Determinación de un Índice de Salud de Activos, para la ayuda de toma de decisiones a largo plazo en la gestión del mantenimiento
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Antonio De la fuente
Asociación para el desarrollo de la ingeniería de mantenimiento (INGEMAN)
Escuela Técnica Superior de Ingenieros. Sevilla
Adolfo Crespo
Asociación para el desarrollo de la ingeniería de mantenimiento (INGEMAN)
Escuela Técnica Superior de Ingenieros. Sevilla
Antonio Sola
Asociación para el desarrollo de la ingeniería de mantenimiento (INGEMAN)
Escuela Técnica Superior de Ingenieros. Sevilla
Javier Serra
Enagás Transporte
ABSTRACT
Junto a la problemática de la recogida e integración de datos, se presenta en las organizaciones otro reto sobre el conocimiento que este análisis de los datos aporta y como obtener información útil para maximizar el valor de los activos mediante la toma de decisiones a lo largo de su ciclo de vida.
Por otro lado, la gestión efectiva del riesgo que comporta un activo determinado mediante la valoración de su salud permite asegurar que los sistemas críticos operan de acuerdo con las condiciones establecidas en su diseño y realizan sus funciones dentro de los límites establecidos para ello. Lo que permite conocer en cada momento, lo cercano o lejano que se encuentra el activo de los valores límites de fiabilidad marcados por la organización.
La valoración de la salud de activos puede aprovechar la experiencia en el uso de las estrategias de mantenimiento predictivo o de mantenimiento basado en condición de la organización, la cual necesita conocimientos prácticos sobre como sus decisiones, planes de operación y mantenimiento sobre sus activos, puede afectar a sus objetivos en el tiempo.
El cálculo del índice de salud aprovecha la capacidad de integrar datos de múltiples sistemas, unificando y normalizando información de diferentes naturalezas en un indicador, que junto con las medidas del control de los procesos que afectan a la seguridad del activo, proporciona un conocimiento sobre cómo de cerca se encuentra el activo de que produzca un incidente mayor.
Reunir datos de los sistemas informáticos tradicionales (como un programa de gestión de activos empresariales o una herramienta de inspección móvil) y sistemas como SCADA o una red especializada de sensores y analizar estos datos de forma holística desvelarán nuevas posibilidades de evaluar el riesgo y la toma de decisiones de apoyo sobre el mantenimiento de activos o de su reemplazo (Guy, 2013).
1. INTRODUCCIÓN
Hoy en día, el uso de herramientas para la toma de decisiones sobre la previsión de renovación y reemplazo de equipos a largo plazo está suficientemente extendido en las organizaciones. Usando modelos de simulación, es posible estimar el costo económico de un activo a lo largo de ciclo de vida y estimar el tiempo para las intervenciones de mantenimiento, las revisiones y/o renovaciones importantes, así como el reemplazo cuando sea necesario (Durairaj et al. 2002). A menudo, el desafío es cómo tener en cuenta la gran cantidad de variables que deben incluirse al estimar el impacto real (en términos de costo total y valor total) de un activo a lo largo de su vida útil.
Detrás de las herramientas para la toma decisiones a largo plazo, nos encontramos con la problemática de la calidad y disponibilidad de las bases datos (Borek et al. 2014) y su papel fundamental en la transformación digital. Diferentes investigadores están de acuerdo de la necesidad del desarrollo de una estrategia para la gestión integrada de la información del activo (Ouertani, Kumar, and Mcfarlane 2008), con el fin de habilitar la toma de decisiones en la gestión del mantenimiento.
El índice de salud de activos AHI es una calificación del activo, que está diseñada, de alguna manera, para reflejar o caracterizar el estado de la condición, por lo tanto, permite conocer la capacidad de seguir cumpliendo con el rol establecido por la organización (Abichou et al. 2012; Ludovic Rizzolo, Bouthaina Abichou, Alexandre Voisin 2011). La mayoría de los activos, están compuestos por múltiples subsistemas, y cada subsistema puede caracterizarse por diferentes modos fallo y modos de degradación. En general, se puede considerar que un activo ha llegado al final de su vida útil, cuando varios subsistemas han alcanzado un estado de deterioro que impide la continuidad de ofrecer el servicio requerido por la organización.
