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¿Qué es la confiabilidad?
La confiabilidad es la probabilidad de que un producto, una máquina, un centro de datos, un instrumento de medición, una fábrica automatizada, una red eléctrica, etc., funcionen de manera correcta durante cierto tiempo y en condiciones de operación normales. Si una máquina no presenta fallas, es confiable. Entre menos fallas presente, más confiable. Podemos decir que la confiabilidad es una medida del funcionamiento continuo y sin fallas en condiciones normales de uso.
Si una persona ha conducido su automóvil para ir a trabajar todos los días durante los últimos dos años y el automóvil no ha presentado fallas en ninguno de estos días, podemos decir que es un automóvil confiable, puesto que existe una alta probabilidad de que funcione bien. Podemos suponer que el conductor ha procurado servicios mecánicos de mantenimiento preventivo y no ha expuesto al automóvil a condiciones de manejo anormales.
Un producto, una máquina, etc., debe funcionar sin fallos durante el tiempo especificado para su vida útil. Si el proveedor de una máquina especifica una vida útil de 10 años, se espera que la máquina funcione correctamente durante ese tiempo, siempre y cuando se cumpla con las condiciones de mantenimiento y uso que el proveedor también haya especificado, es decir, sin forzar su funcionamiento, con el voltaje correcto, etc.
No obstante, es un asunto de probabilidad, la cual se estima con pruebas en condiciones normales de operación. El mantenimiento, preventivo y correctivo, es esencial para garantizar que las instalaciones, equipos y sistemas funcionen de la mejor manera, asegurando la mayor utilización posible de la planta. Al conservar las máquinas en las mejores condiciones, se reduce el riesgo de interrupciones inesperadas y de inactividad.
Las empresas que realizan entregas de última milla dependen del buen funcionamiento de su flota, la falta de mantenimiento se asocia a retrasos o accidentes, los cuales afectan la calidad del servicio, por tal razón los vehículos que integran la flota deben estar en las mejores condiciones para operar, para lo cual es necesario realizar revisión de frenos, cambio de aceite, verificación de neumáticos, etc. De este modo, se reduce el tiempo de inactividad de la flota y los accidentes por fallas mecánicas, aumentando la productividad y protegiendo a los conductores y a los transeúntes. Además, el mantenimiento preventivo reduce los costos asociados con la sustitución de la flota y reparaciones mayores.
Otro ejemplo son los proveedores de energía eléctrica que evitan fallas en el suministro gracias al mantenimiento, una interrupción producirá pérdidas económicas a todas las empresas cuya producción dependa del suministro eléctrico.
Un sistema está integrado por varios componentes, cada uno de ellos cumple una función, contribuyendo al funcionamiento del todo. Si algún componente falla, por la razón que sea, el sistema se ve afectado en su totalidad. Una falla puede interrumpir la operación, dañar otros componentes, provocar errores o poner en riesgo la integridad de las personas. Los componentes son interdependientes. El buen funcionamiento del sistema depende de que cada componente opere correctamente. Las consecuencias de una falla son indeseables: pérdidas económicas, accidentes o baja productividad. La confiabilidad de un sistema depende del buen estado y funcionamiento de cada una de sus partes. Una bicicleta deja de funcionar si la cadena se rompe, sin importar que las otras partes —ruedas, pedales, manubrio, etc.— estén en perfectas condiciones.
Confiabilidad en una serie
Cuando los componentes están conectados uno detrás de otro, se habla de confiabilidad en una serie, en tal caso el correcto funcionamiento del sistema depende de la confiabilidad de cada componente. La confiabilidad del sistema (Cs) se calcula como el producto de la confiabilidad de cada una de sus partes (Cn).
La confiabilidad de un componente no depende de la confiabilidad de los otros componentes. Consideremos un sistema con tres componentes en serie, con una confiabilidad de 0.93 para cada uno de ellos, la confiabilidad del sistema se obtiene multiplicando 0.93 tres veces.
