GUÍA  TÉCNICA: Métodos cualitativos para el análisis de riesgos 

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3 MÉTODOS PARA LA EVALUACIÓN CUALITATIVA DE FRECUENCIAS DE OCURRENCIA                                                                                                                         

MÉTODOS PARA LA EVALUACIÓN CUALITATIVA DE FRECUENCIAS DE OCURRENCIA

Introducción

Índices de frecuencias

Árboles de fallos

Descripción

Ámbito de aplicación

Recursos necesarios

Soportes informáticos

Ventajas/Inconvenientes

  Ejemplos

Árboles de sucesos

Análisis Causa-Consecuencias

Resumen

3.3 ARBOLES DE FALLOS

3.3.1 Descripción

La técnica del árbol de fallos nació en 1962 con su primera aplicación a la verificación de la fiabilidad de diseño del cohete Minuteman. Posteriormente ha sido aplicada sobre todo inicialmente en el campo nuclear y posteriormente en el campo químico, en estudios como el de Rijmond. Los árboles de fallos constituyen una técnica ampliamente utilizada en los análisis de riesgos debido a que proporcionan resultados tanto cualitativos como cuantitativos. En este apartado se describe únicamente la técnica en su aplicación cualitativa.

Esta técnica consiste en un proceso deductivo basado en las leyes del Algebra de Boole, que permite determinar la expresión de sucesos complejos estudiados en función de los fallos básicos de los elementos que intervienen en él. De esta manera, se puede apreciar de forma cualitativa, qué sucesos son menos probables porque requieren la ocurrencia simultánea de numerosas causas.

Consiste en descomponer sistemáticamente un suceso complejo denominado suceso TOP en sucesos intermedios hasta llegar a sucesos básicos.

Suceso TOP: Ocupa la parte superior de la estructura lógica que representa el árbol de fallos. Es el suceso complejo que se representa mediante un rectángulo. Tiene que estar claramente definido (condiciones,...

Sucesos intermedios: Son los sucesos intermedios que son encontrados en el proceso de descomposición y que a su vez pueden ser de nuevo descompuestos. Se representan en el árbol de fallos en rectángulos.

Sucesos básicos: Son los sucesos terminales de la descomposición. Pueden representar cualquier tipo de suceso: sucesos de «fallos», error humano.... o sucesos de «éxito»: ocurrencia de un evento determinado. Se representan en círculos en la estructura del árbol.

En el proceso de descomposición del árbol se recurre a una serie de puertas lógicas que representan los operadores del álgebra de sucesos. Los dos tipos más elementales corresponden a las puertas AND y OR cuyos símbolos se indican a continuación. La puerta OR se utiliza para indicar un «0» lógico: significa que la salida lógica S ocurrirá siempre y cuando ocurran por lo menos una de las dos entradas lógicas e1 o e2.

La puerta AND se utiliza para indicar un «Y» lógico. Para que ocurra la salida lógica S es necesario que ocurran conjuntamente las dos entradas lógicas e1 y e2.

AND                     OR

Se suelen numerar las puertas del árbol para facilitar su identificación. En la tabla 3.3 extracto del Fault Tree Handbook, 1987 se indican otros tipos de puertas lógicas (menos utilizados) y su simbología.

Sucesos no desarrollados. Existen sucesos en el proceso de descomposición del árbol de fallos cuyo proceso de descomposición no se prosigue, bien por falta de información, bien porque no se considera necesario. Se representan mediante un rombo y se tratan como sucesos básicos.

En la técnica del árbol de fallos cabe destacar dos fases bien diferenciadas: la primera consiste en la elaboración del árbol y la segunda en el análisis de los resultados y en su tratamiento.

TABLA 3.3 SIMBOLOGIA DEL ARBOL DE FALLOS

Elaboración del árbol de fallos

En esta fase se integran todos los conocimientos sobre el funcionamiento y operación de la instalación con respecto del suceso estudiado.

El primer paso consiste en identificar el suceso «no deseado» o suceso TOP que ocupará la cúspide de la estructura gráfica representativa del árbol. De la definición clara y precisa del TOP depende todo el desarrollo del árbol.

Con este TOP se establecen de forma sistemática todas las causas inmediatas que contribuyen a su ocurrencia definiendo así los sucesos intermedios unidos a través de las puertas lógicas. El proceso de descomposición de un suceso intermedio se repite sucesivas veces hasta llegar a los sucesos básicos o componentes del árbol.

Tratamiento cualitativo del árbol de fallos

Para ello se reduce la lógica del árbol hasta obtener las combinaciones mínimas de sucesos primarios cuya ocurrencia simultánea garantiza la ocurrencia del propio TOP. Cada una de estas combinaciones, también llamadas conjunto mínimo de fallo (minimal cut-set en la nomenclatura anglosajona), corresponde a la intersección lógica (en Algebra de Boole) de varios sucesos elementales.

Se obtendrá, por tanto, una lista de los conjuntos mínimos de fallos del siguiente tipo:

 

Conjunto mínimo

fallos número

Orden

Composición

 

 

 

 

 

   

 

En la primera columna se indicará el número de conjuntos mínimos de un orden determinado. Se define como orden de un componente el número de elementos que en él figuran. Por último, la tercera columna describirá la composición de los conjuntos mínimos.

Del estudio y análisis de esta tabla se podrán sacar las conclusiones cualitativas sobre la importancia de cada suceso.

En un estudio cualitativo también se puede llevar a cabo un análisis de importancia que consiste en determinar los elementos más relevantes en la estructura, en este caso independientemente de la probabilidad que pudieran tener.

En este caso el análisis consiste en asignar a todos los componentes una tasa constante igual para todos a 0,5 y calcular la medida de importancia de Fusell Vesely definida como:

Medida de importancia de Fusell-Vesely: Se define el factor de importancia de Fusell-Vesely respecto de un componente C como el cociente entre la suma de las probabilidades de todos los conjuntos mínimos que contienen a este componente y la probabilidad total (o suma de las probabilidades de todos los conjuntos mínimos). Su expresión es:

donde:

C es el componente respecto del cual se calcula la medida de importancia

Ci es uno de los N conjuntos mínimos de fallos del sistema

p(Ci) es su probabilidad

CCi representa que el componente C es uno de los componentes del conjunto mínimo de fallos Ci.

Este factor tiene en cuenta el número de conjuntos mínimos de fallos en que aparece un componente (frecuencia de aparición en el árbol) y los componentes a los cuales va asociado.

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