Kitabı oku: «Diagnosis de averías y mantenimiento correctivo de sistemas de automatización industrial. ELEM0311»

Capítulo 1

Técnicas de diagnóstico de averías en el mantenimiento de los sistemas de automatización industrial

1. Introducción

Hoy en día los sistemas de automatización se encuentran en todos los procesos industriales. Se pueden encontrar diversos grados de automatización dependiendo del proceso, así se pueden encontrar procesos muy poco automatizados y otros con un alto grado de automatización en los que la labor de los operarios se limita prácticamente a la comprobación de parámetros, y a labores de mantenimiento de los equipos e instalaciones.

Un sistema de automatización industrial está compuesto por una amplia variedad de equipos tales como sensores, actuadores, robots, equipos de protección así como el hardware y software necesarios para la realización de las tareas automáticas.

Los sistemas de automatización industrial hacen posible la transferencia del trabajo humano a las máquinas. Estos sistemas reducen los costos de producción y garantizan la seguridad de las personas y de los equipos si se diseñan, utilizan y mantienen de forma adecuada.

En este capítulo se van a abordar de forma general la tipología de las averías que pueden surgir en un sistema de automatización industrial, las técnicas de diagnóstico y análisis, así como las herramientas y equipos necesarios para la realización de las labores de mantenimiento de estos sistemas.

2. Tipología de averías

Cuando un sistema o equipo automático deja de realizar de forma correcta la función para la que fue diseñado está sufriendo un fallo o avería.

Definición

Fallo

Es el cese de aptitud que sufre un sistema o equipo y que le impide realizar la función para la que fue creado. Una vez que se produce el fallo en un elemento se dice que este se encuentra en estado de avería.

Siempre que se produce una avería, existe una causa, por lo que es de vital importancia averiguar cuál fue el motivo que la causó.

Las causas del fallo pueden estar asociadas a:

1 Al diseño.

2 Al mal uso.

3 A la mala manutención.

4 Al inadecuado mantenimiento.

Un elemento, equipo o instalación automática, puede tener varios tipos de funciones:

1 Principales: son aquellas para las que se diseñó.

2 Secundarias: son aquellas que sirven de apoyo a las principales.

3 Terciarias: tienen que ver con la estética del elemento.

La pérdida de función que puede sufrir un elemento, equipo o sistema cuando se avería puede ser total o parcial:

1 Es total cuando el elemento o sistema no puede realizar ninguna de las funciones para la que se diseñó.

2 Es parcial cuando la avería afecta solo a algunas de sus funciones, por lo que puede seguir funcionando pero con deficiencias.

Dependiendo de la función afectada por un fallo las averías se dividen en:

1 Averías críticas o mayores: son las que afectan a las funciones principales del instrumento y pueden afectar a la seguridad de las personas y/o al medio ambiente o generar un grave perjuicio a la empresa.

2 Averías parciales: son las que afectan a algunas de sus funciones.

3 Averías reducidas: afectan al elemento sin que pierda sus funciones principal y secundaria.

Además de lo expuesto anteriormente los problemas de los equipos se clasifican en:

1 Avería crónica: afecta al elemento de forma sistemática y puede ser crítica, parcial o reducida.

2 Avería esporádica: afecta al elemento o equipo de forma aleatoria y puede ser crítica o parcial.

3 Avería transitoria: solo afecta al elemento durante un tiempo limitado para luego desaparecer sin necesidad de realizar ninguna acción de mantenimiento.

Una estrategia para la solución de averías es considerar un orden de prioridades a la hora de repararlas en función de su tipología.

Actividades

1. Suponga que debido a la falta de engrase se avería el eje de una máquina. ¿A qué causa puede estar asociada esa avería?

2. En una instalación que se ha sobrecargado de receptores se dispara el magnetotérmico. ¿A qué causa estaría debida la avería?

2.1. Asignación de prioridades: averías críticas, averías urgentes y averías no críticas

Uno de los problemas que se plantean a la hora de gestionar adecuadamente las órdenes de trabajo correctivo es asignar prioridades.

Cuando se produce una avería el personal está trabajando en otros lugares resolviendo otros problemas, por lo que se hace necesario crear un sistema que identifique qué averías son más urgentes y deben ser atendidas de forma inmediata y prioritaria por lo que las averías se clasifican en averías críticas, averías urgentes y averías no críticas.

Averías críticas

Una avería es crítica cuando ha de resolverse inmediatamente, ya que su no resolución inmediata puede acarrear daños importantes que afecten a la seguridad de las personas y/o al medio ambiente.

Averías urgentes

A diferencia de las averías críticas, estas averías pueden causar la parada de equipos críticos causando graves perjuicios a la producción y por tanto a la empresa, pero no a las personas o al medio ambiente, por lo que han de solucionarse de forma inmediata siempre que no haya una avería crítica pendiente de resolución.

Averías no críticas

Estas a su vez se clasifican en:

1 Averías importantes: son aquellas averías que aunque causan un trastorno al normal funcionamiento de la instalación pueden esperar a que las averías críticas y urgentes se resuelvan, ya que aunque afectan a equipos de producción pueden seguir funcionando. Su reparación puede ser pospuesta.

2 Averías cuya solución puede programarse: son aquellas que producen un trastorno pequeño a la instalación y a la producción, por lo que su reparación se puede posponer a una parada de equipo por otra razón que puede ser o no programada.

Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores, se establecen los siguientes niveles de prioridad a la hora de realizar una reparación:

1 Nivel 1: averías críticas y urgentes. Requieren reparación inmediata y prioritaria frente a otra avería.

2 Nivel 2: averías importantes. Deben repararse cuanto antes pero no de forma inmediata.

3 Nivel 3: averías a programar con fecha determinada.

4 Nivel 4: averías a programar con fecha no determinada. Deben esperar a que se produzca una parada de equipo.

Aplicación práctica

Manuel trabaja en el mantenimiento de una cámara frigorífica de una carnicería, en este momento está ocupado cambiando un indicador que no funciona. Mientras está realizando esa tarea, el sistema de enfriamiento deja de funcionar. ¿Qué debería hacer Manuel?

SOLUCIÓN

Si la cámara deja de enfriar, la carne que se conserva en su interior se estropearía lo que supondría un coste económico grande para la carnicería.

Sería totalmente desaconsejable que Manuel no reparase el problema de enfriamiento hasta que terminara de cambiar el indicador, por lo que debería dejar el cambio del indicador para más adelante y solucionar de manera inmediata el problema de enfriamiento.

Actividades

3. Indique dos tipos de averías que sean del nivel 2. Justifique su respuesta.

4. Si un sistema de calentamiento, como por ejemplo un intercambiador de calor, dejara de calentar, indique en qué nivel se situaría esa avería y por qué.

3. Herramientas y equipos

Todas las estrategias de mantenimiento de cualquier instalación incluyen una serie de tareas que hay que llevar siempre a cabo que son:

1 Lubricación

2 Ajuste

3 Inspecciones sensoriales

4 Calibración

5 Tareas de mantenimiento por requerimiento legal

No se puede abordar el mantenimiento de una instalación automática industrial sin poseer los medios técnicos para su realización como son las herramientas básicas y la instrumentación que incluye todos los instrumentos de medida, sensores, actuadores, e instrumentos de protección.

3.1. Herramientas básicas

Herramientas básicas son las herramientas de mano o las motorizadas portátiles, así como ciertos instrumentos.

Los criterios de selección de las herramientas deben incluir una serie de aspectos:

1 Costo: siempre es importante.

2 Calidad: se recuerda por más tiempo que el costo.

3 Diseño: aspecto físico, facilidad de uso, funcionalidad.

4 Tamaño: no se debe sobrecargar ninguna herramienta ni instrumento.

5 Confiabilidad y durabilidad: es capaz de trabajar sin problemas soportando un uso severo.

6 Reputación del fabricante: es importante.

7 Instalaciones para recuperación: la proximidad de suministradores y talleres de reparación.

Aparte de las herramientas básicas, la complejidad de algunas herramientas o máquinas puede hacer aconsejable encargar el servicio a algún taller especializado externo.

Selección, uso y cuidado de las herramientas básicas

Es imposible efectuar un trabajo de mantenimiento sin tener un buen número de herramientas de mano y varios extractores o llaves especiales.

Cuando las personas y las empresas dependen de las herramientas, hay que elegir las de mejor calidad. La mejor fuente para su adquisición es un proveedor industrial.

Destornilladores

Son necesarios para conectar circuitos y elementos, además de las operaciones de montaje y desmontaje de elementos. Los hay de varios tipos adaptados a cada necesidad.

1 Planos: tienen la hoja recta y se clasifican por la anchura de la misma.

2 Cruz o Phillips: tienen la cabeza en cruz que se ahúsa desde la punta.

3 Reed Prince: es una variante de los destornilladores de cruz con menos conicidad desde la punta y poca o ninguna conicidad vertical

4 Para cabeza hundida: son destornilladores cuya punta tiene una forma determinada que coincide con la forma del orificio de la cabeza del tornillo. Se utilizan para tornillería con cabezas especiales.

5 Matraca (trinquete): permiten girarlos de modo semicontinuo sin soltar el mango.

6 Magnéticos: toda su hoja es de imán permanente.

7 De precisión o relojero: en este caso el destornillador de tipo plano es el más común. Se utiliza para tornillos diminutos como los de los instrumentos y relojes.

