Fiabilidad en explotación, mantenimiento y eficiencia energética en plantas industriales investigaci by Editorial Científica 3Ciencias

FIABILIDAD EN EXPLOTACIÓN, MANTENIMIENTO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA EN PLANTAS INDUSTRIALES: INVESTIGACIÓN SOBRE SU RELACIÓN TÁCTICA

F. Javier Cárcel Carrasco

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FRANCISCO JAVIER CÁRCEL CARRASCO Dr. Ingeniero Industrial Dr. Ciencias Económicas y Empresariales

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Editorial Área de Innovación y Desarrollo, S.L

Quedan todos los derechos reservados. Esta publicación no puede ser reproducida, distribuida, comunicada públicamente o utilizada, total o parcialmente, sin previa autorización. ÁREA DE INNOVACIÓN Y DESARROLLO, S.L. C/Santa Rosa, 15 - 03802 - ALCOY (ALICANTE) info@3ciencias.com Primera edición: Marzo 2014 ISBN: 978-84-941394-7-5 Nº DE DEPÓSITO LEGAL: A121-2014 Nº Registro: 201414347

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A Fini y a mis hijos Javier y Carlos, por todo su cariño. Ellos son mi mayor patrimonio y orgullo.

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ÍNDICE CAPITULO 1: INTRODUCCIÓN........................................................................... 11 1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 12 1.1. EL MANTENIMIENTO BASADO EN LA EFICIENCIA ENERGÉTICA (MBEE). 15 1.2. ESQUEMA COMPARATIVO DE LAS TÉCNICAS ORGANIZATIVAS DEL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL. ............................................................ 18 1.3. ANÁLISIS DE LOS PRINCIPIOS. ............................................................... 18 CAPITULO 2: SITUACIÓN DEL MANTENIMIENTO................................................. 23 2. SITUACIÓN DEL MANTENIMIENTO. .................................................................. 24 2.1. LOS RECURSOS HUMANOS.................................................................... 24 2.2. LOS COSTES DE MANTENIMIENTO Y SU CONTROL. ............................... 26 2.3. LA GESTIÓN DEL MANTENIMIENTO....................................................... 29 2.4. ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN. .................................................................. 31 2.5. OBJETIVOS A ALCANZAR. ...................................................................... 33 CAPITULO 3: ASPECTOS ESTRATÉGICOS DEL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL RELATIVOS AL FALLO ...................................................................................... 37 3. ASPECTOS ESTRATÉGICOS DEL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL RELATIVOS AL FALLO............................................................................................................... 38 3.1. INTRODUCCIÓN .................................................................................... 38 3.2. LA NATURALEZA DEL MANTENIMIENTO................................................ 38 3.3. EL PROCESO DE FALLO .......................................................................... 40 3.4. LA CADENA DE FALLO ........................................................................... 43 3.5. DISPONIBILIDAD. .................................................................................. 46 3.5.1. Formalización de la disponibilidad. ....................................................... 47 3.5.2. Medición y Conocimiento de la disponibilidad y su coste...................... 49 CAPITULO 4: ASPECTOS TÁCTICOS DEL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL RELATIVOS A LA FIABILIDAD Y LA EFICIENCIA ENERGÉTICA.................................................. 51 4. ASPECTOS TÁCTICOS DEL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL RELATIVOS A LA FIABILIDAD Y LA EFICIENCIA ENERGÉTICA......................................................... 52 4.1. INTRODUCCIÓN. ................................................................................... 52 4.2. LA FUNCIÓN DE MANTENIMIENTO EN LA EMPRESA ............................. 52 4.3. LA ACTIVIDAD DE MANTENIMIENTO. .................................................... 55 4.4. SISTEMAS DE ORGANIZACIÓN DEL MANTENIMIENTO. EL CONOCIMIENTO Y LA EXPERIENCIA EN TPM Y RCM. ............................. 57 4.4.1. Mantenimiento basado en la fiabilidad. ................................................ 57 4.4.2. El mantenimiento productivo total. ...................................................... 59 CAPITULO 5: PRINCIPIOS BÁSICOS PARA EL DESARROLLO DE UN SISTEMA DE MANTENIMIENTO BASADO EN LA FIABILIDAD Y LA EFICIENCIA ENERGÉTICA ....... 63 5. PRINCIPIOS BÁSICOS PARA EL DESARROLLO DE UN SISTEMA DE MANTENIMIENTO BASADO EN LA FIABILIDAD Y LA EFICIENCIA ENERGÉTICA ... 64

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5.1. 5.2. 5.2.1. 5.2.2. 5.2.3. 5.2.4. 5.2.5. 5.2.6. 5.3. 5.4. 5.4.1. 5.5.

PRINCIPIOS Y REFERENCIAS................................................................... 64 MODELO DE MEJORA............................................................................ 66 Introducción. ........................................................................................ 67 Algunas definiciones. ............................................................................ 67 Relación entre la duración y el coste de una actividad. ......................... 70 Método de reducción. .......................................................................... 72 Obtención de los parámetros................................................................ 77 Forma general del modelo lineal........................................................... 80 PARÁMETROS ESTADÍSTICOS DE LA FIABILIDAD. ................................... 84 PARÁMETROS MECÁNICOS DE VERIFICACIÓN. ...................................... 90 La herramienta informática. ................................................................. 90 SUBSISTEMA DE ACCIONES Y RESULTADOS SOBRE EL MANTENIMIENTO (SARM). ................................................................................................ 92

CAPITULO 6: METODOLOGÍA DEL SISTEMA PROPUESTO .................................... 97 6. METODOLOGÍA DEL SISTEMA PROPUESTO. ...................................................... 98 6.1. METODOLOGÍA DE DESARROLLO. ......................................................... 98 6.2. CAMPO DE APLICACIÓN. ..................................................................... 101 6.3. SUBSISTEMA DE DATOS DE MANTENIMIENTO (SDM). ........................ 102 6.3.1. Recogida de datos. ............................................................................. 102 6.3.2. Alcance de las técnicas de inspección o verificación mecánica. ........... 102 6.3.3. Determinación de los componentes críticos. ...................................... 102 6.3.4. Datos Históricos. ................................................................................. 103 6.3.5. Datos técnicos y económicos. ............................................................. 104 6.3.6. Datos energéticos ............................................................................... 105 6.4. SUBSISTEMA DE SOFTWARE DE MANTENIMIENTO (SSM). .................. 105 6.4.1. Gestión de la documentación. ............................................................ 105 6.3.1.1. Anejos Característicos. ........................................................................ 105 6.3.1.2. Diagramas de fallos. ........................................................................... 108 6.3.1.3. Sistema de partes de trabajo. ............................................................. 108 6.3.1.4. Empresas Externas. ............................................................................. 110 6.3.1.5. Planimetría. ........................................................................................ 111 CAPITULO 7: ASPECTOS RELACIONALES ENTRE FIABILIDAD EN LA EXPLOTACIÓN, MANTENIMIENTO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA .................................................. 113 7. ASPECTOS RELACIONALES ENTRE FIABILIDAD EN LA EXPLOTACIÓN, MANTENIMIENTO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA................................................. 114 7.1. INTRODUCCIÓN. ................................................................................. 114 7.2. PROCEDIMIENTO RELACIONAL ENTRE FIABILIDAD EN LA EXPLOTACIÓN, MANTENIMIENTO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA. .................................... 114 7.2.1. Condiciones Sociales y del Conocimiento. ........................................... 115 7.2.2. Diagnostico energético. ...................................................................... 116 7.2.3. Oportunidades de Ahorro Energético y económico............................. 117 7.2.4. Fiabilidad de equipos e instalaciones. ................................................. 118 7.2.5. Técnicas organizativas de mantenimiento. ......................................... 119 7.2.6. Curvas prácticas relacionales. ............................................................. 121

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7.3. 7.3.1. 7.3.2. 7.3.3. 7.3.3.3.1. 7.3.3.3.2. 7.3.3.3.3. 7.3.3.3.4.

EJEMPLOS DE APLICACIÓN DEL SISTEMA PROPUESTO. ....................... 123 Mejora de la eficiencia energética en la instalación de frío industrial.. 123 Mejora de la eficiencia energética por reducción de las pérdidas por efecto joule, por reconfiguración de las redes eléctricas para mejora de la fiabilidad. ........................................................................................ 133 Mejora de la fiabilidad de la instalación eléctrica por reconfiguración de la arquitectura de red. ........................................................................ 139 Metodología ....................................................................................... 141 Hipótesis............................................................................................. 142 Buses de alimentación ........................................................................ 144 Resultados .......................................................................................... 144

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 149 BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................... 151

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CAPITULO 1: INTRODUCCIÓN

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1. INTRODUCCIÓN En la actualidad, la mayoría de las industrias se encuentran inmersas en un proceso para mejorar su competitividad, indispensable para hacer frente a la creciente competencia exterior, la evolución al alza de los costes y unos modelos de gestión demasiado tradicionales. Las empresas se ven obligadas a actuar sobre los factores que afectan a su nivel competitivo. Una variable relevante sobre la que pueden actuar es la eficiencia del proceso productivo, y dentro de ello el consumo energético del equipamiento para conseguir los parámetros deseados. El mantenimiento industrial tiene por objetivo principal conseguir una utilización óptima de los activos productivos de la compañía, manteniéndolos en el estado requerido para una producción eficiente con unos costes mínimos. La importancia de las técnicas de mantenimiento ha crecido constantemente en los últimos años [31-32], ya que el mundo empresarial es consciente de que para ser competitivos es necesario no sólo introducir mejoras e innovaciones en sus productos y procesos productivos, sino que también, la disponibilidad de los equipos ha de ser óptima y esto sólo se consigue mediante un mantenimiento adecuado. Hay que señalar que, además de las grandes empresas, las PYMES también son objeto de la aplicación de las técnicas de mantenimiento, ya que, si bien la implantación de determinados sistemas o técnicas de mantenimiento en una PYME sería inviable o no rentable, una gestión más racional del mantenimiento puede aportar ventajas. Por otro lado, dado que en las PYMES es donde normalmente menos atención se ha prestado, o menos recursos se han destinado, al mantenimiento industrial, la inclusión de cualquier mejora en la gestión de esta función puede tener unos resultados más brillantes, para lo cual es necesario la búsqueda de nuevas tácticas para la mejora de sus funciones tácticas que tiene designadas en la empresa [20-30]. De igual modo ante reconfiguraciones o reingeniería de la industria, cambios de proceso o mejora de la fiabilidad de la factoría se precisa un análisis (Figura 1.1), con objeto de dotar al sistema de mayor operatividad y economía.

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Figura 1.1: Análisis ante la reconfiguración

En cuanto al coste relativo del mantenimiento, existe una visión del mismo como elemento generador de costes y, por tanto, como variable a controlar. En muy pocos casos se relaciona mantenimiento con la posibilidad de mejorar la eficacia del proceso y en prácticamente ninguno se denota la conveniencia de incrementar su presencia [33-38]. En lo referente a la organización del mantenimiento, muchos de los departamentos o secciones de mantenimiento dependen jerárquicamente del director de producción, lo cual hace que las funciones de mantenimiento se restrinjan al corto plazo. Puede mencionarse que dentro de las actividades encomendadas al departamento de mantenimiento, se incluye, en un porcentaje excesivamente bajo, la participación en las decisiones de inversión. En cuanto a la intervención en el diseño de productos y/o manuales de los mismos, la participación es todavía más baja. Aparte de esto, la existencia de más de un 20% de casos donde el personal de mantenimiento no es exclusivo del departamento hace pensar en una escasa organización de estas tareas. Dentro de las técnicas organizativas de mantenimiento industrial, el modelo RCM [1] está basado en la fiabilidad que surge en los años sesenta como respuesta a los problemas en aquel momento planteados: crecientes costes de mantenimiento, bajos niveles de disponibilidad, insatisfactoria efectividad del mantenimiento

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preventivo, etc. Básicamente utiliza los conocimientos y experiencia del personal de mantenimiento y de producción para identificar, a partir de las metas de producción, los requerimientos de mantenimiento de cada unidad operativa, optimizar los rendimientos de esas unidades y alcanzar los resultados esperados. El TPM [2] opera sobre la gestión de los activos físicos, y que entiende como básica la implicación del operario como responsable de la calidad del producto y la fiabilidad operativa. Fue definido por primera vez en 1971, y como Nakayima [2], [3] indicó, el TPM tiene tres significados diferentes: Búsqueda de la eficacia económica, Prevención del mantenimiento a través del “diseño orientado al mantenimiento”, y participación total de los trabajadores mediante el mantenimiento autónomo. El mantenimiento efectivo [4], y más en concreto el basado en el conocimiento MBC [5] es un modelo basado en la gestión del conocimiento y el auto-aprendizaje con objeto de eliminar los esfuerzos innecesarios y poco productivos. Conocimiento basado no sólo en la experiencia existente sobre la base de los datos técnicos de equipos de planta, sino también con los económicos y de organización. El mantenimiento basado en la eficiencia energética MBEE, plantea aunar los esfuerzos de las diversas técnicas (Figura 1.2), con una orientación mixta, incidiendo en la mejora en la fiabilidad en el ahorro energético, aumentando el ciclo de la vida del equipamiento, menores costes de mantenimiento y menor presupuesto energético.

Figura 1.2: Esfuerzos estratégicos del MBEE

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1.1.

EL MANTENIMIENTO BASADO EN LA EFICIENCIA ENERGÉTICA (MBEE).

A partir del análisis de los aspectos tácticos y estratégicos de estos modelos considerados: RCM, TPM y MBC, a la planta industrial, se obtienen las siguientes consideraciones en relación con las carencias y dificultades que se presentan en la gestión de la eficiencia energética. En especial, se considera lo relativo a la energía necesaria en los procesos, el nivel de conocimiento, su repercusión en el ciclo de vida de las máquinas y equipamiento, así como entrar en procesos de reingeniería de planta que redunden en un mayor nivel de fiabilidad con menor consumo energético (Figura 3). En concreto, se puede extraer las siguientes consideraciones que se juzgan relevantes: a)

Relevancia del elemento generador de costes. El factor coste energético afecta a los elementos estratégicos en los sistemas de Gestión del Mantenimiento, pero también a los tácticos y al desempeño. El mantenimiento es observado como un elemento generador de gastos. Al unir la variable “eficiencia energética”, puede variar la visión en los estamentos directivos de la industria, por su relevancia en ahorro económico, mayor durabilidad de los equipos, menores tiempos de amortización, y la componente medioambiental (reducción de las tasas de emisión de CO2). Características de la información: Los datos históricos. Las fuentes de conocimiento estratégico (proceso y cadena de fallo, disponibilidad, energía utilizada, etc. ) y los tácticos (opciones tácticas y sistemas de organización) tienen dos orígenes fundamentales: la experiencia habida en la planta industrial y los planteamientos teóricos[5]. Características de flujos de energía de equipos y procesos. Modelación energética. El análisis de los flujos energéticos utilizados en la planta industrial, es de vital importancia para el análisis de los sistemas de mantenimiento, profundidad en el conocimiento del proceso y concienciación del factor humano de los grupos de mantenimiento. Habría al menos tres flujos fundamentales: 1. Flujo de la energía importada (electricidad, gas, fuel-oil, etc. ). 2. Flujo de energía utilizada en una máquina o proceso aislado. 3. Flujo de energía en un proceso sistémico (proceso o toda la industria). Condiciones de la fiabilidad: los modelos del fallo. Si bien las técnicas de predicción, pronósticos, expectativas, se han aplicado profusamente a través del predictivo, en general los modelos explicativos y en especial los que implican variables de proceso, se actúa principalmente en reducir la componente de fallo con referencia al tiempo de no producción. Es interesante entrar en el estudio con la componente “fiabilidad en la eficiencia energética”[6], entendiéndose como tal la probabilidad de consumir menos energía para un mismo proceso o actuación en el equipo o el sistema para un mismo servicio. Características del conocimiento: la experiencia no registrada. El F. Javier Cárcel Carrasco

