Sobre algunos conceptos de Confiabilidad & Gestión de … · Fenómenos de corrosión o desgaste...
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Sobre la confiabilidad • Algunas definiciones • Porqué es importante la confiabilidad • Los mecanismos de falla • Modelos de falla • Métricas de confiabilidad • Las matemáticas de confiabilidad • Sistema de reporte, análisis & acciones correctivas de fallas • Tareas de confiabilidad durante el ciclo de vida
Sobre la gestión del riesgo • Algunas definiciones • Componentes de la gestión del riesgo • El proceso de gestión de riesgos • El concepto de Pérdida Máxima Probable • Referencias
Contenido
Confiabilidad
Es la habilidad de un ítem (producto, sistema, . . . etc.) para operar bajo las condiciones diseñadas de operación durante un período de tiempo o numero establecido de ciclos.
Algunas definiciones
Disponibilidad
Es la probabilidad de que un ítem, cuando sea usado bajo las condiciones establecidas en un ambiente de soporte ideal (por ejemplo, partes de repuesto adecuadas, personal, equipo de diagnóstico procedimientos, etc.) estuviera operativo en tiempo dado.
Porqué es importante la confiabilidad?
• Porqué los sistemas de ingeniería, componentes y dispositivos no son perfectos
• Para minimizar la ocurrencia y recurrencia de fallas
• Para entender “porqué y “como” las fallas ocurren
• Para poder prevenirlas eficazmente Y, con esto, • Maximizar el desempeño del sistema y además usar
eficientemente los recursos
Los Mecanismos de Falla
• Los mecanismos de falla son el medio por el cual las fallas ocurren.
• Los diseñadores deben conocer los mecanismos de falla que pueden estar asociados inherentemente al diseño, o que pueden ser introducidos externamente. (usuarios, mantenimiento)
• Cuándo los mecanismos de falla son considerados apropiadamente en el diseño, manufactura, instalación y operación, el transformador podrá protegerse, logrando un equilibrio entre el valor económico de la solución y el nivel de desempeño esperado.
• Normalmente no todos las fallas potenciales son conocidas, de manera que tanto la predicción de fallas y el análisis de confiabilidad es un problema probabilístico.
Modelos de Falla
• Modelo de resistencia – esfuerzo La falla ocurre cuando el esfuerzo excede la resistencia
• Modelo de daño acumulado
La falla ocurre cuando el daño acumulado excede los límites
mínimos requeridos para el uso
• Modelo de respuesta a exigencia La falla ocurre cuando el dispositivo no es capaz alcanzar el límite de exigencia
• Modelo de requerimiento de tolerancia
La falla ocurre cuando se exceden los límites de tolerancia del dispositivo
Modelos de Falla (Ejemplos)
• Modelo de resistencia – esfuerzo
Comportamiento de materiales dieléctricos
• Modelo de daño acumulado
Fenómenos de corrosión o desgaste (por ejemplo, contactos
del CDBC)
• Modelo de respuesta a exigencia
Capacidad de soporte al corto circuito
• Modelo de requerimiento de tolerancias
Calibración de la válvula de sobrepresión o del relé Bucholtz
Mecanismos de Falla
• Los mecanismos de falla son procesos físicos cuya ocurrencia es causada por el esfuerzo y deteriora la capacidad (por ejemplo, la resistencia o el aguante) de un dispositivo o material.
• La naturaleza de los mecanismos de falla depende de la naturaleza física de los esfuerzos y del comportamiento de los materiales a nivel molecular respecto a esos esfuerzos.
• Los mecanismos de falla mecánicos pueden ser divididos en tres clases: esfuerzo inducido, resistencia reducida, esfuerzo incrementado.
• Los mecanismos de falla eléctricos pueden ser divididos en tres tipos: esfuerzo, intrínsecos y extrínsecos.
Mecanismos de Falla
Algunos ejemplos de los mecanismos de falla eléctricos
• Magnitud del esfuerzo
Limites de esfuerzo mayores al valor de ruptura dieléctrica para un material específico
• Intrínseco
Diseño de geometrías con gradientes eléctricos altos (concentración de esfuerzos)
• Extrínseco
Defectos en materiales, por ejemplo, defectos en el papel o, impurezas en los mismos
Normalmente una falla involucra la combinación de dos o más mecanismos de falla
Métricas de Confiabilidad
Tasa de Fallas
Es la frecuencia con la cual un ítem (producto, sistema, componente, .. ) falla. Es expresada, en fallas por unidad de tiempo en operación .
