Facultad de Ingeniería
Ingeniería Electromecánica
Programa Especial de Titulación
“Propuesta de un plan basado en RCM para evitar la indisponibilidad del torno CNC EMCO 250 en la empresa ARCRING INGENIEROS SAC”
Fernando Luis Arias Salvador
Para optar el título de profesional de Ingeniero Electromecánico Asesor: Johan Carlos Fernández Muñoz
Lima – Perú 2021
DEDICATORIA
A Dios, por ser mi guía.
A mis padres, por brindarme con su amor y paciencia, en todo momento, su amparo en situaciones difíciles de mi vida, afrontar los problemas y lograr mis sueños y metas: el de llegar a ser un excelente profesional y buena persona.
A mi familia, en general, por apoyarme constantemente en el camino de la vida profesional y seguir adelante ante toda dificultad.
Fernando Arias Salvador
AGRADECIMIENTO
A la Universidad Tecnológica del Perú, por su formación académica para lograr con éxito mi carrera de Ingeniero Electromecánico.
A todos los profesores, quienes con su valiosa experiencia académica, forjaron mi profesionalismo en el desempeño de la carrera.
A mi asesor, Ing. Johan Carlos Fernández Muñoz, por su amable atención y sabiduría.
Fernando Arias Salvador
ÍNDICE
DEDICATORIA ... ii
AGRADECIMIENTO ... iii
RESUMEN ... viii
INTRODUCCIÓN ... ix
CAPÍTULO I: PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ... 1
1.1. Planteamiento del problema ... 1
1.2. Formulación del problema ... 4
1.2.1. Problema general ...4
1.2.2. Problemas específicos: ...4
1.3. Objetivos... 4
1.3.1. Objetivo general: ...4
1.3.2. Objetivos específicos: ...4
1.4. Justificación e importancia ... 4
1.5. Limitaciones del proyecto ... 5
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO ... 5
2.1. Antecedentes de la investigación ... 6
2.1.1. Antecedentes internacionales...6
2.1.2. Antecedentes nacionales ...7
2.2. Bases Teóricas ... 8
2.2.1. Torno CNC ...8
2.2.2. Control numérico ...8
2.2.3. Funcionamiento ...9
2.2.4. Portaherramientas ...9
2.2.5. Fallas del torno ... 10
2.2.6. Sistemas del torno ... 10
2.2.7. Conceptualización del mantenimiento ... 12
2.2.8. CAPEX ... 14
2.2.9. OPEX ... 14
2.2.10. Árbol lógico de fallas ... 14
2.2.11. Confiablidad ... 16
2.2.12. Hoja de decisión para RCM ... 17
2.3. Definición de términos ... 17
CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO ... 19
3.1. Variables... 19
2.3.1. Definición conceptual de las variables ... 19
3.2. Metodología ... 19
3.2.1. Tipo de estudio ... 19
3.2.2. Diseño de investigación ... 19
3.2.3. Método de investigación ... 19
CAPÍTULO IV: METODOLOGÍA PARA LA SOLUCIÓN DEL PROBLEMA ... 20
4.1. Análisis situacional ... 20
4.1.1. Ubicación del equipo CNC EMCO 250 ... 20
4.1.2. El torno CNC EMCO 250... 21
4.1.3. Elementos del torno CNC EMCO 250 ... 23
4.2. Alternativas de solución ... 23
4.3. Solución del problema ... 25
4.3.1. Análisis del árbol lógico de fallas ... 25
4.3.2. Cuantificación del árbol lógico de fallas ... 31
4.3.3. Análisis de importancia del árbol de fallas ... 34
4.4. Recursos humanos y equipamiento ... 41
4.5. Análisis económico – financiero ... 41
4.5.1. Valor Actual Neto (VAN) ... 43
4.5.2. Tasa Interna de Retorno (TIR) ... 44
4.5.3. Período de recuperación (PR) ... 44
4.5.4. Cálculos y análisis ... 44
CAPÌTULO V: ANÁLISIS Y PRESENTACIÓN DE RESULTADOS ... 49
5.1. Análisis descriptivo de la información relativa a las variables de estudio ... 49
5.2. Análisis teórico de los datos y resultados obtenidos en relación con las bases teóricas de la investigación ... 49
5.3. Análisis de la asociación de variables y resumen de las apreciaciones relevantes que produce ... 49
CONCLUSIONES ... 50
RECOMENDACIONES ... 51
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 52
ANEXOS ... 53
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Tabla de cuadro comparativo de estrategias de mantenimiento. ... 24
Tabla 2. Fallas y sistemas del torno CNC EMCO 250 ... 27
Tabla 3. Horas de inspección de fallas del torno CNC EMCO 250 ... 31
Tabla 4. Vida media y tasa de falla ... 32
Tabla 5. Confiabilidad y Probabilidad ... 33
Tabla 6. Probabilidad de cada corte y del evento de cabecera ... 33
Tabla 7. Valores IFV, RAW, RRW ... 35
Tabla 8. Jerarquización de fallas ... 36
Tabla 9. Criterio de la frecuencia del modo de fallo ... 37
Tabla 10. Criterio de la detectabilidad del modo de fallo ... 37
Tabla 11. Criterio de la gravedad del modo de fallo ... 37
Tabla 12. Matriz de análisis de modos de fallos y efectos del sistema ... 38
Tabla 13. Hoja de decisiones ... 40
Tabla 14. Fallas y estrategia de mantenimiento ... 41
Tabla 15. Resumen de costos ... 42
Tabla 16. Cálculos y análisis ... 45
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Consumo y producción mundial de máquinas ... 1
Figura 2. Índice de producción minera y de hidrocarburos ... 2
Figura 3. Índice de producción manufacturera ... 2
Figura 4.Flujo mantenimiento correctivo. ... 12
Figura 5. Flujo del mantenimiento preventivo. ... 13
Figura 6. Flujo mantenimiento detectivo. ... 13
Figura 7. Flujo mantenimiento predictivo. ... 14
Figura 8. Árbol lógico de fallas ... 16
Figura 9. Ubicación geográfica ARCRING INGENIEROS SAC ... 20
Figura 10. Vista exterior de ARCRING INGENIEROS SAC ... 21
Figura 11. Ficha técnica del torno CNC EMCO 250 ... 22
Figura 12. Elementos del torno CNC EMCO 250 ... 23
Figura 13. Proceso RCM. ... 25
Figura 14. Árbol de fallas del torno CNC EMCO 250 ... 26
Figura 15. Horas de mantenimiento, según las fallas... 30
Figura 16. El diagrama de decisión RCM... 39
Figura 17. Portada del manual del torno CNC EMCO 250 ... 54
Figura 18. Plan de mantenimiento predictivo 1. ... 55
Figura 19. Plan de mantenimiento predictivo 2. ... 56
Figura 20. Plan de mantenimiento detectivo 1. ... 57
Figura 21. Plan de mantenimiento predictivo 3. ... 58
Figura 22. Ficha de control. ... 59
RESUMEN
El presente trabajo de investigación titulado “Propuesta de un plan basado en RCM para evitar la indisponibilidad del torno CNC EMCO 250 en la empresa ARCRING INGENIEROS SAC”, en Lima, se realizó con el propósito de determinar un plan mantenimiento centrado en la confiabilidad del torno CNC EMCO 250. La investigación desarrollada es de tipo aplicada, utilizando el método descriptivo (diagnóstico). Los resultados obtenidos muestran que de las 18 fallas, 4 necesitan mantenimiento, y que los sistemas más críticos son: el de control y seguridad, neumático y refrigeración. A partir de estos resultados, se plantearon tres tipos de mantenimiento: predictivo para 3 fallas y detectivo para una sola. Se obtuvo, además, un VAN con el valor de s/188,960.66, un TIR con el valor de 46.73% y un tiempo de recuperación de 2.51 años. Se determinó que el plan de mantenimiento para evitar la indisponibilidad del torno CNC EMCO 250, es viable.