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conocimiento basado en la experiencia (tácito) es difícil de extraer y formalizarse, pues es un conocimiento fragmentado. Es por ello imprescindible para un proceso de fiabilidad en la eficiencia energética, aunar toda la información de los propios grupos de trabajo, de las empresas externas que interactúan con la planta industrial, de auditores externos, así como las experiencias debidas en los diversos grupos sectoriales [39-42]. f) Características medioambientales: El respeto al medio ambiente. Los procesos medioambientales tienen gran importancia en la empresa, tanto por exigencias gubernamentales o normativas, siendo un factor estratégico importante en la concepción del proceso. El proceso de mantenimiento debe conjugar esta variable, para consumir la energía necesaria mínima para llevar a cavo con la máxima eficiencia el proceso productivo. g) Aprendizaje y entrenamiento. Los sistemas de organización del mantenimiento promueven con decisión el que la adquisición y transmisión de conocimiento, y su actualización, se consigan de forma eficiente y efectiva a través del entrenamiento, aprendizaje y formación de los recursos humanos, piedra angular, sobre todo del TPM. El conocimiento profundo del ciclo energético utilizado debe introducirse en este entrenamiento, ayudando a detectar futuras actuaciones de mejora energética. h) Sistemas de información de mantenimiento. En la utilización de GMAO (Gestión de Mantenimiento Asistido por Ordenador), debe introducirse la interactuación del mantenimiento programado con la mejora de la eficiencia energética y el ciclo de vida de los equipos. Con ello de tendrá una mayor aproximación ante la búsqueda de soluciones ante problemas complejos y en los procesos de mejora. Toda empresa, industrial o de servicios, de mayor o menor tamaño, debe plantearse si sus instalaciones y procesos responden a un diseño optimizado desde el punto de vista energético. Una gestión energética adecuada dentro de la empresa conlleva el uso eficiente de la energía y, por consiguiente, la reducción de los costes energéticos en los procesos de producción [43-45]. Las bases metodológicas deben centrarse en los siguientes pasos: • Realización de diagnóstico energético con el objeto de: I. fijar las bases sobre las que se realiza el estudio (condiciones de funcionamiento). II. conocer el reparto de consumos de planta entre los diferentes equipos consumidores. III. establecer los ratios actuales de intensidad energética que permitan evaluar los niveles de eficiencia energética en el tiempo. IV. Analizar los estados de operación de determinados equipos desde el punto de vista del rendimiento energético de la instalación. • Presentar las oportunidades de ahorro energético y económico detectadas con

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el objeto de: i. Evaluar la potencia de mejora de determinadas acciones con el fin de disponer de un orden de magnitud que permita conocer el impacto a nivel de ahorro económico asociado a dicha acción. ii. Definir un sistema de medida que permita realizar un seguimiento sobre las acciones asociadas a consumos residuales y seguimiento de acciones de mejora realizadas. iii. Definir acciones de ahorro energético en cuanto a volumen de ahorro e inversión, que permitan decidir sobre la ejecución del proyecto en cuestión. El Estudio de Fiabilidad presenta las valoraciones, análisis y recomendaciones realizadas en relación con los equipos eléctricos y energéticos, las redes eléctricas y la organización de la actividad de mantenimiento. El contenido del estudio de fiabilidad se basa en la información recopilada en planta y tiene por objeto evaluar el rendimiento básico de las instalaciones y equipamiento y ofrecer mejoras para cubrir las necesidades de energía de la empresa [46-49].

Figura 1.3: Esquema metodológico del MBEE.

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1.2.

ESQUEMA COMPARATIVO DE LAS TÉCNICAS ORGANIZATIVAS DEL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL.

Se presenta en la tabla 1.1 un esquema comparativo del RCM, TPM, MBC y Mantenimiento basado en la eficiencia energética, MBEE. En él, se recogen las similitudes y diferencias básicas entre sistemas, lo que permite ubicar el sistema, entre los sistemas de referencia actuales.

Tabla 1.1: Esquema comparativo de sistemas de organización del mantenimiento.

1.3.

ANÁLISIS DE LOS PRINCIPIOS.

Se comentan a continuación, de forma sucinta, los principios (recogidos en la tabla anterior) en que se basa el sistema propuesto: • • • • •

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las acciones asociadas a consumos residuales y seguimiento de acciones de mejora realizadas • Definir acciones de ahorro energético en cuanto a volumen de ahorro e inversión, que permitan decidir sobre la ejecución del proyecto en cuestión. •

• •

•

Condiciones de Fiabilidad. El Estudio de Fiabilidad presenta las valoraciones, análisis y recomendaciones realizadas en relación con los equipos eléctricos y energéticos, las redes eléctricas y la organización de la actividad de mantenimiento [6]. El contenido del estudio de fiabilidad se basa en la información recopilada en planta durante la vida útil y tiene por objeto evaluar el rendimiento energético de las instalaciones y ofrecer mejoras para cubrir las necesidades de energía de la empresa Consideración del LCC: El coste del ciclo de vida del equipo y del proceso es el elemento evaluador básico. Se contempla el análisis energético para promover pequeñas inversiones de mejora, incluyendo retornos intangibles. Sistemas de información basados en la utilidad, la contribución, y la Gestión de la eficiencia energética. Se trata de uno de los mecanismos que permite el aligeramiento de los sistemas informativos y la agilidad en la decisión, para incidir en LCC y el ahorro energético. Gestión del conocimiento: La base del sistema consiste en prestar atención a los procesos del conocimiento ligados a la gestión de los activos de la planta, a los tres tipos de experiencia y la fiabilidad de la eficiencia energética.

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no producción. Deberemos tener en cuenta: • La energía es un recurso equiparable al resto de los factores de producción. • La incidencia de los costes energéticos sobre los costes de producción, y por tanto del precio de venta, debe tenerse siempre en cuenta. • La recogida sistemática de información, a poder ser mediante sistemas informáticos, permite estudiar las series históricas de producción y consumos de energía. • La implantación de un sistema de gestión energética no representa una inversión apreciable. • Permite identificar oportunidades de aumento de eficiencia y reducción de costes. • Aumenta la sensibilidad hacia los temas energéticos y medioambientales en materia de emisiones y residuos. El primer paso para ahorrar energía es conocer los consumos, lo que únicamente puede lograrse cuando se ha implantado un sistema eficiente de contabilidad. Debe de tratar de evitarse la costumbre habitual de registrar únicamente los consumos con el objetivo de comprobar la corrección de la facturación energética realizada por los suministradores. Se suele conocer el gasto global originado por el consumo de energía, diferenciando la facturación eléctrica del resto, pero también se suele ignorar cual es el consumo real y el gasto que este ocasiona. Los objetivos de la Contabilidad Energética como base para el mantenimiento basado en la eficiencia energética MBEE, que en si misma constituye la base para establecer un Programa de ahorro energético, deben ser: • Mantener una estadística de consumos anual y mensual por tipos de energía. • Determinar los consumos globales y específicos. • Asignar los costes energéticos sobre una base solida y objetiva. • Controlar de forma sistemática el consumo energético en las distintas partes del proceso productivo, midiendo la energía eléctrica utilizada, el consumo de vapor, el consumo de agua caliente, el consumo de frio y el consumo de combustibles. • Analizar los consumos por comparación: - Con series históricas propias. - Con datos estándar tecnológicos. - Con equipos similares de otras fabricas. - Con estadísticas sectoriales. Para iniciar la contabilidad se precisa disponer, como mínimo, de la siguiente información básica: • Consumos anuales, mensuales, semanales y diarios de cada tipo de combustible y de energía eléctrica.

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• Relacionar los combustibles y energía eléctrica empleada con la producción. • Establecer los costes de energía unitarios. • Conocer las equivalencias energéticas entre los distintos tipos de combustibles y energías para poder comparar los consumos energéticos refiriéndose a una unidad de referencia común. El control energético que debe establecerse en la base de las técnicas organizativas de mantenimiento tiene por objeto diagnosticar los diferentes equipos, áreas o centros de consumo e incluso el conjunto de la fábrica. Este diagnostico va siempre dirigido a la determinación de las posibles mejoras por las que se puede obtener un ahorro energético. La periodicidad de estos controles debe definirse en función del consumo del equipo o proceso. Para ello, a partir de la Contabilidad pueden detectarse consumos irregulares que indiquen la necesidad de realizar una Auditoria. Para realizar una Auditoria, además de emplear los propios medios, puede ser necesario consultar personal técnico ajeno a la instalación, especialistas en energía, fabricantes y suministradores de los diferentes equipos e incluso recurrir a literatura técnica especializada. El objetivo final es conseguir mejoras que permitan minimizar el consumo de energía y por tanto la factura energética, para lo que se precisa: -

Evaluar los sistemas de medición existentes. Medir los consumos en las distintas líneas de producción, áreas o zonas de trabajo. Analizar la gestión energética actual. Determinar las áreas de actuación, en orden a su importancia. Decidir la instalación de nuevos equipos de control, contadores de energía eléctrica, combustible, vapor, etc. Elaborar propuestas de actuación, valorando la repercusión técnicoeconómica de las mismas.

Un primer paso consiste en ver los requisitos de energía de la industria, en donde se especifica siguiendo un proceso de análisis. En reuniones entre los diversos grupos propios o externos de mantenimiento de la empresa, se crea un modelo del funcionamiento de la instalación con el fin de: • Identificar los puntos de proceso fundamentales desde el punto de vista del suministro de energético. • Caracterizar los sucesos no deseados que deben prevenirse. • Resaltar los dispositivos o barras de bus que pueden disparar estos sucesos de alto riesgo en el diagrama de proceso.

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De esta forma, las personas implicadas podrán entender y compartir las ventajas económicas de las conclusiones y acciones recomendadas. El segundo paso consiste en identificar los dispositivos clave en relación con el rendimiento necesario. Para cada pieza de equipo, máquina, proceso o sistema se estudiarán las posibles acciones operativas a realizar englobadas dentro del las operaciones de mantenimiento o mediante remodelaciones del proceso y las condiciones de funcionamiento (nivel de carga, número de operaciones de conmutación, etc.). Además de ello, se lleva a cabo una valoración cualitativa del estado del equipo. En un tercer paso, un análisis de fiabilidad [6] cuantifica el nivel (para los límites establecidos) de eficiencia energética y fiabilidad en relación con la arquitectura del sistema y sus modos de funcionamiento. El cálculo determina la forma en que cada componente del equipo contribuye a la probabilidad de conseguir el máximo ahorro de energía. En el cuarto paso se trazan los planes para garantizar un rendimiento duradero de la instalación (Mantenimiento) y mejorar éste (Modernización y gestión). Dentro del plan de modernización, se proponen acciones de actualización para devolver la instalación a su rendimiento nominal cuando funcione en condiciones degradadas.

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CAPITULO 2: SITUACIÓN DEL MANTENIMIENTO

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2. SITUACIÓN DEL MANTENIMIENTO. A efectos de completar y justificar los planteamientos contenidos en este trabajo, parece oportuno revisar la situación del mantenimiento industrial en nuestro país, desde la óptica y los resultados de estudios formalizados [7,32]. Hay que hacer notar, la preponderancia del mantenimiento correctivo, falta de un conocimiento profundo de las características de las instalaciones en cuanto la mejora para su eficiencia energética y la fiabilidad de las instalaciones. Por otra parte, se debe señalar que la actividad de mantenimiento aparece como una de las asignaturas pendientes de la industria española, que queda en manos de unas pocas industrias y expertos que han ido incorporando al acervo de planta una cultura básica de mantenimiento industrial. A continuación, se resumen los resultados más destacados de la última encuesta realizada por el Ministerio de Industria a grandes factorías industriales sobre el tema del mantenimiento [7,32]. El estudio se realizó sobre una muestra de 92 factorías de diversos sectores industriales. La distribución subsectorial de la muestra se refleja en la tabla 2.1. Fabricación de activos industriales

Alimentación industrial

Fabricación de productos

Montajes

Procesos continuos

TOTAL

Tabla 2.1. Distribución subsectorial de la muestra.

2.1.

LOS RECURSOS HUMANOS

La media de empleados por factoría encuestada es de 308 personas, lo cual indica que la muestra escogida se componía mayoritariamente de factorías o plantas medianas y grandes. Los valores medios de empleados por empresa encuestada, clasificados según la función desempeñada, se constata en la tabla 2.2.

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Empleados:

Media por empresa

de producción

231

75,1

de mantenimiento

6,6

Otros

18,3

TOTAL

307,7

100

Tabla 2.2. Valores medios de empleados por empresa encuestada, clasificados según la función desempeñada.

De estas 308 personas, la relación entre personal de mantenimiento y personal de producción era de 1 a 11,5. No obstante, cabe destacar que en el 36 % de los casos, este personal no era exclusivo de mantenimiento, sino que también realizaba otras funciones, normalmente de producción. De este 36%, un 4,35% tenía una exclusividad entre el 50% y el 100%, mientras que el 17,39% ni siquiera llegaba al 50%. En la tabla 2.3. se refleja el porcentaje de exclusividad del personal del departamento de mantenimiento. % exclusividad

Nº empleados

100

63,04

del 50 al 100

4,35

menos del 50

17,39

NS/NC

15,22

TOTAL

100

Tabla 2.3. Frecuencia de empleados en función de la exclusividad.

En cuanto a la formación del mismo, el 86% del personal tenía un nivel académico de Formación Profesional o similar, siendo muy bajo el porcentaje de titulados medios o superiores dedicados a funciones relacionadas con el mantenimiento, como señala la tabla 2.4.

Formación

Media personal

% empresas

Técnico superior

0,27

1,82

Técnico medio

0,66

4,44

FP o similar

12,73

85,61

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1,21

8,14

NS/NC

TOTAL

14,9

100

Tabla 2.4. Nivel de formación del personal.

Por lo que se refiere al reciclaje o formación continuada, el porcentaje de empresas en las que se motivaba, organizaba o se exigía que sus empleados de mantenimiento adquiriesen una formación complementaria era bastante elevado: el 67 % (tabla 2.5). Este dato, que debe valorarse positivamente, admite un matiz: la formación recibida era en la inmensa mayoría de los casos de carácter técnico, y no incluía nociones en torno a la gestión racional de las actividades de mantenimiento. Nº empresas

% empresas

Sí

67,39

28,26

NS/NC

4,35

TOTAL

100

Tabla 2.5. Realización de actividades de formación.

2.2.

LOS COSTES DE MANTENIMIENTO Y SU CONTROL.

El coste medio anual en las empresas de la muestra resultó del 5,74 % de la facturación (tabla 2.6), considerándose en la mayoría de los casos que este porcentaje era del todo suficiente y que tendía a mantenerse en el tiempo. % de facturación

Nº empresas

% empresas

<2%

65,22

De 2 a 4 %

13,04

De 4 a 6 %

8,7

De 6 a 8 %

>8%

16,52

NS/NC

6,52

TOTAL

100

Tabla 2.6. Coste relativo del mantenimiento respecto a la facturación.

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Frente a este dato del coste, el nivel declarado de suficiencia (o de satisfacción) es parejo: el 69,57% (tabla 2.7). Nivel

Nº empresas

% empresas

Suficiente

69,57

Excesivo

6,52

Insuficiente

10,87

NS/NC

13,04

TOTAL

100

Tabla 2.7. Nivel de suficiencia del mantenimiento.

A nivel de todo el Estado español, se sitúa el coste en el 3,6 %, significando esto que las empresas del estudio eran, en general, empresas que destacan por los recursos destinados al mantenimiento y su gestión, y, a la vez, están básicamente satisfechas con su actividad de mantenimiento. En cuanto al control de los costes, la mayoría de las empresas llevan a cabo un control de los gastos generales de mantenimiento, aunque el porcentaje baja considerablemente (como señalan las tablas 2.8, 2.9, 2.10, 2.11 y 2.12) cuando se trata de controles específicos sobre costes de intervenciones, costes de fallos o costes históricos de los gastos de mantenimiento de cada uno de los activos. Tendencia

Nº empresas

% empresas

Aumentar

21,74

Disminuir

26,09

Mantenerse

41,3

NS/NC

10,87

TOTAL

100

Tabla 2.8. Tendencia del coste.

