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Reliability Lab

Optimización de mantenimiento preventivo

Tres modelos para fijar intervalos con números en lugar de costumbre. Cuándo reemplazar un componente que se desgasta, cada cuánto probar una protección y cada cuánto inspeccionar un modo de falla que da aviso.

Módulo
LAB-03
Modelo
Reemplazo por edad, búsqueda de fallas con duración de prueba y error humano, inspección con detección imperfecta
Cálculo
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Parámetros

Preparando la simulación…

Para qué sirve

Cada modelo corresponde a una de las tareas de la lógica de decisión de RCM:

Modelo Tarea RCM Pregunta
Reemplazo por edad Sustitución o restauración programada ¿A qué edad conviene reemplazar un componente con desgaste?
Búsqueda de fallas Prueba funcional de una función oculta ¿Cada cuánto probar una protección para que el riesgo sea tolerable?
Inspección Tarea a condición ¿Cada cuánto inspeccionar si la técnica no detecta todas las veces?

Reemplazo por edad

Si un componente se reemplaza al fallar o al llegar a la edad TT, lo que ocurra primero, el costo esperado por unidad de tiempo de operación es:

C(T)=Cp R(T)+Cf F(T)∫0TR(t) dtC(T) = \frac{C_p\,R(T) + C_f\,F(T)}{\int_0^T R(t)\,dt}

con CpC_p el costo del reemplazo programado, CfC_f el de la falla y R(t)R(t) la confiabilidad de Weibull. El criterio de disponibilidad usa las duraciones de las paradas en lugar de los costos:

U(T)=tp R(T)+tf F(T)∫0TR(t) dt+tp R(T)+tf F(T)U(T) = \frac{t_p\,R(T) + t_f\,F(T)}{\int_0^T R(t)\,dt + t_p\,R(T) + t_f\,F(T)}

Solo existe una edad óptima si β > 1 y si la falla cuesta (o detiene) más que el reemplazo programado.

Ejemplo precargado. Rodamientos de bomba con β = 2,31 y η = 15 180 h, reemplazo programado de 1500 USD y 6 h de parada, falla de 18 000 USD y 30 h de parada:

Criterio Edad óptima Resultado Operar hasta la falla
Costo 4805 h 0,556 USD/h (−58 %) 1,338 USD/h
Disponibilidad 7505 h 99,855 % 99,777 %

Las dos edades no coinciden porque la falla es doce veces más cara que el reemplazo, pero detiene solo cinco veces más. Si lo que domina es la producción, el reemplazo puede espaciarse. La curva de costo es plana cerca del mínimo: reemplazar un 30 % antes o un 30 % después encarece apenas un 7,9 % y un 4,4 %. El intervalo se puede ajustar a las paradas ya programadas sin perder casi nada.

Búsqueda de fallas

Una protección con fallas ocultas de tasa constante λ\lambda, probada cada TT, tiene una indisponibilidad media:

U(T)=1−1−e−λTλT+τT+pe  ≈  λT2+τT+peU(T) = 1 - \frac{1 - e^{-\lambda T}}{\lambda T} + \frac{\tau}{T} + p_e \;\approx\; \frac{\lambda T}{2} + \frac{\tau}{T} + p_e

El primer término es la probabilidad de que la falla oculta ya haya ocurrido; el segundo, la fracción del tiempo en que la protección está anulada durante la prueba, de duración τ\tau; el tercero, la probabilidad pep_e de dejarla fallada al terminar (un puente olvidado, una válvula cerrada). La indisponibilidad tolerable sale del criterio de riesgo:

Utol=ffalla muˊltiple tolerablefdemandaU_{tol} = \frac{f_{\text{falla múltiple tolerable}}}{f_{\text{demanda}}}

Sin τ\tau ni pep_e, resolver λT/2=Utol\lambda T/2 = U_{tol} da la regla clásica de RCM, FFI=2 Utol MTBF\text{FFI} = 2\,U_{tol}\,\text{MTBF}. Con τ>0\tau > 0, probar más seguido deja de mejorar a partir de T∗≈2τ/λT^* \approx \sqrt{2\tau/\lambda}.