INTRODUCCIÓN
Las máquinas CNC varían, según las demandas del mercado, en cuanto a la accesibilidad de su uso. En este sentido, están en constante desarrollo e innovación tecnológica, haciendo posible la facilidad de su uso por las empresas electromecánicas. El desarrollo de la tecnología es fundamental para la fabricación de nuevas piezas hechas por tornos y fresadoras CNC, y para demostrar su disponibilidad, es imprescindible de un eficiente plan de mantenimiento, que debe reflejar más horas de trabajo, fácil mantenimiento y disponibilidad permanente. Cabe indicar que mientras más máquinas estén funcionando en una empresa, su productividad será mayor y, por lo tanto, su rentabilidad crecerá. (Guerra, 2012).
Tomando como referencia la aseveración antes mencionada, se planteó estudiar las posibilidades de proponer un plan de mantenimiento para el uso del torno CNC que se utiliza en las empresas electromecánicas, a fin de evitar su indisponibilidad.
El estudio realizado “Propuesta de un plan basado en RCM para evitar la indisponibilidad del torno CNC EMCO TURN 250, en la empresa ARCRING INGENIEROS SAC”, cuyo informe sobre sus análisis y conclusiones que están contenidos en el presente, se llevó a cabo con el propósito de describir cómo las fallas pueden analizarse mediante la confiabilidad y el planteamiento del mantenimiento de las mismas, de un torno CNC EMCO 250.
CAPÍTULO I
PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
1.1. Planteamiento del problema
La industria minera ha impulsado la expansión de otros sectores económicos, especialmente, el sector metalmecánico. (Seminario, 2017).
Figura 1. Consumo y producción mundial de maquinas Fuente: Gardner Publications, INC.
Figura 1, se muestra el consumo y producción mundial de máquinas desde el año 1963 hasta 2018, en millones de dólares, observándose que en el año 2018 el mundo gastó cerca de 92 millones de dólares, además de un crecimiento alto entre los años 2011 y 2013. Esto nos permite indicar que el desarrollo mundial, en este rubro, tiene una tendencia a crecer, a partir del desarrollo de los últimos doce años.
.
Figura 2. Índice de producción minera y de hidrocarburos Fuente: Instituto nacional de Estadísticas e Informática
Figura 2, entre años 2019 y 2020, el índice de producción minera e hidrocarburos aumentó en un 4,17%, en el año 2020, debido a la mayor actividad de los metales (3,25%).
Figura 3. Índice de producción manufacturera
Fuente: Instituto nacional de Estadísticas e Informática
Figura 3, entre los años 2019 y 2020, el índice de producción manufacturera se incrementó en un 5,27%, en el año 2020, aumentando la fabricación primaria en el ámbito de la fabricación de metales preciosos y otros metales no ferrosos.
De acuerdo con la información obtenida, a partir de lo expuesto en las figuras 1, 2 y 3, se puede indicar que existe una relación de tendencia al crecimiento entre la demanda mundial y crecimiento de la producción del país.
Al respecto, Seminario (2017) afirma: "Debido a la expansión de las actividades mineras en Perú, la demanda de adquisición aumentó en el mercado nacional desde 2005 hasta 2013. Esta demanda no supuso el impulso necesario para la formación técnica de los operarios y la especialización en el mantenimiento y reparación, debido a su alta complejidad”.
Por su parte, Plata (2012) refiere que las empresas a nivel mundial utilizan herramientas y máquinas para realizar diversas actividades y funciones que no pueden efectuarlas, debido a dificultades. Por lo tanto, en la fábrica, las máquinas se utilizan para diseñar diferentes tipos de piezas, lo que puede aumentar la productividad, asegurando la rentabilidad y reducir los costos de producción. Para cambiar de un producto a otro, la máquina herramienta debe ser reemplazada. Por ejemplo, en el caso de una prensa, para sustituir la matriz de la misma, se necesita una prensa tanto macho como hembra. Entonces, es necesario desmontar el molde (generalmente pesado y fijo en la máquina con muchos sujetadores), luego mover, colocar, ajustar y probar la primera parte (defectuosa en la mayoría de los casos), reajustar los dispositivos de sujeción, etc. Para este tipo de labor es necesario que lo realice un especialista, ya que dicho trabajo es delicado y toma tiempo.
El ajuste de un proceso lleva mucho tiempo y el costo es alto, por lo que es imposible cambiar las herramientas con frecuencia, condición necesaria para la producción continua de grandes cantidades de las mismas piezas, lo que se traduce en un alto almacén (stock) y un largo tiempo de entrega y existen obstáculos que dificultan la circulación fluida de los productos. La duración del cambio de herramienta es proporcional al diseño de la máquina.
Por lo que no hay duda de que el personal de la fábrica no esté acostumbrado a acortar el período de realización de la misma. Por tanto, la idea de reducir el tiempo de reemplazo de herramientas no es tradicional en el quehacer industrial. Entonces, cuando sus responsabilidades son particularmente promover el desarrollo interno de la empresa, el propio director general rara vez lo considera. En consecuencia, los planes de acción regulares de la empresa para aumentar la productividad, generalmente, ignoran este problema.
Cabe indicar que muchas de estas máquinas pueden tener fallas que finalmente pueden llevar a ser inservibles y no puedan cumplir la función para la cual han sido construidas. Poder obtener información de aquellas fallas, quiere indicar que, en primer lugar, se pueda diagnosticar las fallas que tiene dicha máquina y, luego, verificar si aquella ocasiona una inoperatividad parcial o total.
En esta investigación se plantea analizar el torno CNC EMCO 250 que está ubicado en el local de la empresa ARCRING INGENIEROS SAC, de Lima, el cual es una máquina que
permite crear piezas giratorias mediante el uso de un software de computadora. Este software usa datos alfanuméricos que siguen a los ejes X, Y, Z. Debido a que la computadora incorporada controla la ejecución de la pieza de trabajo, se puede utilizar para producción en masa y producción de precisión. Es entonces que es posible analizar la relación entre sus fallas y la inoperatividad de la máquina. (Ruiz, 2011).
A partir del diagnóstico de las fallas es factible plantear y conocer cuál debe ser el plan de mantenimiento centrado en la confiabilidad del torno CNC EMCO 250 en la empresa seleccionada.
1.2. Formulación del problema 1.2.1. Problema general:
¿Cuál debe ser el plan mantenimiento centrado en la confiabilidad del torno CNC EMCO 250 en la empresa ACRING INGENIEROS SAC?
1.2.2. Problemas específicos:
- ¿Cómo evaluar las fallas críticas del torno CNC EMCO 250?
- ¿Cuál es la estrategia de mantenimiento que se debe dar a las falas críticas del torno CNC EMCO 250?
- ¿Cuánto es el costo de ejecución del plan de mantenimiento anual del torno CNC EMCO 250?