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FIABILIDAD EN EXPLOTACIÓN, MANTENIMIENTO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA EN PLANTAS INDUSTRIALES: INVESTIGACIÓN SOBRE SU RELACIÓN TÁCTICA Nº empresas

% empresas

Sí

73,17

14,63

NS/NC

12,2

TOTAL

100

Tabla 2.9. Existencia de controles de gastos generales. Nº empresas

% empresas

Sí

45,65

43,48

NS/NC

10,87

TOTAL

100

Tabla 2.10. Existencia de controles de gasto de las intervenciones.

Nº empresas

% empresas

Sí

45,65

43,48

NS/NC

10,87

TOTAL

100

Tabla 2.11. Existencia de controles de gasto causado por fallo.

Nº empresas

% empresas

Sí

45,65

41,3

NS/NC

13,04

TOTAL

100

Tabla 2.12. Controles históricos de los gastos de mantenimiento.

Por último, la valoración de los costes del no-mantenimiento o del mantenimiento inadecuado es todavía muy poco aplicada. (tabla 2.13).

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FIABILIDAD EN EXPLOTACIÓN, MANTENIMIENTO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA EN PLANTAS INDUSTRIALES: INVESTIGACIÓN SOBRE SU RELACIÓN TÁCTICA Se anotan

Se valoran

Se contabilizan

sí

NS/NC

sí

NS/NC

sí

NS/NC

Pérdidas de materiales

Atrasos en entregas

Disminución de calidad

Tabla 2.13. Costes del no-mantenimiento.

2.3.

LA GESTIÓN DEL MANTENIMIENTO.

Uno de los primeros requisitos para una gestión racional del mantenimiento es la clasificación de los activos a mantener. Sin embargo, los resultados del estudio muestran que un 37 % de las factorías no establecen ningún tipo de clasificación de los mismos y que otro 15 % establece una clasificación en función de su importancia para la producción y no de cara al mantenimiento (tabla 2.14). Nº empresas

% empresas

Ninguna

36,96

Crítica-no crítica

28,26

Básica-complementaria

15,22

Otra

13,04

NS/NC

6,52

TOTAL

100

Tabla 2.14. Clasificación de los activos para su mantenimiento

En porcentajes, las intervenciones de mantenimiento correctivo son también muy importantes (tabla 2.15). Nº empresas

% empresas

Sí

32,61

NS/NC

17,39

TOTAL

100

Tabla 2.15. Porcentaje de intervenciones de mantenimiento correctivo.

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En cuanto a la gestión informatizada del mantenimiento, muy pocas de las plantas disponían de una aplicación integral que englobara todas las tareas relacionadas con el mantenimiento (tabla 2.16). Por ejemplo, el 48 % de las empresas habían informatizado la gestión de sus stocks de mantenimiento mientras que este porcentaje bajaba al 41 % cuando se trataba de la informatización de las órdenes de trabajo y de los costes (tabla 2.17). Nº empresas

% empresas

Sí

47,83

32,61

NS/NC

19,57

TOTAL

100

Tabla 2.16. Informatización del stock de recambios.

Nº empresas

% empresas

Sí

41,3

39,13

NS/NC

19,57

TOTAL

100

Tabla 2.17. Informatización de las órdenes de trabajo.

Nº empresas

% empresas

Sí

41,3

39,13

NS/NC

19,57

TOTAL

100

Tabla 2.18. Informatización de los costes de mantenimiento.

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2.4.

ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN.

En lo que hace referencia al proceso productivo, la media de los equipos industriales utilizados tiene una considerable edad. Debe pensarse que la mayoría de estos equipos están sometidos a varios turnos de trabajo diarios, por lo que antigüedades de más de 10 años son, cuanto menos, considerables. Existe una acusada falta de conocimientos sobre el funcionamiento de los equipos por parte de los operarios. Es decir, fuera de los cuidados recomendados por los fabricantes de esos equipos, existe el desconocimiento sobre las causas de averías, los componentes más críticos, su proceso energético, etc. Es relevante, además, la existencia de un gran número de equipos duplicados, cuyo motivo principal parece relacionarse con la posible avería de alguno de los equipamientos principales. En la mayoría de empresas, el porcentaje de coste sobre el total de la facturación se sitúa en torno al 3%. Del mismo, una parte muy importante se destina a gastos de personal, con lo que el presupuesto destinado a otros menesteres dentro de la función mantenimiento es prácticamente residual. En cuanto al coste relativo del mantenimiento, existe una visión del mismo como elemento generador de costes y, por tanto, como variable a controlar. En muy pocos casos se relaciona mantenimiento con la posibilidad de mejorar la eficacia del proceso y en prácticamente ninguno se denota la conveniencia de incrementar su presencia. En lo referente a la organización del mantenimiento, muchos de los departamentos o secciones de mantenimiento dependen jerárquicamente del director de producción, lo cual hace que las funciones de mantenimiento se restrinjan al corto plazo. Puede mencionarse que dentro de las actividades encomendadas al departamento de mantenimiento, se incluye, en un porcentaje excesivamente bajo, la participación en las decisiones de inversión. En cuanto a la intervención en el diseño de productos y/o manuales de los mismos, la participación es todavía más baja. Aparte de esto, la existencia de más de un 20% de casos donde el personal de mantenimiento no es exclusivo del departamento hace pensar en una escasa organización de estas tareas. Por otra parte, la formación del personal de mantenimiento es, en líneas generales, escasa, destinándose en muchos casos a este servicio personal de avanzada edad, con experiencia pero escasamente activos. En línea con lo anterior, muchas empresas no realizan ninguna clasificación de sus activos respecto al mantenimiento, factor mínimo indispensable para la planificación y ejecución de las actividades relacionadas con esta tarea. En cuanto al tipo de mantenimiento utilizado debe decirse que sigue existiendo un elevado porcentaje de mantenimiento correctivo (28%) incluso cuando se trata de equipos clasificados como de alta criticidad. Además, en otras muchas ocasiones, el mantenimiento preventivo tiene un contenido muy restringido, reduciéndose a

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las tareas recomendadas por el fabricante. Cuando el mantenimiento se refiere a los equipos básicos de producción pero no críticos, los resultados son todavía más acusados hacia la masiva utilización del mantenimiento correctivo. El condicional tiene, en casi todos los casos, una utilización residual aunque se refiera a los equipos básicos. Por último, cuando los equipos o instalaciones son complementarios, la utilización del mantenimiento correctivo es del todo habitual. En este caso, además, el porcentaje de indefinición respecto al mantenimiento aplicado se eleva al 40%, denotándose una clara despreocupación al respecto. La existencia de programación de las intervenciones, bastante elevada, (74 %) contrasta en sobremanera con el escaso control de cumplimiento de las mismas. Resulta paradójico que del total de las empresas que afirman programar sus intervenciones de mantenimiento, menos de la mitad (47%) controlen el cumplimiento de las mismas. Sin un control de cumplimiento y mucho menos de los resultados de las intervenciones difícilmente pueden reprogramarse estas en función del estado real de los equipos. Es decir, el mantenimiento realizado en la mayoría de los casos parece desligarse por completo del estado de la maquinaria o instalaciones a mantener. En más de un 41% de las empresas, el porcentaje de las intervenciones de mantenimiento programado dentro de sus factorías es inferior al 50%. Parece deducirse, por tanto, que aun existiendo mantenimiento preventivo, las averías y paros no programados son muy elevados. Además, un 24% de las empresas reconocen que sus intervenciones de carácter correctivo superan el 75% del total. Por lo que se refiere a la inversión en mantenimiento, los resultados son también muy significativos. Sólo dos empresas tenían presupuestos de inversión en mantenimiento superiores al 6% de la inversión total. Para la mayoría (más del 70%), la inversión en mantenimiento es completamente irrelevante, dedicándole cifras inferiores al uno por ciento. Esto quiere decir que el presupuesto del departamento se compone en su práctica totalidad de gastos de personal. El control de los gastos de mantenimiento se realiza en la mayoría de los casos de una manera global y no por intervenciones. Esto significa que el control sobre el rendimiento o eficiencia de las intervenciones es escaso, incluso en aquellas factorías donde el contenido de las mismas se programa. En la misma línea argumental puede hablarse del control de los gastos ocasionados por fallos y de la existencia de controles históricos de los gastos de mantenimiento según activos. Los porcentajes en estas dos cuestiones reflejan una evidente falta de gestión de la información de mantenimiento Esta falta de gestión se traduce en que, por ejemplo, un 47% de las empresas no saben valorar la relación entre gastos de mantenimiento preventivo y correctivo.

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Del resto (53%), casi un 40% reconoce que los costes del correctivo superan a los del preventivo. Por otra parte, debe destacarse de manera especial que un 78% de las empresas no valoran ni estiman los beneficios producidos por el mantenimiento o lo que es lo mismo, no valoran los costes del no-mantenimiento o del mantenimiento incorrecto. Es decir, el departamento de mantenimiento sólo se entiende como centro de coste y no como de coste-beneficio. Además, únicamente el 41% de las factorías disponen de máquinas de uso exclusivo del departamento de mantenimiento y el porcentaje se reduce al 17% cuando se refiere a algún tipo de soporte informático. En cuanto al apartado de calidad y productividad cabe resaltar que el porcentaje de rechazos de algunas factorías es extremadamente elevado y que más del 40% de las empresas, por diversas causas, se encuentran en un nivel de disponibilidad de producción inferior al 70% respecto a su capacidad teórica. Por otra parte, el tema de la planificación de las inversiones se encuentra bastante desligado del de mantenimiento, existiendo una baja participación de los responsables del departamento en las decisiones de planificación y amortización de inversiones. Por último, cabe destacar que los problemas principales con los que se enfrentan los responsables de mantenimiento son los derivados de las exigencias diarias de producción, a pesar de la posible contraposición de intereses entre las dos secciones. Este enfrentamiento de intereses es representativo de una tradicional visión de la función del mantenimiento. Otra de las cuestiones a destacar es que las deficientes instrucciones de los fabricantes también son un problema frecuente y grave para el personal de mantenimiento. En resumen, el mantenimiento realizado en las plantas industriales dista mucho de cualquier planteamiento teórico novedoso. El departamento de mantenimiento es siempre secundario, depende de producción y su coste se soporta porque no existe otra alternativa. El personal del mismo no está, por lo general suficientemente cualificado y además, los medios materiales disponibles son escasos. La organización y gestión de las actividades de mantenimiento se encuentran en una fase inicial y en muy pocos casos se observa una clara voluntad de mejora.

2.5.

OBJETIVOS A ALCANZAR.

Como se ha podido comprobar en el apartado anterior, existen multitud de deficiencias en la función y consiguiente actividad de mantenimiento, en las plantas industriales españolas. Estas deficiencias afectan a aspectos tales como

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productividad, rendimiento energético de las instalaciones, disminución de costes y tiempos de ejecución, etc. Se pretende marcar las tendencias de la gestión técnica en la planta industrial en función de las deficiencias detectadas en relación con la fiabilidad y la eficiencia energética, mientras que el alcance es el de conseguir que los procedimientos, que se declaran objeto de este trabajo, sea de aplicación a un elevado conjunto de plantas, en especial, a las industriales de tamaño mediano o grande con presencia de equipos críticos. De otra forma, pueden sintetizarse las características de la actividad de mantenimiento, detectadas en el análisis de referencia, de la siguiente forma: •

El empresario de la mediana y gran empresa no concede el suficiente valor estratégico a la función de mantenimiento, haciéndole depender de producción. En consecuencia, no se contempla su valor como soporte logístico integrado a lo largo del ciclo de vida del equipo, no asignándosele, en consecuencia, los flujos de efectivo derivados del servicio a un cliente interno (no se contempla como proceso de negocio). Se trata, por tanto, de una inversión dependiente, de difícil justificación, porque a ese beneficio no valorado se le unen unos niveles altos de inversión en equipos y sistemas de elevado nivel tecnológico.

•

El patrón de mantenimiento habitual consiste en un mantenimiento reactivo, alejado de planteamientos estratégicos, basado en dar respuestas a las perturbaciones operativas, colaborando a alcanzar los ritmos de producción en base a los patrones de producción habituales. No se busca el óptimo de disponibilidad, conocer en profundidad los equipos, su comportamiento, su estado actual, la evolución de ese estado y actuar en consecuencia, tratando de obtener el máximo rendimiento de los equipos, elevando la efectividad de producción y el nivel de servicio al cliente.

•

Otra alternativa más a desplegar en el sentido de mitigar la aversión al riesgo, es la de complementar las inversiones en automatización e informatización, con un retorno más difícil de valorar por el empresario, por otras en la línea de inversiones continuas de baja intensidad en:  Innovaciones llevadas a cabo por los grupos autónomos que utilizan microsistemas de información.  Esfuerzos de prevención del mantenimiento, con intervención en el diseño o en la declaración de requerimientos o especificaciones.

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 Esfuerzos de valorización y contabilización de los retornos intangibles y de oportunidades en eficiencia energética.  Procesos de mejora continua, con reducción de tiempos y costes de actividad. Se resumen a continuación, de forma sucinta, los en que se basa el sistema propuesto: Los principales objetivos que se desean conseguir en política energética de cara a la empresa industrial pueden resumirse en: • Adquirir la energía en las mejores condiciones de precio y calidad de suministro, adecuando la gestión de estos aprovisionamientos a los cambios que en estos mercados se están produciendo. • Conocer y controlar, de manera precisa, los consumos energéticos mediante un sistema de información adecuadamente diseñado que permita establecer objetivos concretos en la mejora de la eficiencia en el uso de la energía. • Optimizar la eficiencia de equipos y procesos analizando los flujos de energía en los mismos. Este análisis mostrará si es posible ahorrar más energía rediseñando el equipo o proceso o utilizando otro alternativo. • Usar la energía de forma racional, lo cual conducirá a ahorros de energía con baja inversión. • Aunar esfuerzos en la reducción de costes energéticos, mediante la colaboración en proyectos tanto con empresas del sector como con otras empresas. • Aprovechar y potenciar el capital humano disponible, ya que la reducción de costes de la energía no depende exclusivamente de la tecnología, sino que está muy ligada a la concienciación de las personas. • Identificar los “consumos evitables”, tanto en horas productivas como de no producción. Deberemos tener en cuenta: • La energía es un recurso equiparable al resto de los factores de producción. • La incidencia de los costes energéticos sobre los costes de producción, y por tanto del precio de venta, debe tenerse siempre en cuenta. • La recogida sistemática de información, a poder ser mediante sistemas informáticos, permite estudiar las series históricas de producción y consumos de energía, con la creación de una organización generadora de conocimiento [50-54]. • La implantación de un sistema de gestión energética no representa una inversión apreciable. • Permite identificar oportunidades de aumento de eficiencia y reducción de costes. • Aumenta la sensibilidad hacia los temas energéticos y medioambientales en materia de emisiones y residuos.

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CAPITULO 3: ASPECTOS ESTRATÉGICOS DEL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL RELATIVOS AL FALLO

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3. ASPECTOS ESTRATÉGICOS DEL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL RELATIVOS AL FALLO 3.1.

INTRODUCCIÓN

A la hora de plantear un servicio de mantenimiento, es de vital importancia, tener un profundo conocimiento de las instalaciones, transformar el conocimiento tácito en explícito, estudiar medidas de eficiencia energética y valorar la fiabilidad de las instalaciones, con el conocimiento del proceso del fallo. Al abordar el estado de la cuestión, se comenzará con la revisión de la naturaleza del mantenimiento industrial; para lo que, después de un breve análisis de la evolución del mantenimiento, se fijarán los elementos básicos que definen su naturaleza. De ahí, se extraerán algunas conjeturas sobre las carencias observables, dentro del mantenimiento industrial, en relación con la eficiencia energética y la fiabilidad.

3.2.

LA NATURALEZA DEL MANTENIMIENTO.

