Decodificando la Industria 4.0: El auge del monitoreo de condición

La cuarta revolución industrial, o Industria 4.0, está marcada por la integración de tecnologías digitales en los procesos industriales, remodelando el entorno de gestión de activos. Esta integración ha abierto nuevas oportunidades para que las organizaciones aumenten la eficiencia y la productividad, y el monitoreo de condición ha convertido en una tecnología de mantenimiento preferida en la era de la Industria 4.0.

El monitoreo de condición es un enfoque proactivo del mantenimiento que implica evaluar regularmente la salud y el rendimiento de la maquinaria, el equipo o los sistemas para identificar posibles problemas antes de que conduzcan a un tiempo de inactividad no planificado o a fallas catastróficas. El monitoreo de condición implica recopilar y analizar datos del equipo para detectar signos tempranos de desgaste, defectos u otros problemas que puedan provocar fallas en el equipo y proporcionar una estimación precisa de cuánta vida útil le queda a un activo. Este artículo analizará cómo el monitoreo de condición toma la delantera en el mantenimiento proactivo.

Bajo la superficie: Navegando la probabilidad de la curva PF

El mantenimiento basado en condición tiene como objetivo definir para los equipos críticos, la tecnología de monitoreo de condición correcta y elegir el intervalo de medición para que las fallas potenciales se puedan detectar lo suficientemente temprano. Con este conocimiento, puede planificar y programar la tarea correctiva (por ejemplo, reemplazar el rodamiento que está comenzando a fallar) antes de que esta falla potencial se convierta en una falla real y su máquina se averíe durante el tiempo de producción.

La teoría del monitoreo de condición se ilustra con la Curva PF (PF: Potential Failure) en la Figura 1. La curva PF es una representación gráfica que ayuda a demostrar la salud de un activo a lo largo del tiempo e indica cuándo es probable identificar (detectar) fallas potenciales (punto P en la Figura 1) y el período antes de una falla funcional completa (punto F en la Figura 1). Diferentes técnicas de monitoreo de condición pueden detectar el punto P antes en la curva PF al monitorear varios parámetros y detectar diferentes modos de falla.

Figura 1: La curva PF

El beneficio del monitoreo de condición (dentro de un programa de mantenimiento basado en condición (CBM: Condition Based Maintanance)) es que logra el mejor equilibrio entre los costos de mantenimiento y la confiabilidad del equipo. Una alternativa al CBM es el mantenimiento reactivo, que se describe mejor como esperar a que un activo falle y solo entonces mantenerlo o repararlo. Seleccionar el mantenimiento reactivo como estrategia puede permitirle obtener la máxima vida útil de los componentes. Sin embargo, considere el reverso de costosas paradas de producción y altos costos de transporte de repuestos.

Otra táctica es el mantenimiento basado en el uso (UBM: Used Based Maintanance), que utiliza datos estadísticos para programar tareas de mantenimiento. Un ejemplo es reemplazar los motores en la planta cada seis meses porque, según la experiencia previa, es cuando los motores en esa aplicación comienzan a fallar. El uso de UBM le permite tiempo para evitar paradas de producción no planificadas, pero aumenta el gasto de una organización en repuestos y mano de obra de mantenimiento.

Con CBM como táctica, los intervalos de mantenimiento se pueden optimizar en función de la condición real de la máquina, evitando paradas de producción y utilizando toda la vida útil de los componentes de la máquina. Por ejemplo, si un motor se monitorea mediante análisis de vibraciones y se detecta un defecto en el rodamiento, se puede reemplazar durante el mantenimiento planificado, evitando una falla catastrófica que requiera un tiempo de inactividad no planificado y reparaciones costosas, y mejorando la efectividad general del equipo (OEE: Overall Equipment Effectiveness).