Los destornilladores de calidad tienen hojas o puntas de acero forjado.

Se debe utilizar la medida que ajuste con el mínimo de juego en la ranura. Si el destornillador tiende a oscilar en la ranura, se desgastaría la hoja o se redondearían las esquinas. Nunca se debe utilizar un destornillador como palanca, punzón o cuña porque podría romperse la punta y hacerlo inservible.

Llaves de tuerca

Se utilizan para sujetar, asir y girar tuercas, tornillos de cabeza, tubos, ejes y otros componentes. Siempre se debe escoger la llave con la capacidad de sujeción y brazo de palanca suficiente para poder realizar esas operaciones sin forzar la herramienta.

Nunca se debe poner una extensión a una llave para aumentar su capacidad, porque si se rompe la mordaza o la boca podría provocar un accidente cuando se trata de ejercer tracción o empuje excesivo en la herramienta.

Siempre se deben observar las recomendaciones del fabricante en cuanto a capacidad y límites seguros de torsión. La sobrecarga puede deformar e inutilizar la herramienta, así como ocasionar daños al componente que se trata de aflojar o apretar además del riesgo de accidente tal y como se ha mencionado anteriormente.

Existen varios tipos de llaves de tuerca adaptadas a diferentes necesidades. Estos tipos son:

1 De boca fija: tienen diferentes tamaños y formas que permiten adaptarse a la cabeza de la tuerca o tornillo a aflojar.

2 De boca ajustable: pueden variar la abertura de sus quijadas en función del tamaño de la tuerca a apretar o a aflojar, un ejemplo es la llave inglesa.

3 De caja (estrías): este tipo de llave posee una boca cerrada y estriada llamada caja.

4 Combinación (boca y caja): este tipo de llave tiene en uno de sus extremos una boca fija y en el otro una caja estriada.

5 De tipo Allen: es una herramienta usada para atornillar/desatornillar tornillos que tienen cabeza hexagonal interior.

6 De carraca: esta llave facilita la labor de apretar o aflojar un tornillo o una tuerca, ya que cuando se acopla al elemento que hay que girar para su apriete o aflojamiento, solamente ejerce fuerza en el sentido que se haya seleccionado, dejando de hacerlo cuando se gira en sentido contrario, produciendo en este caso un sonido de carraca, de ahí su nombre.

7 Stillson con mordazas estriadas para tubos: también se conoce como llave de grifa.

Llaves de boca fija y combinada

Llaves tipo Allen

Actividades

5. ¿Qué puede ocurrir si se usa un destornillador de hoja plana para hacer palanca?

6. ¿Cómo colocaría una extensión a una llave para aumentar su capacidad?

Martillos

Un martillo es una herramienta creada para golpear un elemento produciéndose en este un desplazamiento o deformación. Existen diversos diseños adaptados a la función que han de realizar.

Los tipos básicos son:

1 De uñas curvas (carpintero)

2 De bola De marro o mandarria

Martillo

Alicates

El alicate es una herramienta manual que sirve tanto para sujetar piezas como para cortar o modelar ciertos materiales.

Los hay de muchos tipos entre los que se pueden citar:

1 Universal plano

2 De corte diagonal

3 De boca plana

Alicates

Extractores de rodamientos

Un extractor de rodamientos, como su nombre indica, es una herramienta manual que sirve para la extracción de los engranajes y rodamientos de los ejes.

Extractor de rodamientos

Limas

La lima es una herramienta manual que se utiliza para el desbaste y afinado de elementos realizados en diversos materiales. Gracias a esta herramienta, se consiguen terminaciones más lisas y pulidas en las superficies y cantos de los elementos evitando así asperezas y rebabas en sus bordes.

Lima

Brocas

La broca es el elemento de corte que necesita ser acoplado a un taladro para poder realizar orificios de diversos diámetros sobre distintos materiales.

Brocas

Herramientas eléctricas de mano

Son herramientas necesarias para trabajar con elementos que tienen que ir conectados a la red eléctrica, como las siguientes:

1 Destornilladores eléctricos

2 Alicates para terminales aislados

3 Destornilladores aislados para electricistas

4 Alargaderas eléctricas

Equipo de protección individual y elementos de seguridad

Son los equipos necesarios para la protección ante posibles riesgos en la realización del trabajo de mantenimiento.

Algunos ejemplos de estos equipos se describen a continuación:

1 Extintor 5 kg: también denominado matafuego, y como su nombre indica es un sistema de extinción de fuego que consiste en un recipiente metálico que contiene un agente extintor de fuego a presión.

2 Manta ignífuga: también se denomina manta antiincendios, y como su nombre indica, es un equipo de seguridad consistente en una lámina hecha de material ignífugo que se coloca sobre el fuego, cuando este es pequeño o incipiente, para apagarlo al impedir que reciba oxígeno.

3 Candados de bloqueo: son candados especiales que impiden su manipulación a manos de personas no autorizadas.

4 Gafas de seguridad: son gafas diseñadas para proteger los ojos de la entrada de objetos, agua o productos químicos.

5 Pantallas faciales: son pantallas diseñadas para proteger la cara del impacto de objetos, y la entrada de agua o productos químicos.

6 Guantes dieléctricos: son guantes que tienen capacidad aislante de la electricidad y sirven para proteger al operario en trabajos con electricidad.

7 Guantes químicos: son guantes destinados a la protección de operarios que tienen que trabajar con productos químicos.

8 Guantes de soldador: son guantes destinados a proteger las manos de los operarios encargados de realizar tareas de soldadura.

9 Caretas de soldador: es una pantalla facial destinada a proteger la cara y la vista mientras se realizan labores de soldadura.

Definición

Equipos de Protección Individual (EPI)

Son los equipos que han de ser llevados y/o puestos por el trabajador para su protección de potenciales riesgos para su seguridad o su salud en el trabajo.

Importante

La incorrecta utilización de los sistemas de protección individual puede igualmente no proteger ante un riesgo, por ejemplo, llevar puesto de forma incorrecta el casco de protección (sin abrochar).

Actividades

7. Se tiene que comprobar que a un motor le llega corriente eléctrica. ¿Qué elementos EPI utilizaría? Razone su respuesta.

Otros

Otros elementos necesarios para la realización de las labores de mantenimiento son:

1 Tornillería

2 Cinta aislante

3 Hojas de lija

4 Teflón

5 Etc.

Aplicación práctica

María es la encargada del mantenimiento de una línea automática de embotellamiento. Uno de los motores de esa línea ha dejado de girar y María se dispone a averiguar qué ha pasado, para lo que se va a realizar las comprobaciones con la instrumentación necesaria. ¿Debería ir protegida con algún sistema EPI? Justifique su respuesta.

SOLUCIÓN

Es de obligado cumplimiento la utilización de los equipos EPI por parte del personal de la planta.

En este caso, María debería llevar como mínimo un casco, unas botas reforzadas, unas gafas de protección y unos guantes dieléctricos.

4. Instrumentos de medida y medios técnicos auxiliares

El conocimiento y la pericia humana son vitales para que cualquier sistema o módulo automatizado funcione a la perfección, por lo que se hace necesario asegurar la formación del personal cuyas actividades dentro del campo que ocupa el presente capítulo son:

1 Ejecutar el mantenimiento preventivo de los equipos mediante ajustes menores y servicios que no requieran paros del sistema y así evitar retrasos.

2 Localizar los fallos para así minimizar los retrasos cuando sucedan las averías. Esto requiere el máximo de comunicación y conocimiento entre operarios y el personal de mantenimiento.

3 Cambiar los productos o las instalaciones de las máquinas tan rápido como sea posible para evitar retrasos excesivos. Esto requiere la máxima cooperación y comunicación entre los miembros de un grupo de trabajo o entre varios grupos.

4 Proporcionar ayuda efectiva a los compañeros de trabajo y al personal de servicios especializados durante los periodos programados de mantenimiento.

Un sistema de automatización industrial está compuesto por infinidad de elementos mecánicos, eléctricos y electrónicos tales como sensores, actuadores, robots, equipos de protección, así como el hardware y software necesarios para la realización de las tareas automáticas y la detección de fallos en el sistema.

4.1. Instrumentación

Para poder llevar a cabo las tareas de mantenimiento y diagnóstico de una instalación automática, es necesario que el personal encargado de realizar esas tareas disponga de una serie de instrumentos y equipos de medida que le permitan en todo momento realizar las mediciones y comprobaciones necesarias para evitar que se produzcan fallos o para subsanarlos cuando se han producido.

Hay una amplia gama de instrumentos de diagnóstico que funcionan como una extensión de los sentidos humanos porque amplifican y hacen visibles las características físicas que normalmente no se detectan, evitando así problemas que puedan ocasionar daños importantes en la maquinaria, un aumento de costos y retrasos, así como salvaguardar la seguridad de las personas.

Definición

Instrumento

Es el dispositivo que se implementa en los lazos de control para llevar a cabo las operaciones automáticas.