1.3. Objetivos
1.3.1. Objetivo general:
Determinar el plan mantenimiento centrado en la confiabilidad del torno CNC EMCO 250 en la empresa ACRING INGENIEROS SAC.
1.3.2. Objetivos específicos:
- Evaluar las fallas críticas del torno CNC EMCO 250.
- Determinar la estrategia de mantenimiento para las fallas críticas del torno CNC EMCO 250.
- Estimar el costo de ejecución del plan de mantenimiento anual del torno CNC EMCO 250.
1.4. Justificación e importancia
Este estudio se justifica y tiene relevancia, en cuanto intenta solucionar un problema detectado en el ámbito de la producción y desarrollo industrial en la empresa. Focaliza el planteamiento de soluciones prácticas, tales como el uso de herramientas tecnológicas que permiten identificar qué fallas originan un tipo de inoperatividad, ya sea parcial o total en una máquina, y a partir de ello, determinar la estrategia de mantenimiento requerido para evitar la indisponibilidad de la misma.
Desde el punto vista económico, se justifica, ya que garantizando la disponibilidad del equipo, permite evitar la pérdida por hora no disponible y hasta su reparación.
La investigación como estudio teórico y práctico es relevante y significativo, puesto que se constituye en una guía para el planteamiento y realización de futuros estudios aplicativos en el ámbito de la industria electromecánica.
1.5. Limitaciones del proyecto
En la realización del estudio se encontró como una limitante el hecho de no contar con la información básica propia del equipo, pues, no se pudo obtener un registro específico de las fallas, debido a que el equipo era nuevo.
Por motivos de la pandemia y, por ende, la emergencia sanitaria decretada por el gobierno, en el año 2020, no fue posible recoger información de campo para efectuar de manera pertinente el estudio.
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO 2.1. Antecedentes de la investigación
2.1.1. Antecedentes internacionales
Contreras (2017), en su trabajo titulado “Plan de mantenimiento para tornos CNC de Renault”, refiere que para la selección de un modelo de torno, se procede a realizar un análisis de navaja, que es la parte más crítica del torno de la misma marca, y también la utilización de las herramientas proporcionadas por el proceso RCM para identificar y planificar las tareas para las que se va a desarrollar un plan de mantenimiento preventivo y distinguir las operaciones, las fallas, los modos de falla, los efectos de las fallas y la gravedad; además de las instrucciones de mantenimiento que cubren las tareas a realizar para cada modo de falla y estas instrucciones pueden usarse en los procedimientos de mantenimiento. Señala, asimismo, que el personal en el proceso de creación del plan deberá hacer un análisis de cada modo de falla para comprender el tipo de mantenimiento, ya sea preventivo o correctivo.
Entonces, se identificó 40 modos de falla, de los cuales 15 son correctivos, y, además, que son asistidos por un plan de mantenimiento automático en el que cada operario del torno debe realizar operaciones. Por último, como en cualquier proyecto, esto entrará en relación con los costos, por el punto de vista, tanto de su creación como de su implementación.
Vega (2016), en su tesis “Aplicación de la tecnología CNC en la modelación y fabricación de portaherramientas utilizados en los tornos convencionales del taller básico de la ESPOCH”, trata de la viabilidad de apoyar un nuevo laboratorio de procesamiento para el taller básico de ESPOCH, que se enfoca en los problemas que surgen en los tornos convencionales, debido a que estudiantes de diferentes edades los han utilizado durante muchos años, lo que se traduce en una mayor frecuencia de desgaste en uno de los componentes principales, por ejemplo, el portaherramientas.
Méndez (2018), en su trabajo “Manual instructivo de operación y prácticas didácticas de torno CNC para el desarrollo docente” incluye una descripción de los diferentes tipos de mecanizados que se pueden realizar en el torno CNC CK6140S de la marca FANUC, con énfasis en las prácticas docentes, así como los peligros y precauciones que se deben tener en cuenta al utilizarlo. Mediante el aprendizaje de diferentes conceptos y conocimientos, puede gestionar máquinas industriales como tornos.
Afirma, asimismo, que los principiantes pueden tener dudas sobre cómo avanzar rápidamente, por lo que pedir ayuda en el proceso será una forma de ampliar la base de conocimientos: la definición, características, conceptos, ventajas, desventajas, códigos,
posiciones, ejemplos, etc., y también en enseñar habilidades por medio del uso de CNC en el laboratorio y de esa manera los estudiantes puedan saber el uso de todas las funciones de la máquina y puedan desarrollar las piezas que deseen.
2.1.2. Antecedentes nacionales
Sierra del Águila (2020), en su tesis “Diseño de máquina de control numérico computarizado para la transformación de varillas de metal a baja escala”, señala como objetivo explorar una variedad de soluciones de fabricación digital gratuitas para complementar las actuales máquinas herramienta CNC domésticas. La metodología empleada es propia de una investigación exploratoria, consistente en identificar precedentes, observar el contexto y analizar las ventajas y desventajas de métodos similares, lo que lleva a reflexiones sobre la situación y el entorno local.
Hace referencia a las posibilidades de producción proporcionadas y una serie de requisitos que pueden ser determinados por el arreglo industrial para poder dar una solución de gran envergadura a las diferentes formas de fabricación local. La solución investigada, de manera eventual, se transformó en un método de diseño y fabricación de máquinas herramienta domésticas CNC. Concluye señalando que, a través del diseño de productos y sistemas técnicos, el diseño industrial como actividad de proyecto es una solución de diversificación de productos para prototipos rápidos que pueden satisfacer necesidades y entornos locales específicos.
Silva (2020), en su estudio “Diseño e implementación de un sistema de control numérico por computadora de una fresadora de madera en tres dimensiones”, incluye el diseño e implementación de un sistema de control numérico computarizado (CNC) para una fresadora de madera tridimensional, con el propósito de realizar una reducción de tiempo de producción y mejorar la calidad de los moldes de madera. Los conocimientos básicos para desarrollar el prototipo se adquirieron en la Facultad de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Nacional Altiplano-Puno. Para la correcta implementación de la máquina, en primer término, se diseñaron los aspectos básicos de su funcionamiento mediante análisis y dibujos bidimensionales, y luego la implementación, se realizó la operación de prueba.
Angles (2020), en su tesis “Diseño y construcción de un prototipo experimental de una fresadora router CNC para su aplicación en la industria manufacturera”, señala que en la prueba inicial del prototipo, hubo un problema de respaldo que se pudo resolver aumentando la rigidez de la estructura o haciendo que el eje Z sea más compacto y utilizando una impresora 3D para imprimir piezas de plástico. En este trabajo de investigación, se introduce el diseño y construcción de un prototipo de fresadora CNC, que se usa para procesar una variedad de materiales (metal, plástico o madera). Se utilizó una computadora para controlar
con precisión la herramienta de corte. Permite la mecanización de diferentes materiales.
El diseño y construcción de un enrutador CNC no es costoso, permite que empresas pequeñas y emprendedores lo utilicen, lo que aumentará el rendimiento, minimizará el desperdicio de material por su velocidad y precisión, ahorrando costos de fabricación y reduciendo el costo de fabricación. Este programa creará la capacitación a los operadores, programadores en CNC y técnicos especializados que tienen una alta demanda en la ciudad de Juliaca y, en general, en el Perú.
