Introducción

Desde el departamento de mantenimiento de cualquier organización es fundamental tener información del estado de dicho activo en cada momento y poder planificar las correspondientes acciones para que cumpla la función requerida en cada momento.

Por ello no deberemos afrontar el reto del mantenimiento como una gestión anual de un presupuesto que cada vez es menor y que además implica priorizar en cuanto a las acciones a realizar, sin tener claramente justificada dicha justificación delante de la organización. Es fundamental, por lo tanto, emplear herramientas de optimización del mantenimiento donde podamos identificar claramente los problemas que tenemos que afrontar y así tener una base sólida para definir una estrategia justificada de acciones delante de la organización.

RCM (Reliability centeredmaintenance, mantenimiento centrado en fiabilidad) es un enfoque sistemático para determinar los requerimientos de mantenimiento de planta y equipo en su funcionamiento. Se utiliza para optimizar estrategias de mantenimiento preventivo (PM). Los programas desarrollados de PM minimizan los fallos del equipo y proporcionan a las plantas industriales de equipo eficaz. RCM es uno de los más conocidos y más utilizan dispositivos para preservar la eficiencia operativa del sistema industrial. Sus principios básicos fueron desarrollados en los años sesenta para la industria aeronáutica norteamericana. Su origen se debe a cuando las aerolíneas empezaron a darse cuenta que sus filosofías de mantenimiento no solamente eran demasiado caras sino también activamente peligrosas. Este planteamiento motivó que esta industria pusiera en marcha un conjunto de grupos de trabajo de mantenimiento con la misión de reexaminar todo lo que se hacía para mantener las aeronaves volando. Dichos grupos eran formados por representantes de los fabricantes de aviones, de las aerolíneas y de la FAA (“Federal Aviation Agency”).

La mayoría de estudios y estrategias actuales de optimización del mantenimiento se han basado en el RCM [1, 2, 3]. De hecho la base del RCM, que sería en análisis AMFE es una base sólida para conocer cualquier activo en la industria actual [4,5]. Como propuestas de investigación en ingeniería de mantenimiento mediante estudio de casos, se ha manifestado al tendencia de considerar la aplicación del análisis de modos de fallo de diferentes sistemas complejos que posteriormente se analizaban mediante RCM en base a la priorización de acciones valoradas mediante valoración cuantificada del riesgo [6, 7, 8]. Mediante el presente artículo se analiza un activo físico complejo con requerimientos de alta fiabilidad como es una central hidroeléctrica, teniendo en cuenta herramientas de optimización basadas en rcm, amfe y priorización por riesgo pero que no solo proponen acciones de optimización de costes en mantenimiento sino que también justifican nuevas soluciones para el propio activo, definiendo esta metodología como “remantenimiento”.

Se utiliza como caso práctico un sistema complejo como una central hidroeléctrica debido a que la energía hidroeléctrica es la tecnología de generación de energía renovable más madura, confiable y rentable disponible. La energía hidroeléctrica es la mayor fuente de energía renovable, y se considera que hasta el 2024 seguirá siendo la principal fuente renovable en el mundo. Su producción anual está por encima de los 4.000 Twh [9-10]. La energía hidroeléctrica es la fuente de energía más flexible en generación disponible y es capaz de responder a las fluctuaciones de la demanda en minutos, entregando energía de carga base. La generación de electricidad con minicentrales hidroeléctricas se desarrolló en la mayoría de los países en los inicios del siglo XX y en muchos casos no se han realizado demasiadas adecuaciones y mejoras intentando conseguir los máximos ingresos de generación eléctrica con los mínimos costes de explotación.

El estudio de optimización del mantenimiento y aplicación de mejoras tecnológicas en pequeñas centrales hidroeléctricas ofrece posibilidades de potencial desarrollo y crecimiento, debido a la diversidad de caudales que aún son susceptibles de ser aprovechados con las nuevas tecnologías.

Fig. 1
Minicentral hidroeléctrica y azud de la central. (Fuente Endesa Generación-Enel Green Power Hydro).

Las estrategias de optimización más útiles que podemos aplicar de manera combinada en el día a día de la gestión de mantenimiento son:

• Análisis modos de fallo y efectos de los sistemas del activo físico

• Análisis del ciclo de vida de los sistemas del activo físico

• Análisis de riesgos y priorización.

• Mantenimiento centrado en fiabilidad (RCM)

Método de análisis de investigación

A continuación se definen las diferentes estrategias utilizadas en la base de optimización del mantenimiento y explotación de una central hidroeléctrica. Posteriormente se presenta la base de análisis en cuanto a modos de fallo de la central hidroeléctrica así como su priorización en base al riesgo. Finalmente se plantean las diferentes opciones de optimización del mantenimiento desde el punto de vista de optimización, así como la propuesta de “remantenimiento” para justificar el rediseño del activo físico (central).