Los instrumentos se pueden clasificar de dos maneras:

1 En función del instrumento se clasifican en:Ciegos: no tienen indicación visible de la variable. Un ejemplo son los instrumentos de alarma.Indicadores: son instrumentos que combinan un sensor y un sistema de medida analógica o digital y que disponen de un índice y escala graduada en la que se puede leer el valor de la variable. Un ejemplo sería un manómetro.Registradores: registran la variable con trazos o puntos.Elementos primarios o sensores: son elementos sensibles a una propiedad física determinada que está relacionada con la variable que se quiere medir o controlar.Transmisores: captan la variable que se desea medir o controlar a través del sensor y la transmiten a distancia en forma de señal normalizada. Pueden ser de varios tipos, neumáticos, electrónicos, digitales, hidráulicos o telemáticos dependiendo del canal de transmisión.Convertidores: son dispositivos que reciben señales normalizadas de un tipo y las convierten en señales normalizadas de otro tipo.Controladores: comparan la variable medida con un valor deseado llamado consigna y ejercen una acción correctiva de acuerdo con la desviación.Actuadores: son los elementos finales de control. Reciben la señal del controlador y modifican la variable que actúa como agente de control. Ejemplos de actuadores son una válvula o un cilindro.

2 En función de la variable:Instrumentos eléctricos: medidores de magnitudes eléctricas.Sistemas de temperatura: medidores de temperatura.Sistemas de presión: medidores de presión.Sistemas de caudal: medidores de flujo.Sistemas de nivel: medidores de nivel de líquidos y sólidos.Sistemas de alimentación y pesado: básculas de precisión.Sistemas de dimensión: micrómetros.Sistemas de velocidad: tacómetros.Sistemas de movimiento: detectores de movimiento.Sistemas de detección de ruido: medidor del nivel de ruido.Sistemas de fuerza y energía: medidores de par motor, dinamómetros y células de carga.Sistemas de luz: células fotoeléctricas, cámaras.Sistemas de radiación: captan la radiación emitida por un cuerpo que puede ser térmica, electromagnética, etc.Sistemas de detección de fugas: analizadores de gas, detectores de fugas.Sistemas de detección de vibración: analizador de la amplitud y frecuencia de la vibración.Sistemas de detección de defectos: rayos X, ultrasónicos.

Actividades

8. Describa cinco instrumentos que conozca y clasifíquelos en función de la variable que miden.

9. Describa cinco instrumentos que conozca y clasifíquelos en función del instrumento.

4.2. Terminología para los instrumentos de medida

Los instrumentos de medida se utilizan para comparar magnitudes físicas mediante un proceso de medición.

Las características más importantes que se tienen que tener en cuenta a la hora de utilizar un elemento de medida son:

1 Precisión: es la capacidad de un instrumento de medida de dar el mismo resultado en varias mediciones diferentes realizadas sobre la misma variable en las mismas condiciones. Hay varias formas de expresarla:En % del alcance o spanDirectamenteEn % de la lectura efectuadaEn % de la longitud de la escala del instrumento

2 Exactitud: capacidad de medir un valor cercano al valor de la magnitud real.

3 Incertidumbre: un error hace que se tenga incertidumbre sobre el verdadero valor de la medida. La incertidumbre es la dispersión de los valores que pueden ser tomados como valor verdadero de la magnitud medida.

4 Apreciación o resolución: es la medida más pequeña perceptible por un instrumento.

5 Sensibilidad: es la relación de desplazamiento entre el indicador de la medida y el valor real de esta.

6 Rango: espectro o gama de valores que el instrumento puede medir. Viene expresado estableciendo los dos valores extremos que mide.

7 Alcance o span: es la diferencia algebraica entre los valores máximo y mínimo del campo de medida del instrumento (rango).

8 Error: diferencia algebraica entre el valor leído o transmitido y el valor real de la variable medida. Cuando las condiciones de medida no son estáticas, sino que son dinámicas el error varía y además se producen retardos en la lectura del instrumento.

9 Error dinámico: es la diferencia ente el valor instantáneo de la variable y el valor indicado por el instrumento.

10 Zona muerta: es el campo de valores de la variable que no produce respuesta y por lo tanto el instrumento no visualiza. Se expresa en % del alcance de la medida.

11 Repetitividad: es la capacidad de repetir los mismos valores de lectura al medir repetidamente idénticos valores de la variable en las mismas condiciones de servicio. Se expresa en % del span.

12 Histéresis: es la capacidad de obtener la misma lectura del valor de la variable en ambos sentidos de cambio, ascendente y descendente. Se expresa en % del span.

13 Ruido: perturbación que desvía el valor indicado de la variable del valor deseado.

14 Linealidad: aproximación de una curva de calibración a una recta especificada.

15 Estabilidad: capacidad de un instrumento para mantener su comportamiento durante su vida útil.

Actividades

10. Si un instrumento puede leer desde 0 mA a 40 mA, ¿a qué terminología se refiere?

4.3. Equipos para diagnóstico y calibración

Estos equipos son esenciales para la calibración de los instrumentos como por ejemplo sensores, y para el diagnóstico de averías.

Definición

Calibrar

Es conseguir que en todas las lecturas realizadas de la variable, la diferencia entre el valor real de esta y el valor indicado, registrado o transmitido por el instrumento esté dentro de los límites determinados por la precisión de dicho instrumento.

Instrumentos de medida

Los instrumentos de medida podrán ser de muchos tipos. En función de la magnitud que midan pueden ser eléctricos, de caudal, de presión, de temperatura, de masa, de dimensión, de fuerza, etc.

Instrumentos de medición eléctrica

Son necesarios para poder comprobar en todo momento que los sistemas están correctamente alimentados por la corriente eléctrica.

Al seleccionar un elemento eléctrico, la característica más importante es la confiabilidad, a fin de que pueda seguir funcionando a pesar de soportar un manejo brusco y continuado. También se tiene que tener en cuenta la exactitud, es decir, si tiene lecturas correctas con una desviación razonable, ya que los elementos que constituyen los equipos de automatización son muy delicados. También hay que considerar la funcionabilidad, es decir, si es el adecuado para el trabajo al que se destina.

Los más comunes son los siguientes:

1 Amperímetro: se utiliza para medir la intensidad de la corriente.

Amperímetro

1 Frecuencímetro: mide la frecuencia de la corriente eléctrica.

Frecuenciómetro

1 Capacímetro: instrumento que mide la capacidad de los condensadores.

Capacímetro

1 Cosímetro: mide el factor de potencia de la corriente eléctrica.

Cosímetro

1 Pinza amperimétrica: es un tipo especial de amperímetro que permite medir la intensidad de la corriente sin tener que abrir el circuito.

Pieza amperimétrica

1 Voltímetro: mide la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito.

Voltímetro

1 Vatímetro: mide la potencia eléctrica.

Vatímetro

1 Probadores de fase: también son instrumentos portátiles que se utilizan para identificar las fases para conectarlas y equilibrarlas, así como para indicar el sentido en el que girará un motor eléctrico trifásico antes de conectarlo a la línea.

Probador de fase eléctrica

1 Medidor de aislamiento: es un instrumento para la medida del aislamiento eléctrico en alta tensión.

Medidores de aislamiento (© Megger Ltd. vía web. CC BY 3.0)

1 Multímetro o polímetro: es un instrumento eléctrico y portátil con el que se pueden realizar medidas tanto para corriente continua como para corriente alterna. Este instrumento permite la medida directa de magnitudes activas (intensidades o potenciales) como magnitudes pasivas (resistencias o capacidades). Es tal su versatilidad que se ha convertido en un instrumento esencial para realizar las labores de mantenimiento eléctrico y electrónico de una instalación.

Actividades

11. Se necesita comprobar que un sistema está alimentado por corriente eléctrica. Explique qué instrumentos utilizaría y por qué.

12. A la hora de efectuar la reparación anterior, ¿qué equipos de protección individual utilizaría?

Instrumentos de medición de presión

Estos instrumentos, en función del tipo de presión que vayan a medir se clasifican en:

1 Barómetro: mide la presión atmosférica.

2 Manómetro: mide la presión del proceso al que está localmente conectado.

Manómetro

1 Tubo de pitot: se utiliza para calcular la presión total, presión estática más presión dinámica.

Definición

Presión estática

Es la presión que ejerce un fluido independientemente de la velocidad del mismo.

Presión dinámica

Es la presión que ejerce un fluido en movimiento.

Instrumentos de medición de temperatura

Son necesarios para medir en todo momento la temperatura de un proceso dando al sistema de medición una indicación. Se tiene que tener en cuenta la exactitud, es decir, si tiene lecturas correctas con una desviación razonable, la confiabilidad y la funcionabilidad.

Dependiendo de la propiedad física que utilicen, se podrán distinguir varios tipos de instrumentos de medición de temperatura:

1 Termómetro: es un instrumento de expansión térmica que no produce señal y que no se usa en los sistemas de automatización y control.

2 Termopar: utiliza la característica de conversión calorífica en eléctrica que depende de la diferencia de temperatura a la que se encuentran los dos extremos del termopar. El termopar es capaz de medir temperaturas importantes de manera más o menos precisa que oscilan entre los -200 ºC a 1.500 ºC.

1 Termoresistencia: a diferencia del termopar, se fundamenta en el aumento de la resistencia con la temperatura. La termoresistencia más utilizada en la industria es la PT-100, que es el sensor de temperatura más utilizado.

Sonda PT-100

1 Pirómetro: es un instrumento de radiación térmica capaz de medir la temperatura de un objeto sin estar en contacto con él. El pirómetro es utilizado para hacer medidas locales donde el sensor no puede tomar contacto.