Valdivia (2011), en su estudio “Optimización del procedimiento de trabajo para reducción de la necesidad de mantenimiento en tornos CNC”, refiere: “un reconocimiento global de información sobre las averías y la reparación de los 5 tornos de la empresa, fueron fundamentales para realizar el análisis para el mantenimiento de la fiabilidad (RCM)”. Al examinar los componentes metodológicos, se reconoce que el estudio es de tipo aplicado, con un nivel descriptivo y un diseño experimental y la población de la investigación está constituida por los 5 tornos CNC de la empresa Pernito SAC. El autor concluye con las siguientes afirmaciones: Se obtuvieron resultados adecuados a la gestión del mantenimiento utilizando la previsión de la necesidad de mantenimiento. El tiempo previsto para alcanzar el punto más crítico de indisponibilidad de los tornos fue de 42 semanas, que es aproximadamente el tiempo que la empresa ha estado operando con la máxima eficiencia, sin tornos CNC que necesiten reparación. Como se preveía, se encontró un total de 1,76 máquinas que necesitaban mantenimiento. La presente tesis se utiliza para establecer el tiempo estimado de INDISPONIBILIDAD o periodo crítico.
2.2. Bases Teóricas 2.2.1. Torno CNC
El torno CNC hace referencia a una máquina que se usa para procesar piezas giratorias con un software informático que usa datos alfanuméricos y sigue los ejes X, Y, Z cartesianos. Debido a que la computadora incorporada controla la ejecución de la pieza de trabajo, se puede utilizar para producción en masa y producción de precisión. (Jürguens, 1975).
Los tornos CNC pueden completar todo el trabajo que suelen realizar los diferentes tipos de tornos, como los tornos paralelos, copiados, rotativos, automáticos e incluso verticales. La ganancia que genera dicha máquina depende del tipo de piezas fabricadas y del número de piezas que deben procesarse de forma continua.
2.2.2. Control Numérico (CN)
El Control Numérico (CN) es un sistema que automatiza máquinas y herramientas, que
utiliza números, letras y símbolos. Cuando la tarea a ejecutar se torna en una posición, entonces el programa de instrucción también cambiará. (Groover, 1997).
Los aspectos creados por estos programas están sujetos a las normas DIN 66024 y 66025. Algunos de los aspectos son:
N-corresponde al bloque o número de serie. Después de la letra, coloque el número de bloque a programar.
X, Y, Z-corresponden a los ejes.
G- es una función preparatoria que puede notificar las características de la función de procesamiento de control.
2.2.3. Funcionamiento
Los ejes X, Y, Z se pueden escalonar al mismo tiempo, para realizar un procesamiento cónico o esférico, según la geometría de la pieza. La herramienta se coloca en un portaherramientas fijado en el cabezal de la herramienta. El cabezal de la herramienta puede acomodar hasta 20 herramientas diferentes que giran según el programa seleccionado, lo que ayuda a realizar piezas complejas.
La velocidad de corte y avance de la máquina es mucho mayor que la de un torno tradicional.
2.2.4. Portaherramientas
El portaherramientas es un dispositivo para sujetar las herramientas de corte de la máquina herramienta. Existen muchas herramientas de diferentes tamaños y formas. El tipo de portaherramientas debe seleccionarse de acuerdo con la máquina y herramientas a utilizar.
En las nuevas máquinas, existe un control numérico hecho por computadora (CNC); es muy importante seleccionar el poste de herramientas correcto para garantizar un mecanizado preciso con productividad.
Las principales cualidades requeridas para el portaherramientas son:
Tener suficiente rigidez para soportar la fuerza de corte sin estar sometido a vibraciones durante el proceso de mecanizado, y brindar estabilidad.
Poseer precisión en la posición de la punta de la herramienta, especialmente en herramientas giratorias; debe evitarse la desviación de la concentricidad de la herramienta, y un equilibrio insuficiente provocará una fuerza centrífuga excesiva.
Puede transmitir la fuerza de corte entre el soporte / herramienta sin provocar un movimiento innecesario de la herramienta.
Tiene buena accesibilidad, versatilidad de operación y mantenimiento simple para reducir el tiempo de cambio de herramienta y la parada de medición.
Los tornos de alta productividad utilizan portaherramientas de hoja de carburo intercambiables que se atornillan en los portaherramientas.
Los tornos más tradicionales utilizan herramientas integrales y placas de carburo soldadas. El tipo de ejecución y, en cierta medida, el tamaño de la pieza determina la elección del sistema de sujeción.
El tipo de soporte de plaquetas se define por el ángulo de posición, forma y tamaño de la placa utilizada.
2.2.5. Fallas del torno
Se define a aquellos problemas que no permiten que se realice una función específica del torno a continuación se muestra algunas de las fallas:
1. Falla en guía de desplazamiento:
- Falla de rodamiento - Falla de motor - Ruptura de chasis 2. Falla por mala conexión:
- Falla en las líneas 3. Falla en la bomba:
- Falla por fuga en el recipiente - Falla desgaste de acoples - Falla obstrucción de manguera 4. Falla en el sensor:
- Falla en la puerta - Falla en la tarjeta - Falla en el software 5. Fuga de aire o aceite:
- Falla de obstrucción de la línea - Falla en los actuadores
6. Falla baja presión:
- Fuga de aire
- Falla de obstrucción de la línea - Falla en los actuadores
2.2.6. Sistemas del torno
Para el caso del estudio de las fallas, es necesario describir aquellos sistemas en los cuales suceden:
a. Sistema de sujeción o desplazamiento
El sistema de sujeción o desplazamiento es proporcionado por un mecanismo de polea que transmite potencia al eje principal a través de un motor de eje principal, el evento de avería más frecuente es desequilibrio de la polea que genera un desgaste mayor de la correa.
Bancada
La banca de la máquina es de fundición de gris, con gran rigidez a prueba de torsión y con amortiguación de oscilaciones. En la bancada de la máquina están montados el cabezal, unidad del carro y contrapunto. Con el apoyo de tres puntos de la bancada de la maquina se evita la deformación por torsión que perjudicaría la precisión del trabajo.
Motor
El motor es la parte principal que da movimiento al husillo y placa de tres mordazas.
Se encuentran posibles fallas: conexión de cable incorrecta o suelta, el cable del motor del husillo está cortocircuitado, vibración debido a cojinetes dañados, correa mal ajustada o desgastado y los tornillos de ajuste que esté apretado de poleas.
Rodamientos
Los rodamientos se encuentran en el parte del husillo y el eje de husillo está alineado por rodamientos. Los eventos más frecuentes son: vibración por desgaste, falta de lubricación, inspección de la condición y la tensión de las correas de accionamiento del husillo. Una correa demasiado ajustada o floja inducirán vibraciones indeseables al husillo y a la vez desgaste del rodamiento.
Guías de desplazamientos
Los desplazamientos están ubicados, longitudinal z y transversal x, se deslizan sobre rodillos de guía. Los desplazamientos son originados por servomotores. Los eventos más frecuentes son: desgaste de las guías, falta de lubricación, falta de limpieza y desajustes en la cola de milano.
b. Sistema eléctrico
La máquina requiere contar con energía trifásica de 400 voltios, mediante la instalación de diferentes dispositivos de protección eléctrica.
