Los programas de mantenimiento predictivo y preventivo son esenciales para gestionar los ciclos de vida de los equipos con el objetivo final de reducir el tiempo de inactividad y proteger a las personas y la maquinaria de las averías accidentales de los equipos.
El desgaste es un hecho en cualquier sistema de fabricación. Las leyes de la física dictan que los equipos de producción -en particular las piezas móviles- siempre tendrán un ciclo de vida funcional, tras el cual el dispositivo, componente o sistema deberá ser revisado, refabricado o reemplazado completamente.
Los programas de mantenimiento predictivo y preventivo son esenciales para gestionar los ciclos de vida de los equipos de manera eficiente y para maximizar el retorno de la inversión y el coste total de propiedad de los equipos de producción. El objetivo final es minimizar el tiempo de inactividad y proteger tanto a las personas como a la maquinaria de las averías accidentales atribuidas a un equipo mal mantenido.
Uso de la tecnología neumática
El uso de la neumática, con cilindros, actuadores y válvulas accionados por aire para el control de procesos y máquinas, es común en los sistemas de automatización. Entre ellas figuran aplicaciones como el accionamiento y control de las compuertas de desviación en los sistemas de manipulación y clasificación de materiales; los dispositivos de movimiento como selladores y pinzas en las máquinas de envasado; y el control de las válvulas piloto en los equipos de las refinerías de petróleo y gas.
Los equipos neumáticos comparten algunas características comunes: el movimiento suele ser rápido y muy repetitivo (en algunos casos, el tiempo de ciclo es de milisegundos), y las funciones que realizan, aunque sencillas, son esenciales para la funcionalidad de la máquina.
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En otras palabras, si la neumática falla o comienza a funcionar mal debido a un mantenimiento deficiente, la productividad puede verse afectada y el tiempo de inactividad no programado de la máquina se vuelve problemático. Los fabricantes de neumáticos, en colaboración con los fabricantes de equipos originales de automatización, han desarrollado enfoques mejorados para las prácticas de mantenimiento tanto predictivo como preventivo, así como para mejorar las características técnicas de sus sistemas neumáticos. Estas mejoras, que incluyen nuevos sensores y otras capacidades digitales, se ajustan a los nuevos requisitos de los sistemas de producción de la Internet Industrial de las Cosas (IIoT) y permiten enfoques de mantenimiento más basados en los datos.
Mantenimiento predictivo vs. preventivo
El mantenimiento predictivo es el enfoque de gestión que los ingenieros de planta utilizan para rastrear y evaluar el estado del equipo en servicio. El uso eficaz del mantenimiento predictivo determina cuándo se debe realizar el mantenimiento y puede proporcionar ahorros de costos respecto del mantenimiento preventivo de rutina o basado en el tiempo, porque las tareas se realizan sólo cuando se justifica.
El mantenimiento predictivo es la entrega de la información correcta en el momento adecuado. Al saber qué equipo necesita mantenimiento, el tiempo de inactividad no planificado se sustituye por paradas de máquina más cortas y menos planificadas, aumentando así la disponibilidad de la planta. Otras posibles ventajas son el aumento de la vida útil del equipo, el aumento de la seguridad de la planta, el menor número de accidentes con repercusiones negativas en el medio ambiente y la optimización de la manipulación de las piezas de repuesto.
El mantenimiento preventivo va unido al mantenimiento predictivo, y es la acción regular y rutinaria que se lleva a cabo para evitar la avería del equipo. Estas tareas pueden incluir revisiones parciales o completas en períodos específicos; cambios de aceite y lubricación; ajustes menores de los ajustes del dispositivo; y limpieza de los componentes de la máquina expuestos a la contaminación ambiental.
Mejoras en el mantenimiento de la neumática
Se aconsejan ambos tipos de mantenimiento para los componentes neumáticos. Los fabricantes de neumáticos invierten constantemente en nuevos diseños y materiales mejorados para aumentar la fiabilidad y la vida útil de sus productos . Esto incluye mejores técnicas de sellado de válvulas, la sustitución de componentes metálicos por polímeros para obtener mejores perfiles de desgaste y mejoras en las trayectorias del flujo de aire, haciendo que los dispositivos funcionen de forma más suave y eficiente.