Pirómetro

1 Termistor: se fundamenta en la variación de la resistencia de ciertos semiconductores con la temperatura.

ermistóres

Actividades

13. Indique cuál es el sensor de temperatura más utilizado en la industria.

14. Si se tuviera que medir la temperatura en un lugar en el que no fuera posible utilizar un sensor, ¿qué instrumento utilizaría?

Instrumentos de medición de caudal

Los caudalímetros sirven para medir y controlar el caudal de una instalación. A la hora de elegir un sensor de caudal hay que tener en cuenta:

1 Presión y temperatura a la que se va a trabajar

2 Tipo de fluido

3 Mantenimiento que requiere

Caudalímetro

Instrumentos de medición de velocidad

Estos instrumentos se llaman tacómetros y miden la velocidad de giro de un eje. Estos instrumentos son muy utilizados para el control de velocidad de vehículos como autobuses, camiones, etc.

Instrumentos de medición de masa

Son instrumentos que sirven para medir tanto el peso, como el volumen o la composición de un elemento. Dependiendo de la característica que se quiera medir se encuentran los siguientes instrumentos:

1 Báscula: mide el peso de un elemento.

2 Espectómetro de masa: mide la composición de un material.

3 Catarómetro (para gases): mide la composición de un gas.

Instrumentos de medición de nivel

Son necesarios para medir y controlar el nivel de un líquido o sólido. Pueden ser continuos o discretos (interruptores).

En función de la técnica empleada para la realización de dicha función, se encuentran los siguientes instrumentos:

1 Sondas

2 Flotador

3 Vasos comunicantes

4 Ultrasónicos

5 Resistivos

6 Conductivos

7 Capacitivos

8 Ópticos

Medidor de nivel ultrasónico

4.4. Instrumentos de calibración

Es imprescindible disponer de instrumentos que permitan calibrar la instrumentación de la instalación de forma periódica.

Existen gran variedad de calibradores destinados a calibrar cada uno de los instrumentos en función de la variable que miden:

1 Equipos de calibración eléctrica y multifunción: estos equipos sirven para ajustar y calibrar cualquier instrumento que intervenga en un proceso automático. Con estos equipos es posible generar, simular y medir tanto señales eléctricas como datos de presión y temperatura.

2 Calibradores de lazo mA: son fundamentales para la calibración y ajuste de las corrientes de 4 a 20 mA necesarias para la transmisión de los datos proporcionados por los instrumentos que componen los lazos de control.

3 Calibradores de presión, flujo y temperatura: son necesarios para verificar y ajustar los instrumentos de medida de esas variables físicas.

Calibrador multifunción

Actividades

15. ¿Qué entiende por calibración? Explique por qué es importante.

Aplicación práctica

José es el encargado de instalar unos sensores de temperatura en un sistema de control para calentamiento de agua. Una vez instalados comprueba que funcionan pero José no realizó una operación importantísima, por lo que el valor de la temperatura indicado es erróneo y se cree que el indicador puede estar estropeado. Pero José comprueba que sí funciona. ¿Qué olvidó hacer José al cambiar el sensor?

SOLUCIÓN

José olvidó realizar la tarea de calibración. Al no calibrar el sensor la lectura obtenida es errónea.

Cuando se instalan instrumentos para medir variables siempre hay que calibrarlos para que los datos que aporten sean correctos.

4.5. Elementos técnicos auxiliares

Para que la instalación pueda funcionar correctamente, son necesarios otra serie de elementos llamados auxiliares que facilitan el buen funcionamiento y control del sistema.

Dependiendo de la función que desempeñen, pueden ser de diversos tipos como:

1 Componentes mecánicos: ayudan al movimiento de los elementos que componen un sistema. Ejemplos de estos componentes son:Rodamientos, que permiten el giro de los ejes.Engranajes, que transmiten movimientos.

2 Componentes neumáticos: permiten que el flujo de aire llegue hasta los actuadores para que estos puedan realizar su función. Ejemplos:Elementos de conexión.Válvulas neumáticas.

3 Componentes para el acondicionamiento de las señales enviadas por los instrumentos: las señales emitidas por los instrumentos tienen que acondicionarse para poder ser procesadas. Para tal fin se utilizan:Convertidor - generador 4 - 20 mA.Convertidor - generador 0 - 10 V.

4.6. Equipos para mantenimiento predictivo

El mantenimiento predictivo da información en todo momento del estado de operatividad en que se encuentra la planta, lo que permite predecir su estado en un futuro próximo sin tener que esperar a que ocurra la avería. Para poder llevarlo a cabo, es necesario disponer de una serie de instrumentos que van a dar mucha información acerca del estado de la planta. Como ejemplos de estos instrumentos se tienen:

1 Analizador de vibraciones: como su nombre indica, es un instrumento que da información acerca de las vibraciones que se producen en los equipos.

2 Cámara termográfica: es un dispositivo que da un espectro de color en función de las emisiones de rayos infrarrojos detectados en un equipo.

3 Alineador láser: es un dispositivo que permite alinear ejes en instalaciones y máquinas con gran precisión.

4 Boroscopio: es un instrumento que permite efectuar inspecciones visuales en huecos en los que no se dispone de suficiente espacio físico para poder ver.

5 Alineador de poleas: este instrumento permite alinear las transmisiones por poleas con correa.

Analizador de vibraciones

4.7. Otros

Además de los instrumentos mencionados anteriormente, existen otros que sirven de apoyo entre los que destacan:

1 Osciloscopio. Este instrumento electrónico permite visualizar la representación gráfica de la variación que sufren las señales eléctricas con el tiempo. Este instrumento es muy útil en sistemas de medición y prueba, así como en monitoreo y pruebas en control de calidad.

Osciloscopio

1 Puente de Wheatstone. Con este instrumento se pueden obtener diferentes datos utilizando para ello el equilibrio de los brazos del puente que están constituidos por resistencias que forman un circuito cerrado. Uno de los brazos tiene una resistencia que puede variar, por lo que cuando el valor de esta varía, desequilibra el puente. También se utiliza para calcular el valor de una resistencia desconocida.

Aplicación práctica

En la planta de embotellado de aceite donde María trabaja, un motor dejó de girar inesperadamente. María va equipada con sus sistemas de protección EPI y con una serie de instrumentos y herramientas para tratar de averiguar qué ha ocurrido con el motor. ¿Cuál debería ser la primera comprobación que María tendría que realizar? ¿Cuál sería el instrumento más idóneo para realizarla?

SOLUCIÓN

Si el motor no gira es probablemente porque no recibe alimentación eléctrica, por lo que lo primero que ha de hacer María es comprobar si llega corriente al motor.

Para poder realizar esa tarea, el instrumento más idóneo que María debería utilizar es un multímetro que le va a indicar en todo momento si el motor está alimentado o sufre una avería eléctrica.

Actividades

16. En un depósito de agua se pretende que cuando el nivel llegue a cierta altura deje de entrar agua al depósito. ¿Qué instrumento utilizaría?

5. Técnicas de diagnóstico

Los sistemas de automatización industrial requieren unas técnicas de análisis de fallos para la detección y solución de averías, por lo que se necesita un sistema lógico de intervención, diagnóstico y reparación.

Para poder llevar a cabo estas tareas, es fundamental la formación continua del personal de mantenimiento para poder realizar de forma segura y satisfactoria sus actividades de trabajo que dentro del área de mantenimiento son:

1 Prevenir posibles fallos mediante servicios y ajustes menores que no requieren paros en el sistema, evitándose así retrasos.

2 Localizar los fallos cuando suceda una avería del sistema o equipo para así minimizar los retrasos. En esta tarea es fundamental la comunicación entre los operarios y el personal de mantenimiento.

3 Cambiar los elementos de las máquinas tan rápido como sea posible. Esta tarea requiere la máxima comunicación y cooperación entre los miembros de un grupo de trabajo o entre varios grupos.

4 Proporcionar ayuda efectiva a los compañeros de trabajo y al personal de servicios especializados durante los periodos programados de mantenimiento.

Definición

Diagnóstico

Al análisis que se realiza para determinar cualquier situación y sus causas se denomina diagnóstico. Esta determinación se realiza sobre la base de datos y hechos recogidos y ordenados sistemáticamente, que permiten juzgar mejor qué es lo que está pasando.

5.1. Tipos de mantenimiento

El mantenimiento se puede clasificar en los siguientes tres tipos:

1 Mantenimiento correctivo: basado en reparar o sustituir todo lo que se estropea en los equipos. Como ejemplo de este tipo de mantenimiento se puede citar un cambio de un fusible.

2 Mantenimiento preventivo: consiste en prever las averías y evitarlas.

Además, el mantenimiento preventivo se puede dividir en estos tres tipos:

1 Mantenimiento sistemático: se basa en la realización de forma sistemática de una serie de tareas, cada ciertas horas de funcionamiento o tiempo transcurrido desde la última revisión, independientemente de la existencia o no de fallo. Un ejemplo sería cambiar la batería de un autómata cuando lleva un número de horas de funcionamiento preestablecido.