Individualmente para cada ítem fallado no reparable, se mediría el tiempo a la falla
La tasa de fallas de un ítem depende y varía del tiempo. La tasa de fallas en el primer año de servicio normalmente será menor que después de 5, 10, 15, 20 o más años en servicio.
Lo anterior se debe principalmente a dos causas, la primera relacionada con el efecto del uso y la segunda por la exposición a esfuerzos o condiciones extremas de naturaleza aleatoria.
La tasa de fallas indicada solamente en términos de número de fallas en proporción a la población , no da elementos suficientes para evaluar la confiabilidad en términos de su definición.
Este concepto en equipos estratégicos, se esta volviendo un requisito a especificar porqué representa la primer barrera para gestionar el riesgo y sus implicaciones económicas.
Las matemáticas de la confiabilidad
Dado que la ocurrencia de fallas es naturaleza aleatoria , el análisis y la evaluación de la misma es de naturaleza estadística y probabilística.
La tasa de fallas o failure rate se define como el número total de fallas de una población, dividido por el tiempo total que ha operado la población , durante un intervalo de medición operando bajo las condiciones establecidas.
( ) ( ) ( )( )
( ) ( )( )tRt
ttRtRtRtttRtRt
•ΔΔ+−
=•−−
=112
21
)(λ
Donde R(t) es la función de confiabilidad o función de sobrevivencia, que describe la probabilidad de no ocurrencia de fallas antes del tiempo t
( ) )(1 tFtR −=
( ) ( ) dxxftFt
•= ∫0
F(t) es la función de distribución de fallas acumulada y f(x) la función de densidad de la distribución de probabilidad que ajusta con un cierto nivel de confianza estadístico los datos de falla.
Las matemáticas de la confiabilidad Fr
ecue
ncia
Tiempos a la falla
Función de distribución de probabilidad f(x)
Tiempos a la falla
Función de distribución acumulada F(t)
( ) ( ) dxxftFt
•= ∫00.01
99,99
( ) )(1 tFtR −=
Función de Confiabilidad R(t)
Tiempos a la falla
0.01
99.99 Las funciones paramétricas de probabilidad más utilizadas para estimar la confiabilidad son:
• Exponencial • Weibull • Lognormal
En particular la distribución Weibull es la más flexible para adaptarse a los datos, por contar tres parámetros (forma, escala & posición)
Sistemas de Reporte, Análisis & Acciones Correctivas de Fallas (FRACAS)
Es un medio, normalmente a través de software, que provee el proceso para reportar, clasificar, analizar fallas y, planear las acciones correctivas en respuesta a esas fallas.
Este método busca recolectar en forma sistemática la datos de falla, el análisis y la gestión de la implantación de las acciones correctivas.
Este proceso es una herramienta útil para mejorar la confiabilidad y seguridad de los productos.
Este método FRACAS es el más comúnmente utilizado para evaluar la confiabilidad operacional, lo cual representa una oportunidad para integrarlo entre las partes involucradas (usuarios y fabricantes)
La Gestión del Riesgo
Una definición de riesgo
Riesgo es la potencial de pérdida causada por un evento (o serie de eventos) que pueden afectar adversamente el logro de los objetivos de la compañía
El rol de la gestión del riesgo, es manejar un proceso que provee a los responsables de los resultados la mejor oportunidad de alcanzar los logros deseados.
El proceso se enfoca en aquellos elementos que influencian los resultados:
• Eventos • Riesgos • Impulsores de riesgo • Controles
Eventos
Riesgos
Impulsores
Controles
Presencia del riesgo; Consecuencias; Influencian el resultado; Se puede aprender de ellos
Situaciones que obstaculizan o inhiben el logro de los objetivos
Factores que incrementan la probabilidad de ocurrencia de eventos
Factores que reducen la probabilidad de ocurrencia de eventos
La Gestión del Riesgo
Componentes de la gestión del riesgo
La Gestión del Riesgo
Eventos
Riesgos
Impulsores
Controles
Corto circuitos externos a transformadores
Pérdida de integridad mecánica de los devanados, indisponibilidad del transformador, apagón potencial, etc.