La elaboración del AHI está basada en la unificación de diferentes fuentes de información, que provienen de los históricos de operación y mantenimiento, inspecciones de campo, pruebas de laboratorio, permitiendo la compilación de toda la información en un solo indicador objetivo y cuantitativo. Las principales utilidades de uso del índice son las que se enumeran a continuación:
- Comparar la salud de equipos situados en ubicaciones técnicas similares, para estudiar posibles deterioros prematuros y optimizar planes de operación y/o mantenimiento de los activos llegado el caso (Naderian et al. 2008);
- Comunicar de forma más precisa con los fabricantes, entender el comportamiento de activos de diferentes fabricantes en ubicaciones técnicas específicas;
- Dar soporte ante procesos de toma de decisiones en inversiones futuras en activos, o en extensión de la vida de estos.
2. PROCEDIMIENTO
El procedimiento es una adaptación del modelo “DNO common network asset índices methodology” (UK DNO 2015), basado en 5 pasos consecutivos, en el que, partiendo de una vida normal estimada asociada a una categoría de equipo, se llega a un índice de salud actual. Para ello se tienen en cuenta una serie de factores relacionados con el emplazamiento, la operación y condición del activo.
Como paso preliminar, el activo en cuestión tiene que cumplir con los siguientes requisitos, asegurándose de esta forma que es posible la aplicación del procedimiento:
- El activo tiene que estar perfectamente identificado, es decir, la categoría del equipo base de estudio, la edad actual, la vida esperada, localización física y la información facilitada por el fabricante referente a las recomendaciones de mantenimiento y operación.
- Datos de operación registrados durante un determinado período de tiempo, agregados convenientemente para conocer el tiempo en que el equipo ha estado sometido a estrés, número de arranques y paradas, consumos, etc.
- La condición del equipo, es decir, los resultados de los análisis realizados al equipo in situ, resultados de lecturas de variables físicas como temperatura y vibraciones, resultados de inspecciones visuales, medida de espesores, termografías, etc.
Asegurados el cumplimiento de los requisitos anteriores, es posible la aplicación del procedimiento del AHÍ (Figura 1) que consiste en el seguimiento de cinco pasos consecutivos como se detallan a continuación:
Figura 1. Modelo para el cálculo del índice de salud actual de un activo.
Paso 1. Selección del activo, definición de categoría y sub-categoría. Captura de datos de UT, activo físico, y obtención de la vida normal estimada del activo.
En este primer paso, se aborda la identificación del activo y de toda la información referente a la ubicación técnica tales como:
- Ubicación técnica del emplazamiento en el sistema de gestión de en donde se encuentra ubicado el equipo.
- Situación interior/exterior del activo. Este parámetro se tendrá en cuenta para determinar la exposición a los agentes externos que puedan afectar a la salud del activo.
- La distancia a la costa. Este parámetro se tendrá en cuenta, al igual que el anterior, para conocer la posibilidad de que la humedad y el ambiente corrosivo por estar cercano a la costa, puedan causar daños en la salud del activo.
- Promedio de la temperatura exterior. Se entiende por el promedio de la temperatura exterior, a la temperatura media anual registrada en el emplazamiento y que de forma directa puede afectar al rendimiento de los equipos allí ubicados.
- Exposición a agentes tales como: polvo en suspensión y atmósfera corrosiva. La cercanía de las instalaciones a fuentes de emisión industriales de polvo en suspensión y agentes corrosivos, pueden provocar la aceleración del deterioro de los equipos a largo plazo.
En cuanto a la información del equipo, se identifica datos de fabricación, modelo y las especificaciones técnicas de diseño para la elaboración de tablas que se utilizarán posteriormente en la definición de los parámetros modificadores de la salud.
La vida normal estimada del activo es un dato que, por lo general, procede de la dirección técnica de la empresa, teniendo en cuenta la experiencia acumulada hasta el momento y la información proporcionada por los diferentes fabricantes.
