos. Estos rangos de frecuencia dependen del tipo de máquina que se esté evaluando, así, por ejemplo, en cajas de cambio y los rodamientos, puede ser apropiado utilizar un rango de frecuencia diferente para capturar modos de fallas característicos. En esta norma, además, figuran criterios específicos para las diferentes clases y tipos de maquinaria.
  • Establece que para una señal de vibración compleja pueden ser identificados con una variedad de arreglos de filtrado o análisis de espectro. Así, por ejemplo, si se dispone de suficientes datos sobre el rodamiento en particular, sus frecuencias características para una variedad de defectos pueden ser calculadas y comparadas con los componentes de frecuencia de la señal de vibración típica de un defecto en particular. Esto, por lo tanto, puede dar no sólo el reconocimiento de que el estado de un rodamiento es preocupante, sino que también puede identificar la naturaleza del defecto.
  • La norma también hace énfasis en las posiciones recomendadas para el monitoreo de condición y recomienda al menos 3 posiciones: 2 radiales (horizontal y vertical) perpendicular al eje rotativo y una posición axial en dirección paralelo al eje rotativo. Si bien en la norma no menciona una nomenclatura estándar para la identificación de esos puntos, existen mejores prácticas que permiten ubicar rápidamente cada punto de medición en el equipo.
  • La norma hace mención a que las mediciones de la vibración se deben efectuar después de alcanzar las condiciones normales de funcionamiento acordadas (velocidad, carga, temperatura, presión, etc.). Por tanto, es importante configurar en la herramienta, si esta lo permite, puntos asociados a la captura de la condición operacional del equipo durante la ejecución de monitoreo de condición.
  • La noma exalta como un punto importante establecer límites de vibración operacional y sugiere para estos la configuración de alarmas y disparos. En el caso concreto a las funciones que permite establecer el AMS MM nos referimos a las bandas de alarmas y alertas.

La norma indica que el propósito con estas alarmas es avisar de que se ha alcanzado un valor definido de vibración o de que se ha producido un cambio significativo, en el que puede ser necesario tomar medidas correctivas. En general, si se produce una situación de alarma, la operación puede continuar durante un período de tiempo mientras se realizan investigaciones para identificar la razón del cambio en la vibración y definir cualquier acción correctiva.  La alarma se establece como un valor de referencia y puede existir diferentes rangos de alarma en un mismo equipo para cada componente en particular, en función a las cargas dinámicas y la rigidez del soporte del cojinete. Para establecer los niveles de alarma se requiere además incorporar en el software de monitoreo información técnica específica de cada equipo (potencia, el tipo de montaje e información de proceso).

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