En el sistema eléctrico, los eventos más frecuentes son: mal diseño eléctrico, error en la conexión a la red eléctrica, caída de las faces o tensión; algunos de los efectos son:
sobrecalentamiento y / o fallas en el encendido; por lo tanto, la indisponibilidad.
c. Sistema de control y seguridad
Es importante garantizar la disponibilidad de los sensores y tarjeta electrónica de
control; para ello, se debe contar con dispositivos de protección eléctrica.
d. Sistema de refrigeración
No se cuenta con algún parámetro establecido para determinar la longitud del carro a través del carril guía con el fin de proporcionar lubricación, según el recorrido. Por lo tanto, el operador del torno es responsable de la operación de lubricación sin saber si la operación de lubricación se ha completado o si se realiza en el momento adecuado. Para solucionar este inconveniente de lubricación es muy útil ejecutar automáticamente este proceso y/o colocar una cartilla de control de lubricación.
e. Sistema neumático
El sistema neumático se encarga de poner en funcionamiento diferentes mecanismos accionados de forma neumática por elementos de aire. La fuente de suministro de aire que utiliza el torno EMCO 250 es proporcionada por un suministro de aire a una presión de 6 bar.
2.2.7. Conceptualización del mantenimiento a. Estrategias de mantenimiento
En la actualidad existen sistemas para abordar las tareas de mantenimiento. Por ello, se puede indicar que las estrategias de mantenimiento no solamente puntualizan su análisis en corregir, sino, también, en estimar el tiempo en que se presentará una falla.
Mantenimiento correctivo
La estrategia de mantenimiento correctivo se inicia luego de que se concretó una falla.
Se muestra la figura 4, la cual nos permite visualizar el flujo correspondiente:
Figura 4. Flujo mantenimiento correctivo.
Mantenimiento preventivo
La estrategia de mantenimiento preventivo consiste en realizar limpieza, lubricación, engrasado, verificación y ajustes de la máquina, estimando un tiempo determinado, en base a la recomendación del fabricante o experiencia del responsable de la maquinaria. Se muestra
la figura 5, la cual nos permite visualizar el flujo correspondiente.
Figura 5. Flujo del mantenimiento preventivo.
Mantenimiento detectivo
La estrategia de mantenimiento detectivo consiste en la búsqueda de fallas, mediante la inspección de las funciones ocultas o puntos clave, en tiempos intercalados, para ver si han fallado y tomar acciones. La figura 6, nos permite visualizar el flujo correspondiente.
Figura 6. Flujo mantenimiento detectivo.
Mantenimiento predictivo
Prevé la falla futura de un determinado componente de la máquina a reemplazar, antes de que la máquina falle, según el plan. Por lo tanto, se reduce el tiempo de no actividad del equipo. La figura 7 nos permite visualizar el flujo correspondiente.
Figura 7. Flujo mantenimiento predictivo.
Mantenimiento centrado en confiabilidad (RCM)
La metodología RCM (Reliability Centered Maintenance) es una técnica para elaborar un plan de mantenimiento y evitar los fallos críticos; adicionalmente, busca minimizar los efectos y al mínimo costo. Para determinar las tareas de mantenimiento a emplear, la norma SAE JA1011 indica los lineamientos que debe cumplir un proceso RCM. Se señalan a continuación, las 7 preguntas básicas:
¿Cuáles son las funciones deseadas para el equipo que se está analizando?
¿Cuáles son los estados de falla (fallas funcionales) asociados con estas funciones?
¿Cuáles son las posibles causas de cada uno de estos estados de falla?
¿Cuáles son los efectos de cada una de estas fallas?
¿Cuál es la consecuencia de cada falla?
¿Qué puede hacerse para predecir o prevenir la falla?
¿Qué hacer si no puede encontrarse una tarea predictiva o preventiva adecuada?
2.2.8. CAPEX
Se define como gasto de capital, no gasto operativo. Representa la inversión en activos fijos (también llamados activos no corrientes o activos fijos). Se trata de bienes que están provistos para estar en la empresa por más de un periodo de 1 año.
2.2.9. OPEX
Este es el costo permanente de la operación del producto, negocio o sistema. Puede traducirse en gastos operativos u operacionales o gastos de funcionamiento.
2.2.10. Árbol lógico de fallas
Permite que, a partir de un suceso particular o sistema, determinar las causas que han producido.
La ventaja de emplear el análisis del árbol lógico de fallas son los parámetros que permiten evaluar y mejorar la disponibilidad de un equipo o sistema.
Se muestran los pasos a realizar para el análisis de árbol lógico de fallas.
a) Identificar el objetivo.
b) Definir el evento tope.
c) Definir el alcance.
d) Definir la resolución.
e) Definir las reglas bases.
f) Construir el árbol de fallas.
g) Evaluar el árbol de fallas.
h) Interpretar y presentar los resultados.
<
Accidentel Incidente
Causa Principal
Puertos de Lógica
Eventos
Figura 8. Árbol lógico de fallas
El árbol lógico de fallas puede ser representado gráficamente, mostrando los eventos básicos de fallas que ocasionan el evento tope, y puede ser representando a su equivalente que es el conjunto de ecuaciones booleanas.
2.2.11. Confiablidad
Es la probabilidad de que un equipo o sistema opere dentro de un rango de tiempo, en condición de operación constante sin falla.
Es la capacidad de un equipo o sistema, para realizar su función, de acuerdo a su diseño y función operacional constante.
𝑅(𝑡) = 𝑒−𝜆𝑡
2.2.12. Hoja de decisión para RCM
La hoja de decisión es el resumen de las respuestas, como resultado de las consultas indicadas en el diagrama de decisión, donde además se logra identificar qué estrategia de mantenimiento se debe emplear. Asimismo, si hay fallas que justifiquen un rediseño o si se toma la decisión deliberada que las fallas ocurran.
2.3. Definición de términos
RCM: Mantenimiento centrado en la confiabilidad.
CAPEX: Se define como gasto de capital.
OPEX: Este es el costo permanente de la operación del producto, negocio o sistema.
AMEF: Análisis de modo y efecto de fallas.
VAN: Valor actual neto.
TIR: Tasa interna de retorno.
Protección. Se refiere a una serie de actividades que pueden mantener un estado ideal de los componentes del sistema.
Inspección. Actividad que permite evaluar el estado real de los componentes del sistema.
Reparación. Conjunto de actividades que permiten la sustitución de situaciones. El medio técnico idóneo correspondiente al sistema.
Mantenimiento. Se refiere a las funciones conferidas por el control continuo de la instalación y una serie de reparaciones y modificaciones necesarias para asegurar el funcionamiento continuo y una buena protección de los equipos.
Planificación. Proceso que implica trabajar en la misma línea desde el inicio del proyecto. Es un método que permite la ejecución directa del plan que será ejecutado y supervisado de acuerdo con el mismo.
Falla. Se refiere a aquellos problemas que no pueden cumplir con sus funciones específicas.
Disponibilidad. Es el porcentaje de tiempo que el dispositivo puede funcionar a la hora programada.
Inoperabilidad. Falta de capacidad para operar o realizar funciones.
Torno. Conjunto de máquinas y herramientas que permiten el mecanizado geométrico, roscado, corte, mandrilado, torneado, desbaste y ranurado por revolución.
CNC. Es un sistema de automatización de una máquina herramienta en comparación con el control manual mediante volante o joystick; la máquina herramienta se maneja mediante comandos de programación en un medio de almacenamiento.
Motor. Es la parte del sistema de la máquina que puede hacer que el sistema funcione y convertir un cierto tipo de energía en energía mecánica que puede realizar un trabajo.