Al abordar los problemas potenciales temprano, las organizaciones pueden evitar daños adicionales al equipo y extender la vida útil del activo. Esto puede ayudar a reducir el costo de reemplazo y mejorar el retorno de la inversión (ROI: Return on Investment) del equipo. La detección temprana de fallas potenciales también puede ayudar a mejorar la seguridad al identificar y abordar los problemas antes de que se vuelvan peligrosos para los trabajadores o el medio ambiente.

Caja de herramientas tecnológica: Elegir la tecnología de monitoreo de condición adecuada

La elección de qué tecnología de monitoreo de condición a usar depende de varios factores, como el tipo de equipo, su criticidad, la accesibilidad del equipo y los modos de falla esperados. Hay varias tecnologías de monitoreo de condición disponibles; algunas de las más comunes se enumeran a continuación:

• El análisis de vibraciones puede detectar los primeros signos de falla en la maquinaria rotativa al monitorear los niveles y patrones de vibración. Por ejemplo, si existe un defecto en el rodamiento, los niveles de vibración aumentarán y se manifestarán patrones de frecuencia específicos.
• El análisis de aceite puede detectar los primeros signos de desgaste en el equipo al monitorear los elementos en el lubricante y puede detectar el deterioro en la condición del lubricante. Por ejemplo, si hay un desgaste excesivo en una caja de engranajes, el aceite contendrá partículas metálicas (por ejemplo, las partículas de latón indican desgaste del rodamiento, y el hierro o el cromo pueden indicar desgaste del engranaje).
• La termografía puede detectar los primeros signos de problemas eléctricos o mecánicos al monitorear los perfiles de temperatura. Por ejemplo, si una conexión eléctrica está suelta, se calentará; la termografía puede detectar esto.
• Las pruebas ultrasónicas pueden detectar fugas o bloqueos tempranos en el equipo al monitorear ondas sonoras de alta frecuencia. Por ejemplo, si hay una fuga en un sistema de aire comprimido, las pruebas ultrasónicas pueden detectar el sonido de la fuga.

Un acto de equilibrio: Métodos de monitoreo de condición permanentes versus intermitentes

Además de esta gama de tecnologías, también existe la opción entre métodos de monitoreo de condición de diagnóstico y tendencia:

• El monitoreo de condición de diagnóstico toma lecturas de forma intermitente con equipos móviles de recopilación de datos (como un registrador de datos de análisis de vibraciones). Se refiere al uso de equipos de medición externos no permanentes para recopilar datos de los componentes. El equipo de medición debe ser operado por una persona competente que haya recibido la capacitación pertinente. La frecuencia de las mediciones depende de la estrategia, la disponibilidad de recursos y la condición actual del componente. Los métodos de diagnóstico son más baratos que los sensores permanentes, pero requieren más recursos en términos de disponibilidad de personal de mantenimiento y especialistas en monitoreo de condición.
• El monitoreo de condición de tendencia son evaluaciones “en tiempo” o “continuas”, que se logran instalando sensores permanentes en los componentes críticos y analizando la tendencia de los datos durante un período de tiempo. Los sensores permanentes funcionan bien en componentes esenciales para la producción y brindan información en tiempo sobre la condición de la máquina. Además, la instalación de sensores permanentes es un método de diagnóstico preferido para componentes de difícil acceso (por ejemplo, donde el equipo debe medirse mientras la máquina está en funcionamiento o de difícil acceso para una persona). Sin embargo, es costoso de implementar y requiere capacitación especializada para interpretar los datos. El almacenamiento de grandes datos generados por los sensores permanentes también debe considerarse al realizar un análisis de costos.

Una organización debe elegir correctamente el equipo en el que utilizar el monitoreo de condición, el tipo de técnica de monitoreo de condición y el intervalo de monitoreo óptimo. El equipo correcto se identifica mediante una evaluación de criticidad del impacto comercial para identificar el equipo crítico y determinar el impacto potencial de la falla del equipo. Esto priorizará el equipo para el monitoreo de condición y enfocará los recursos en las áreas de mayor riesgo. Las organizaciones deben capturar estas opciones en los planes de mantenimiento e integrar el proceso en el proceso de gestión del trabajo de mantenimiento para garantizar que los datos de monitoreo de condición se analicen y se actúe en consecuencia.