En colaboración con los fabricantes de equipos originales, los fabricantes de neumática han identificado las áreas clave de fallo y están desarrollando nuevos enfoques para los sensores de los actuadores, válvulas y cilindros que proporcionan datos más completos sobre los cambios en el rendimiento de los dispositivos a lo largo del tiempo, indicadores clave de que los componentes de los dispositivos neumáticos pueden estar desgastando.
Estas mejoras cualitativas han ampliado considerablemente los ciclos de vida de los productos. Por ejemplo, los sistemas de válvulas que antes estaban clasificados para 100 millones de ciclos pueden ahora ofrecer hasta 140 millones de ciclos de funcionamiento sin errores. Los ciclos de vida extendidos hacen que el mantenimiento predictivo sea más importante para la neumática; debido a que los productos están diseñados para funcionar durante más tiempo, el seguimiento de su rendimiento y la intervención para el servicio y la reparación de un dispositivo defectuoso es esencial para alcanzar la vida operativa proyectada.
Por ejemplo, algunos cilindros neumáticos contienen amortiguadores que utilizan fluido hidráulico. Con el tiempo, estos pueden perder su efectividad debido a la fuga de fluido. Cuando se pone en marcha una máquina por primera vez, se establece el tiempo de ciclo óptimo de referencia para ese cilindro (por ejemplo, a 135 milisegundos). Basándose en las pruebas del fabricante de neumáticos, también se determina un valor de ciclo de vida (llamado valor B10).
El mantenimiento predictivo se utiliza para supervisar el rendimiento de ese cilindro con los datos reales de los sensores procedentes de los dispositivos de vigilancia de las condiciones. Si estos sensores informan de que el cilindro está acelerando al final de la carrera (entre el momento en que se amortigua la carga y el momento en que ésta se detiene), eso podría indicar una pérdida de líquido de amortiguación hidráulica que podría indicar que el amortiguador debe ser reemplazado.
Sin embargo, siguiendo un programa de mantenimiento preventivo estándar, ese cilindro podría no estar programado para su reparación o sustitución hasta que llegue al final de su ciclo de vida previsto. Aunque el actuador no está funcionando completamente mal, el rendimiento del cilindro está empezando a degradarse y podría eventualmente causar una parada no programada de la máquina o una producción de mala calidad.
Mantenimiento integrado
El mantenimiento preventivo es necesario para asegurar que los componentes que se desgastan se limpien, reparen y/o sustituyan utilizando programas estandarizados y predecibles que minimicen el impacto en la productividad general y la eficacia del equipo.
Los cilindros y las válvulas tienen juntas y otras superficies interiores que pueden desgastarse con el tiempo o ensuciarse, especialmente en entornos difíciles como los aserraderos, donde el aire contiene altos niveles de partículas. Los fabricantes de neumáticos trabajan con los fabricantes de equipos originales para recomendar intervalos de mantenimiento basados en las condiciones de funcionamiento, combinados con valores de ciclo de vida B10 establecidos para componentes específicos.
Según el dispositivo y el entorno operativo, el mantenimiento preventivo podría incluir la modificación cuando se sustituyan componentes clave. Por ejemplo, en una planta siderúrgica o un aserradero, con un aumento de los contaminantes en el aire, un plan de mantenimiento preventivo puede incluir el reemplazo más frecuente de las válvulas de control solenoide para asegurarse de que la válvula no esté ingiriendo partículas que impidan su funcionamiento.
Eso significa que hay que disponer del suministro adecuado de piezas de repuesto para que no haya retrasos cuando se desconecte una máquina para su mantenimiento y reparación. Las buenas prácticas de mantenimiento preventivo también incluyen la planificación del mantenimiento de múltiples sistemas de máquinas -no sólo los neumáticos- para minimizar el tiempo de inactividad general.
La integración del mantenimiento predictivo en este proceso puede aumentar significativamente la eficiencia del mantenimiento preventivo. Ahora que muchos dispositivos neumáticos incorporan sensores que miden el ciclo funcional, se puede implementar el monitoreo de la condición, en el que se puede utilizar la cronología y correlación de eventos y el monitoreo de umbrales para rastrear con precisión el desempeño de cada dispositivo.