En la tabla 3.1 se recogen algunas de las normas que presentan referencias básicas sobre los conceptos y terminología usuales en mantenimiento. Conviene determinar los elementos que configuran la naturaleza del mantenimiento industrial, a partir de una conceptualización operativa generalmente aceptada. Una tal definición operativa de Mantenimiento Industrial podría ser el conjunto de técnicas que tienen por objeto conseguir una utilización óptima de los activos productivos, manteniéndolos en el estado que requiere una producción eficiente [55-65]. Pueden extraerse de esta definición los siguientes elementos:

estado requerido

exigencias de disponibilidad o conservación de ese estado

conjunto de técnicas y procedimientos orientados a esa conservación.

actividad de reemplazo, reparación o modificación de unidades, componentes, conjuntos, equipos o sistemas de una planta industrial.

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Aspectos tratados Terminología. Fiabilidad, Mantenibilidad.

Normas AFNOR X 60-010, UNI 10147/00 BSI 6548, BSI 5760, VDI 2892, VDI 4003, VDI 4004. VDI 2890, VDI 2891, VDI 2895, VDI, 2896,

Gestión del mantenimiento.

VDI 2897, VDI 2899, AFNOR X 60-020, VDI 2893, UNI 10388/00., UNI 10749.

Monitorización de la condición Clasificación de los servicios de mantenimiento. Evaluación de los servicios de mantenimiento. Calidad en mantenimiento.

VDI 2888, VDI 2889. UNI 10144 AFNOR X 60-150 y VDI 2886. AFNOR X 60-151 y VDI 2887. AFNOR X 60-90, AFNOR X 60-101, AFNOR X

Contratos de mantenimiento

60-104, AFNOR X 60-105, AFNOR X 60-600, UNI 10685, UNI 10146, UNI 10148.

Redacción de documentos

AFNOR X 60-200, AFNOR X 60-210, AFNOR X 60-211, AFNOR X 60- 212, AFNOR X 60-250.

Tabla 3.1. Normativa sobre mantenimiento. Fuente: Moreu y Crespo [8].

La especial acción o actividad del mantenimiento exige técnicas o conocimientos muy específicos y contingentes, de alto valor estratégico, que implican complejidad y elevados esfuerzos en su registro, transmisión y aplicación. En cuanto a la expresión de su meta: la consecución de requerimientos de disponibilidad en equipos e instalaciones, implica la ubicación de las actividades de mantenimiento en escenarios de elevada contingencia e incertidumbre, dónde contenidos informativos muy dinámicos, perecederos y específicos, y sus procedimientos de aplicación, se revelan como imprescindibles para una marcha eficiente de la planta. En otro caso, el mantenimiento de la planta debería responder de elevados costes de intervención, basados en una búsqueda repetitiva e inconsistente de información en las fases de detección, diagnóstico, prevención y reparación del fallo.

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También la investigación e identificación del estado requerido es función del conocimiento, en especial, como se ha mencionado, cuando éste depende de tantas circunstancias y variables. Por último, la actividad de mantenimiento requiere conocimientos muy específicos y variados; destacando el de diferentes y, en muchas ocasiones, novedosas tecnologías. Su optimización es compleja y la toma de decisiones se desenvuelve en un ambiente de incertidumbre. En este trabajo, de entre los barajados, se han considerado elementos esenciales del mantenimiento industrial los siguientes: •

El proceso de fallo.

•

La cadena de fallo.

•

La incertidumbre.

•

La experimentalidad y el modelado de sistemas.

•

La disponibilidad.

•

La eficiencia energética.

3.3.

EL PROCESO DE FALLO

En principio, y a los efectos de la función de mantenimiento industrial, fallo, en el sentido que se le asigna habitualmente, significa que un componente o un sistema no satisfacen o no funciona de acuerdo con la especificación [9-10]. Queda por tanto claro, que fallo no equivale necesariamente a parada, interrupción del funcionamiento del equipo, o no-desempeño absoluto de la función. Cualquier incidencia relativa al estado físico del equipo, que conlleva el incumplimiento de las especificaciones que debe cumplir en relación con la función, puede ser señalada como fallo. En este sentido, fallo parece asociarse a un estado del equipo o sistema que le impide cumplir con lo que se le requiere. Pero de la misma definición operativa parece desprenderse que más que de un estado único, se trata de una sucesión de estados o proceso que desemboca en una anomalía (o estado anómalo) relativa al incumplimiento de las especificaciones de funcionamiento. Lo relevante a todos los efectos es el proceso más que el estado o estados finales anómalos, ya que aquel explica las causas u orígenes, la evolución, las manifestaciones y efectos consiguientes. El mecanismo causa-efecto es el que se sitúa en la esencia del mantenimiento, su mejora y el planteamiento de nuevos proyectos [66-69]. Según la definición operativa anterior, un fallo es una desviación de una condición original de un equipo o sistema, cuyo funcionamiento pasa a ser catalogado como insatisfactorio para un utilizador concreto. La determinación de que el

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funcionamiento es insatisfactorio depende de la evaluación previa que se realice de las consecuencias del fallo en un contexto operativo determinado [11], ya que esas consecuencias son las que fijan la prioridad de las actividades de mantenimiento o mejoras de diseño necesarias para impedir el fallo. Así, se implementan acciones que reducen el riesgo de fallo, a un coste menor que el derivado de las consecuencias (de seguridad, medioambientales, operacionales, etc.) o efectos que evitan. En relación con el proceso de fallo, es interesante considerar el modelo que lo define en los siguientes términos: el resultado de la acción entre una tensión ocasionada por el entorno y la resistencia al fallo (que varía con el tipo de material, las características de los procesos de fabricación, la edad, etc.) del equipo o sistema. La tensión y la resistencia son variables dinámicas y su interacción define el estado de fallo en cada momento. En la figura 3.3. se representan algunos casos.

Fig. 3.3. Algunos casos de fallos según la tensión (T) y resistencia (R) al fallo.

Este modelo entiende que existe una aptitud o capacidad del equipo o sistema ante el fallo; y unas causas externas o internas cuya acción se representa por una tensión que supera la resistencia. El diseño, los tratamientos térmicos o de otra índole, el rediseño o la mejora, la eliminación de causas o su apantallamiento, etc., pueden mejorar la resistencia. Existe la posibilidad de diseñar equipos tolerantes al fallo, que pueden soportar un funcionamiento más allá del punto en que la tensión supera la resistencia. La aceptación de este modelo conlleva, a los efectos de definir un sistema de conocimiento que soporte la actividad de mantenimiento industrial, la captación de información útil sobre los factores de contingencia que actúan o pueden actuar sobre equipos y sistemas, y sobre las variables y parámetros que definen y determinan la capacidad de resistencia y tolerancia al fallo. Esta información es una buena herramienta para entender los modos y procesos de fallo, pero es de difícil y costosa captación, con lo que se hace preciso configurar procesos de

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recogida, almacenamiento y tratamiento de la información eficientes. A continuación (fig. 3.4), se representa un proceso de fallo típico. Se entiende que un proceso de fallo es un proceso estocástico, representado por diversos estados por los que puede pasar el equipo o sistema, cada uno de ellos con una probabilidad determinada. En la figura se recoge, por tanto, el proceso, que comprende un estado inicial de correcto funcionamiento Ei, otro final de pérdida de función Ef y varios intermedios que representan los diversos estados de pérdida, deterioro o degradación de la función requerida Ed1, Ed2,...Edn. De un estado al siguiente, se puede pasar con una probabilidad cuya función de densidad de parámetro λ, o al anterior, con µ. En relación con el proceso de fallo o su modo de desarrollo y forma de aparición, los fallos pueden ser clasificados de muy diversas formas, así por ejemplo, se pueden clasificar en catastróficos (se trata de fallos súbitos o totales, sin manifestación previa y se relacionan con fracturas, deformaciones, agarrotamientos, etc.), y progresivos (fallos paramétricos, que se desarrollan a lo largo de un periodo de tiempo). También se pueden clasificar en dependientes e independientes, repentinos y progresivos, estables o temporales (sus causas suelen ser los regímenes y condiciones de trabajo y las vibraciones anormales, grandes desviaciones de temperatura, etc.).

Fig. 3.4. Representación del proceso de fallo.

Se denominan alternantes ó intermitentes a los temporales muy reiterativos (que se repiten con mucha frecuencia). Resultan difíciles de descubrir y dependen de la calidad del elemento o de sus condiciones de trabajo. La existencia de fallos repetidos puede indicar un defecto de diseño o mal estado del equipo; por ello, más interesante que someterle a reparación sería el tratar de eliminar la posible causa del fallo.

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Como puede comprobarse, esta somera clasificación permite señalar la importancia que tiene la forma de aparición o manifestación del fallo en el posible diagnóstico, ya que esta componente temporal y estocástica del fallo delata muchas veces la causa o el modo de fallo y debe ser recogida como información relevante. Muestra cómo la observación, a veces relegada por las tecnologías al uso, cumple una función valiosa en mantenimiento industrial. Así, cuando un fallo sucede, lo primero que se aprecia son sus manifestaciones, las que, analizadas convenientemente, pueden llegar a proporcionar la explicación del "modo de fallo", el cómo ha ocurrido el fallo [9]. Un paso más adelante representa el llegar al por qué, a la causa del fallo, a lo que se conoce como "mecánica de fallo" [12]. El proceso del fallo conlleva un determinado tiempo durante el cual se producen señales, síntomas o alteraciones, que detectadas y analizadas permiten conocer la evolución y el estado de adelanto del mismo, y el riesgo o proximidad de aparición [13]. Un problema singular, en relación al fallo, tiene lugar cuando se observan tan pocos fallos en determinados sistemas, que resulta difícil ó incluso imposible establecer su probabilidad de aparición a partir de la observación estadística. Por tanto, se tiene que recurrir, para averiguar la probabilidad de aparición, a un procedimiento analítico. Éste se basa en la descomposición del fallo del sistema en los fallos de sus componentes, para los cuales se dispone de datos observados. La observación en el ámbito de componentes es posible puesto que se utiliza la misma clase de componentes en muchos sistemas, lo cual implica un número elevado de objetos de observación, y además los componentes suelen fallar más frecuentemente que los sistemas en los cuales se utilizan. En cualquier caso, tanto la observación, como la determinación mediante esquemas formales y el consiguiente análisis del proceso de fallo, deben tratar de dar solución a los tres problemas clásicos y fundamentales: a) origen del fallo; b) solución del fallo y c) prevención del fallo. En relación con el primero: el conocimiento del origen del fallo, debe determinarse la cadena de fallo, presentada en este trabajo como el segundo de los elementos esenciales del fallo y que se analiza en el apartado siguiente.

3.4.

LA CADENA DE FALLO

Se define la cadena de fallo como el conjunto secuenciado de causas y efectos que se presentan en un proceso de fallo. El esquema viene reflejado en la fig. 3.5. En ella, puede observarse que los factores de contingencia o condicionantes explican la aparición de las causas últimas. Ambos (factores y causas) pueden confundirse, por lo que se señalarán los factores de contingencia (producto a procesar, alimentación de los equipos y máquinas, otros equipos o instalaciones conectadas, ambiente externo, etc.) como aquellos relativos al entorno del

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elemento, conjunto, máquina o equipo o sistema objeto, mientras que las causas se referirán a aspectos o elementos internos estructurales o funcionales. Las causas primeras originan o promueven otras causas intermedias hasta llegar a las inmediatas al fallo, que normalmente son observables directamente. La relación entre las causas inmediatas y el fallo suele ser muy directa, con lo que a veces parece completar el análisis causa-efecto, sin proceder al descubrimiento de las causas últimas o factores condicionantes, objetivos finales del diagnóstico definitivo y concluyente del fallo. Tampoco la cadena del fallo se detiene en la identificación del fallo, sino que es preciso considerar, aguas abajo, los efectos o consecuencias del fallo (económicas, de seguridad, laborales, medioambientales o de sostenibilidad, catastróficas, de imagen, sociales, etc.). Cualquier elemento de la cadena de fallo es observable e identificable a través de unos síntomas o manifestaciones diversas (vibración, ruido o zumbido, olor, calor o frío, aumento o disminución de la visibilidad, humo, humedad, polvo, abrasión o corrosión, desgaste, rotura, desprendimiento, etc.). Estos síntomas son claves a la hora de identificar la cadena. El proceso y la cadena de fallo permiten la detección y el diagnóstico del fallo; procesos que, a su vez, permiten obtener el conocimiento necesario sobre el fallo, para proceder a su solución a través de la actuación de mantenimiento.

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Fig. 3.5. Cadena de fallo.

Se han considerado como fases del proceso de detección las siguientes: observación de síntomas y manifestaciones, identificación, detección, delimitación y descripción. En la fase de observación de los síntomas y manifestaciones del fallo se trata de percibir información, a través de la observación sensorial directa, de la experiencia, de los conocimientos teóricos previos, de la información registrada, y de la medición o verificación a través de pruebas y ensayos. El análisis de esa información permite la identificación previa y con cierta inmediatez del fallo. Se perciben ya algunos accidentes del fallo; como, por ejemplo, lugar, posición o elemento que soporta el fallo. En la fase de detección se obtienen comprobaciones pertinentes y contrastables sobre el fallo, que se completan en las dos fases siguientes: en la de delimitación se determinan básicamente los límites en el cumplimiento de la especificación y el proceso de fallo, en la de descripción se investigan las circunstancias del fallo (qué,

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dónde, cuándo, etc.).

3.5.

DISPONIBILIDAD.

El objetivo básico de un programa de mantenimiento es conseguir la disponibilidad efectiva de la planta. Esto requiere: • Alcanzar el nivel de disponibilidad requerida en equipos e instalaciones. • Hacerlo al menor coste posible. • Incorporar otros objetivos como menor tiempo de actuación o elevada calidad del trabajo realizado. Para conseguir estos objetivos se harán preciso alcanzar otros como los siguientes: • Evaluar los requerimientos y capacidades técnicas de los equipos e instalaciones. Esta información influirá en el diseño o selección de los mismos y en la determinación de las condiciones de operación. • Identificar los factores o causas que impiden al sistema alcanzar los niveles de disponibilidad especificados, entre otros, los insuficientes niveles de fiabilidad de diseño u operativa o de mantenibilidad. • Proponer acciones eficientes encaminadas a alcanzar los niveles de disponibilidad objetivo. • Determinar y evaluar las tecnologías y técnicas de detección, diagnóstico, verificación y prueba, y de restauración de las condiciones iniciales, incluyendo los correspondientes procedimientos. • Seguir y controlar la aplicación correcta de las técnicas y procedimientos, y de la actividad de mantenimiento en general. • Recomendar acciones de mejora continua de la disponibilidad y de sus factores causales. • Integrar la actividad y función de mantenimiento con el resto de funciones que intervienen en el ciclo de vida del sistema, evaluando su esperanza de vida y, en consecuencia, la rentabilidad a través de la actualización de los flujos de efectivo. Dado que, como se ha señalado, el objetivo de la actividad de mantenimiento es conseguir de forma eficiente los valores requeridos de disponibilidad, conviene reflexionar sobre el concepto de disponibilidad, los factores clave que influyen en ella y cómo se plantea en la actualidad su conocimiento.