¿Qué tiene más sentido financiero: sensores instalados permanentemente, lecturas y análisis intermitentes, o incluso ningún monitoreo de condición en absoluto?

Implementar el monitoreo de condición puede ser costoso. El costo de los sensores y otros equipos necesarios para el monitoreo de condición puede ser alto, y puede haber costos adicionales asociados con la capacitación del personal para usar el equipo y analizar los datos del monitoreo de condición. Las organizaciones deben sopesar el costo de implementación frente a los beneficios potenciales del monitoreo de condición.

La buena noticia es que el costo de los sensores ha disminuido en los últimos años, lo que hace que sea más asequible para las organizaciones implementar el monitoreo de condición. Además, la creciente disponibilidad de la computación en la nube y el Internet de las cosas (IoT: Internet of Things) ha facilitado la recopilación y el análisis de datos en tiempo real, lo que reduce aún más el costo de implementación. Las organizaciones deben considerar cuidadosamente su equipo y procesos para maximizar la oportunidad de usar sensores, que se han vuelto más asequibles. El equipo crítico esencial para la producción debe priorizarse al instalar sensores permanentes para el monitoreo de condición. Es posible que el equipo menos crítico no justifique el costo de implementación o que, en su lugar, deba considerarse para métodos de monitoreo de diagnóstico (intermitente).

Las consideraciones donde la utilización de sensores permanentes de monitoreo de condición puede tener sentido financiero incluyen:

• Equipos de alto riesgo: organizaciones que dependen de equipos de alto riesgo que pueden causar importantes pérdidas de producción o peligros de seguridad en caso de falla.
• Equipos de alto valor: organizaciones que invierten una cantidad significativa de dinero en equipos pueden beneficiarse de la vida útil prolongada del equipo y un mejor retorno de la inversión (ROI).
• Regulaciones de la industria: es posible que se requiera que las organizaciones que operan en industrias con regulaciones estrictas, como las industrias de alimentos y farmacéuticas, implementen un monitoreo de condición en línea para cumplir con los requisitos reglamentarios.

La ventaja de los métodos de monitoreo de condición intermitentes (de diagnóstico) es que no hay un costo de instalación inicial, especialmente cuando se utiliza un proveedor de servicios externo. El costo del servicio también es relativamente bajo, considerando el valor de la información recibida. La desventaja es que los datos solo proporcionan una serie de instantáneas tomadas de la condición del activo. El activo no se monitorea continuamente, y si la frecuencia de monitoreo es demasiado baja, es posible experimentar fallas entre los eventos de monitoreo. Las tendencias siempre son valiosas para detectar fallas; sin embargo, lleva más tiempo establecer una tendencia beneficiosa con un monitoreo intermitente.

Algunos tipos de equipos no son adecuados para el monitoreo de condición. Por ejemplo, muchos tipos de equipos electrónicos no se pueden monitorear en absoluto (exceptuando quizás el uso de termografía para detectar conexiones sueltas). Para equipos de bajo valor y baja consecuencia, es posible que no tenga sentido financiero monitorear la condición de un activo o componente. Sin embargo, siempre será ventajoso que el personal de mantenimiento tenga la información y el conocimiento de la condición de la máquina, ya que puede ayudar a tomar decisiones informadas.

El enigma del costo: Dando sentido a los gastos de monitoreo de condición

Al considerar el costo de implementación, las organizaciones deben ser conscientes del costo total de propiedad (TCO: Total Cost of Ownership), incluido el equipo, la instalación, el mantenimiento y la capacitación del personal. Al determinar el TCO, las empresas pueden tomar decisiones informadas sobre los beneficios del monitoreo de condición y si es financieramente viable.