Torno paralelo. Se trata de una máquina que ejecuta operaciones mecanizadas en los planos de coordenadas X e Y. Esto se debe a que el movimiento se realiza en los 2 ejes establecidos:
por el poste de la herramienta longitudinal, que irá a la pieza a mecanizar, seguida de la pieza de deslizamiento lateral, que realiza un movimiento de 90 grados al eje de referencia de la pieza.
Torno vertical. El eje de este tipo de torno se coloca en vertical, y el plato que gira está en el plano horizontal, por lo que la ventaja de utilizar esta máquina es que es fácil de montar piezas grandes y pesadas.
Torno copiador. El torno perfilador es una máquina accionada por un sistema hidráulico que puede mecanizar piezas repetidas continuando el contorno de la matriz o plantilla, según las necesidades y características técnicas de las piezas. Estar procesado.
Torno revólver. El torno tiene la capacidad de utilizar múltiples herramientas de corte en secuencia para reducir el tiempo total de mecanizado.
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
3.1. Variables
2.3.1. Definición conceptual de las variables Variable 1:
Propuesta de un plan basado RCM.
Variable 2:
Indisponibilidad del torno CNC.
3.2. Metodología
2.3.2. Tipo de estudio
La investigación realizada es aplicada, ya que se utilizó conocimientos teóricos para luego comprenderlos y aplicarlos en conocimientos prácticos, de tal forma que permita resolver problemas y mejorar las condiciones de vida, la industria o las organizaciones empresariales.
2.3.3. Diseño de investigación
La investigación correspondió a un diseño de estudio aplicativo, transversal, no experimental, teniendo como punto de partida la identificación de problemas en la maquinaria y luego el planteamiento de una propuesta de mantenimiento para posibilitar su disponibilidad.
3.2.1. Método de investigación
El método utilizado es descriptivo (diagnóstico) y analítico, debido a que se identificó y analizó la existencia de problemas de inoperatividad de un sistema industrial electromecánico y el planteamiento de la solución. Metodológicamente se siguió el proceso siguiente: Inicio del problema, diagnóstico, Solución.
CAPÍTULO IV
METODOLOGÍA PARA LA SOLUCIÓN DEL PROBLEMA
4.1. Análisis situacional
4.1.1. Ubicación del equipo CNC EMCO 250
El equipo torno CNC EMCO 250 se encuentra ubicado en la empresa ARCRING INGENIEROS SAC, situada en Jr. Bodegones 337, Urb. Las Gardenias, Santiago de Surco, Lima. (Ver figuras 9, 10)
Figura 9. Ubicación geográfica de ARCRING INGENIEROS SAC
Figura 10. Vista exterior de ARCRING INGENIEROS SAC
ARCRING INGENIEROS SAC brinda capacitaciones/entrenamiento de TORNO CNC EMCO en 3 turnos (mañana, tarde y noche), para un programa de 3 meses.
4.1.2. El torno CNC EMCO 250
Cuenta con un software de computadora para procesar piezas giratorias. El software utiliza códigos alfanuméricos siguiendo los ejes cartesianos X, Y, Z. Debido a la computadora con la que cuenta, se puede utilizar para la producción en masa y el mecanizado de precisión de piezas, ya que cuenta con un control integrado de piezas. (Lucchesi, 1973)
Se presenta la ficha técnica del torno CNC EMCO 250.
Figura 11. Ficha técnica del torno CNC EMCO 250
4.1.3. Elementos del torno CNC EMCO 250
Figura 12. Elementos del torno CNC EMCO 250
4.2. Alternativas de solución
En base a la información mostrada en las páginas 12,13 y 14, se evalúa las estrategias de mantenimiento para seleccionar la más adecuada, se muestra los criterios:
Costo de implementación: es el costo de inversión para implementar la estrategia de mantenimiento.
Costo del equipo: es el costo del equipo a aplicar la estrategia de mantenimiento.
Función operacional: Es que tan crítico para el sistema es el equipo evaluado a aplicar la estrategia de mantenimiento.
Detectabilidad de falla: Es que tan posible es detectar que la posible falla, en función a herramientas de cada estrategia de mantenimiento.
Funcionalidad: si ofrece alternativas de estrategias de mantenimiento que permita su utilidad según se requiera.
Asimismo, se indica la puntuación para los criterios:
Bajo (1): Puntuación de valor mínimo.
Regular (2): Puntuación intermedia.
Alto (3): Puntuación Máxima.
Tabla 1.
Tabla de cuadro comparativo de estrategias de mantenimiento.
Fuente: Elaboración Propia
Se concluye que el RCM es el idóneo de acuerdo a los criterios antes mostrados.
Con la finalidad de evitar la indisponibilidad del torno CNC EMCO 250, se realizó un estudio de las fallas, según el autor Guerra G. (2012), el manual del fabricante y mediante la aplicación de la metodología del árbol lógico de fallas que permitió identificar las fallas de mayor relevancia; posteriormente, se realizó un AMEF y luego se concluyó con la hoja de toma de decisión RCM para identificar el plan de mantenimiento adecuado.
Asimismo, el presente estudio plantea las siguientes consideraciones para su aplicación:
a) Condiciones de trabajo:
La condición del ambiente debe estar +10 °C y un máx. de 35 °C. Caso contrario, no pueden garantizarse.
• Los grados de precisión indicados para la fabricación.
• El correcto funcionamiento de la máquina.
b) Condiciones de operación:
La máquina evaluada tiene un rango de operación de 1200 horas anuales en condiciones óptimas.
Criterios MANTENIMIENTO
Correctivo Preventivo Predictivo Detectivo RCM Costo de implementación BAJO BAJO BAJO BAJO REGULAR
Costo de equipo BAJO REGULAR BAJO BAJO ALTO
Funcuon operacional de eq BAJO REGULAR BAJO BAJO ALTO Detectabilidad Falla de eq BAJO ALTO ALTO ALTO ALTO
Funcionalidad BAJO BAJO BAJO BAJO ALTO
5 9 6 7 14
Figura 13. Proceso RCM.
4.3. Solución del problema
4.3.1. Análisis del árbol lógico de fallas
Se realizó el análisis del árbol lógico de fallas. Según la definición, se trata de un análisis del sistema que permite saber la causa de la falla mediante un gráfico. Además, el árbol lógico de fallas puede analizar un solo evento no deseado, pero también puede usarse para evaluar el sistema completo.
Se empleó el registro y elaboró el diagrama del árbol lógico de fallas para, finalmente, realizar el análisis correspondiente.
Por lo tanto, de acuerdo con la tabla 2, se muestra que existen 18 posibles fallas (denotadas E1, E2, E3) las cuales se pueden agrupar en 5 sistemas.
Figura 14. Árbol de fallas del torno CNC EMCO 250
Tabla 2.
Fallas y sistemas del torno CNC EMCO 250
Fuente: Elaboración propia.
Y de acuerdo al manual del fabricante, indica los códigos de error y sistemas. Como se observa en la tabla 3.
