Capítulo 3. Análisis de fiabilidad de sistemas asociados
3.2 Generalidades de los Diagramas P&ID
3.2.1 Diagramas de Bloques de Fiabilidad, RBD
La norma UNE-EN-61078 [57], define un diagrama de bloques como la representación gráfica del comportamiento de fiabilidad de un sistema. Además, en un diagrama de bloques se muestran las cone- xiones gráficas de los componentes necesarios para el correcto fun- cionamiento del sistema. El modelo de bloques se aplica a sistemas considerados no reparables, aquellos donde no interesa el orden de generación de averías sino la razón por la cual se produce la avería y en consecuencia ocurre una parada de planta. Para desarrollar el método del análisis de confiabilidad y por consiguiente la realización de los diagramas de bloques para la Planta Piloto de Procesos Tér- micos y los sistemas que lo componen, se tuvo en cuenta lo reco- mendado en la norma UNE-EN-61078 [57] y es lo siguiente:
• “Funcionamiento del sistema: este análisis sirve para diferentes modos de funcionamiento, al trabajar con sistemas separados de cada modo, se tratan independientes del resto con modelos de fiabilidad individuales. Cuando se utilizó el mismo sistema para todas las funciones, entonces se aplicaron diagramas separados para cada sistema. Para lo cual se definió con anterioridad cuál ocasiona el fallo en cada una de las funciones del sistema.
• Condiciones ambientales: las pautas del funcionamiento del sis- tema incluyen las condiciones ambientales del diseño del mis- mo. Se mencionan cada una de las condiciones que debe afrontar el equipo al transportarlo, almacenarlo y operarlo. Se identificó si los equipos se utilizarán en más de un entorno; las pruebas de fiabilidad se hicieron utilizando los diagramas de bloques y con tasas de fallo según el entorno.
• Ciclos de funcionamiento: se definieron según el tiempo real y operativo y teniendo en cuenta los ciclos de conexión y desco- nexión. Si al desconectar y conectar el equipo no se le ocasionan averías, esto se obvia, y solo se tiene en cuenta el tiempo opera- tivo del equipo.”
Con base en lo especificado anteriormente se realizaron los siguien- tes pasos para el desarrollo de los diagramas de bloques:
• Se especificó cuál es el concepto de éxito o fallo de cada uno de los sistemas que componen la planta.
• Se dividió cada sistema en bloques buscando que los equipos pertenecientes a cada uno de ellos estén trabajando enfocados en el mismo objetivo.
• Finalmente teniendo en cuenta el concepto de éxito o fallo del sistema, se desarrolla el diagrama de bloques que permita al- canzar el objetivo, el cual es el correcto funcionamiento de la planta piloto.
Se conocen varias configuraciones de los diagramas de bloques; es- tas son:
3.2.1.1 RBD en serie
La configuración en serie se realiza si, para que funcione el sistema, son necesarios todos los bloques, es decir, la falla de un componen- te da como resultado la falla de todo el sistema (Figura 11).
Figura 11. Configuración en serie para diagramas de bloques
Fuente: Técnicas de análisis de la confiabilidad [57].
3.2.1.2 RBD en paralelo
Un diagrama de bloques de un sistema en paralelo se realiza cuan- do se desea tener una redundancia del sistema, es decir, si falla un bloque no afecta el funcionamiento del sistema (Figura 12).
Figura 12. Configuración en paralelo
Fuente: Técnicas de análisis de la confiabilidad [57].
En la Figura 12 se muestra una configuración en paralelo simple, en el caso que A fallara, B lo reemplaza, por lo tanto, no afecta el funcionamiento del sistema; en otras palabras, para que el sistema tenga éxito debe funcionar como mínimo uno de los bloques. Ge- neralmente esta configuración se utiliza para los sistemas críticos.
3.2.1.3 RBD mixto
Los diagramas de bloques expuestos anteriormente comprenden configuraciones solamente en serie o paralelo. En el caso de siste- mas más complejos existe la posibilidad de una configuración donde se combinen, a estos diagramas de bloques se le llama diagrama de bloques de fiabilidad mixtos o modelos mixtos (Figura 13).
Figura 13. Configuración mixta para diagramas de bloques
Fuente: Técnicas de análisis de la confiabilidad. [57]
Existen otras configuraciones mixtas como la que se muestra a con- tinuación (Figura 14).
Figura 14. Configuración mixta para diagramas de bloques
Fuente: Técnicas de análisis de la confiabilidad. [57]
3.2.1.4 RBD en paralelo con k de n
Es otra forma de representar la redundancia paralela de los diagra- mas de bloques de fiabilidad, donde se requiere como mínimo para que el sistema funcione, que k bloques de n tengan éxito (Figura 15).
Figura 15. Configuración en paralelo con “k” de “n”, para diagramas de bloques
Fuente: System Analysis Reference. [58]
En la Figura 15 se muestra un diagrama de bloques de tipo para- lelo k de n (2 de 4) y (3 de 4); para que el sistema funcione debe tener éxito como mínimo 2 bloques. Si falla 3 de 4, el sistema falla.
Se pueden presentar dos casos en esta configuración: el primero, donde la fiabilidad de los bloques o componentes sean idénticos, en
este caso estos tienen la misma distribución de fallas, por lo tanto los componentes restantes no se ven afectados. El segundo, donde la fiabilidad de estos no son idénticos, en este caso la confiabilidad debe calcularse de manera distinta considerando todas las posibles combinaciones operativas.
3.2.1.5 RBD en paralelo pasiva
Esta configuración de diagramas de bloques recibe el nombre de redundancia stand by (Figura 16).
Figura 16. Configuración en paralelo pasiva para diagramas de bloques
Fuente: Técnicas de análisis de la confiabilidad. [57]
En la Figura 16 se muestra la configuración redundancia Stand by, donde el componente o bloque A está activo y B se encuentra en espera. B entra en funcionamiento cuando A falle. En la figura no se muestra el mecanismo de conmutación. En un diagrama de bloques de fiabilidad práctico, se deberían incorporar los bloques de fiabili- dad del elemento de detección de fallo y el conmutador, debido a que estos son puntos críticos en los sistemas de Stand by.