Análisis de fallas eléctricas en sistemas electrónicos

Resúmen. Los sistemas electrónicos están propensos a sufrir fallas eléctricas, principalmente por vibraciones, movimientos mecánicos inadecuados, uso de componentes incorrectos y diseño y procesos de fabricación. Esto tiene un efecto negativo en los recursos monetarios de las empresas que en ocaciones generan pérdidas económicas.

Introducción.

Las máquinas y equipos industriales están formados por dispositivos electrónicos colocados en circuitos impresos, también llamadas tarjetas electrónicas. El tiempo de vida de los componentes es de acuerdo al material y su aplicación, solo que en ocaciones, la durabilidad disminuye por la exposición a agentes contaminantes y meteorológicos principalmente alta temperatura y humedad, el diseño ingenieril, los métodos de fabricación incorrectos en los procesos de producción, movimientos mecánicos inadecuados por mala instalación de las máquinas y equipos utilizados en manufactura.

Componentes y tarjetas electrónicas.

Los circuitos impresos de tipo electrónico, es donde se unen los dispositivos de acuerdo a las funciones que realizan por separado ciertas secciones y en conjunto para elaborar la operación completa del sistema electrónico. Existe una gran variedad de componentes electrónicos, que son clasificados de acuerdo al tipo de señal (análoga o digital), potencia (alta y baja), velocidad (alta y baja) y tipos de onda (senoidal, triangular, cuadrada o lineal). Una tarjeta electrónica en buenas condiciones posee alta durabilidad (figura 1).

Figura 1. Tarjeta electrónica que realiza el almacenamiento de datos de una máquina industrial que está en buen estado.

Aquí se muestran diversos tipos de dispositivos electrónicos como capacitores, circuitos integrados, diodos, resistencias y un transformador con sus conexiones, que en conjunto realizan la función de almacenamiento en un verificador de precios. Una tarjeta defectuosa puede presentar fallas eléctricas en ciertos periodos o constantemente e impide operar adecuadamente (figura 2). En las uniones de los sistemas electrónicos se presenta una resistencia que hace disminuir la capacidad de las máquinas industriales, al producirse fallas eléctricas.

Figura 2. Sección de una tarjeta electrónica de control que regula el ajuste de velocidad de un motor de una banda en producción que está defectuosa.

Correlación del clima con fallas eléctricas.

La generación de fallas eléctricas puede presentarse en las uniones de conexiones eléctricas de las máquinas si la humedad sobrepasa el 50% y a niveles de temperatura mayores a los 30°C en el ambiente exterior. Mexicali es una ciudad que tanto en invierno como en verano, los índices de esta variable climática en ciertos horarios pueden ser mayores al 50% y en ocasiones estar cerca del 100% y a partir de abril a septiembre, los niveles de temperatura en ciertas ocasiones, sobrepasa los 30°C. Es por eso, que se desarrolla un proyecto de análisis de fallas en empresas de la región, realizando evaluaciones del comportamiento de la humedad relativa, temperatura y fallas eléctricas de máquinas industriales (figura 3). Aquí se observa como las fallas eléctricas tienen una tendencia similar al comportamiento del clima. Según la Asociación de Maquiladoras de Mexicali (AMAC), en la ciudad y su valle están instaladas cerca de 150 maquiladoras, de las cuales el 70% son del ramo electrónico y el resto tiene equipos y máquinas con tarjetas electrónicas.

Figura 3. Relación del clima con fallas eléctricas en la empresa Nissin Co.

Técnicas de análisis de fallas.

Desde que se empezaron a fabricar máquinas electrónicas para actividades industriales, se han presentado fallas eléctricas, disminuyendo la capacidad en la producción. Se han desarrollado diversos métodos y técnicas para agilizar el proceso de reparación de las máquinas. Existen diversos métodos de evaluación considerando que los mejores son en los cuales se realizan el menor tiempo, para evitar tiempos muertos de las máquinas y equipos electrónicos utilizados en la industria. En el pasado los análisis de fallas eláctricas se hacían con instrumentos de medición manuales y de aguja, también llamados análogos. En la actualidad los equipos de medición como el SEM, Rayos X y monocromáicos en la mayor parte de los procesos, monitorean automáticamente a las máquinas y realizan un autoajuste.

Metodología AFEM para análisis de fallas.

Localizar una falla eléctrica en tarjetas electrónicas con numerosos dispositivos tiene su grado de complejidad y es tardado. Es por eso que se desarrolla una metodología denominada AFEM (Análisis de Fallas Eléctricas de tipo Matricial), con la matriz VEGAM (Ver-Guiar-Aprender-Mejorar). Esta metodología se aplica por medio de un proyecto de investigación para la evaluación de tarjetas electrónicas defectuosas de máquinas industriales de empresas de la región, considerando tres aspectos importantes: (1) análisis de fallas eléctricas, (2) evaluación de materiales usados en componentes y circuitos impresos electrónicos y (3) análisis de mantenimiento predictivo por medio de software estadístico. Se diseñó y se está desarrollando un sistema verificador de tarjetas electrónicos en base a esta metodología.

Con la evaluación de matrices que es de la rama de las matemáticas, se realizan análisis numéricos y de agrupamiento de diversas áreas, entre ellas la electrónica (figura 4). En base a ésta técnica se diseña y desarrolla la metodología AFEM, para la evaluación de fallas eléctricas en tarjetas electrónicas, agrupando por secciones los dispositivos que integran a la tarjeta. Dicha metodología se aplica de la siguiente manera:

1. Se ubica la localización de los componentes electrónicos de la tarjeta en base a una matriz que consiste de 3 X 3 secciones siendo 9 en total. Para esto se elabora la matriz con al menos tres componentes en cada sección.

2. La localización seccional es para conocer el funcionamiento de los principales dispositivos electrónicos y con ello saber el funcionamiento global al menos a un 80% de la tarjeta. Esto es para identificar las posibles fallas de conductividad por corrosión.

3. Se desarrollan cinco matrices: (1) fotografía o dibujo de la tarjeta electrónica, (2) identificación de componentes, (3) inspección visual, (4) inspección de continuidad eléctrica e (5) inspección de prueba eléctrica.

Conclusiones.

Los métodos de análisis de fallas que son fáciles y rápidos de realizar, son muy utilizados por especialistas de reparación de sistemas y equipos electrónicos. Los empresarios siempre buscan reducir los tiempos muertos de las máquinas industriales y obtener mejores rendimiento de estas. Al utilizar la metodología AFEM con la matriz VEGAM, se puede eficientar la prueba eléctrica y con ello ahorrar tiempo. En la matriz se evaluan tres puntos principales por la parte superior e inferior de los circuitos impresos electrónicos, aun cuando se pueden considerar otros puntos importantes en cada sección de la tarjeta electrónica.