Sistema de monitoreo y alerta de modos de fallas basado en el pronóstico y evaluación de la salud de los sistemas de acondicionamiento del Laboratorio de Biotecnología del Tecnológico de Costa Rica sede Central

Abstract

El presente proyecto propone diseñar un sistema de monitoreo y alerta de modos de fallas basado en el pronóstico y evaluación de la salud de los diferentes sistemas de climatización del Laboratorio de Biotecnología del Instituto Tecnológico de Costa Rica. Cuando se desconoce el estado actual de los sistemas, muchas investigaciones, trabajos y materiales críticos del laboratorio se ven expuestos a malos funcionamientos sin ser detectados con anticipación, lo que compromete las funciones principales del centro de investigación. Además, el Departamento de Administración de Mantenimiento se ve en la obligación de subcontratar a otra empresa para realizar ciertos mantenimientos correctivos que se podrían ahorrar al tener monitoreados los sistemas. Realizando el Análisis de Criticidad, se establecieron los sistemas de acondicionamiento ambiental que requieren de mayor control en el recinto, siendo estos: cinco unidades de aire acondicionado, un sistema de refrigeración y otro de inyección – extracción de aire. Con el Análisis de Modos de Falla y Efectos (AMFE), se examinaron estos sistemas de climatización para así definir los parámetros que requieren de un monitoreo constante. Dichas variables son las que, posteriormente, se tomarán en cuenta para diseñar el sistema de monitoreo a cada sistema por separado. Posteriormente, con el software LabVIEW, se desarrolló el sistema de monitoreo para los diferentes equipos, capaz de emitir alarmas ante cualquier comportamiento anormal y enviar notificaciones a las partes interesadas. Conforme los datos se reflejan en la interfaz del programa, la información va siendo almacenada para su posterior análisis con ayuda de otras herramientas computacionales. Después, se realizó una simulación de la Vida Útil Remanente (RUL) con una red neuronal de tipo MLP para un filtro de aire mediante comportamientos teóricos y parámetros reales. Esto se llevó a cabo para así demostrar el alcance que tiene un sistema de monitoreo y la importancia del análisis de datos para el mantenimiento predictivo. También, se exploraron otros algoritmos capaces de predecir resultados con mayor exactitud, dejando abierta la oportunidad de profundizar más en el tema de la ciencia de los datos y la información. Finalmente, mediante estimaciones de las pérdidas económicas ocasionadas por los mantenimientos correctivos que se pueden detectar con antelación implementando el sistema de monitoreo, se utiliza el indicador financiero del Costo Anual Uniforme Equivalente (CAUE) para comparar el caso actual contra la implementación del proyecto a los sistemas de climatización antes definidos. Se estiman ahorros de hasta tres millones de colones anuales para las unidades de aire acondicionado y dos punto cinco millones de colones para el sistema de refrigeración.

This project proposes the design of a monitoring and fault detection system based on the prognostic and health evaluation of the different air conditioning systems, located in the Biotechnology Laboratory of the Technological Institute of Costa Rica. Ignoring the health state of these systems, lots of ongoing research, academic experiments and crucial materials are exposed to sudden failures, which compromise the main functions of this research center. Furthermore, the Maintenance Department must pay out source services for corrective maintenance that could be prevented with the implementation of a monitoring system. After the Critical Analysis of the systems, it was established that the environmental air condition systems that require most control in the premises are five air conditioning units, a refrigeration and a ventilation system. With the Failure Modes and Effects Analysis, every system was examined to establish the monitoring parameters that should be controlled constantly. These variables are the ones that would be taken into account to design the monitoring system for each system. Later, with the LabVIEW software, the monitoring system was developed for all the climatization units, being capable of warning about any abnormal behavior and notify the stakeholders about actual situation. As data is shown in the program´s interface, the information is being collected and stored for further studies with different computer tools. Then, the simulation of the Remaining Useful Life (RUL) was proposed with an MLP Neural Network for an air filter, based on theorical behaviors and real parameters. The purpose of this section is to demonstrate the scope that a monitoring system can reach, and also, the value of the data science in the Predictive Maintenance field. Also, different, and more powerful algorithms were tested to predict values with more precision, opening the opportunity to further explore on the topic of data and information science. Finally, after estimating the economic losses caused by the corrective maintenance operations, which can be detected in advance by the monitoring system, Equivalent Annual Cost is used to compare the current case against the implementation of the project. It is estimated that around three million colones can be saved installing the monitoring unit on the five air conditioning systems and two point five million colones in the refrigeration system.