Entre más partes en una serie, más rápido disminuye la confiabilidad del sistema, la probabilidad de que el sistema funcione correctamente disminuye, incluso cuando cada componente tiene una confiabilidad alta. Un sistema tiene una confiabilidad igual a 0.6 cuando está constituido por 10 componentes en serie, cada uno de ellos con una confiabilidad de 0.95. Si la confiabilidad de los componentes fuera 0.99, la confiabilidad del sistema cae a 0.9. En la siguiente gráfica, se observa la disminución de la confiabilidad del sistema dada la confiabilidad de 1, 10, 50, 100 y 400 componentes en serie, los cuales tienen la misma confiabilidad.
Dado que las confiabilidades se presentan como probabilidades, una confiabilidad del 0.93 implica un buen funcionamiento el 93% del tiempo, o que se presentarán fallas el 7% del tiempo (1-0.93=0.07).
Tiempo medio entre fallas
Consideremos que se prueban 10 máquinas, las cuales fueron operadas durante 1000 horas, durante este tiempo se registraron dos máquinas que fallaron, la primera operó durante 100 horas hasta que se presentó la falla, la segunda operó durante 500 horas sin falla. El porcentaje de fallas (%F) se calcula dividiendo el número de fallas (n) entre el número de unidades probadas (N), este cociente se multiplica por 100.
El tiempo de operación (T) se calcula restando el tiempo sin operar (TO) del tiempo total (TT), el tiempo total de operación se determina multiplicando el número de máquinas probadas (10) por el número de horas que duró la prueba (1,000), lo que da un total de 10,000 horas-máquina. El tiempo sin operar se determina considerando el tiempo que operaron las máquinas que fallaron, la primera operó 100 horas, lo que implica que estuvo sin operar 900 horas, del mismo modo se determina que la segunda máquina no operó 500 horas (1000-500=500).
El tiempo de operación es igual a 8,600 horas-máquina. El número de fallas por unidad de tiempo (F) se calcula dividiendo el número de fallas (n) entre el tiempo de operación (T).
Se tienen 0.00023 fallas por hora-máquina. El tiempo medio entre fallas (Tm) se calcula dividiendo 1 entre el número de fallas por unidad de tiempo.
Si una máquina trabaja 6 días a la semana durante 8 horas por día y el año tiene 52 semanas, entonces en 5 años la máquina presentará 2.9 fallas.
Redundancia
La redundancia se vale de componentes de respaldo o rutas paralelas para aumentar la confiabilidad de los sistemas. Al presentarse una falla, es posible recurrir a otro componente o a una ruta paralela.
Confiabilidad con respaldo
Consideremos que un componente y su respaldo tienen una confiabilidad de 0.7, la confiabilidad del sistema (Cs) se calcula multiplicando la confiabilidad del componente de respaldo (Cr) por la probabilidad de falla del componente (Cf) y sumando este producto a la confiabilidad del componente (C1). La redundancia aumenta la confiabilidad del sistema a 0.91.
Confiabilidad con respaldo en paralelo
En este caso, las rutas son independientes, por lo que el sistema funciona en tanto funcione por lo menos una de las rutas. Consideremos un circuito con tres rutas paralelas, cada una de ellas con dos componentes en serie, cada componente con una confiabilidad de 0.8.
Para calcular la confiabilidad del sistema, se determina la confiabilidad de cada una de las rutas (CR).
Luego, la probabilidad de que una ruta falle (P(RF)) se establece restando la probabilidad de que funcione de 1. La probabilidad de que una ruta funcione es igual a su confiabilidad.
La probabilidad de que el sistema falle (P(SF)) se calcula multiplicando las probabilidades de falla en cada una de las rutas.
Por último, la confiabilidad del sistema se calcula restando la probabilidad de que el sistema falle de 1.
Aunque la confiabilidad de cada una de las rutas es 0.64, la redundancia aumenta la confiabilidad del sistema a 0.953.