Análisis de modos de fallos y efectos

El Análisis Modal de Fallos y Efectos (AMFE) se encarga de analizar los posibles riesgos de fallo en productos y procesos. El enfoque es metodológico, se basa en diagramas de causa y efecto, criterios de evaluación, etc. El AMFE proporciona las herramientas para el análisis de riesgo en productos o procesos nuevos, modificaciones mayores en procesos o especificaciones, cambios mayores de ubicación de procesos funcionales [11]. En la actualidad existen varios standard de calidad para automoción, pero el más extendido de ellos es la norma “IATF 16949:2016”, [12], que fue desarrollada de forma conjunta por empresas del sector de la automoción.

Análisis ciclo de vida activo

Todas las Empresas realizan acciones para trabajar con sus activos físicos y obtener beneficios de su confiabilidad. Lamentablemente, la experiencia indica que estas acciones y gestiones, en general, son aisladas y desordenadas, de manera tal que las Empresas no logran obtener un retorno máximo de sus activos. De esta manera, en lugar de pensar en la necesidad de “reducción de costos de mantenimiento de unactivo”, una visión a mediano y largo plazo obliga a pensar en la maximización del Beneficio de Ciclo de Vida de un Activo, el cual surgirá de la diferencia entre los Ingresos del Ciclo de Vida y elCosto del Ciclo de Vida. Para conseguir este objetivo, lo primero es cambiar el concepto de cómo analizar al mantenimiento y como ubicarlo en el contexto de las demás funciones empresariales. Todas las funciones existen pues aportan algo al resultado, sino no existirían, y si estamos hablando de empresas industriales, comerciales y de servicios ese resultado es el lucro en el negocio en que ella se encuentra. Para una organización, adoptar aquellas acciones que se consideren apropiadas durante el ciclo de vida de dichos activos para lograr el balance optimo entre su coste de ciclo de vida, riesgo y desempeño (gestión del riesgo durante el ciclo de vida) es fundamental.

Análisis criticidad

La base del análisis de criticidad se desarrolla calculando el número de prioridad de riesgo (NPR) mediante la fórmula:

El valor obtenido estará entre 1000 y 1. Se puede establecer un valor máximo de NPR a partir del cual se debe de adoptar acciones de mejora, con objeto de reducir el valor de NPR.Una vez realizado el análisis NPR, ya tendremos la priorización de sistemas donde será necesario definir acciones. La definición de los 3 índices que constituyen el NPR es la siguiente:

Índice de severidad (basado en la seguridad, medio ambiente, producción y coste, valoración 1-10).

La severidad es el valor asociado con el más severo efecto para un modo de fallo en concreto.

Índice de ocurrencia (valoración 1-10).

Mediante el índice de ocurrencia debemos valorar la probabilidad de que se manifieste la causa que producirá el modo de fallo en el proceso.

Índice de detección (valoración 1-10).

La detección es la valoración de la probabilidad de que los controles detecten la aparición del modo de fallo o su causa.

Mantenimiento Centrado en Confiabilidad

Según la Norma UNE 60300, El Mantenimiento Centrado en la Fiabilidad (RCM) es un método para identificar y seleccionar aquellas políticas de gestión de fallos que contribuyan a alcanzar de manera eficaz y eficiente los niveles requeridos de seguridad, disponibilidad y coste de explotación. El RCM proporciona un proceso de decisión para identificar los requisitos, o actividades de gestión, de un mantenimiento preventivo aplicable y eficaz de los equipos de una instalación [13], teniendo en cuenta las consecuencias operativas, económicas y de seguridad que pudieran derivarse de fallos identificables y de los mecanismos de degradación responsables de aquellos fallos [14].

El resultado final de la aplicación de dicho proceso es el planteamiento de la conveniencia de realizar una tarea de mantenimiento, un cambio de diseño o cualquier otra alternativa que dé lugar a una mejora. La aplicación satisfactoria del RCM requiere un buen conocimiento de los equipos y las estructuras, el entorno operativo, el contexto operacional y los sistemas asociados, así como de los fallos potenciales y sus consecuencias. El RCM puede aplicarse a multitud de sistemas, tales como un tren, un barco, un avión, una central eléctrica, o cualquier otro sistema que esté constituido por subsistemas eléctricos, mecánicos o de instrumentación y control. En la figura 2, se reflejan las diferentes etapas o pasos a implementar en la estrategia RCM [15]. Mediante el análisis secuencia de cada uno de los capítulos indicados, se desarrolla toda la información que tenemos del sistema industrial, para poder tener las herramientas necesarias de decisión en cualquier estrategia o definición de rediseños a implementar.