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Los organismos europeos de normalización han fijado definiciones similares. De entre ellas, destaca la propuesta por la British Standards Institution [14] por su sencillez intuitiva: "Disponibilidad de un ítem en un período determinado es la fracción de dicho período durante la cual es capaz de realizar una función específica a un determinado nivel de rendimiento". Significando "ítem" todo elemento, equipo o sistema susceptible de ser considerado, examinado y comprobado por separado. De esta definición han de resaltarse dos aspectos fundamentales. En primer lugar, el estado de "disponible" no implica necesariamente que un ítem esté funcionando en el instante o período considerado, sino que se encuentre en la situación de "apto para funcionar". Además, aunque un ítem se encuentre "funcionando", puede estar no "disponible" sino funciona de acuerdo con las especificaciones requeridas. Aunque podrían generarse dificultades conceptuales y de captación de la información, la consideración de determinados estados intermedios, desde funcionar adecuadamente a estar averiados (como sería el caso de tener que producir a baja capacidad, o con un consumo energético excesivo, o con alguna deficiencia de calidad), puede mejorar sensiblemente el conocimiento del comportamiento del equipo en base a la experiencia sobre variados escenarios. Esto ha de añadir necesariamente un conocimiento específico valioso sobre los diferentes modos de fallo. 3.5.1. Formalización de la disponibilidad. A esta aproximación inicial al concepto de disponibilidad y su conocimiento, dada su obvia importancia, conviene añadir aspectos formales que pueden aportar luz sobre nuevos requerimientos de conocimiento. La disponibilidad instantánea A(t) (availability) es la función matemática más adecuada para caracterizar globalmente un sistema complejo de operación continua sujeto a reparación. Se define matemáticamente la función de disponibilidad instantánea como la probabilidad de que un sistema esté funcionando en el instante t después de su puesta en servicio. En determinados casos, es posible la obtención de una expresión explícita de A(t); uno de ellos es aquel en que la infiabilidad I(t), y la mantenibilidad M(t) tienen carácter exponencial. Para mayor concisión, se presenta en forma de tabla (tabla 3.2) el proceso de obtención de la disponibilidad en ese caso, a los efectos de extraer algunas conclusiones sobre aspectos relativos a su conocimiento. De la deducción matemática de la disponibilidad se extraen dos conclusiones básicas en la consideración de la experiencia y el conocimiento:

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• La necesidad de considerar la fiabilidad y la mantenibilidad (tiempo medio entre averías y tiempo medio de reparación) como relevantes a todos los efectos, dada su relación directa con la disponibilidad. Ambas son de naturaleza y origen distintos y requieren métodos de aproximación y análisis diferentes.

Tabla 3.2. Proceso de obtención de una función de disponibilidad.

• Los problemas que surgen inherentes a su difícil estimación y medida, y la consiguiente necesidad de algún método de estimación y previsión adecuado. La precisión y nivel de confianza del conocimiento de los valores λ y µ, parte de la bondad del ajuste de los valores históricos del tiempo medio entre fallos y el tiempo medio de reparación. Sin entrar todavía en los problemas derivados de la restringida validez del modelo, se abordará en primer lugar el problema de las estimaciones de la disponibilidad y su coste.

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3.5.2. Medición y Conocimiento de la disponibilidad y su coste. Ya se ha mencionado que la medida de la disponibilidad de un determinado suceso “i” se puede definir como: Di = TFi / (TFi + TAi)

(2.8)

Si se consideran n períodos, la disponibilidad total resulta ser: D = Σ TFi / Σ (TFi + TAi) = Σ TFi / ( Σ TFi + Σ TAi) = (1/n)(Σ TFi )/ ((1/n)(Σ TFi )+ (1/n)(Σ TAi)) = MTBF / (MTBF + MTTR)

(2.9)

El objetivo básico que pretende la medición o estimación de la disponibilidad es mejorarla. Y la dificultad de utilizar la mencionada fórmula es lo lenta e imprecisa que puede resultar la contabilidad de las frecuencias de funcionamiento y fallo; con lo que puede ser preferible contar con estimaciones que pueden incluso ser más fiables que la propia contabilización (figura 3.9).

Fig. 3.9. Procesos de contabilización y estimación de la disponibilidad.

Para llevar a cabo la simulación, es indispensable implementar: •

instrumentos de adquisición de datos de las disfunciones, F. Javier Cárcel Carrasco

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•

un sistema técnico-informático de tratamiento, análisis y transferencia de datos.

• el correspondiente programa de simulación. Se pueden obtener los siguientes resultados: •

formalización del procedimiento y protocolo seguidos,

•

diagnóstico de la disponibilidad de equipos e instalaciones,

•

plan de mejora a implementar.

El conocimiento sobre la disponibilidad de equipos e instalaciones de la planta industrial resulta generalmente, en consecuencia con lo expuesto, fragmentario, incompleto, impreciso y poco utilizable y los esfuerzos dirigidos a solventar estos aspectos, entre los que deberá encontrarse este trabajo de tesis, deben proliferar si lo que se pretende es que el mantenimiento industrial, aspecto básico del ciclo de vida de la planta, del sistema o del producto, se oriente debidamente en consecuencia con su auténtico objetivo: la disponibilidad y su coste. No basta con la estimación o contabilización de la disponibilidad operativa y de los ingresos derivados, para calcular los niveles óptimos de la misma y, en consecuencia, fijar los objetivos de la actividad de mantenimiento; es preciso, además, estimar o calcular los costes derivados de la indisponibilidad y los asociados a una mejora de la disponibilidad. Algunos de los inconvenientes de la estimación y conocimiento de este óptimo de mantenimiento según el modelo expuesto son los siguientes: •

El valor óptimo obtenido hace referencia a la “disponibilidad global” de la planta y no permite conocer los óptimos específicos de cada equipo o instalación.

•

No sólo influye en la indisponibilidad de la planta la actividad de mantenimiento, por lo que haría falta derivar, del conocimiento del óptimo de disponibilidad, los objetivos locales de la función de mantenimiento o función soporte de la planta.

•

Cuando la fiabilidad es elevada y los fallos e incidencias escasas y variadas, se hace difícil, mediante el método histórico, deducir políticas de actuación en mantenimiento.

• El no contar el modelo con los diferentes niveles del fallo (no sólo con los que producen indisponibilidad absoluta derivada de la parada), lo que implicaría un aumento de la complejidad del mismo y de los costes de observación, medición y análisis, produce desviaciones apreciables en el óptimo real.

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CAPITULO 4: ASPECTOS TÁCTICOS DEL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL RELATIVOS A LA FIABILIDAD Y LA EFICIENCIA ENERGÉTICA

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4. ASPECTOS TÁCTICOS DEL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL RELATIVOS A LA FIABILIDAD Y LA EFICIENCIA ENERGÉTICA. 4.1.

INTRODUCCIÓN.

Anteriormente, se analizaron aspectos relacionados con la naturaleza del mantenimiento en referencia al fallo y sus elementos esenciales. En el presente capítulo, se estudiarán aspectos tácticos ligados a la actividad de mantenimiento en relación con la fiabilidad y la eficiencia energética de los equipos y procesos. 4.2.

LA FUNCIÓN DE MANTENIMIENTO EN LA EMPRESA

El objetivo básico de la función de mantenimiento puede expresarse como la gestión optimizada de los activos físicos. Esta optimización debe obviamente orientarse a la consecución de los objetivos empresariales [70], algunos de los cuales se reflejan a continuación, clasificados en varios epígrafes: •

económicos: mayor rentabilidad y beneficio, menores costes de fallo, mayor ahorro empresarial, menor inversión en inmovilizado o en circulante, etc.

•

laborales: condiciones adecuadas de trabajo, de seguridad e higiene, etc.

•

técnicos: disponibilidad y durabilidad de los equipos, máquinas e instalaciones. Mejora energética.

•

sociales: ausencia de contaminación, ahorro de energía, etc.

A partir de unos objetivos bien definidos, se debe plantear la planificación y control de la actividad de mantenimiento orientada, así, a alcanzar esos objetivos. Esto pasa por el control o dominio del comportamiento de los sistemas, equipos o instalaciones de la planta y por una gestión adecuada de esos activos; entendiéndose por tal, una actuación que optimice tanto el valor real de los activos como su funcionamiento. La función de mantenimiento cumple, en consecuencia, con dos grandes objetivos: en primer lugar, conservar el estado de los activos, en segundo, mejorar sus niveles de disponibilidad al más bajo coste. Para ello debe: ♦ Prever la respuesta de los equipos y sistemas que adquiere la planta, conforme a unos requerimientos de diseño o de aceptación. ♦ Proceder a una adecuada instalación y puesta en marcha, y a una oportuna adaptación cuando así se requiera. ♦ Medir la respuesta real de estos equipos durante su vida operativa, comparar con los requerimientos de la planta y actuar en consecuencia, restableciendo el funcionamiento al nivel requerido.

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♦ Evaluar la diferencia entre los requerimientos de diseño o de capacidad de los equipos y lo que estos realmente aportan, incorporando el retorno de la experiencia a los siguientes procesos de adquisición e instalación. ♦ Proceder a la optimización del funcionamiento de la planta a través de la optimización de la función de mantenimiento, basada en la mejora continua del funcionamiento de los activos físicos. En la figura 4.1 se representa de forma esquemática el modelo de conocimiento que se propone, en consonancia con los aspectos en referencia a la fiabilidad y la eficiencia energética que debe desarrollar la función de mantenimiento. De ahí se derivan las siguientes conclusiones en relación con los conocimientos básicos necesarios para las actuaciones llevadas a cabo por la función de mantenimiento: •

Conocimientos necesarios para llevar a cabo las actuaciones de selección, adquisición, instalación y puesta en marcha de los equipos:  El conocimiento de los requerimientos de la planta en relación con las necesidades de capacidad y funcionamiento normal de los equipos.  El conocimiento de la respuesta real de los equipos a esos requerimientos.

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Fig. 4.1. Esquema básico de actuación en mantenimiento basado en los requerimientos de fiabilidad y la eficiencia energética de las instalaciones.

•

Conocimientos necesarios para llevar a cabo las actuaciones de predicción, prevención y corrección operativa de los equipos:  El conocimiento de los requerimientos de la planta en relación con las necesidades de funcionamiento de los equipos.  El conocimiento de la respuesta real de los equipos a esos requerimientos.  Las posibilidades de actuaciones en referencia a la mejora de la eficiencia energética de cada uno de los equipos, instalaciones y procesos.

Al ser la naturaleza de la función de mantenimiento la de servicio que se presta a la principal y básica de producción-distribución, no tiene un objeto en sí, sino el de coadyuvar al buen hacer de sus clientes internos. Es decir, posee unos objetivos dependientes y ligados a los de los procesos principales de la planta y en concreto a los de los procesos de negocio. Esto conlleva el que el servicio que presta la función de mantenimiento a la planta es ciertamente diverso y requiere habilidades y competencias muy dispares. A continuación, se expone una lista abreviada de las diferentes tareas que un servicio de mantenimiento puede tener que abordar.

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•

arreglos y reparaciones de índole general.

•

revisiones generales, tests, ensayos y pruebas.

•

participación en la selección de nuevos equipos.

•

instalación y puesta en marcha de los nuevos equipos.

•

trabajos relativos a la prevención y corrección en materia de higiene, seguridad, contaminación y medioambiente.

•

trabajos que afectan a la mejora en las condiciones de trabajo.

•

tareas que afectan al ahorro energético.

•

trabajos relativos a la urbanización: de construcción, reconversión o modificación de plantas, edificios, locales, viales, zonas de carga/descarga, patios, muelles, red de ferrocarril, espacios verdes, etc.

•

trabajos en la red de agua: alcantarillado, acometidas, alimentación, etc.

•

trabajos que afectan a las instalaciones de alimentación de energía: trabajos de modificación o actualización de centros de transformación y red eléctrica interna, aire comprimido, vapor, gases licuados

•

la fabricación y la reparación de piezas de recambio o rediseño y modificaciones pertinentes.

•

el aprovisionamiento y la gestión de las herramientas, útiles, utillajes, recambios, etc.

•

prestaciones diversas, para la producción (realización de montajes, por ejemplo) o para cualquier otra clase de servicio.

•

el entretenimiento general de los vehículos, equipos de carga/descarga, de manipulación y transporte interno, etc.

•

la mejora de los equipos, bajo la óptica de la calidad, de la productividad o de la seguridad.

4.3.

LA ACTIVIDAD DE MANTENIMIENTO.

La actividad organizada de mantenimiento se orienta a cumplir con los objetivos de la Función de mantenimiento. Si bien, esa actividad puede desarrollarse por los servicios o departamento de mantenimiento, o por otros servicios que colaboran en el desempeño de la función, como, por ejemplo, los propios operarios de producción en el mantenimiento de primer nivel en el TPM. Esto configura una cultura de la conservación y del soporte a la actividad básica que incumbe a toda la planta, aunque en distinto grado de desempeño y compromiso. A fin de comprender mejor la configuración de esta actividad se presentará una clasificación o tipología, que distingue tres tipos de actividad básicos: •

Atendiendo al conocimiento del fallo: F. Javier Cárcel Carrasco

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 Actividades de detección. Mediante observación, medida o alarma identifican el estado y modo de fallo y la fase del proceso de fallo. Interpretan e identifican el estado o condición del equipo.  Actividades de diagnóstico. Mediante análisis de la cadena de fallo determinan las causas del fallo y sus efectos.  Actividades de corrección. Conducen a la restauración de las condiciones requeridas del equipo.  Actividades de mejora. Pretenden alcanzar las condiciones óptimas del sistema, es decir las condiciones “requeribles” (que se podrían requerir buscando el óptimo). •

Atendiendo a la gestión:  Actividades de planificación.  Actividades de organización.  Actividades de decisión.  Actividades de control o auditoria.

•

Atendiendo a la temporalidad:  Actividades predictivas. En etapas previas o avanzadas del proceso de fallo, tratan de predecir los comportamientos futuros en base al estado o condición (mantenimiento basado en la condición) del equipo, o a modelado y simulación del mismo (mantenimiento basado en el modelado), al objeto de prevenir lo más ajustado al momento de fallo.  Actividades preventivas. En etapas intermedias del proceso de fallo, se previene mediante visitas periódicas las posibles incidencias.  Actividades correctivas. A requerimiento de otros servicios, se restauran las condiciones anteriores al fallo una vez que este ocurre.

•

Atendiendo a la incidentalidad:  Actividades on-line. No interrumpen el normal funcionamiento de los equipos.  Actividades off-line. Optimizan la disponibilidad y mantienen los niveles de capacidad de los equipos cuellos de botella.

Si bien, el conocimiento que se deriva de estas actuaciones de mantenimiento tiene una base fundamentalmente empírica, sin embargo, esta tipología permite clasificar o agrupar las actividades de mantenimiento, de forma que es posible discriminar las intervenciones y determinar los factores que influyen, con determinada significación estadística, en los resultados de la actividad Establecida esta tipología de actividades de mantenimiento, se puede ya proceder, en los siguientes apartados, a profundizar en las clases o grupos más

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determinantes en los resultados de la función de mantenimiento. 4.4.

SISTEMAS DE ORGANIZACIÓN DEL MANTENIMIENTO. CONOCIMIENTO Y LA EXPERIENCIA EN TPM Y RCM.

Hasta aquí se han discutido los aspectos estratégicos (esenciales, relativos al fallo y a los modelos de fiabilidad) y tácticos: la función y la actividad de mantenimiento y las opciones tácticas de actuación. Estas opciones o tipos de mantenimiento han constituido tradicionalmente auténticos sistemas de mantenimiento, aunque sin salirse de las opciones tecnológicas que les sustentaban. Con posterioridad, y en base a la creciente complejidad de las plantas industriales, han surgido una serie de sistemas o filosofías de mantenimiento, que partiendo de las formas o tipos convencionales: correctivo, preventivo o predictivo, han añadido vertientes más estratégicas vinculadas a la cultura empresarial, a la calidad total, a la sostenibilidad, a la Logística como gestión de recursos y flujo de materiales, y a la disponibilidad y su coste [70-96]. Entre ellos, dos han conseguido la difusión suficiente y la estimación científica y técnica como para poder convertirse en referencia. A continuación, se analizarán ambos con brevedad, tratando como hasta ahora de considerar los aspectos ligados a la fiabilidad y a la eficiencia energética, foco del interés de este trabajo. 4.4.1. Mantenimiento basado en la fiabilidad. El mantenimiento basado en la fiabilidad (reliability centered maintenance-RCM) surge en los años sesenta, como respuesta a los problemas en aquel entonces planteados: crecientes costes de mantenimiento, bajos niveles de disponibilidad, insatisfactoria efectividad del mantenimiento preventivo, etc. Básicamente utiliza los conocimientos y experiencia del personal de mantenimiento y producción para identificar, a partir de las metas de producción, los requerimientos de mantenimiento de cada unidad operativa, optimizar los rendimientos de esas unidades y alcanzar los resultados esperados. Es apropiado para equipos grandes y complejos, cuyos fallos conllevan riesgos económicos, de seguridad o medioambientales. Se desarrolla en una serie de fases. En las primeras, se examinan las funciones y metas de la productividad; a continuación, se evalúan los modos y efectos de los fallos que generan improductividad; con posterioridad, se definen los métodos adecuados para reducir las consecuencias del fallo. En la figura 4.2 se representan las siete fases del proceso de revisión de un RCM.