2 Mantenimiento condicional: consiste en estudiar el comportamiento de una instalación aplicándole diferentes técnicas predictivas y de diagnóstico para localizar cualquier síntoma de fallo de algún elemento de la instalación e intervenir en el caso de que así sea. Por ejemplo, el cambio del tope de un cilindro cuando el desgaste adquiere un valor.

3 Mantenimiento predictivo: consiste en informar en todo momento del estado y la operatividad de un equipo, observando y previendo su evolución en un futuro próximo. Es el más tecnológico y se basa en la medición, seguimiento y monitorización de los parámetros de la instalación o equipo.

Consejo

Nunca hay que retrasar el cambio de un elemento que ha superado sus horas de funcionamiento preestablecidas, ya que su avería podría producir daños a otros elementos y retrasos importantes en la producción.

5.2. Técnicas para la localización de averías: procedimientos, pruebas, medidas

Las técnicas para la localización de averías se resumen en cuatro fases que conducen al aislamiento y reparación del componente defectuoso.

Estas fases son:

1 Recogida de datos: en este proceso se reúne toda la información que sea posible del equipo que se quiere reparar. La primera información que hay que recoger antes de la reparación es la documentación del componente que consiste en:Manuales de funcionamiento y servicioDiagramas y esquemas eléctricosTécnicas operacionalesOtrosCuanto más se conozca el funcionamiento del elemento que hay que reparar, más rápido se efectuará su reparación.

1 Localización del problema: consiste en aislarlo. Esta es la parte más difícil y la que más tiempo y dedicación requiere, dependiendo de la complejidad del sistema que se esté reparando, así como de la naturaleza de la avería. Hay dos factores muy positivos a la hora de la localización de la avería que son la información de que se disponga y la experiencia del operario de mantenimiento.

2 Realización de la reparación.

3 Comprobación de que el componente funciona correctamente.

Consejo

La observación con todos los sentidos de lo que le ocurre al equipo que se ha averiado es de suma importancia. Los sentidos pueden aportar numerosos datos como por ejemplo: con el olfato se pueden detectar olores anómalos (olor a quemado), con la vista se pueden detectar fugas, etc.

Procedimientos

A la hora de diagnosticar un fallo se deben seguir unos procedimientos con el fin de facilitarlo. Los procedimientos a seguir son:

1 Observación. Aquí se ponen a prueba todos los sentidos; hay que tocar, mirar, oler y escuchar. El uso de los sentidos ayuda a aislar un problema.

2 Aislamiento del problema. El procedimiento a seguir para el aislamiento de la avería es:Probar el equipo.Comprobar en primer lugar las cosas más simples y evidentes.Ejecutar las pruebas de diagnóstico si las hay.Utilizar los sentidos corporales, (vista, tacto, oído, olfato).Comprobar la alimentación del equipo.Utilizar métodos de seguimiento de las señales.Comprobar la frecuencia de reloj.Probar con sustituciones de elementos.Realizar pruebas estáticas y dinámicas.

3 Comprobar la alimentación eléctrica. Para la realización de esta tarea se utilizará un multímetro para comprobar las tensiones. Muchas veces una avería es debida a un fusible fundido que es fácil de reemplazar.

4 Sustitución de componentes defectuosos.

5 Realizar pruebas y medidas sobre el equipo. Con este último paso se comprueba que el equipo vuelve a funcionar de forma correcta.

Pruebas

Tal y como se ha explicado anteriormente es necesario realizar una serie de pruebas y medidas para poder averiguar cuál es el origen de la avería y así poder reparar el equipo averiado.

Las pruebas que hay que realizar en un equipo averiado son:

1 Realizar pruebas de equipo: hay que realizar una serie de pruebas en el equipo para determinar dónde falla.

2 Realizar pruebas de diagnóstico: existen programas específicos de diagnóstico para ser ejecutados en el ordenador. Con estos programas se analizan todos los aspectos que ayudan a la localización de problemas específicos, para lo que el equipo y el ordenador tienen que estar conectados mediante una interfaz.

3 Prueba final: hay que probar el equipo bajo las condiciones reales de uso.

Medidas

Todas estas pruebas tienen que ir acompañadas de una serie de medidas para comprobar qué parámetros son anómalos. Este punto es de vital importancia por la información que puede dar acerca del motivo de la avería; un valor anómalo en una de las variables indica que hay un problema. La inspección sensorial es importantísima, ya que la información de todas las variables del proceso se obtiene a través de los sensores, por lo que el seguimiento y monitorización de los parámetros de la instalación o equipo es fundamental.

Importante

La recogida de datos tanto por medio de los sentidos como por medio de los parámetros obtenidos a través de los sistemas de control o a través de los manuales técnicos del equipo averiado, es esencial a la hora de poder aislar el problema y averiguar cuál fue su causa.

6. Técnicas de análisis de fallos

En general, el análisis de fallos o averías se puede definir como el conjunto de actividades de investigación que trata de identificar las causas que han dado lugar a la aparición de una avería o fallo en un equipo o sistema, así como establecer un plan que permita su eliminación. Dicho esto hay que aclarar que no se trata de devolver a los equipos que han fallado su estado de buen funcionamiento, sino que se trata de identificar la causa que ocasionó el fallo para erradicarlo y de esa forma evitar que se produzca otra vez, y si no fuera posible erradicarlo, disminuir la frecuencia con la que dicho fallo aparece de manera que se pueda mantener la avería controlada.

Otros de los fines que tienen las técnicas de análisis de fallos es mejorar la fiabilidad de los equipos, aumentar su disponibilidad y reducir los costos de mantenimiento.

Definición

Fiabilidad

Es la probabilidad de que un elemento o equipo funcione adecuadamente durante un periodo de tiempo determinado bajo unas condiciones operativas concretas. La fiabilidad depende entre otras cosas de la robustez del diseño del equipo o elemento a prueba de fallos, que minimice las actuaciones de mantenimiento.

Disponibilidad

Es la posibilidad que tiene un equipo de estar en funcionamiento o listo para funcionar en el momento requerido.

Mantenibilidad

Es la capacidad que tiene un elemento o equipo de ser recuperado después de realizarle una tarea de mantenimiento. Esta característica es inherente al equipo o elemento.

Los fallos se pueden clasificar en general en fallos funcionales y fallos técnicos.

6.1. Fallos funcionales

Son los que impiden al sistema en su conjunto cumplir con su función principal.

Ejemplo

Si un sistema de refrigeración deja de enfriar, es obvio que ha dejado de realizar la función principal para la que fue creado, por lo que su fallo es funcional.

6.2. Fallos técnicos

Son aquellos fallos que no impiden al sistema realizar la función para la que fue creado aunque su funcionamiento sea anormal. Estos fallos tienen menos importancia que los fallos funcionales.

Ejemplo

Si un sistema de refrigeración en vez de dejar de refrigerar lo sigue haciendo, pero produciendo un ruido anómalo, en este caso, el sistema continúa desempeñando la función para la que fue diseñado aunque con un ruido anómalo.

Cuando un equipo o instalación falla puede ser por alguno de estos motivos:

1 Por un fallo en el material

2 Por un error humano del personal de operación

3 Por un error humano del personal de mantenimiento

4 Por condiciones externas anómalas

En ocasiones confluyen más de una de estas causas lo que complica el análisis de la avería.

6.3. Fallos en el material

Un material puede fallar de múltiples formas:

1 Por desgaste

2 Por rotura

3 Por fatiga

Los errores de diseño están normalmente detrás de un fallo en el material.

6.4. Factor humano

Otra causa de avería puede ser debida a un error del personal tanto de producción como de mantenimiento.

Error del personal de producción

Un error del personal de producción que puede tener su origen en:

1 Un error de interpretación de un indicador, haciendo que el operador tome una decisión equivocada.

2 Una actuación incorrecta ante un fallo.

3 Factores físicos del operador como sueño, cansancio o enfermedad leve.

4 Factores psicológicos como desmotivación o problemas personales.

5 Falta de instrucciones claras como procedimientos a seguir, instrumentos técnicos insuficientes o no adecuados.

6 Falta de formación.

Error del personal de mantenimiento

Cuando la causa de la avería es debida al personal de mantenimiento, los fallos más habituales que este personal puede cometer son:

1 Una observación errónea de los parámetros inspeccionados.

2 Realización de montajes y desmontajes con malas prácticas.

3 No respetar o comprobar tolerancias de ajuste.

4 No respetar o comprobar partes de apriete.

5 Reutilización de materiales.

6 Uso de respuestas no adecuadas.

7 Uso de herramientas no adecuadas.

Aplicación práctica

Rafael tiene que hacer una pequeña tarea de calibración de un sensor. La herramienta que necesita es un destornillador tipo Philips (estrella) pero Rafael no tiene ese tipo de destornillador en su equipo y decide utilizar un destornillador plano y más grande que las ranuras de la cabeza del dispositivo, que hay que girar para poder calibrar el sensor.

Más tarde llega Josefa y comprueba que el indicador del sensor que había calibrado Rafael no indica lecturas correctas, por lo que procede a calibrarlo otra vez pero no puede hacerlo, ¿por qué motivo?

SOLUCIÓN

Cuando Rafael intentó calibrar el sensor con un destornillador que no era el apropiado, seguramente estropeó la ranura de la cabeza del tornillito que hay que girar para calibrar, por lo que además de no haber hecho la tarea de forma correcta lo ha estropeado.