El valor de la vida normal estimada se utiliza como punto de partida para la realización de todos los cálculos que se verán a continuación. Hay que tener en cuenta que su valor es aproximado y únicamente depende de la categoría de activo. Como veremos a continuación, será modificado por las características del emplazamiento y carga.
Paso 2. Evaluación del impacto de los factores de carga y emplazamiento por tipo de activo, ubicación técnica y obtención de la vida estimada
Recopilada toda la información en el punto anterior, se procede a la evaluación de los factores de emplazamiento y de carga (asociados unívocamente a la ubicación técnica del activo, como se comentó con anterioridad). Al haber más de una variable que afecta a cada uno de los factores, para cada uno de ellos hay que calcular un único factor combinado. A continuación, se muestra su obtención.
Dependiendo si el activo se encuentra en el interior o en el exterior de un habitáculo que lo proteja de los agentes externos, hay dos formas de estimación. Si la ubicación técnica del activo es Exterior, El cálculo del factor combinado de localización se calcula siguiendo la ecuación que se muestra a continuación.
Notación:
FE : Factor de emplazamiento combinado.
FDC : Factor distancia a la costa.
FA : Factor altitud sobre el nivel del mar.
FT : Factor promedio anual de la temperatura exterior.
FAT : Factor de exposición a atmósfera corrosiva.
FPS : Factor de exposición a polvo en suspensión.
En este caso al ser un elemento en el exterior, si hay algún factor mayor que uno (Fi≥1), siendo Fi cualquiera de los factores contemplados anteriormente:
FE = max (FDC, FA, FT, FAT, FPS)
El factor de carga (FC), al igual que el factor de emplazamiento es inherente a la ubicación técnica. Este factor mide la solicitud de carga que se realiza sobre el equipo en esa ubicación, frente a la carga máxima admisible. Normalmente, estos datos se obtienen de la puesta en marcha y entrega de los equipos por parte del fabricante, quedando registrado en las especificaciones técnicas del equipo. Para conocer particularmente el procedimiento de cálculo de este dato, es necesario consultar los anexos. De forma general se usa la siguiente ecuación:
La Vida Estimada del activo es el cociente que resulta de dividir la vida normal estimada obtenida en el apartado anterior, entre el producto de los factores de emplazamiento y de carga.
Por tanto, dependiendo de dónde se encuentre ubicado el activo, y de su nivel de desempeño previsto, su vida útil puede verse modificada.
Paso 3. Cálculo de la tasa de envejecimiento
Una hipótesis fundamental de la metodología elegida es que el envejecimiento de un activo tiene un comportamiento de tipo exponencial respecto a la edad de este. La tasa de envejecimiento es el parámetro del modelo que nos permite expresar matemáticamente este modo de comportamiento, y tener en cuenta así los distintos fenómenos que el activo puede sufrir a lo largo de su vida útil, tales como fenómenos corrosivos, desgastes, oxidación de aceites, rotura de aislamientos, etc.
La tasa de envejecimiento ( ) viene determinada por el logaritmo natural del cociente entre la salud correspondiente al activo nuevo y la salud que tendría cuando alcanza la vida estimada. La ecuación para su cálculo es la siguiente:
Notación:
= Tasa de envejecimiento del activo
Vida estimada = Tiempo calculado en el apartado anterior
HI nuevo = 0,5 Valor de la salud correspondiente a un activo nuevo
HI vida estimada = 5,5 Valor de la salud correspondiente a su tiempo de vida estimada
La ecuación de cálculo es la siguiente:
Paso 4. Obtención del Índice de salud actual inicial
El índice de salud, como se ha comentado previamente en el apartado de definiciones, es un número adimensional comprendido entre 0,5 y 10, con un comportamiento exponencial respecto a la edad del equipo, que queda caracterizado por la tasa de envejecimiento de este.
Para el cálculo del índice de salud actual inicial (AHIi) de un activo se utiliza la siguiente ecuación, donde la edad del activo es la edad actual (en unidades de tiempo) y la tasa de envejecimiento β es la calculada en el paso 3.