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Fig. 4.2. Fases del proceso de revisión de un RCM

Se comenta, a continuación cada fase:

Fase 1ª:

Se trata de identificar y priorizar los recursos físicos de la planta. Se confecciona una lista, registro o árbol de familias de equipos que deben ser mantenidos, evaluando su efecto sobre los procesos de negocio de la empresa.

Fase 2ª:

Se definen las funciones (primarias, secundarias, protectoras) de los equipos a mantener. Se fijan las metas de productividad diferenciando entre las capacidades de los equipos y los requerimientos.

Fase 3ª:

Se determinan los niveles esperados de rendimiento y en consecuencia los fallos funcionales, lo que define la calidad y cantidad del mantenimiento.

Fase 4ª:

Se identifican los modos probables de fallo, sus causas y sus efectos. Existen modos de fallo no especificados por el fabricante, cuya inclusión es determinada por la experiencia. Se describen también los efectos y sus consecuencias.

Fase 5ª:

Se seleccionan las tácticas de mantenimiento que permitan gestionar eficientemente los fallos. Se recomienda reducir la probabilidad de múltiples fallos en el caso de fallos ocultos; el rediseño o la modificación en el caso de fallos F. Javier Cárcel Carrasco

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que afecten a la seguridad; y la operación hasta el fallo o correctivo cuando el fallo tiene consecuencias en producción o mantenimiento. El RCM destaca las ventajas del predictivo frente a tácticas de reparación y de desecho basadas en el tiempo. Se deciden también las frecuencias de aplicación. Fase 6ª:

Se ejecutan las tácticas de mantenimiento determinando acciones y recursos necesarios.

Fase 7ª:

Se optimizan tácticas y programas mediante la reevaluación periódica de los resultados de las acciones RCM. Se trata a veces de un proceso continuo de monitorización, retroalimentación de datos y consiguiente adaptación o modificación.

El planteamiento de implantación gravita sobre: 

importantes esfuerzos de formación y entrenamiento,



aplicaciones piloto,



la difusión fluida de conocimientos,



el trabajo en pequeñas células o grupos,



el establecimiento de una visión de excelencia,



el impulso de credibilidad y apoyo logrando resultados inmediatos.

4.4.2. El mantenimiento productivo total. Comenzó en Japón como una reacción ante el despilfarro, los altos ciclos de producción y la variación del producto. Se trata de un planteamiento que opera sobre la gestión de los activos físicos (nivel logístico), y que entiende como básica la implicación del operario como responsable de la calidad del producto y la fiabilidad operativa. Fue definido por primera vez en 1971 por el Instituto Japonés de Ingenieros de plantas, planteando cinco metas: •

La mejora de la eficacia global.

•

El mantenimiento productivo

•

Implicación de todos los departamentos involucrados en su implantación.

•

Implicación de todos los empleados.

•

La gestión de la motivación a través de actividades autónomas en pequeños grupos.

Como señala Nakayima [2] la palabra total tiene tres significados distintos: ♦ Búsqueda de la eficacia económica o rentabilidad.

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♦ Prevención del mantenimiento a través del “diseño orientado al mantenimiento”. ♦ Participación total mediante el mantenimiento autónomo. Se basa en tres grandes principios: 

Gestión de la calidad total (TQM). El TPM asume los principios generales de la gestión de la calidad total en especial los siguientes:  La meta final del cero defectos.  Un estilo de dirección participativo, enfocado a resolver problemas y evitar defectos.  Las mejoras incrementales de la calidad en cada fase del proceso como vía para extender sus postulados.



La ingeniería de Mantenimiento. Tiene como propósito la gestión del ciclo de vida del equipo utilizando varias técnicas que el TPM hace suyas:  El mantenimiento preventivo o planificado.  El mantenimiento predictivo basado en condiciones.  El mantenimiento productivo o proactivo que pretende maximizar rendimientos al mínimo coste.  La gestión de datos del equipo, utilizando técnicas de gestión de la documentación y de la configuración (listas de materiales, historial de mantenimiento, registro de planos, registros visuales de características del equipo, gestión de cambios, etc.)  El coste del ciclo de vida del equipo (LCC), que incluye los costes de desarrollo, de fabricación, puesta en marcha, funcionamiento y desecho.



El justo a tiempo (JIT). Tiene como objeto la eliminación del despilfarro de stocks, espacio, tiempo, movimientos, etc. El TPM adopta esta meta de reducción básica del tiempo de ciclo y pretende conseguirla a través de la sensibilización del operario hacia las metas de su tarea.

Un programa de TPM se implementa en diversas fases que a continuación se refieren: Fase 1ª:

Planteamiento de estrategias en relación con los activos físicos, entre las que se encuentran:  El apoyo a los principios y métodos del JIT y de la TQM.  El planteamiento de mejoras radicales como el método SMED de cambio de formato rápido en máquinas, o la

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automatización y el refinamiento combinado de los procesos de producción y mantenimiento. Fase 2ª:

Determinación del nivel de autonomía. Se asienta que el principio de la capacidad de mejora está fundamentalmente en manos de los empleados, con lo que se la alienta a través de una relación de confianza y apoyo mutuo.

Fase 3ª: Planificación y programación de recursos. Asentado el principio anterior, se dota de forma programada al operario para que pueda realizar sus nuevas funciones. Fase 4ª:

Sistemas y procedimientos. Se establecen las normas y procedimientos de actuación. Especial consideración se le otorga al retorno de la experiencia, con implementación de un sistema de gestión de datos. Se documentan convenientemente las prácticas de implementación y se extraen “las buenas prácticas”.

Fase 5ª:

Mediciones. No basta con inducir la mejora continua, para alentar de forma continua el proceso deben realizarse las medidas oportunas de su evolución; el “desnivel” entre los requerimientos y los logros define el nuevo esfuerzo a realizar. Así por ejemplo, la medida de excelencia puede obtenerse mediante benchmarking. Esto ocurre así porque los grupos pequeños de mejora continua basan su agenda de trabajo en sistemas de gestión de la información.

Fase 6ª:

Equipos de mejora continua. Basados en los grupos propuestos por la TQM y el JIT. Estos grupos comienzan su trabajo determinando los aspectos críticos a impulsar utilizando un diagrama de Pareto. En estos pequeños grupos se potencia la comprensión, a través de la mejora y la profundidad del conocimiento, del fallo, sus causas y sus efectos.

Fase 7ª:

Revisión y rectificación de los procesos. Esta fase se basa en:  un análisis completo y profundo de los procesos en funcionamiento,  una comprensión profunda de los mismos basada en un conocimiento extenso, certero, preciso y objetivo de los procesos y de sus fines.

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 una revisión seguida de un rediseño de los procesos para vincularlos con la filosofía del TPM. Quizás el elemento más revolucionario del TPM sea el convertir en el eje del éxito, en la implantación del sistema, en el pilar de la mejora continua, a los procesos de entrenamiento y aprendizaje. También el refuerzo de los mecanismos de concienciación y sensibilización viene por esta vía. En la figura 4.3 se muestra el flujo desde las técnicas organizativas de mantenimiento y aplicación de acciones de mejora de fiabilidad y de eficiencia energética.

Fig. 4.3. Diagrama de acciones

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CAPITULO 5: PRINCIPIOS BÁSICOS PARA EL DESARROLLO DE UN SISTEMA DE MANTENIMIENTO BASADO EN LA FIABILIDAD Y LA EFICIENCIA ENERGÉTICA

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5. PRINCIPIOS BÁSICOS PARA EL DESARROLLO DE UN SISTEMA DE MANTENIMIENTO BASADO EN LA FIABILIDAD Y LA EFICIENCIA ENERGÉTICA 5.1.

PRINCIPIOS Y REFERENCIAS

Se ha descrito anteriormente, los principios que sustentan los sistemas actuales de organización del mantenimiento. Estos principios han de servir de lógica referencia para el aquí propuesto. La principal diferencia entre ellos parece ser los “enfoques básicos” que plantean. Contienen múltiples aspectos que, de una manera u otra, deben necesariamente ser considerados por un sistema de organización del mantenimiento. Existen, sin embargo, diferencias sustanciales en el enfoque y tratamiento de estos aspectos. En concreto, suele afirmarse que el RCM es un sistema que orienta los problemas y sus soluciones de arriba a abajo, mientras que el TPM lo hace de abajo (grupos autónomos) a arriba. Pues bien, el sistema propuesto que utiliza como referencia los tres sistemas (RCM, Mantenimiento efectivo y, muy especialmente, TPM) se caracteriza por poseer una orientación push-pull (que tira y empuja a la vez).

Tabla 5.1. Esquema comparativo de sistemas de organización del mantenimiento.

Se presenta en la tabla 5.1 un esquema comparativo del RCM, TPM, MBC y el MBEE (mantenimiento basado en la eficiencia energética). En él, se recogen las

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similitudes y diferencias básicas, lo que permite ubicar el sistema propuesto, entre los sistemas de referencia. Se comentan a continuación, de forma sucinta, los principios (recogidos en la tabla anterior) en que se basa el sistema propuesto: • • • • •

•

• •

•

Condiciones de Estado. Fijar las bases sobre las que se ha realizado el estudio (condiciones de funcionamiento). Condiciones energéticas. Conocimiento profundo del reparto de consumos de planta entre los diferentes equipos consumidores. Contabilidad energética. Condiciones sectoriales. Establecer los ratios actuales de intensidad energética que permitan evaluar los niveles de eficiencia energética en el tiempo, y con respecto al sector productivo. Condiciones de Operación. Analizar los estados de operación de determinados equipos desde el punto de vista del rendimiento energético de la instalación. Condiciones de Oportunidad. Presentar las oportunidades de ahorro energético y económico detectadas con el objeto de: • Evaluar el potencial de mejora de determinadas acciones con el fin de disponer de un orden de magnitud que permita conocer el impacto a nivel de ahorro económico asociado a dicha acción • Definir un sistema de medida que permita realizar un seguimiento sobre las acciones asociadas a consumos residuales y seguimiento de acciones de mejora realizadas • Definir acciones de ahorro energético en cuanto a volumen de ahorro e inversión, que permitan decidir sobre la ejecución del proyecto en cuestión. Condiciones de Fiabilidad. El Estudio de Fiabilidad presenta las valoraciones, análisis y recomendaciones realizadas en relación con los equipos eléctricos y energéticos, las redes eléctricas y la organización de la actividad de mantenimiento [6]. El contenido del estudio de fiabilidad se basa en la información recopilada en planta durante la vida útil y tiene por objeto evaluar el rendimiento energético de las instalaciones y ofrecer mejoras para cubrir las necesidades de energía de la empresa Consideración del LCC: El coste del ciclo de vida del equipo y del proceso es el elemento evaluador básico. Se contempla el análisis energético para promover pequeñas inversiones de mejora, incluyendo retornos intangibles. Sistemas de información basados en la utilidad, la contribución, y la Gestión de la eficiencia energética. Se trata de uno de los mecanismos que permite el aligeramiento de los sistemas informativos y la agilidad en la decisión, para incidir en LCC y el ahorro energético. Gestión del conocimiento: La base del sistema consiste en prestar atención a los procesos del conocimiento ligados a la gestión de los activos de la planta, a los tres tipos de experiencia y la fiabilidad de la eficiencia energética.

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Los principales objetivos que se desean conseguir con el MBEE en política energética de cara a la empresa industrial pueden resumirse en: • Adquirir la energía en las mejores condiciones de precio y calidad de suministro, adecuando la gestión de estos aprovisionamientos a los cambios que en estos mercados se están produciendo. • Conocer y controlar, de manera precisa, los consumos energéticos mediante un sistema de información adecuadamente diseñado que permita establecer objetivos concretos en la mejora de la eficiencia en el uso de la energía. • Optimizar la eficiencia de equipos y procesos analizando los flujos de energía en los mismos. Este análisis mostrará si es posible ahorrar más energía rediseñando el equipo o proceso o utilizando otro alternativo. • Usar la energía de forma racional, lo cual conducirá a ahorros de energía con baja inversión. • Aunar esfuerzos en la reducción de costes energéticos, mediante la colaboración en proyectos tanto con empresas del sector como con otras empresas. • Aprovechar y potenciar el capital humano disponible, ya que la reducción de costes de la energía no depende exclusivamente de la tecnología, sino que está muy ligada a la concienciación de las personas. • Identificar los “consumos evitables”, tanto en horas productivas como de no producción. Deberemos tener en cuenta: • La energía es un recurso equiparable al resto de los factores de producción. • La incidencia de los costes energéticos sobre los costes de producción, y por tanto del precio de venta, debe tenerse siempre en cuenta. • La recogida sistemática de información, a poder ser mediante sistemas informáticos, permite estudiar las series históricas de producción y consumos de energía. • La implantación de un sistema de gestión energética no representa una inversión apreciable. • Permite identificar oportunidades de aumento de eficiencia y reducción de costes. • Aumenta la sensibilidad hacia los temas energéticos y medioambientales en materia de emisiones y residuos. 5.2.

MODELO DE MEJORA

A este nivel de desarrollo del trabajo, se han planteado ya las características de los modelos de información y conocimiento en el mantenimiento industrial, sus carencias y las necesidades que de ellas y de los requerimientos de la planta actual se derivan. Es preciso plantear algún modelo de mejora que recoja las sugerencias, planteamientos y conjeturas que se han efectuado, y nuevos planteamientos tendentes a consolidar un esquema de actuación con las siguientes características:

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•

Ligero:

•

Flexible

•

Integrado

•

Multicriterio

•

Completo o total: que recoja toda la actividad.

•

Multiobjetivo: tiempo y coste.

•

Fiable

•

Que integre la eficiencia energética

5.2.1. Introducción. El trasvase de la experiencia cobra especial relevancia, en el caso de la configuración de los procesos de mantenimiento, en orden a implementar procesos de mejora de los objetivos: tiempo o duración, coste y calidad del trabajo realizado, fiabilidad del equipamiento, consumo de energía, acciones de ahorro energético, etc. Se insiste en el aserto de que, en ámbitos de planta, la información adquiere relevancia en función de su aporte a la consecución de los objetivos empresariales: mejorando la actividad, las operaciones y los procesos de mantenimiento de la planta y orientando una efectiva toma de decisiones. 5.2.2. Algunas definiciones. A efectos del modelo o esquema propuesto, se comienza por realizar algunas definiciones aclaratorias. Se denomina operación a un conjunto de micromovimientos relacionados, que se orientan a la consecución de un objetivo determinado y que poseen una entidad propia o función, a los efectos analíticos del presente estudio. La actividad queda constituida por diferentes operaciones y posee una naturaleza propia a efectos presupuestarios; esto es, pueden asignársele recursos y medir objetivos de tiempo, coste y calidad. Dichas actividades están secuenciadas y entre ellas se establecen relaciones de precedencia de cuatro tipos:

no puede empezarse antes que termine la precedente.

no puede empezarse antes que empiece la precedente.

no puede finalizarse antes que comience la precedente.

no puede finalizarse antes que termine la precedente. F. Javier Cárcel Carrasco

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Dichas actividades pueden solaparse, aunque lógicamente esto complicará la resolución del modelo que ha de plantearse. El conjunto de actividades de mantenimiento y sus relaciones de precedencia configuran una red (en la figura 5.1 se representa un ejemplo) que representa esquemáticamente un proceso de mantenimiento. A este proceso lo denominaremos también intervención, y refleja una actuación de mantenimiento determinada ante algún requerimiento efectuado desde alguna sección de la planta. Se clasifican las actividades relativas a mantenimiento en simples y complejas. La actividad simple que utiliza un único recurso de cada tipo (materiales, mano de obra y maquinaria) es el objeto de estudio básico; se denomina actividad múltiple cuando requiere el aporte de varios recursos diferentes (bien materiales distintos o múltiples operarios o máquinas). Por último, se denomina actividad con objetivos multivariantes o simplemente actividad multivariante cuando se analizan no sólo diferentes inputs o recursos, sino también distintos outputs u objetivos (varias VD). Se analizan, a continuación, las características básicas e interrelaciones que se presentan en cada tipo de actividad al objeto de plantear el modelo.