N° FALLA SISTEMA
E1 Falla de Chasis Sujeción y desplazamiento E2 Falla de Motor Sujeción y desplazamiento E3 Falla de Rodamiento del motor Sujeción y desplazamiento E4 Falla de Guía de desplazamiento Sujeción y desplazamiento E5 Falla por mala conexión Eléctrico
E6 Falla en las líneas eléctricas Eléctrico E7 Falla en la bomba Refrigeración E8 Falla fuga en el recipiente Refrigeración E9 Falla desajustes de Acoples Refrigeración E10 Falla Obstrucción de Manguera Refrigeración E11 Falla en el sensor Control y seguridad E12 Falla en la Puerta Control y seguridad E13 Falla en la tarjeta Control y seguridad E14 Falla en el software Control y seguridad E15 Falla baja presión Neumático
E16 Fuga de aire Neumático
E17 Falla de obstrucción de la Línea Neumático E18 Falla en los actuadores Neumático
Figura 15. Horas de mantenimiento, según las fallas.
Se muestra la figura 15 y tabla 3 que nos indica el código de error, falla y el intervalo límite de horas en que la falla tiene una mayor probabilidad.
Asimismo, esta información es importante para poder calcular la probabilidad de falla.
Tabla 3.
Horas de inspección de fallas del torno CNC EMCO 250
Fuente: Elaboración propia
4.3.2. Cuantificación del árbol lógico de fallas
Las fallas que se describen en la tabla 5, siguen un comportamiento de confiabilidad definido de la siguiente manera:
𝑅(𝑡) = 𝑒−𝜆= 𝑒−𝑡/𝜃= 1 − 𝑃(𝑡) Donde
R(t)= Confiabilidad en el tiempo t
P(t)= Probabilidad de que ocurra la falla λ= Tasa de fallas
t=tiempo de horas 𝜃=1/ λ=vida media
Se determina la probabilidad de falla mediante la fórmula presentada y cálculos matemáticos de la misma; para tal efecto, es necesario obtener la vida media del elemento
N° FALLA SISTEMA INTERVALO
HORAS E1 Neumática - Aceitera de aire comprimido Neumático
8
E2 Disco de puerta – Daños Sujeción y desplazamiento
E3 Plato de sujeción de fuerza Control y seguridad
E4 Contrapunto neumático Neumático
E5 Presión y funcionamiento del medio tensor Control y seguridad E6 Guías de carros X – daños Sujeción y desplazamiento E7 Nivel de lubricante refrigerador Refrigeración
E8 Lubricación central - Nivel de aceite Sujeción y desplazamiento
40 E9 Neumática - Separador de condensación Neumático
E10 Plato de pinzas Sujeción y desplazamiento
E11 Partes pulidas de la máquina Neumático
E12 Torreta de htas. Sauter: acoplamiento propulsor de htas Sujeción y desplazamiento
E13 Todas las mangueras y tubos Refrigeración
200 E14 Tecla de PARADA DE EMERGENCIA Control y seguridad
E15 Esteras de filtro para refrigeración del armario eléctrico Eléctrico
E16 Cubeta de refrigerante Refrigeración
E17 Transportador de virutas: cojinete del árbol principal Eléctrico
E18 Transportador de virutas: cadena de rodillos Sujeción y desplazamiento E19 Motores principales, de avance - tensión de la correa c Eléctrico
1000 E20 Cambio Lubricante refrigerador Refrigeración
E21 Transportador de virutas: Correa en V Eléctrico E22 Transp.virut.: cinta transp., cadena d.tracc., ruedas de
cadena Sujeción y desplazamiento
E23 Sacavirutas de todas las chapas de los carros Sujeción y desplazamiento
2000 E24 Cubeta de refrigerante - Estanqueidad, corrosión, daños Refrigeración
E25 Torreta de htas. Sauter: Válv. lubricante-refrig. Nivel de
aceite Refrigeración 4000
E26 Torreta de herramientas accionadas: nivel de aceite,
juntas Control y seguridad 1000
E27 Torreta de htas. Sauter: cambio de aceite Control y seguridad
8000 E28 Sauter: Revisión general del accionam. de herramienta
por parte del fabric. Control y seguridad
E29 Sauter: Revisión general del revólver por parte del
fabricante Control y seguridad
2000 E30 Disco de puerta - Cambio Sujeción y desplazamiento
que incurre en la falla, y es por ello que se aproxima la vida media de cada elemento de acuerdo al material del cual está hecho o está implicado directamente en la falla.
De diferentes fuentes de información, se obtiene la vida media del material del componente en el cual ocurre la falla y, consecuentemente, se logra hallar la tasa de la falla, los cuales se muestran en la tabla 4.
Por ejemplo, la vida media de E3 es 365 días, entonces la tasa por definición es 1/VIDA MEDIA = 0,002740.
Tabla 4.
Vida media y tasa de falla
Fuente: Elaboración propia
Obteniendo estos valores y las horas de mantenimiento de la tabla 4, se calcula la confiabilidad y la correspondiente probabilidad de que ocurra la falla, en cada caso.
Se muestra, para la falla E1, se tiene que: 1 − 𝑒−0,00014𝑥8/24= 𝑃(𝑡) =0,000046 y R(t)=
0,999954
Se determina la probabilidad y confiabilidad de cada una de las fallas, las cuales se observan en la tabla 5.
N° FALLA INTER.HORAS SISTEMA MATERIAL VIDA MEDIA (DÍAS) TASA DE
FALLA
E1 Falla de Chasis 8 Sujeción y
desplazamiento Acero 7300 0,00014
E2 Falla de Motor 8 Sujeción y
desplazamiento Acero 7300 0,00014
E3 Falla de Rodamiento del Motor 8 Sujeción y
desplazamiento Aceite 365 0,00274
E4 Falla de Guía de desplazamiento 8 Sujeción y
desplazamiento Aceite 365 0,00274
E5 Falla por mala conexión 200 Eléctrico Cobre 7300 0,00014
E6 Falla en las líneas eléctricas 200 Eléctrico Cobre 7300 0,00014
E7 Falla en la bomba 8 Refrigeración Acero 7300 0,00014
E8 Falla fuga en el recipiente 8 Refrigeración Acero 7300 0,00016
E9 Falla desajustes de Acoples 8 Refrigeración PVC 6388 0,00016
E10 Falla Obstrucción de Manguera 40 Refrigeración PVC 6388 0,00014
E11 Falla en el sensor 40 Control y
seguridad Cobre 7300 0,00014
E12 Falla en la Puerta 8 Control y
seguridad Acero 7300 0,00014
E13 Falla en la tarjeta de control 200 Control y
seguridad Cobre 7300 0,00014
E14 Falla en el software 200 Control y
seguridad 365 0,00274
E15 Falla baja presión -Bomba 8 Neumático Acero 7300 0,00014
E16 Fuga de aire - Aceitera de Aire comprimido 8 Neumático Acero 7300 0,00014
E17 Falla de obstrucción de la Línea - Mangueras 40 Neumático PVC 7300 0,00016
E18 Falla en los actuadores 40 Neumático Cobre 7300 0,00014
Tabla 5.
Confiabilidad y Probabilidad
Fuente: Elaboración propia
Se registran los datos obtenidos de cada evento para emplear el árbol lógico de fallas y se realiza el análisis respectivo.
Para ello, se calcula la probabilidad de cada uno de los cortes mínimo del árbol de fallas.
C=C1+C2+C3+C4+C5
C= (E1+E2+E3+E4) + (E5+E6) + (E7+E8+E9+E10) + (E11+E12+E13+E14) + (E15+E16+E17+E18)
Tabla 6.