De acuerdo con los datos disponibles obtenemos el valor de , así como el valor inicial del índice de salud
Paso 5. Evaluación del impacto de los modificadores de salud, de fiabilidad y cálculo del Índice de Salud Actual
El índice de salud actual (AHI), es el resultado del ajuste del índice de salud actual inicial, obtenido en el paso 4, mediante el uso de los modificadores de la salud y de fiabilidad. En un primer paso el índice de salud actual inicial (AHIi) de un activo se modifica para obtener el que denominamos índice de salud actual inicial modificado (AHIMi), teniendo en cuenta el modificador de carga registrado para la edad actual (Mc(edad)), utilizándose la siguiente ecuación:
El modificador de carga es un modificador de salud del activo, que se considera en esta fase inicial pues es muy probable que en muchos activos la carga registrada durante cada edad del activo sea sensiblemente diferente a la inicialmente prevista para la ubicación técnica donde se encuentra. La introducción del AHIMi permite luego ajustar el deterioro actual para compararlo con el deterioro previsto para la ubicación técnica.
Para un activo cualquiera, el índice de salud actual vendrá determinado por su estado, condiciones de operación y condiciones de fiabilidad en el momento de la evaluación. Para la determinación del índice de salud actual, se usa la siguiente ecuación:
Donde,
AHIMi : Es el índice de salud actual inicial modificado.
MS : Es el Modificador de la salud del activo (condición y operación).
MF : Es el Modificador de la Fiabilidad del activo.
Para la evaluación del modificador de la salud (MS) que aparece en esta última ecuación, se tienen en cuenta las diferentes variables que son posibles medir y cuantificar que constituyen los modificadores de salud que afectan al equipo, así como los pesos que van a afectar a cada una de las variables.
Para el modificador de fiabilidad, dependiendo de la categoría de activo, modelo y fabricante, se determina el valor de este parámetro.
En general las ecuaciones para obtener el valor del modificador de salud (MS) y el del modificador de fiabilidad (MF) serán las siguientes:
Donde:
j=1…n Es un índice utilizado para distintos modificadores de salud
MSj (edad): Es el modificador de salud en tiempo edad
y
k=1…m Es el índice utilizado para distintos modificadores de fiabilidad
MFk (edad): Es el modificador de salud en tiempo edad.
De esta manera se puede obtener una representación gráfica de la evolución del índice de salud para cada uno de los subsistemas de un equipo, donde la velocidad de degradación de cada uno de ellos es diferente, lo que da lugar a la planificación de grandes mantenimientos a lo largo del ciclo de vida del activo según se indica en la Figura 2.
Figura 2. Índices de salud para los diferentes subsistemas de un equipo
3. REPRESENTACIÓN E INTERPRETACIÓN DE AHI
Existe la posibilidad de visualizar el índice de un solo activo (figura 2), pero también junto con otros activos de la misma clase (figura 3) o con activos de clases diferentes (figura 4).
En la representación más simple, que involucra a un solo activo, se enfrentan los ejes AHI versus la edad del activo (años, horas, etc). Como se ha comentado anteriormente, el valor de AHI varía entre 0.5 y 10, donde se diferencian claramente 5 rangos.
El primer rango, comprendido entre los valores AHI=0.5 y AHI=4, el comportamiento del equipo se asemeja al de un equipo nuevo en sus condiciones operacionales.
El segundo rango, comprendido entre los valores AHI=4 y AHI=6, corresponde al periodo de tiempo en que en el equipo comienzan a aparecer los primeros síntomas de desgaste. En este rango, el valor correspondiente a AHI=5,5, es el valor de la salud equivalente a la vida normal esperada para la clase de equipo base de estudio, así como cada subsistema.
A partir de este periodo, se contemplan en la metodología tres intervalos: Conforme el índice AHI sobrepasa los valores de 6, 7 y 8 respectivamente.
La metodología supone que sobrepasado el valor de H=8, el equipo se encuentra al final de su vida útil.