Fig. 5.1. Ejemplo de red con 8 actividades y 5 pasos en secuencia.

En el caso de actividad simple, puede incrementarse la eficacia, eficiencia o efectividad de la misma de diferentes maneras:

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Evitando desperdicios.

Evitando operaciones mal ejecutadas o que deban repetirse.

Mejorando los métodos de trabajo.

Rediseñando el equipo sobre el que se opera.

Mejorando los útiles y herramientas de trabajo

Realizando horas extras o más turnos.

Secuenciando bien la actividad o solapándola adecuadamente con otra/s.

Implementando un sistema de aprendizaje.

Implementando un sistema de seguimiento.

Con información adecuada: manuales técnicos explicativos, planos y esquemas actualizados, etc.

Efectivamente, una buena información bien estructurada y guiada al objetivo, resulta un instrumento valioso para lograr actividades de mantenimiento efectivas, pero se observa también, a través de la relación expuesta, la disparidad de caminos de mejora que hacen relación a un diseño, planificación y ejecución óptima del trabajo, de la operación y de la actividad. En el caso de actividad múltiple, a las anteriores características debe sumarse la aportación de más recursos de cada tipo que reducen la duración de la actividad, pero incrementan su coste. Se deben plantear estrategias de mantenimiento, que tras un profundo análisis de la industria nos permitan abordar acciones que redunden en la mejora de la eficiencia energética global. Así como aumentar su fiabilidad. Estas acciones (muchas de ellas de sentido común), deben calar en la estrategia de la organización, en un proceso paulatino de mejora continua. Las primeras acciones, (figura 5.2) necesitarán un mayor tiempo de preparación y motivación de los equipos humanos, pero tras los primeros procesos y con la adaptación de los planes de mantenimiento, se tenderá a observar con mayor precisión y rapidez todas aquellas acciones que tienden a la mejora del proceso de mantenimiento, la fiabilidad y la eficiencia energética, hasta llegar a un punto en que las acciones no son viables para seguir las características del proceso industrial. En este punto se habrá llegado al punto de eficiencia máxima en relación a la actividad industrial.

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Fig. 5.2 Senda de reducción óptima de acciones de ef. energética.

En Rodríguez y Conde [15], se plantea un método de reducción combinada de tiempo y coste eligiendo la senda óptima para conseguir los objetivos de reducción con el mínimo esfuerzo. Aquí se elige otra vía, combinando algoritmos de camino crítico con otros de programación. El modelo propuesto contiene un algoritmo de búsqueda de caminos reducibles (caminos cuyas actividades pueden reducirse potencialmente en tiempo y coste sin merma de calidad). Se analizan qué actividades deben reducir su duración, a partir de determinadas hipótesis de linealidad, y utilizando la programación lineal para determinar la reducción de la duración de la intervención de mantenimiento de mínimo coste (IMMC). Bajo hipótesis de no linealidad, utiliza un heurístico original que determina la intervención de mantenimiento que alcanza unos objetivos propuestos de reducción de coste y tiempo. 5.2.3. Relación entre la duración y el coste de una actividad. Ya se ha reseñado que existen diferentes métodos para reducir la duración de una actividad según sea ésta una actividad simple o múltiple. También se ha señalado que, en general, esta reducción de tiempo viene acompañada de un aumento de coste incluso, a veces, de un descenso de calidad. En definitiva, se plantea algo que empíricamente parece evidente: la dificultad para compatibilizar objetivos. En concreto, es frecuente modelar [16] la relación tiempo-coste según puede observarse en la fígura 5.3. Es decir, existe una duración mínima por debajo de la cual no es posible, con los medios y conocimientos disponibles, realizar la actividad. A esa duración la denominaremos Duración Tope (DT) y Coste Tope (CT) al coste asociado correspondiente. De igual forma, existe un coste mínimo que denominaremos Coste Normal (CN), con el que es posible realizar la actividad y

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que corresponde a una duración de la actividad, denominada Duración Normal (DN). C CT

Tope

Normal

Fig. 5.3. Relación duración-coste de una actividad.

Entre el punto tope y el normal la relación tiempo-coste o duración-coste es decreciente, si bien convexa con relación al origen. Más allá del punto normal, tanto la duración como el coste aumentan y se convierte en una zona de clara insuficiencia y, por tanto, no deseable. Generalmente, se adopta una aproximación lineal entre el punto tope y el normal, o bien lineal a tramos. Aquí se utilizará además una aproximación cuadrática, ya que se entiende que existe una zona eficiente en el entorno del punto normal, interesante de considerar, donde la relación de sustitución o transformación coste-duración es favorable y determina una reducción multivariante eficiente. La relación decreciente mencionada representa el hecho de que cuando el trabajo es desempeñado por un operario, el alargamiento del turno o el establecimiento de varios turnos, incrementará el coste de la actividad, disminuyendo la duración en jornadas de trabajo, pero no en horas trabajadas. Si se dispone de más operarios, materiales o máquinas, la duración de la actividad disminuye, pero aumentará el coste de la actividad. El aumento del coste es creciente, ya que la productividad o rendimiento, cuando aumenta el factor variable manteniendo constante el fijo, es decreciente (ley de los rendimientos decrecientes). Cuando a la decisión de involucrar más o menos recursos, se le acompaña de procedimientos o métodos de mejora, es posible contemplar una cierta inversión requerida, que si se trata de un proceso de mejora continua presentará un diagrama de flujo de efectivo del tipo del de la figura 5.4.

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b1 b2 b3 b4 b5

b6 b7 b8 b9 b10

Fig. 5.4. Diagrama de flujo de efectivo en un proceso de mejora en la reducción de una actividad de mantenimiento.

Las hipótesis son: -

existe una inversión inicial (I1) importante, para diseñar e implementar el plan de reducción.

Son necesarias nuevas inversiones (I2,....), de menor cuantía que la inicial, para mantener el proceso de mejora.

Se irán obteniendo flujos de efectivo positivos y progresivos (b1,...) a lo largo de los primeros períodos, hasta su estabilización (b6,...). Estos flujos positivos provienen de la reducción de la duración y el coste de la actividad de mantenimiento, la mejora de la eficiencia energética y aumento de la fiabilidad de los sistemas y equipos.

En una intervención de mantenimiento, una reducción del coste supone un incremento del beneficio asociado a la incidencia y una reducción de la duración puede suponer una disminución del coste de oportunidad (por aumento de la disponibilidad y por tanto de la producción) y un descenso de la no calidad, vía, por ejemplo, de un aumento de los costes indirectos de la no-calidad (por imagen, plazo y fiabilidad en la entrega, etc.). 5.2.4. Método de reducción. En la figura 5.5 se presenta un modelo de reducción que, a diferencia del convencional (equilibrio parcial), contempla situaciones en que determinados parámetros clave (calidad del trabajo de mantenimiento, métodos y tecnologías utilizados, especialización de la mano de obra, procesos de aprendizaje, fiabilidad, flujo energético, etc.) pueden presentar variaciones, con lo que modifican sensiblemente la trayectoria de reducción y por lo tanto la toma de decisiones al respecto.

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Coste

M1-Q1

Q2 Q3

Duración Figura 5.5. Relaciones duración-coste para niveles de calidad y de procedimiento diferentes.

La mejora del método o procedimiento de realización de la actividad conduce a nuevas relaciones duración-coste, como las M2 y M3, bajo la hipótesis de reducción del tiempo normal, pero no del coste normal, ni del tiempo o duración tope. Por contra, si se pretende aumentar los niveles de calidad de la actividad, las relaciones duración-coste se desplazan hacia la derecha (Q2 y Q3). Como se ha señalado, Conde propone en [17] el concepto de proyecto ligero o Lean project. En él, se busca la “poda” y el “desbroce” de las actividades innecesarias aligerarándolas en lo posible, orientándolas con exclusividad a los objetivos propuestos. •

Menores desperdicios

•

Mayor atención en el desempeño

•

Mayor focalización (efectividad) a los requerimientos.

•

Mayor intensidad orientada

•

Mejor uso de los recursos

•

Mejor organización y método.

•

Uso de tecnologías de aligeramiento, etc.

Conducen, a través de una senda en la que se ha determinado la secuencia óptima, a un “proyecto ligero”, sin cargas innecesarias y orientado a la consecución de sus fines, fijados en relación a los requerimientos. El equilibrado de recursos conduce a un planteamiento en el que se destapa otro objetivo clave que es la reducción del riesgo. Esto conlleva, evidentemente, un escenario estocástico en el que las variables son aleatorias con funciones de densidad asociadas.

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Para el caso de aproximación cuadrática: C = aT 2 C − C N = a (D − D N ) 2

CT − C N = a(DT − D N )2

C − CN =

CT − C N DT − D N 2

CT − C N DT − D N

(D − D N ) 2

En lugar de proponer una reducción fija del coste de la actividad en %, se podría efectuar en función de la pendiente. La metodología consiste, en primer lugar, en determinar todos los caminos críticos existentes en la red con las duraciones normales (CC-dn) y los correspondientes con las duraciones topes reducidas (CC-dtr); denominando “dtr” a las duraciones mínimas que pueden llegar a tener todas las actividades que integran la incidencia o proceso de mantenimiento estudiado, una vez finalizados los correspondientes procesos de reducción: vía aumento de recursos, mejora de métodos y tecnológica, especialización, aprendizaje, etc. El resultado óptimo desde el punto de vista duración-coste deberá estar entre ambas duraciones, y el objeto del modelo es encontrar ese resultado, manteniendo constante la calidad con que se realizan las actividades. El siguiente paso consiste en encontrar la intervención o actuación de mínimo coste para el CC-dn y, a partir de ahí, ir reduciendo la duración del camino crítico, aunque el mínimo coste de la incidencia correspondiente vaya lógicamente aumentando. A efectos de minimizar el tiempo de búsqueda de la solución óptima, sólo se considerarán los caminos cuya duración no exceda la duración tope reducida de la intervención (la duración del camino suma de las duraciones tope de sus actividades una vez reducidas). Es decir, no se considerarán aquellos caminos cuya duración normal no exceda la duración tope reducida máxima, ya que su inclusión no modifica la solución buscada y aumenta el tiempo de computación. Se entenderá que la reducción de actividades que integren estos caminos sólo servirá para que reduzcan todavía más su duración total, mientras, el resto de actividades que no figuren en los caminos considerados, no tiene sentido

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reducirlas, pues conduce también lógicamente a una reducción del tiempo de duración total del camino. La duración menor a conseguir, si no se considerara como objetivo también la reducción de coste, es la mayor duración tope reducida de los diferentes caminos considerados que conectan la actividad inicial con la final. Se eligen, a continuación, las actividades de los caminos críticos que presenten relaciones marginales de sustitución coste-duración menores (si la aproximación es lineal) o menor que una tasa determinada (si la aproximación es cuadrática) hasta que se alcanzan las duraciones tope o tope reducidas, o bien aparezca un nuevo camino crítico. A partir de ese momento, deben reducirse combinadamente los dos caminos, hasta alcanzar la duración tope reducida en alguno de los dos. El coste directo de una actividad i es del tipo: CDi = k i − c i × t i

siendo c el incremento de coste por una unidad de aumento en la duración de la actividad, es decir su pendiente, en el caso de aproximación lineal. Su expresión es: ci =

C N i − CT i D N i − DT i

≤0

La duración real de la actividad i, t i , deberá tener los siguientes límites: - sin reducción vía método: 0 < DTi ≤ t i ≤ D Ni

- con reducción vía método (TR: tope reducida y NR: normal reducida): 0 < DTR i ≤ t i ≤ D NR i

Evidentemente, el coste directo de la incidencia de mantenimiento corresponde a la suma de los costes directos de todas las actividades que la componen y que, por tanto, forman parte de la red. Esto es:

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FIABILIDAD EN EXPLOTACIÓN, MANTENIMIENTO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA EN PLANTAS INDUSTRIALES: INVESTIGACIÓN SOBRE SU RELACIÓN TÁCTICA CD =

∑ [k

− ci × t i ]

∀i

Así, puede plantearse el problema de la siguiente manera: MínCD =

∑ [k

− ci × t i ]

∀i

t i ≤ D NRi

−t i ≤ − DTRi

∑t

≤D

∑t

≤D

∑t

≤D

∀i∈W1

∀i∈W2

∀i∈W3

........................

∑t

≤D

∀i∈Wh

Siendo Wj los diferentes caminos considerados (aquellos cuya duración normal es mayor que la duración tope reducida máxima). D es la duración del proceso o incidencia de mantenimiento. El problema así planteado consiste en obtener las diferentes duraciones reales t i de cada actividad, que, para una duración de la incidencia tal como D, dan un coste directo de la misma mínimo. El mínimo del CD coincide con el máximo del segundo término, así:

Máx

∑c t

i i

∀i

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se convierte en la función a maximizar. 5.2.5. Obtención de los parámetros Los parámetros se deben obtener a partir de los diferentes caminos considerados, para lo que se utiliza alguno de los siguientes algoritmos: -

algoritmo geométrico de preoptimización. En una matriz denominada R se recogen todas las relaciones de precedencia que se dan en la red objeto de estudio, situando en cada fila la actividad precedente y la posterior. En Conde [18] se recoge un ejemplo que sirve para presentar el algoritmo. Se comienza por la actividad de la esquina noroeste y la correspondiente a la primera relación encontrada, trazando una línea horizontal que une ambas actividades. A continuación, se traza una nueva recta vertical desde la actividad posterior (en este caso la 2) hasta encontrar una nueva casilla con la misma actividad (en este caso en la fila 3). En esa misma fila, se unen las dos actividades correspondientes relacionadas y se vuelve a iterar hasta encontrar la actividad final n. Este camino en zig-zag contiene todas las actividades de un camino (es decir el conjunto de actividades con relaciones de precedencia que comienzan en la actividad inicial 1 y terminan en la final n). De igual forma, probando con la siguiente fila, se van obteniendo todos los caminos existentes en la red.

se utiliza también otro algoritmo algebraico, cuando el número de actividades es numeroso o presenta forma lineal o de husillo, o está organizado en pasos en secuencia como en la figura 4.1. Siendo p el paso en secuencia y q el número que corresponde a cada actividad dentro de su paso, se van configurando matrices que corresponden a las relaciones establecidas entre las actividades del primer paso en secuencia y las posteriores. Sucesivamente, se van configurando nuevas matrices añadiendo las sucesivas relaciones de estas últimas actividades con las que le siguen, hasta el último paso en secuencia. 11 21    P2 = 11 22     .. ..    11 21 31    11 22 31  P3 =  11 22 32     .. .. ..   

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FIABILIDAD EN EXPLOTACIÓN, MANTENIMIENTO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA EN PLANTAS INDUSTRIALES: INVESTIGACIÓN SOBRE SU RELACIÓN TÁCTICA 11 21  11 22 Pr = 11 22   .. ..  11 2 s 2

31 31

r1   r1  .. r 2   .. ..   .. rs r  .. .

32 .. 3s 3

y así hasta llegar al último paso en secuencia. Cada fila de esta última matriz constituye un camino. En lugar de en forma matricial, puede desarrollarse en forma de árbol. Una vez encontrados los diferentes caminos de la red, por un método u otro se conocerían los parámetros de la matriz:  a11  a A =  21 ..  a  m1

a12 a 22 .. a m2

a1n   .. a 2 n  .. ..   .. a mn  ..

que acompañan a las variables (duraciones de las actividades). Estas variables pueden tomar los valores 1, 0, -1. Como se puede colegir fácilmente, los valores m y n en un caso real alcanzan valores elevados y el problema de computación se hace costoso. Así, como ya se ha mencionado, se procede a la eliminación o desbroce de los caminos cuya duración normal es menor que la duración tope reducida máxima (que lógicamente corresponde al camino crítico con duraciones tope reducidas). A fin de aligerar la poda de dichos caminos se ha confeccionado también un heurístico que facilita el proceso. Se siguen las siguientes etapas: -

Se comienza calculando la duración normal total (DNT) de la incidencia, resolviendo el simplex con duraciones normales, y también la duración tope reducida total (DTRT), calculando el simplex con duraciones tope reducidas de cada actividad.