Probabilidad de cada corte y del evento de cabecera
Fuente: Elaboración propia
N° FALLA CONFIABILIDAD PROBABILIDAD
E1 Falla de Chasis 0,999954 0,000046
E2 Falla de Motor 0,999954 0,000046
E3 Falla de Rodamiento del motor 0,999087 0,000913
E4 Falla de Guía de desplazamiento 0,999087 0,000913
E5 Falla por mala conexión 0,999954 0,000046
E6 Falla en las líneas eléctricas 0,999954 0,000046
E7 Falla en la bomba 0,999954 0,000046
E8 Falla fuga en el recipiente 0,999772 0,000228
E9 Falla desajustes de Acoples 0,999739 0,000261
E10 Falla Obstrucción de Manguera 0,999739 0,000261
E11 Falla en el sensor 0,999772 0,000228
E12 Falla en la Puerta 0,999772 0,000228
E13 Falla en la tarjeta de control 0,998859 0,001141
E14 Falla en el software 0,977428 0,022572
E15 Falla baja presión -Bomba 0,998859 0,001141
E16 Fuga de aire - Aceitera de Aire comprimido 0,998859 0,001141 E17 Falla de obstrucción de la Línea - Mangueras 0,998696 0,001304
E18 Falla en los actuadores 0,998859 0,001141
CORTE PROBABILIDAD
Corte 1 E1+E2+E3+E4 0,0019
Corte 2 E5+E6 0,0010
Corte 3 E7+E8+E9+E10 0,0008
Corte 4 E11+E12+E13+E14 0,0242
Corte 5 E15+E16+E17+E18 0,0047
PROBABILIDAD EVENTO CABECERA 0,0326
Se determina que la probabilidad de evento de cabecera es la probabilidad de que el torno quede inoperativo con un valor de 0.0326, lo cual conlleva a que se estime realizar alguna gestión, actividad o estrategia a fin de evitar la indisponibilidad.
4.3.3. Análisis de importancia del árbol de fallas
En este punto, se realiza el estudio de importancia de qué eventos son importantes para que suceda el evento de cabecera. Entonces, se muestra la teoría pertinente para dicho análisis y a continuación, los parámetros para los cálculos para el torno CNC EMCO 250.
a) Importancia de Fussell-Vesely (IFV)
𝑰𝑭𝑽𝒊 =∑ 𝑷𝒄𝒊 𝑷𝒄𝒊
Donde IFVi es la importancia del suceso elemental Ei, Pc es la probabilidad del suceso de cabecera y PCi es la probabilidad de un corte de árbol donde interviene el suceso elemental Ei. El sumatorio se extiende a todos los cortes de árbol.
b) Risk Achievement Worth (RAW)
𝑹𝑨𝑾𝒊 = 𝟏 + 𝑰𝑭𝑽𝒊∗ ( 𝟏 𝑷𝑬𝒊− 𝟏) Donde:
PEi es la probabilidad del suceso elemental Ei IFVi es la importancia del suceso elemental Ei c) Risk Reduction Worth (RRW)
𝑹𝑹𝑾 = 𝟏
𝟏 − 𝑰𝑭𝑽𝒊
Reemplazando en las fórmulas, se obtiene para todas las fallas los valores IFV, RAW y RRW, que se pueden ver en la tabla 7.
Tabla 7.
Valores IFV, RAW, RRW
Fuente: Elaboración propia.
Análisis: De lo anterior se deduce que los eventos más relevantes son aquellos que tienen un valor IFV mayor, en este caso, serían los eventos E7, E13, E16 y E17, igual a 80.66%, los cuales corresponden al sistema al sistema de control y seguridad, neumático y refrigeración.
Y los eventos menos probables son E2, E10, E12 Y E18, con un valor de IFV igual a 0.61%.
En el caso de que sucedan los eventos E7, entonces, la probabilidad con que el torno este inoperativo aumentaría notablemente, dado que el valor calculado RAW es alto comparado con los demás.
Y, finalmente, si se evitan los eventos E7, E13, E16 y E17, se mejora la confiabilidad de operatividad del torno.
Entonces, se presenta la jerarquía según la importancia de las fallas, tomando en consideración el IFV, determinados en la tabla 8.
N° EVENTOS SISTEMA IFV RAW RRW
E1 Falla de Chasis Sujeción o desplazamiento 15.77% 3455.106 1.187
E2 Falla de Motor Sujeción o desplazamiento 0.61% 134.479 1,006
E3 Falla de Rodamiento del motor Sujeción o desplazamiento 2.44% 27.741 1,025 E4 Falla de Guía de desplazamiento Sujeción o desplazamiento 14.51% 159.841 1,170
E5 Falla por mala conexión Eléctrico 2.66% 582.501 1,027
E6 Falla en las líneas eléctricas Eléctrico 0.61% 134.479 1,006
E7 Falla en la bomba Refrigeración 80.66% 17664.675 5.17
E8 Falla fuga en el recipiente Refrigeración 2.66% 117.29 1.027
E9 Falla desajustes de Acoples Refrigeración 15.77% 605.451 1.187
E10 Falla Obstrucción de Manguera Refrigeración 0.61% 24.358 1.006
E11 Falla en el sensor Control y seguridad 15.77% 691.758 1.187
E12 Falla en la Puerta Control y seguridad 0.61% 27.693 1.006
E13 Falla en la tarjeta de control Control y seguridad 80.66% 707.16 5.17
E14 Falla en el software Control y seguridad 2.66% 2.15 1.027
E15 Falla baja presión -Bomba Neumático 0.30% 3.668 1.003
E16 Fuga de aire Neumático 80.66% 707.16 5.17
E17 Falla de obstrucción de la Línea - Mangueras Neumático 80.66% 618.888 5.17
E18 Falla en los actuadores Neumático 0.61% 6.336 1.006
Tabla 8.
Jerarquización de fallas
Fuente: Elaboración propia.
Se muestran los criterios para poder catalogar cada modo de fallo de acuerdo a su frecuencia (F), detectabilidad (D) y gravedad (G), para luego, calcular el índice de prioridad de riesgo (IPR),cuya fórmula:
JERARQUÍA N° FALLA SISTEM A IFV
1 E7 Falla en la bomba Refrigeración 80.66%
2 E13 Falla en la tarjeta de control Control y seguridad 80.66%
3 E16 Fuga de aire Neumático 80.66%
4 E17 Falla de obstrucción de la Línea - Mangueras Neumático 80.66%
5 E11 Falla en el sensor Control y Seguridad 15.77%
6 E1 Falla de Chasis Sujeción o desplazamiento 15.77%
7 E4 Falla de Guía de desplazamiento Sujeción o desplazamiento 15.77%
8 E9 Falla desajustes de Acoples Refrigeración 15.77%
9 E3 Falla de Rodamiento Sujeción o desplazamiento 2.66%
10 E5 Falla por mala conexión Eléctrico 2.66%
11 E8 Falla fuga en el recipiente Refrigeración 2.66%
12 E14 Falla en el software Control y seguridad 2.66%
13 E2 Falla de Motor Sujeción o desplazamiento 0.61%
14 E6 Falla en las líneas eléctricas Eléctrico 0.61%
15 E10 Falla Obstrucción de Manguera Neumático 0.61%
16 E12 Falla en la Puerta Control y seguridad 0.61%
17 E18 Falla en los actuadores Neumático 0.61%
18 E15 Falla baja presión -Bomba Neumático 0.30%
IPR=D.G.F.