Diseño deficiente, no verificado mediante pruebas, falta de control durante la manufactura, materiales inadecuados, etc.
Verificación del diseño durante pruebas, revisión del diseño, controles durante manufactura, control de materiales, etc.
Algunos ejemplos
La Gestión del Riesgo
Eventos
Riesgos
Impulsores
Controles
Transformadores con aceite dieléctrico con azufre corrosivo
Falla dieléctrica en devanados, indisponibilidad del transformador
Operación del transformador/reactor en condiciones de alta temperatura
Incluir un elemento que ayude a pasivar el cobre para evitar su reacción con el azufre corrosivo
Algunos ejemplos
20
Cuáles son?
Cuáles es el impacto? Cómo mitigar su ocurrencia y sus consecuencias?
Qué factores inciden en su crecimiento?
Análisis Identificación Valoración Evaluación Planeación Gestión
• Funciones • Entorno • Impulsores
• Eventos • Riesgos • Controles
• Impacto • Severidad
• Pr. Ocurrencia • Pr. de
detección previa
Mitigar • Tolerar • Controlar • Transferir • Terminar
• Solución
Proceso de Gestión de Riesgos
Tratamiento del riesgo
• Evitar la ocurrencia • Reducir la probabilidad de ocurrencia • Reducir las consecuencias resultantes • Transferir o compartir el riesgo • Retener el riesgo y elaborar planes para recuperación de los efectos
Pérdida Máxima Probable
Es una metodología de análisis de riesgos que busca determinar el máximo potencial de pérdidas, derivadas estas de daños tanto a personas como a propiedades, que puedan ser razonablemente esperadas como resultado de las operaciones.
La metodología busca medir probabilidades, no posibilidades, para identificar eventos que sean suficientemente probables como para establecer una cobertura financiera para cubrir las consecuencias de los eventos.
Las coberturas de los seguros se establecen a un nivel que provee la suficiente protección financiera contra las consecuencias de los eventos que se estima serían suficientemente probables de acuerdo a las regulaciones.
Normalmente se utiliza un umbral de probabilidad como medida cuantitativa para distinguir eventos improbables de aquellos que deberían ser incluidos en la estimación de la pérdida máxima probable y contar con una cobertura financiera.
El nivel de umbral debe ser menor que la probabilidad de que las pérdidas excedan la pérdida máxima probable
Probabilidad de exceder la PMP < Probabilidad del umbral de ocurrencia de eventos
Algunas reflexiones sobre el tema de la PMP
Pérdida Máxima Probable
La metodología busca medir probabilidades, es necesario contar con estadísticas de ocurrencia de eventos.
Dichas estadísticas buscarían responder preguntas como las siguientes:
• Cuantas veces en los últimos 20 años han ocurrido fallas en transformadores que han traído como consecuencia un incendio?
• Cuál ha sido el valor promedio y el valor máximo de los daños directos y consecuenciales?
• En que tipo de transformadores ha ocurrido este tipo fallas? (Aplicación, Capacidades, Tensiones, etc.)
• Cuál ha sido la causa de la falla?
Esto hace necesario contar con estadísticas confiables, mismas que pueden ser nacionales o extranjeras, de manera de tener un nivel de incertidumbre adecuado y permite resaltar la importancia de contar con un sistema FRACAS (Failure Reporting, Analysis & Corrective Action System).
Referencias:
lEC 300-3-9 Risk analysis of technological systems
IEC 62198 Project Risk Management - Application guidelines
Chapman, Robert J. ,Tools and techniques of enterprise risk management / Robert J. Chapman, ISBN-13: 978-0-470-01466-0
Guangbin Yang. , Life Cycle Reliability Engineering, John Wiley & Sons, Inc. ISBN: 978-0-471-71529-0
Frame, J. Davidson., Managing risk in organizations : a guide for managers / by J. Davidson Frame, ISBN 0-7879-6518-9
Reliability, maintainability, and risk: practical methods for engineers/David J Smith, ISBN 0 7506 5168 7
Reliability and Risk Assessment by J D Andrews and T R Moss, ISBN 1 86058 290 7
What is the FRACAS – Failure elimination made simple, Rick Smith, Bill Keeter, www.nxtbook.com/nxtbooks/reliabilityweb/uptime_20100607/#/46