La siguiente tabla (tabla 1) muestra los diferentes rangos en los que puede moverse el índice de salud, en este caso, corresponde a un equipo con una vida normal esperada de 50 años, por lo que la vida remanente está ajustada a este caso en concreto.
| AHI | Condición del activo | Vida esperada remanente | Recomendaciones |
| 0.5 - 4 | Muy buena | Más de 15 años | Mantenimiento normal |
| 4 – 5.5 | Buena | Más de 10 años | Mantenimiento normal |
| 6 - 7 | Regular | Entre 3 y 10 años | Aumentar diagnósticos, posible reemplazo dependiendo de la criticidad del activo |
| 7 - 8 | Pobre | Menor de 3 años | Comenzar con el plan de reemplazo del activo |
| 8 - 10 | Muy pobre | Cerca del fin de vida útil | Evaluación inmediata del riesgo, reemplazar o realizar gran mantenimiento en función de los resultados de la evaluación |
Tabla 1. Recomendaciones para la toma de decisiones basados en el AHI.
La representación anterior de (figura 3) corresponde al AHI de activos del mismo tipo, esta vez se enfrenta el AHÍ versus a horas de operación de 13 bombas de procesos, el límite inferior de la circunferencia es el AHIMi correspondiente al activo sin tener en cuentas los modificadores de salud y fiabilidad. El límite superior corresponde al AHI que, en el que se tienen en cuenta los modificadores de salud y fiabilidad, evaluados a lo largo del ciclo de vida del activo hasta el momento.
Un mayor diámetro de la esfera significa que el deterioro o el envejecimiento ha sido más acentuado en esté equipo que otro, causado por el perfil de operación al que haya sido sometido el activo, al ambiente en donde esté situado, al mantenimiento recibido, etc. Atendiendo a las recomendaciones anteriores (Tabla 1), los activos situados en AHI 6 – 7, deben ser sometidos a inspecciones cada vez mayores y ponerlos en seguimiento. Los activos que superen el valor de AHI 7, deben ser sometidos a un mantenimiento mayor o incluso el estudio de su reemplazo si fuera necesario, independientemente que haya llegado o no a las horas recomendadas para dejarlo fuera de servicio.
Existe la posibilidad de que el activo que alcance las horas recomendadas para dejarlo fuera de servicio, pero lo haga con un AHI inferior a 5.5, en este caso, se puede plantear extender el ciclo de vida del activo.
En la siguiente figura (Figura 4), se está representado el AHI de diferentes tipos de activos, como pueden ser bombas, compresores, equipos estáticos a presión y transformadores. A diferencia de la anterior, el eje AHI está en dirección radial, y cada cuarto de la figura representa un tipo de activo diferente. Al igual que en la anterior figura, el diámetro de la circunferencia mide la degradación del equipo respecto al índice que le corresponde con su edad, localización y factor de carga de diseño. En este segundo caso, el color de la circunferencia indica el porcentaje del número de horas de operación respecto al recomendado por el fabricante para la reparación mayor o la sustitución.
Figura 4. Representación del AHI de activos diferentes (mapa de salud).
4. CONCLUSIONES
- El AHÍ es buen indicador para la toma de decisiones sobre previsiones a largo plazo, que integra en su determinación, la unificación de diferentes fuentes de información como la operación, mantenimiento y condición del activo, que actualmente no están centralizados en una organización. Además, como se ha visto en el procedimiento, la posibilidad de normalizarlo permite poder comparar activos muy diferentes entre sí.
- La herramienta permite conocer lo cercano o lejano que un activo se encuentra de los valores límites de fiabilidad que una organización establece para los activos críticos. Lo que permite reforzar la toma de decisiones, teniendo en cuenta un punto de vista alternativo a la visión tradicional del análisis de coste de ciclo de vida, que junto con el estudio de la fiabilidad de los activos ligadas a la condición los mismos.
- El AHI tiene limitaciones de aplicación si el activo no presenta un modelo de degradación bien identificado, y además requiere que las diferentes fuentes de información sean de cierta calidad y consistencia.
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