Ejemplo precargado. Presostato de muy alta presión con MTBF de fallas ocultas de 30 años, demanda de 0,2 por año y falla múltiple tolerable de una cada mil años (UtolU_{tol} = 0,5 %), prueba de 2 h con la protección anulada y 0,1 % de probabilidad de dejarla fallada:

Resultado Valor
Regla RCM, 2·U·MTBF 3,6 meses
Intervalo máximo que cumple el criterio 1,8 meses
Intervalo de mínima indisponibilidad 1,4 meses (U = 0,49 %)
Intervalo actual de 12 meses U = 1,8 %, falla múltiple 3,5 veces la tolerable

La duración de la prueba y el error humano consumen casi todo el margen: el intervalo admisible es la mitad del que da la regla simple, y la mejor indisponibilidad posible (0,49 %) apenas cumple el 0,5 % tolerable. Una protección así está en el límite: conviene reducir el tiempo de anulación, mejorar el procedimiento o agregar redundancia, más que ajustar el intervalo.

Inspección con detección imperfecta

La regla T≤min⁡(PF/2,  PF−tr)T \le \min(PF/2,\; PF - t_r) de la curva P-F supone que la inspección detecta la falla potencial siempre que ya es detectable. Si cada inspección detecta con probabilidad pp, la ventana útil es w=PF−trw = PF - t_r y las inspecciones caen al azar respecto del inicio de la falla:

Pd(T)=1−[(1−ϕ) (1−p)k+ϕ (1−p)k+1]k=⌊wT⌋,  ϕ=wT−kP_d(T) = 1 - \left[(1-\phi)\,(1-p)^{k} + \phi\,(1-p)^{k+1}\right] \qquad k = \left\lfloor \frac{w}{T} \right\rfloor,\; \phi = \frac{w}{T} - k

Con λ\lambda fallas potenciales por año, el costo anual es:

C(T)=365T ci+λ[Pd cpl+(1−Pd) cf]C(T) = \frac{365}{T}\,c_i + \lambda\left[P_d\,c_{pl} + (1 - P_d)\,c_f\right]

Ejemplo precargado. Ruta de vibraciones en bombas: 2 fallas potenciales por año, P-F de 60 días, 14 días para planificar y ejecutar, 80 % de probabilidad de detección por medición, 120 USD por inspección, 4000 USD la reparación planificada y 30 000 USD la falla funcional:

Política Intervalo Detección a tiempo Costo anual
Sin inspección — 0 % 60 000 USD
Regla P-F 30 días 88,5 % 15 423 USD
Mínimo costo 15,3 días 99,2 % 11 273 USD

Con detección imperfecta, inspeccionar con la mitad del intervalo de la regla compensa la técnica y baja el costo un 27 %. El valor de pp sale de la experiencia: fallas que la ruta detectó frente a fallas que se escaparon.

Supuestos y límites

  • Reemplazo por edad: el reemplazo y la reparación dejan el componente como nuevo, los costos son constantes y no se descuentan en el tiempo.
  • Búsqueda de fallas: fallas ocultas de tasa constante y prueba que revela todas las fallas. Si la prueba cubre solo una parte de los modos de falla, como una prueba de carrera parcial, la parte no cubierta se acumula hasta la prueba completa y debe modelarse aparte.
  • Inspección: intervalo P-F constante, detección independiente entre inspecciones y una sola falla potencial en desarrollo a la vez.

Verificación

Caso de pruebaResultadoReferenciaFuenteEstado
Edad óptima de reemplazo vs. exhaustiva354,574354,5independienteOK
FFI = 2·U·MTBF11definiciónOK
Detección con 3 inspecciones p=0,80,9920,992definiciónOK
Edad óptima por disponibilidad vs. búsqueda exhaustiva416,15416independienteOK
Indisponibilidad de protección vs. serie λT/2 − (λT)²/6 + (λT)³/240,0009993340,000999334desarrollo en serieOK
Intervalo de prueba óptimo ≈ √(2τ/λ)2831,12828,43mínimo de λT/2 + τ/TOK
FFI exacto sin τ ni error humano ≈ 2·U·MTBF2636,82628Moubray (1997)OK
Inspección: intervalo de costo mínimo vs. búsqueda exhaustiva15,333315,33independienteOK

Pruebas ejecutadas en cada compilación del sitio (2026-10-15). Código en tests/models.test.mjs.

Referencias

  1. Barlow, R. E. y Proschan, F. (1965). Mathematical Theory of Reliability. Wiley.
  2. Jardine, A. K. S. y Tsang, A. H. C. (2013). Maintenance, Replacement, and Reliability: Theory and Applications, 2.ª ed. CRC Press.
  3. Moubray, J. (1997). RCM II, 2.ª ed. Industrial Press. Intervalos de búsqueda de fallas.
  4. ISO/TR 12489:2013. Reliability modelling and calculation of safety systems.
  5. Christer, A. H. (1999). Developments in delay time analysis for modelling plant maintenance. Journal of the Operational Research Society, 50(11), 1120–1137.