Fig.2
Principales pasos del RCM. [15].

Bases de análisis para la optimización en la gestión del activo físico desde el mantenimiento

En la mayoría de las organizaciones el mantenimiento es visto como un departamento que solo aporta costes en el negocio y su objetivo es reducir costes. El objetivo del artículo es explicar una propuesta para que el departamento de mantenimiento aporte valor al negocio, y constituya un centro de beneficios. Incremento del beneficio implica mayores ingresos y menores costes (optimización del mantenimiento).

• Las bases de análisis del mantenimiento hoy en día se basan en:

• Entorno global más competitivo.

• Necesidad de generar la posibilidad de incrementar la producción (mayor mercado).

• Instalación industrial

• Mejora continua/rentabilidad. Necesidad de reducción de márgenes (mayor competencia).

• Qué se analiza

• Fallos de los equipos (modos y causas)

• Fiabilidad

• Consecuencias de los fallos

• Acciones para evitar la aparición de los fallos.

Análisis operación y mantenimiento centrales hidroeléctricas. Sistemas y modos de fallo críticos y estrategias de optimización del mantenimiento

Uno de los aspectos más importantes en la aplicación de la estrategia de mantenimiento de una central hidroeléctrica es poder dividir el activo físico en una serie de sistemas definidos por una agrupación de funciones a cumplir en el funcionamiento normal. Se define en la figura 3, los diferentes sistemas y equipos que componen cada sistema en una central hidroeléctrica.

Fig. 3
Sistemas y equipos que componen cada sistema de una central hidroeléctrica.[16].

Características del universo de centrales hidroeléctricas analizada

Como punto de partida de la optimización del mantenimiento de las centrales hidroeléctricas mediante las herramientas que hemos considerado (AMFE, análisis criticidad y priorización, análisis del ciclo de vida y mantenimiento centrado en fiabilidad), se ha considerado una base de datos de averías e incidencias en un universo de centrales hidroeléctricas en España de la empresa Enel Green Power.109 centrales hidroeléctricas, 203 grupos hidroeléctricos

• Horas de funcionamiento medio año por grupo 6.739 hrs

• Índice de funcionamiento anual por grupo 79%

• Número de incidencias analizadas en el periodo 2009-2019: 1.303 incidencias.

• Duración media incidencia 12 hrs

• Severidad media incidencias 5,3

• Ocurrencia media incidencias 5,8

• Detección media incidencias 6,4

• NPRmediaincidencias: 191.

Análisis de fallos y averías de los sistemas de las centrales hidroeléctricas

En base al análisis indicado, en la figura 4, se refleja la división de las incidencias por sistemas de las centrales hidroeléctricas.

Fig. 4
Análisis incidencias en centrales hidroeléctricas analizadas en el periodo 2009-2019. [17].

Para la realización del análisis de incidencias se ha definido la tipología de mecanismos de fallo y modos de fallo reflejados en la norma ISO 14224 Y UNE 13306 (tablas 1, 2 y 3). El Modo de fallo es el efecto observable por el que se constata el fallo del sistema. A cada fallo se le asocian diversos modos de fallo y cada modo de fallo se genera como consecuencia de una o varias causas de fallo; de manera que un modo de fallo representa el efecto por el que se manifiesta la causa de fallo.

Tabla 1

Mecanismos de fallos según ISO 14224 [18].

Tabla 2

Modos de fallo y tipos de fallo según ISO 14224.

Tabla 3

Categorías de Mantenimiento según UNE-EN 13306.

Resultados

Priorización de las acciones a realizar sobre los sistemas críticos del activo físico.

En base al análisis de modos de fallo de las centrales hidroeléctricas, en la tabla 4, se listan una serie de modos de fallo críticos que constituyen la base de priorización de actuación debido al riesgo detectado de producirse.

Tabla 4

Aplicación propuesta de optimización mantenimiento.

Propuesta de aplicación de Remantenimiento para definir opciones estratégicas de mejora

Pasar de ver el departamento de mantenimiento de la visión actual de “generación de costos” a conseguir ser una unidad de evaluación del activo físico a mantener y análisis riguroso de las diferentes posibilidades de optimización de dicho activo físico. Hasta ahora la función del mantenimiento se ha centrado en establecer una serie de estrategias de optimización basadas en la consecución de disponibilidad y fiabilidad al mínimo coste posible. Mediante esta visión parcial de negocio conseguimos que el máximo margen de mejora puede pasar por garantizar el funcionamiento del activo físico con menor coste pero sin generar un valor añadido al negocio.