Al llegar Josefa no ha podido realizar la calibración de ese sensor a pesar de utilizar las herramientas adecuadas.

6.5. Condiciones externas anómalas

Cuando las condiciones externas a las que está sometido el equipo o sistema son diferentes a las condiciones para las que se diseñó, pueden sobrevenir fallos en este. Estas condiciones anómalas se pueden dar por dos motivos:

1 Motivo meteorológico adverso e imprevisible como por ejemplo una inundación.

2 Una incorrecta ubicación del equipo como por ejemplo someter un elemento a un ambiente húmedo cuando no está preparado para trabajar en esas condiciones.

Actividades

17. Suponga que como resultado de una lectura anómala de un indicador de temperatura, un equipo se ha averiado. ¿Qué clase de error ha sido el responsable de la avería de ese equipo?

18. Un motor vibra de forma anómala al girar. ¿Cómo clasificaría esa anomalía?

Aplicación práctica

La nave que alberga una cooperativa de envasado de agua se ha inundado por efecto de la rotura del tejado. A pesar de que la maquinaria e instrumentación aparentemente esté en buenas condiciones, no se consigue arrancar los motores porque el interruptor diferencial lo impide. ¿Cuál será el problema?

SOLUCIÓN

El problema seguramente será el exceso de humedad que es responsable de que el interruptor diferencial evite el arranque de la maquinaria por motivos de seguridad, tanto para la propia maquinaria como para las personas.

Las fuentes de información y técnicas de análisis existentes para la determinación de los fallos son muy diversas aunque hay dos aspectos fundamentales en los que todas coinciden:

1 El recorrido del proceso centrándose primero en el problema, después en la causa y por último en la solución.

2 La metodología a seguir, que debe estar bien estructurada y completa, por lo que es necesario:Concretar el problema identificándolo y cuantificándolo.Determinar las causas enumerándolas, cuantificándolas y jerarquizándolas.Solución del problema.

Para la realización de todo lo anterior se dispone de las siguientes fuentes de información:

1 Histórico de averías: es un documento en el que se registran de forma sistemática las averías o incidencias que puede haber sufrido una instalación, equipo o sistema, y es una fuente de información valiosísima para la identificación de averías.Existen aplicaciones informáticas que permiten gestionar bases de datos con toda la información sobre las incidencias ocurridas que han requerido la intervención del personal de mantenimiento.Los datos que se pueden obtener de estas bases de datos son:Código de la máquina averiada.Semana y año del suceso, día de la semana, turno de mañana, tarde o noche.Especialidad de la avería:EléctricaElectrónicaNeumáticaHidráulicaMecánicaDescripción resumida del problema.Tiempo de intervención.Número de operarios necesarios.Tiempo de paro del sistema.Retraso en la producción ocasionado por el fallo.Mando y oficial de mantenimiento encargados de resolver la avería.Inicio de la reparación.Operador de la máquina averiada.

Histórico de averías de una máquina

1 Conversaciones con el personal de producción y mantenimiento: conversar con cada uno de los miembros del personal que componen las plantillas de producción y mantenimiento que han estado en contacto con el equipo averiado, es importantísimo para recabar información acerca de las incidencias más habituales que ha sufrido el equipo averiado y de qué manera poder evitarlas.

2 Diagramas lógicos y funcionales: suelen contener información fundamental a la hora de determinar las causas que pueden hacer que en un equipo se disparen sus alarmas. Los equipos suelen estar protegidos contra algunos fallos impidiendo que se pongan en marcha si no se cumplen determinadas condiciones, o bien mostrando una alarma que indica que algo no funciona correctamente. El estudio del sistema de control y la lógica implementados en un equipo averiado, puede dar información acerca del problema.

3 Análisis de niveles, temperaturas, flujos, presiones, etc.: estos análisis se deben realizar diariamente y son fundamentales para comprobar que todas las variables medidas del proceso son correctas. Un valor anómalo en una de las variables indica que hay un problema.

4 Inspección sensorial: es importantísima, ya que la información de todas las variables del proceso se obtienen a través de los sensores, y un mal funcionamiento de un sensor daría datos anómalos.

5 Registros de los sistemas de control: todos los datos aportados por los sistemas de control de una instalación o equipo quedan registrados en diversas bases de datos que permitirán hacer un seguimiento de su funcionamiento.

6 Analizar documentación: el análisis de planos, informes técnicos y manuales aporta información muy valiosa acerca de las características del elemento averiado y de su instalación.

Actividades

19. Indique al menos dos tipos de análisis que se deban realizar a diario en una instalación de embotellado de aceite. Justifique su respuesta.

Aplicación práctica

El interruptor diferencial de la línea que alimenta un motor lo desconecta cada vez que se pretende arrancarlo. Manuel es el encargado de averiguar qué ha pasado, por lo que comienza a preguntar al personal que ha estado trabajando con ese motor antes de que sufriera la avería, posteriormente intenta aislar el problema desconectando los elementos auxiliares de ese motor como lámparas de aviso, pulsadores, etc. ¿Ha sido correcta su actuación?

SOLUCIÓN

Por supuesto que sí. Cuando se avería un equipo es aconsejable hablar en primer lugar con el personal que habitualmente trabaja con él a fin de recabar información que va a ser muy útil a la hora de averiguar qué es lo que ha pasado. En segundo lugar, Manuel ha tratado de aislar el problema averiguando si al desconectar los elementos auxiliares del motor, al intentar ponerlo en marcha de nuevo, el interruptor diferencial sigue saltando, porque quizás el problema no esté en el propio motor sino en uno de estos elementos.

7. Gamas de mantenimiento

Una gama de mantenimiento es una lista con las tareas que se tienen que realizar en un equipo o instalación y que tienen que incluir la siguiente información:

1 Equipo o sistema en el que se van a realizar las tareas de mantenimiento.

2 Qué tipo de tarea se va a realizar.

3 Cuál ha sido el resultado después de la realización de la tarea de mantenimiento.

4 En el caso de que la tarea consista en la lectura y comprobación de parámetros, comprobar cuáles son los valores consignados para dichos parámetros.

Definición

Plan de mantenimiento programado

Es el conjunto de gamas de mantenimiento elaboradas para prevenir los principales fallos que puede tener una instalación, es decir, un plan de mantenimiento es un conjunto de tareas agrupadas en gamas en función de determinadas características comunes que integran a todas las tareas de cada gama.

Existen gamas de tareas agrupadas por frecuencia, o por especialidad.

7.1. Gamas por frecuencia

Las gamas por frecuencia pueden ser diarias, mensuales o anuales.

Gamas diarias

Contienen tareas que se realizan de forma sencilla. La mayor parte de ellas son controles rutinarios tales como:

1 Controles visuales: ruidos, vibraciones y fugas.

2 Mediciones: tomas de datos, control de determinados parámetros.

3 Pequeños trabajos de limpieza y ajuste.

Todas estas tareas pueden realizarse con los equipos en marcha, por lo que no suponen ningún trastorno o retraso en la producción. A la hora de llevar a cabo un buen mantenimiento preventivo, la realización de estas tareas es indispensable.

Una vez finalizadas las rutas diarias, es necesario reflejar en un documento todas las anomalías detectadas para que se generen las órdenes de trabajo necesarias.

Este tipo de gamas no suele estar en el sistema informático de gestión de mantenimiento de la planta.

Gamas semanales y mensuales

Contemplan tareas más complicadas que no está justificado realizarlas de forma diaria, ya que en algunos casos implican paradas, desmontaje o toma de datos más complejos y laboriosos como por ejemplo engrases, medidas de consumos de un motor, etc.

Gamas anuales

En estas gamas se realizan tareas de mantenimiento que suponen a veces una revisión completa de la instalación o equipo y que no se justifica realizarlas con una periodicidad menor, debido a que suponen la parada de equipos o instalaciones, por lo que este tipo de gamas deben ser programadas.

Como ejemplos de estas tareas pueden están la renovación de circuitos eléctricos o neumáticos, el cambio de rodamientos, etc.

7.2. Gamas por especialidad

Las gamas por especialidad pueden ser de tantos tipos como especialidades existen (eléctricas, mecánicas, neumáticas, de control etc.), dependiendo de la naturaleza de las tareas de mantenimiento que se vayan a realizar, por lo que cada una de esas especialidades va a marcar un tipo de tarea.

A continuación, se presentan unos ejemplos de gamas por especialidad:

1 Gamas mecánicas: tareas de engrase o sustitución de elementos como cojinetes, engranajes etc.

2 Gamas eléctricas: tareas de revisión y renovación de circuitos, interruptores automáticos, etc.

3 Gamas de control: tareas de inspección sensorial y lectura de parámetros.

7.3. Informes

Al finalizar la realización de una gama de mantenimiento, esta debe ser completada con la redacción de un informe que debe recoger todas las incidencias encontradas en la realización de las rutas diarias en un único documento que se denomina parte de incidencias donde deben figurar todos los parámetros observados fuera de rango, fugas, vibraciones, ruidos anómalos y todas aquellas observaciones de interés.

Definición

Parte de incidencias

Es el documento en el que se recogen de forma detallada todas las anomalías detectadas en los equipos al realizar las rutas diarias, así como todos los parámetros observados que estén fuera de rango como fugas, ruidos, vibraciones además de aquellas observaciones que sean de interés.