Si un cilindro está clasificado para funcionar a 135 milisegundos por ciclo y mantiene ese ciclo, entonces el operador de la máquina puede confiar en un buen rendimiento de funcionamiento continuo. Si la duración del ciclo comienza a descender por debajo de un determinado umbral, la supervisión de la condición puede predecir con precisión la probabilidad de que se produzca un fallo, y cuándo. Si el dispositivo ya está programado para un mantenimiento preventivo, no se requiere ninguna intervención. Sin embargo, si no está incluido en el servicio en el siguiente intervalo de mantenimiento, o si no hay ningún reemplazo disponible, el personal de ingeniería y mantenimiento de la planta puede adaptar su plan basándose en la alerta de mantenimiento predictivo.
Esta integración de la gestión predictiva (basada en datos ) con el mantenimiento preventivo (programado, normalizado) también puede ayudar a la administración de la planta a controlar la planificación y los costos del inventario de repuestos. En el pasado, disponer de un inventario completo de las piezas de repuesto críticas para el sistema en el inventario «por si acaso» era la mejor manera de reducir al mínimo el tiempo de inactividad. Con la inteligencia que ahora se integra en los componentes neumáticos para permitir la detección temprana y la predicción de posibles problemas con mucha antelación, se pueden hacer pedidos y entregar rápidamente las piezas de repuesto para permitir la reparación o el reemplazo.
Listo para el IIoT
A medida que la neumática se vuelve más inteligente, está generando puntos de datos adicionales en los sistemas de producción en los que está instalada: información como diagnósticos, estadísticas de uso y datos de vida útil. Esta inteligencia mejorada es coherente con la visión de los sistemas de producción altamente autónomos que es la base de muchos conceptos del IIoT.
Sin embargo, los datos de los dispositivos sólo son valiosos cuando se utilizan para gestionar los sistemas de producción para lograr una mayor productividad, controlar el consumo de energía y maximizar el tiempo de funcionamiento. Además, si todos los componentes neumáticos (junto con otros accionamientos, dispositivos y subsistemas de máquinas inteligentes) están generando megabytes de datos de rendimiento, existe la posibilidad de sobrecargar el bus de control de la máquina y complicar el comando de automatización y el rendimiento de control.
Para hacer frente a este escenario, los fabricantes de neumáticos han desarrollado una pasarela que agrega y organiza los datos de rendimiento neumático y puede entregarlos a través de caminos separados para la gestión de la planta. Esta pasarela puede ser independiente de la arquitectura de control del proceso para entregar alertas y datos de rendimiento tanto a nivel de sistema como a nivel de dispositivo.
En última instancia, los proveedores de neumática prevén un proceso de mantenimiento altamente autónomo. Cuando los datos indican que un dispositivo se está acercando a un fallo o está llegando al final de su ciclo de vida, se ordena automáticamente un reemplazo y se entrega a la planta justo a tiempo para que se utilice durante un ciclo de mantenimiento programado.
Soluciones complementarias
El enfoque más eficaz del mantenimiento neumático (o del mantenimiento de cualquier sistema o componente de automatización) consiste en combinar el conocimiento basado en datos que proporciona el mantenimiento predictivo sobre el rendimiento del dispositivo con la eficacia del mantenimiento preventivo en la programación del tiempo de inactividad y el servicio.
El mantenimiento preventivo puede hacerse más eficiente incorporando los resultados de los procesos y herramientas de mantenimiento predictivo para priorizar qué dispositivos neumáticos necesitan ser reparados y cuándo, así como controlar el costo del inventario de piezas de repuesto. Lo más importante es que la combinación del mantenimiento predictivo y preventivo puede reducir al mínimo las fallas de los componentes neumáticos que pueden perjudicar a las personas o a la maquinaria, manteniendo los sistemas de fabricación en funcionamiento con el máximo tiempo de actividad.
Mark Densley es el jefe de gestión de productos para los controles de Aventics Corporation.
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