La idea es “reinventar” el departamento de mantenimiento desde la base de ser “el mejor conocedor del activo físico en la organización para poder obtener toda la información y datos de análisis de manera objetiva”, evitando que la propia organización decida los rediseños o las inversiones a aplicar en el activo físico sin tener como principal fuente de información el análisis que ha realizado el departamento de mantenimiento. Para conseguir que las estrategias de optimización del mantenimiento que en la actualidad se utilizan sirvan como base de un análisis del activo físico, vamos a definir un nuevo concepto que denominaremos REMANTENIMIENTO y que comprende las acciones definidas en la figura 5.

Considerando la estrategia definida de “remantenimiento” y teniendo listadas las acciones prioritarias a actuar en el activo físico (central hidroeléctrica) que habíamos reflejado en la tabla 4, obtendríamos las propuestas indicadas en la tabla 5, que podríamos presentar a la organización como mejoras del propio activo físico a partir del análisis técnico económico de cada una.

Fig. 5
Estrategia de Remantenimiento.

Tabla 5

Propuestas de Remantenimiento planteadas para una minicentral hidroeléctrica.

Conclusiones

Desde el punto de vista del mantenimiento en la gestión de activos físicos podemos tener un conocimiento muy exhaustivo del propio sistema industrial, que nos sirve como punto de partida para analizar la priorización de acciones a realizar en base a la criticidad de los diferentes sistemas pero no unicamente para “reducir” u optimizar el coste del presupuesto anual dedicado al mantenimiento, sino también para tener una base de análisis para poder justificar mejoras o inversiones que permiten mejorar la disponibilidad y fiabilidad del activo. Además este análisis desde el punto de vista del mantenimiento nos tiene que permitir redefinir las funciones a cumplir de los diferentes sistemas y equipos que componen el activo en base a soluciones de innovación tecnológica que además aporten un aumento de ingresos en la gestión estratégica del negocio. Mediante el presente artículo se ha definido y presentado un caso práctico relativo a una estrategia de análisis que hemos identificado como “remantenimiento” que nos aporta todo el conocimiento que podemos tener desde el punto de vista del mantenimiento, unido al análisis de posible rediseño del propio equipo para valorar las diferentes acciones estratégicas a implementar.

Referencias

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[11] Norma UNE-EN 60812 (2018). ``Técnicas de análisis de fiabilidad de sistemas´´. Procedimiento de análisis de modos de fallo y sus efectos (AMFE). Disponible en: https://www.normadoc.com/spanish/une-en-iec-60812-2018.html

[12] Norma IATF 16949:2016. Norma internacional de sistemas de gestión de la calidad para la automoción. Disponible en: https://www.isotools.com.mx/iatf-169492016-sistemas-gestion-la-calidad-la-industria-del-automovil/

[13] Norma UNE-EN 60300-3-11 (2017). Gestión de la confiabilidad. Mantenimiento centrado en la confiabilidad. Disponible en: https://www.une.org/encuentra-tu-norma/busca-tu-norma/norma/?c=N0051579

[14] Norma UNE-EN 13306 (2018). Mantenimiento. Terminología del mantenimiento. Disponible en: https://www.une.org/encuentra-tu-norma/busca-tu-norma/norma?c=N0060338

[15] ISLAM, H., et al. ``Reliability-centered maintenance methodology and application: a case study´´. Engineering. 2010, v. 2, n. 11, p. 4. Disponible en: https://www.scirp.org/html/3_8101205_3165.htm

[16] MARTINEZ-MONSECO, Francisco Javier. ``Analysis of maintenance optimization in a hydroelectric power plant´´. Journal of Applied Research in Technology & Engineering. 2020, v. 1, n. 1, p. 23-29. Disponible en: https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKEwicuJr84eLwAhW2QjABHY3nDgsQFnoECAUQAA&url=https%3A%2F%2Fpolipapers.upv.es%2Findex.php%2FJARTE%2Farticle%2Fdownload%2F13738%2F12879&usg=AOvVaw1lxvOK1_Su4U7C6xZfYvTX

[17] MARTINEZ-MONSECO, Francisco Javier. An approach to a maintenance plan for a turbine of hydroelectric power plant. Optimisation based in RCM and FMECA analysis. Journal of Applied Research in Technology & Engineering, 2021, 2.1: 39-50. Disponible en: https://riunet.upv.es/handle/10251/161621

[18] Norma ISO 14224:2016. Industria del petróleo y gas natural. Recolección e intercambio de datos de confiabilidad y mantenimiento de equipos. Disponible en: https://predictiva21.com/cambios-en-la-norma-iso-142242016/

Notas de autor

*Autor de correspondencia: jmartinez1638@alumno.uned.es

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