Los principales objetivos de la realización de gamas y rutas son dos:

1 Detectar anomalías en su fase inicial cuando todavía no han supuesto un problema.

2 Conocer en todo momento el estado en que se encuentra la instalación.

Aplicación práctica

A Cristina le han encomendado realizar gamas de mantenimiento diarias en la línea de envasado de galletas de la que es responsable. ¿Qué tipo de controles debe realizar?

SOLUCIÓN

Al tratarse de realizar gamas de mantenimiento diarias se trata de realizar controles rutinarios tales como supervisar ruidos y vibraciones de los equipos, inspecciones sensoriales, pequeños trabajos de limpieza y ajuste, toma de datos y ajuste de parámetros.

Actividades

20. Ponga un ejemplo de una tarea que se deba realizar en cada tipo de gama.

21. Explique qué tipo de tareas se deben realizar en una gama diaria.

8. El autómata programable

Un autómata programable, también llamado PLC (Controlador Lógico Programable), es un dispositivo electrónico capaz de procesar de forma inteligente las señales procedentes de multitud de variables físicas y actuar en consecuencia.

A medida que las instalaciones ganan en complejidad, el cableado de los circuitos de mando aumenta, al igual que los elementos que hay que utilizar como relés, contadores, temporizadores, etc. Con la sustitución del circuito cableado por un autómata, el cableado se reduce drásticamente, así como el número de elementos necesarios, por lo que las labores de mantenimiento de las instalaciones se simplifican enormemente.

Un autómata programable consta de los elementos que se detallan a continuación.

Sabía que...

El primer sistema automatizado de la historia fue construido por Amenhotep en la antigua Etiopía, en el año 1500 a. C. y consistió en una estatua del rey de Etiopía, Memon, que emitía sonidos cuando era iluminada por los rayos del sol al amanecer.

Unidad Central de Procesos (CPU)

Es el cerebro del autómata y está constituido por el microprocesador y la memoria.

Al módulo de entradas de la CPU del autómata le llegan las señales procedentes de los sensores, la CPU las procesa y hace que el módulo de salidas emita las señales que harán funcionar los actuadores en función de las instrucciones del programa.

Fuente de alimentación

Tiene como misión convertir la corriente alterna proveniente de la red eléctrica en corriente continua, para así poder alimentar los circuitos integrados y los componentes electrónicos que componen el autómata.

Por lo general, la tensión de trabajo del autómata suele ser de 24 V aunque existen algunos modelos que lo hacen con una tensión de 48 V.

Módulos de entradas y salidas digitales

Las funciones principales de estos módulos son:

1 Adaptar la tensión de trabajo de los actuadores y captadores a los dispositivos electrónicos del autómata.

2 Aislar eléctricamente los circuitos de mando y potencia.

El módulo de entradas digitales tiene como misión recibir las señales de tipo discreto que varían su estado en función de cambios “todo” o “nada” de tensión. A este módulo se pueden conectar diferentes sensores del tipo “todo” o “nada”.

El módulo de salidas digitales tiene como misión enviar las señales discretas “todo” o “nada” de salida para la activación y desactivación de actuadores discretos como bobinas de contacto, relés, lámparas, etc.

Módulos de entradas y salidas analógicas

Estos módulos tratan valores dentro de un rango. A estos módulos se conectan captadores y actuadores que sean compatibles con los valores analógicos.

Las entradas analógicas detectan señales continuas en el tiempo por lo que para producir eventos es necesario que estos se produzcan por comparación cuando estos alcanzan valores prefijados en el programa de usuario.

Los estándares de tensión y corriente más usuales son:

1 Tensión:De 0 a 10 VCCDe -10 a +10 VCCDe 2 a 10 VCC

2 Corriente:De 4 a 20 mADe 0 a 20 mADe 1 a 5 mADe 0 a 5 mA

Las salidas analógicas adaptan la señal de salida de acuerdo a los estándares antes indicados sobre los actuadores analógicos conectados a sus bornes.

Para la comunicación entre los módulos analógicos y los actuadores es necesario utilizar un cable apantallado cuyo fin es evitar interferencias y perturbaciones en las señales enviadas. A estas perturbaciones e interferencias se las denomina ruido.

A continuación, se presentan ejemplos de sensores digitales y analógicos:

1 Elementos digitales: sensor de presencia, un relé, un cilindro, una válvula neumática, etc.

2 Elementos analógicos: sensor de temperatura, válvula reguladora de caudal, etc.

Equipos de programación

Son los elementos que permiten la comunicación entre el usuario y el autómata.

Sus funciones principales son:

1 Introducir los programas en la memoria.

2 Editar y modificar programas existentes en la memoria del autómata, bien porque haya que modificar el funcionamiento de algún equipo, o bien porque el funcionamiento no sea el correcto.

3 Detectar anomalías en el formato de programación.

4 Visualizar en tiempo real el estado de las entradas y de las salidas.

Para poder conectar el autómata a un ordenador, existen interfaces de interconexión que permiten utilizar un PC como dispositivo de programación.

PLC

Periféricos

Los periféricos son equipos con posibilidad de conexión al autómata o a la red de comunicación industrial. Su función es la de facilitar al usuario las labores de grabación e impresión de datos. Los periféricos más usuales son:

1 Visualizadores y paneles de operación. Se utilizan para la comunicación hombre - máquina. Tienen como funciones:Modificar parámetros del sistema.Obtener mensajes de alarma.Visualización del estado del proceso.Forzar entradas/salidas.Todos los visualizadores y paneles de operación se conectan directamente al autómata o a una red de autómatas.

Aplicación práctica

En la fábrica de harina de un pueblo, los motores de las cintas transportadoras requieren un cableado complejo y abundante para las funciones de control y fuerza. Recientemente se ha decidido modernizar la fábrica. ¿Cómo se conseguiría un sistema más sencillo y flexible evitando gran cantidad de cableado difícil de adaptar a futuras modificaciones?

SOLUCIÓN

Con la sustitución del circuito cableado por un autómata, el cableado se reduce drásticamente así como el número de elementos necesarios por lo que las labores de mantenimiento de las instalaciones se simplifican enormemente.

Además de esto, la instalación es más flexible a la hora de sufrir modificaciones, ya que esta labor se simplifica muchísimo con un autómata o PLC.

9. Análisis del diagnóstico online de los equipos de control

Cada vez se hace más necesario poder controlar desde puestos remotos el estado de los procesos industriales en tiempo real, monitorizando todas sus variables y comportamiento, así como reducir el cableado que se necesitaría para poder llevarlo a cabo. Un sistema de comunicación industrial es un mecanismo que comparten todos los elementos de la red.

Definición

Comunicación

Es la transferencia de datos entre dos interlocutores, así como la consulta o diagnóstico entre ellos de sus respectivos estados operativos.

Sistema de comunicación

Conjunto de medios físicos y lógicos que permiten el intercambio de información entre entidades.

Medio de transmisión

Soporte empleado para el intercambio de información. Representa el medio físico para la conexión entre entidades de comunicación.

Entidad de comunicación

Dispositivo que interviene en una comunicación:

1 PLC

2 PC

3 Panel de operador/sistema

Red

Conjunto de entidades autónomas interconectadas mediante algún medio de transmisión.

Subred

Conjunto de todos los componentes físicos necesarios para establecer una comunicación junto con el procedimiento para el intercambio de datos.

Protocolo

Conjunto de normas que permiten la comunicación entre las distintas entidades.

Enlace

Conexión lógica entre dos elementos con el fin de poder realizar un servicio de comunicación entre ellos.

Línea

Es el circuito que comunica todos los dispositivos para la automatización industrial. En industria se utiliza una línea llamada bus de comunicación industrial que consiste en un sistema de comunicación formado por un circuito con un número de hilos muy reducido.

9.1. Redes industriales

Las redes industriales permiten la comunicación entre los diferentes equipos que componen un sistema automatizado tales como robots, autómatas, máquinas de control numérico y PC.

Existen varios niveles en las redes industriales:

1 Nivel bus de campo: es el nivel más próximo al proceso e integra pequeños automatismos como autómatas compactos, controladores PID, equipos de medida, etc.

2 Nivel LAN: es un nivel superior al anterior y está formado por autómatas de gama alta y ordenadores para el control.

3 Nivel LAN/WAN: es el nivel más próximo al área de gestión que integra los niveles anteriores y está formado por ordenadores y redes de ordenadores.

9.2. Buses de comunicación industrial

Un bus es un sistema de comunicación industrial formado por un circuito con un número de hilos muy reducido que permite comunicar varios dispositivos entre sí. El bus de campo constituye el nivel más simple y próximo al proceso.

Entre los sistemas de bus utilizados por la industrial, los que más destacan son los que se describen a continuación.

Profibus

Este tipo de red industrial se creó para comunicar dispositivos electrónicos como autómatas, sensores, actuadores, independientemente de quién los haya fabricado. Esta red de carácter universal permite el intercambio de datos entre los dispositivos que comunica de forma rápida y eficiente.

Este sistema de comunicación industrial se caracteriza porque trabaja de manera maestro - esclavo, donde el maestro es un autómata programable encargado de iniciar la comunicación en la red, enviar mensajes sin necesidad de una petición externa, y recibir los datos de los módulos de E/S de los diferentes esclavos para procesarlos, mientras que el esclavo solo puede acatar las órdenes que le envía su maestro y enviarle los mensajes que este le requiera.

Bus AS-i

Se instala en el nivel más bajo en un sistema de automatización y es el encargado de unir los captadores y actuadores con los elementos de control utilizando un solo cable de dos hilos.

El bus AS-i tiene los siguientes elementos:

1 El cable: consistente en dos hilos sin apantallar. Dispone de un sistema de seguridad que impide errores de polaridad a la hora de conectar los diferentes dispositivos.

2 El módulo AS-i esclavo: conecta los sensores y actuadores al sistema de comunicación.

3 Módulos maestros: procesan toda la información del bus, recibiendo todos los datos de los módulos de E/S de los diferentes esclavos, iniciando la comunicación en la red y enviando mensajes sin necesidad de una petición externa En una red AS-i solo puede haber un maestro.

4 Fuente de alimentación: suministra la energía que necesitan los diferentes esclavos conectados al bus.

5 Programadora de direcciones: permite programar las instrucciones de operación de los diferentes esclavos que intervienen en la red AS-i.

Existen dos tipos de esclavos:

1 Módulos de usuario: son los dispositivos necesarios para la conexión de las entradas y salidas de actuadores y sensores estándar.

2 Actuadores/sensores AS-i: están capacitados para conectarse directamente al bus.

Actividades

22. ¿Qué se utiliza en el nivel más bajo del automatismo para unir captadores y actuadores con los elementos de control?

Ethernet industrial (IE)

Industrial Ethernet (IE) es una red de comunicación que utiliza protocolos de Ethernet estándar para la automatización o control de procesos.

Un sistema de comunicación que usa fibra de Ethernet es muy robusto y evita daños en los equipos que tienen que trabajar en ambientes hostiles reduciendo los problemas ocasionados por el ruido eléctrico y proporcionándoles además aislamiento eléctrico.

9.3. Sistemas de supervisión de procesos

Las actuales exigencias de los procesos productivos hacen necesaria la necesidad de supervisar los procesos sin necesidad de recurrir a voluminosas salas de control, para lo que es necesaria la monitorización del proceso.

Gracias a la monitorización se pueden detectar de forma sencilla situaciones anómalas gracias a la adquisición y registro de datos llevados a cabo en tiempo real mediante:

1 Conexión directa al bus del ordenador: para lo que se necesita software específico y drivers.

2 Buses de instrumentación: son instrumentos externos unidos al ordenador mediante una interfaz de comunicación.

3 Comunicaciones serie: autómatas programables, controladores autónomos y buses de campo.

Definición

Monitorización

Consiste en dotar al operario de mecanismos de control y supervisión del proceso a través de un panel de visualización que permita tanto la interacción entre operario y proceso de forma amigable como el registro de su evolución (históricos).

Para poder monitorizar el proceso, es necesario representarlo mediante:

1 Interfaz hombre – máquina: representación visual de la información y su interactividad.

2 Creación de sinópticos: pantallas donde se distingan botones, menús, etc.

3 Representación del proceso según la distribución física de la planta.

4 Información numérica sobre los elementos que la componen.

5 Uso racional de los colores e intermitencias.

Al monitorizar un proceso se pueden obtener gráficas que permitan tener una interpretación visual de la información a través de la evolución temporal de las variables, así como obtener históricos y bases de datos que permitan almacenar las medidas del proceso para su posterior análisis.

Alarmas

El objetivo de las alarmas es poner al operario sobre aviso. Una vez que una alarma se genera, se visualiza, se registra y se le pone fecha, lo que permite un seguimiento y registro temporal de las mismas.

Supervisión

Es el conjunto de acciones que se llevan a cabo para asegurar el correcto funcionamiento de los equipos incluso en situaciones anómalas.

Un sistema de supervisión está encargado de:

1 Registrar la evolución del proceso detectando las desviaciones sufridas por los parámetros de las variables.

2 Analizar dichas desviaciones de parámetros averiguando cuál fue el motivo (diagnóstico).

3 Resolver algunas situaciones anómalas o conflictivas desde el propio panel de operador.

4 Tomar las medidas necesarias para que esas situaciones no se vuelvan a producir.

Sabía que...

Con un sistema de supervisión de procesos se puede tener visualización en tiempo real de todo lo que ocurre en el proceso desde la pantalla de un PC.

Paneles de operador

En la actualidad, las plantas industriales disponen de interfaz de comunicación entre el operario y la máquina que permiten controlar en todo momento su estado y además, permiten emitir órdenes a la misma en función de sus necesidades. Los elementos que se utilizan para poder llevar a cabo este tipo de comunicación son los paneles de operador.

Estos paneles permiten obtener y visualizar todo tipo de información sobre las condiciones de un proceso. Permiten visualizar y controlar en todo momento cualquier elemento que componga el proceso como pulsadores, alarmas, valores de temperatura, velocidad, presión, gráficas, mensajes de texto, alarmas, etc., además, en función de dicha información, permiten al usuario realizar modificaciones en los parámetros manejados por el PLC, tales como los valores de temporizadores y contadores, puestas en marcha y parada de motores y electroválvulas, etc.

Estos paneles están conectados usualmente al PLC aunque también tienen salidas a impresoras, permiten las conexiones de varios paneles en red, permiten la conexión a buses de datos, memorias flash, etc.

Es necesario disponer de un software adecuado para la programación y configuración de un panel de control y debe reunir las siguientes características:

1 Su entorno gráfico debe estar basado en Windows.

2 Debe disponer de un amplio abanico de barras de herramientas.

3 Debe contener una amplia biblioteca de objetos parametrizados y elementos preconfigurados para avisos y alarmas entre otros.

4 Debe permitir la simulación del proceso en un PC.

Las pantallas de visualización pueden ir desde displays alfanuméricos hasta representaciones exactas del proceso en pantalla con la utilización de SCADAS.

SCADA

Un SCADA es un sistema de control y visualización de procesos basado en el PC utilizando tarjetas de adquisición de datos.

Estos sistemas de control tienen las siguientes ventajas:

1 Los datos se procesan

2 El proceso se visualiza en pantalla

3 Permiten el trabajo en red

SCADA proviene de las siguientes siglas, Supervisory, Control And Data Acquisition. Este software de control se comunica con los dispositivos de campo y controla el proceso de forma automática proporcionando toda la información acerca de su estado en cada momento y en tiempo real desde la pantalla del ordenador.

Ejemplo de un SCADA

Las funciones principales de un SCADA son:

1 Adquisición y almacenamiento de datos: recoge, procesa y almacena toda la información recibida del proceso.

2 Supervisión: permite observar desde un monitor la evolución de todas las variables de control.

3 Control: permite modificar la evolución de un proceso, actuando sobre las consignas, alarmas, menús, etc., o directamente sobre el proceso.

4 Transmisión de datos: permite la transmisión de datos con dispositivos de campo y con otros PC.

5 Base de datos: permite la gestión de los datos recogidos.

6 Presentación: permite la representación gráfica y animada de las variables del proceso.

7 Explotación: esta función es muy útil para la gestión de calidad, producción y la gestión administrativa y financiera.

Un SCADA debe ofrecer las siguientes prestaciones:

1 Creación de paneles de alarma: estos paneles exigen la presencia de un operario, para así poder recoger y registrar las diferentes incidencias que se produzcan en la planta.

2 Generación de históricos.

3 Ejecución de programas.

4 Posibilidad de programación numérica.

Los objetivos que debe cumplir un SCADA son principalmente:

1 Un SCADA tiene que tener una arquitectura abierta y flexible para poder crecer y adaptarse a las necesidades que en cada momento pueda tener la planta.

2 Debe permitir la comunicación entre el usuario y la planta de forma sencilla.

3 Los SCADA deben ser programas que se puedan instalar de forma sencilla, fáciles de utilizar, deben tener interfaces amigables con el usuario, así como tener pocas exigencias respecto al hardware requerido.

Sabía que...

Los paneles de operador pueden ser desde un simple visualizador de mensajes con una serie de avisadores hasta una representación fiel y completa de toda la planta automatizada como ocurre con los sistemas SCADA.

Un software SCADA debe incluir los siguientes módulos o bloques:

1 Módulo de configuración: permite al usuario diseñar el entorno de trabajo, adaptándolo a sus necesidades.

2 Interfaz gráfico del operador: proporciona al operador una representación de la planta o proceso permitiéndole realizar diversas funciones de control y supervisión sobre el mismo.

Ejemplo Interfaz gráfico SCADA

1 Módulo de proceso: ejecuta las acciones de mando a partir de los valores de las variables.

2 Módulo de gestión y archivo de datos: es el que se encarga de almacenar y procesar de forma ordenada los datos, permitiendo que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos.

3 Módulo de comunicaciones: se encarga de la transferencia de información desde la planta, el SCADA y el resto de los elementos informáticos de gestión.

Un SCADA está formado por el siguiente hardware:

1 Un ordenador central

2 Varios ordenadores remotos

3 Una red de comunicación

4 Instrumentación de campo

Las tendencias actuales van hacia:

1 Sistemas operativos como:WindowsUNIXWindows CE

2 Lenguajes de programación como:� VBAC++

3 Otras como internet.

Actividades

23. Indique tres ventajas que supongan la implementación de un sistema SCADA en una instalación automática.