Se calcula la reducción máxima posible a obtener: DNT − DTRT

Esta reducción se convierte en la “holgura de referencia”. HR = DNT − DTRT

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Utilizando el segundo método, el algebraico, de cálculo de los caminos, en forma de árbol o matricial, se confeccionan matrices de forma similar a las anteriores, en las que se hace figurar en cada fila las holguras de cada actividad integrante del camino. Así, a la matriz Pr , le correspondería la Hr:  H 11   H 11 H r =  H 11  ..   H 11

H 21 H 22 H 22 .. H 2 s2

H 31 H 31 H 32 .. H 3 s3

.. H r1 . H r1 .. H r 2 .. .. .. H rsr

       

Se rechaza, podándolo del árbol o de la matriz, el camino cuya suma de holguras sobrepase a la “holgura de referencia”. Se obtendría el vector de holguras de los caminos en consideración:   r  H t1   t =1   r   H t 2     t =1 HC =  r , H t3     t =1  ........   r  H tc       t =1

∑

siendo t el número de la columna y c el de filas que corresponde al de caminos iniciados. De esta forma, se podan todas las filas i, en las que se cumple: r

∑H

> HR

t =1

Como es lógico, es posible establecer un balance entre la obtención de subóptimos valiosos y el coste de computación manipulando la “holgura de referencia”. HR < DNT − DTRT

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5.2.6. Forma general del modelo lineal Siguiendo con el problema planteado, puede representarse de forma convencional de la siguiente forma general: Máx.Z = c1 x1 + ... + c n x n a11 x1 + ... + a1n x n ≤ b1 a 21 x1 + ... + a 2 n x n ≤ b2

............................... a m1 x1 + ... + a mn x n ≤ bm x1 ≥ 0, x 2 ≥ 0,..., x n ≥ 0

De forma simplificada: n

MaximizarZ =

∑c

jxj

j =1

sujeta a n

∑a

≤ bi , para i = 1,2,..., m

j =1

x j ≥ 0 , para j = 1,2,..., n

o en forma matricial MaximizarZ = cx

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sujeta a Ax ≤ b

x≥0

Como puede comprobarse, corresponde a la forma general o estándar del problema primal de programación lineal, cuyo correspondiente dual será: m

Minimizary 0 =

∑b y

i i

i =1

sujeta a m

∑a

ij y i

≥ c j , para j = 1,2,..., n

i =1

y i ≥ 0 , para i = 1,2,..., m

Como es sabido, se introducen las correspondientes variables de holgura x n +1 ,..., x n + m

sabiendo que si “x” es una solución factible para el primal y “y” para el dual la propiedad de dualidad débil señala que: cx ≤ yb

mientras que si x* e y* son soluciones óptimas del primal y del dual, la propiedad de dualidad fuerte describe la siguiente relación: cx ∗ = y ∗ b

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Como se conoce, de la matriz: a 00 b  1  ...   bi  ...   bm

...

a11 ...

... a1 j ... ...

... ...

a i1 ...

... ...

a ij ...

... ...

a m1 ... a mj

...

cn  a1n  ...   a in  ...   a mn 

se selecciona una columna con c j > 0 y, a continuación la fila con la relación con menor valor absoluto. El pivote

a ij

bi a ij

determina las variables entrantes y

salientes y, a partir de él, se procede a la modificación de la matriz. El proceso continúa hasta que no existe ningún c j > 0 , habiéndose encontrado la solución óptima; es decir, aquellos valores de duración de cada actividad que conducen a una duración de la incidencia de mantenimiento de valor D, al menor coste posible. Sin embargo, para alcanzar el objetivo planteado, deben buscarse los valores de tiempo o duración de la incidencia y coste total correspondiente que satisfagan los objetivos de la empresa, lo cual ha de depender necesariamente de los valores que para la misma tengan la duración y el coste. Para obtener las diferentes parejas de valores duración-coste de la incidencia, se aplicará la programación lineal paramétrica. Dicho método se utiliza para llevar a cabo un análisis de sensibilidad sistemático que cambia gradual y simultáneamente varios parámetros del modelo. Se podría seguir el procedimiento algorítmico para el caso en que se cambian los parámetros c j . La función objetivo del modelo de programación lineal normal: n

MaximizarZ =

∑c

jxj

j =1

se sustituye por:

MaximizarZ (θ ) =

∑ (c n

)

+ α jθ x j

j =1

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en donde las α j son constantes de entrada dadas, que representan las tasas relativas a las que se cambian los coeficientes. Estos valores asignados a las α j pueden representar cambios simultáneas interesantes de los c j , para realizar un análisis de sensibilidad sistemático del efecto que tiene el aumento en la magnitud de estos cambios. También pueden, estos análisis, estar basados en la forma como cambiarán los coeficientes (por ejemplo, ganancias unitarias) respecto a algún factor medido por θ . Estos factores pueden ser incontrolables, como el estado de la economía, o por el contrario, encontrarse bajo el control del tomador de decisiones (por ejemplo, los recursos que deben cambiarse de una actividad a otra).

Z ∗ (θ )

θ1

θ2

Figura 5.6. Valor de la formación objetivo (coste) para una solución óptima (tiempo), como una función de θ para programación lineal paramétrica con cambios sistemáticos en los parámetros cj.

El procedimiento de programación para cambios sistemáticos en los parámetros c j es el siguiente: 1. Se resuelve el problema de programación con θ = 0 usando el método simplex. 2. Se utiliza el procedimiento de análisis de sensibilidad para introducir los cambios ∆c j = α jθ . 3. Se aumenta θ hasta que el coeficiente de una de las variables no básicas se convierta en negativo (o hasta que θ se haya incrementado todo lo que se pretende). 4. Se utiliza esta variable como variable básica entrante para llevar a cabo una nueva iteración del método simplex, encontrando una nueva solución óptima. Se regresa, posteriormente, al paso 3.

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5.3.

PARÁMETROS ESTADÍSTICOS DE LA FIABILIDAD.

En este apartado, se va a tratar lo referente a los Parámetros Estadísticos a utilizar, a saber: Fiabilidad, Mantenibilidad, Disponibilidad y Relevancia. A continuación, se va a comentar la aplicación relativa a los grupos funcionales. Los modelos combinacionales, para la evaluación de la fiabilidad, mantenibilidad, disponibilidad y relevancia, que se utilizan, emplean técnicas probabilísticas, que enumeran las diferentes situaciones en las que el sistema (grupo funcional) permanece operativo. Un grupo funcional se divide en un número de módulos (equipos) no solapados. Cada grupo formado es capaz de realizar una o varias operaciones de forma conjunta, siendo los elementos a considerar: • Equipos • Funciones Por ello, resulta evidente que los distintos grupos que puedan darse en la planta, reflejarán las combinaciones posibles entre un número m de funciones y un número n de equipos, cumpliéndose siempre que m<n, ya que el hecho de que pudiera resultar n = m, supondría un contrasentido a efectos de redundancia. En el grupo funcional cada uno de los equipos tiene asignada una probabilidad de funcionamiento, Ri (t), y, a partir de los Ri (t), se tratará de determinar la fiabilidad del sistema. Se plantean las siguientes aproximaciones: • Los fallos en los equipos son independientes. • Una vez el equipo falla no vuelve a ser operativo hasta que se repara o se sustituye. • El grupo se considera que falla si no se satisface la condición de existencia de un número mínimo de equipos funcionando. Los dos tipos de sistemas más corrientes en la planta industrial son los sistemas serie y los sistemas paralelo. En un sistema serie, se necesita que todos los equipos funcionen correctamente para que el sistema funcione. En un sistema paralelo, por el contrario, sólo se necesita un equipo funcionando para que el sistema funcione. En la práctica, los sistemas a gestionar son una combinación de subsistemas serie y subsistemas paralelo. En un sistema serie con n equipos, suponiendo que todos ellos son independientes, la fiabilidad total se calculará así: R

n (t) = ∏ R (t) serie i i =1

donde, Ri (t) es la fiabilidad del equipo “i”.

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La probabilidad del fallo, Q, es:

Qserie (t)=1-Rserie(t) Por tanto:

[

n (t) = 1 − ∏ 1 − Q (t) serie i i =1

]

Para un sistema paralelo formado por n equipos, la probabilidad de fallo se calculará: Q

n (t) = ∏ Q (t) par i i =1

y la fiabilidad:

Rpar(t)= 1-Qpar(t) Por tanto,

[

n (t) = 1 − ∏ 1 − R (t) par i i =1

]

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Para la evaluación de grupos que no pueden ser catalogados como sistemas serie o sistemas paralelo, el sistema utiliza los “diagramas de bloques de fiabilidad” (RBD). Cada vía del diagrama representa un conjunto de equipos que tienen una dependencia operacional. Cualquier equipo puede formar parte de más de una vía, dependiendo del diseño del grupo. Así, el RBD no es una representación directa de la estructura física del grupo, sino, simplemente, una representación para la caracterización de su fiabilidad. En la figura 5.7 queda representada la obtención del RBD para un grupo de tres equipos. El grupo será operativo si al menos dos de los tres equipos son operativos. Como se puede apreciar la estructura RBD del sistema de tres equipos, figura 5.7-b), es bastante diferente de su estructura física, figura 5.7-a).

Figura 5.7. Sistema RBD (diagrama de bloques de fiabilidad)

La probabilidad de que este grupo (2-de-3) funcione correctamente no es simplemente la probabilidad de las tres vías en paralelo, ya que éstas son estocásticamente dependientes.

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Así, la fiabilidad total del grupo se obtiene: RG(t) = R1(t)R2(t)R3(t) + [1 – R1(t)]R2(t)R3(t) + R1(t)[1 – R2(t)]R3(t) + + R1(t)[1 – R2(t)]R3(t) = R1(t)R2(t) + R2(t)R3(t) + R1(t)R3(t) – 2R1(t)R2(t)R3(t) Cuando se trate de sistemas más complejos que los anteriormente considerados el sistema obtiene su RBD para la evaluación de la fiabilidad. La mantenibilidad y la disponibilidad de cada grupo, función de las respectivas mantenibilidades y disponibilidades propias de los equipos componentes del grupo, obedecen a las mismas leyes probabilísticas que la fiabilidad de grupo, por lo que sus formulaciones resultan similares. Hasta ahora, se ha visto cuál es el tratamiento matemático de los parámetros estadísticos, tanto en el caso de los equipos por separado como en el caso de los denominados grupos funcionales. A continuación, se va a exponer cómo se esperan que influyan las mejoras a conseguir por el sistema propuesto en dichos parámetros. Se considerará cada uno de ellos: 1.

Fiabilidad: El concepto de fiabilidad (figura 5.8) implica el funcionamiento de un sistema o equipo en las condiciones requeridas, y que dependía de forma directa del MTBF (tiempo medio entre fallos). Con el sistema de mantenimiento basado en el conocimiento, la fiabilidad operativa debe incrementarse por diversas razones ligadas a la mejora de la actividad de mantenimiento: • Por un lado, la gestión de la documentación posibilita la centralización y estructuración sencilla y lógica de toda la información relativa a los equipos, incluyendo históricos de mantenimiento y averías. •

Por otra parte, el sistema de autoaprendizaje proporciona rapidez en el conocimiento de los equipos y sus posibles averías, tanto previstas como si no lo son. Esto posibilita la aceleración y seguridad en la toma de decisiones a través del sistema de decisión interactivo.

•

El sistema de reciclaje del personal facilita la puesta al día tecnológica que se necesita para el apropiado conocimiento de los equipos.

• Todo esto implementado a través de la gestión integral automatizada vía informática. Todo lo mencionado se traduce en: • Una disminución de los tiempos de actuación en la reparación de averías. • Mayor eficiencia en dichas reparaciones que impide un posible fallo posterior derivado de un arreglo inadecuado.

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•

Posibilidad de compensar los inconvenientes del incremento progresivo de la complejidad de los equipos, factor que incide negativamente en la fiabilidad de los equipos e instalaciones.

• Prorroga la vida de los elementos y equipos, lo cual es más crítico en el caso de las de difícil y costosa reparación. Con todo esto, el MTBF se incrementa, lo que incide directamente en un aumento de la fiabilidad operativa. Esta mejora incide además de forma positiva en varios aspectos: •

Facilita el mantenimiento preventivo al poder evaluar de forma más eficiente la duración de un equipo con objetivos de planificación.

•

Reduce el número de accidentes.

• Evita las consecuencias económicas de una parada de planta por avería no prevista. •

Permite asegurar un nivel de fiabilidad adecuado a la demanda del mercado.

•

Reducción de la tasa de fallos.

Figura 5.8. Curva de fiabilidad exponencial

Mantenibilidad: En síntesis, el parámetro mantenibilidad intenta predecir la duración de la reparación y se puede expresar en términos de tiempo medio de reparación (MTTR). Los procedimientos y formas de organización, para fijar y alcanzar objetivos de mantenibilidad, requieren disponer de la información correspondiente a tiempos de ineptitud y reparación, costes de reparación, etc. Ello supone, con frecuencia, grandes dificultades, debido a que las actividades de reparación

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suelen estar muy dispersas entre muchos usuarios, y porque los servicios de mantenimiento no consideran de interés llevar eficazmente el control y registro de todos esos datos. Todos estos problemas se solucionan con la implantación del sistema, lo cual redunda en la mejora de la mantenibilidad de los equipos y grupos funcionales. En definitiva, se consigue optimizar la aptitud del sistema para ser reparado y, por tanto, la facilidad, rapidez y la economía con que puedan realizarse las operaciones de mantenimiento.

Figura 5.9. Diagrama tiempos avería-reparación

Disponibilidad: Se definió la disponibilidad de un equipo o instalación como la probabilidad de que en un momento dado se encuentre en situación de funcionar en unas condiciones dadas. Para obtener ésta, se parte de los históricos de la planta donde aparecen los períodos en que la misma ha estado parada, obteniendo su valor para un determinado período de tiempo. En lo que hace referencia a su mejora, hay que tener en cuenta dos aspectos: • Si las máquinas no fallaran nunca, la disponibilidad sería del 100%, pero buscar una disponibilidad total implicaría un aumento infinito de los costes de mantenimiento. De forma gráfica, esto se traduce en una subida de la curva de beneficio neto B. • Por otra parte, y en relación con lo anterior, hay que recordar que la disponibilidad es una función relacionada con la fiabilidad de forma directamente proporcional. Por esto, cuando mejoramos una, la otra también se ve automáticamente mejorada.

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Relevancia:

En lo que hace referencia a los grupos funcionales, se definió la relevancia como medio para poder valorar la fiabilidad del grupo teniendo en cuenta las fiabilidades individuales. Basándose en esto, es claro que al igual que ocurre con la disponibilidad, la relevancia también se ve afectada de forma directa. De esta forma, se tiene que la mejora de la fiabilidad de cualquier equipo se traduce en un aumento de la relevancia del grupo funcional. 5.4.

PARÁMETROS MECÁNICOS DE VERIFICACIÓN.

Cualquiera que sea la forma de adquisición de las informaciones, la aplicación de la gestión de la documentación y de la gestión del autoaprendizaje y decisión va a aportar las siguientes ventajas: • Las diferentes técnicas se presentan desde varias formas: en funcionamiento continuo, donde se fijan permanentemente mecanismos de captación en los equipos, por integración completa, por vigilancia periódica o por monitorizado. La forma más adecuada para cada caso viene recogida en la base de datos consiguiéndose así una adecuada aplicación del mantenimiento. •

Igualmente, el procedimiento óptimo de aplicación también se encuentra recogido, de forma que el tiempo de aplicación es mínimo y los materiales a emplear son los adecuados.

•

Los dos aspectos arriba comentados redundan, a su vez, en una reducción de los costes, sean éstos tangibles o no.

5.4.1. La herramienta informática. La utilización de la informática supone la materialización del sistema de mantenimiento en su totalidad, con todas las funciones y aplicaciones requeridas y capaz de manejar y operar con la gran cantidad y variedad de datos necesaria. Las empresas deberán implementar un sistema informático capaz de captar toda esa información, teniendo en cuenta su sistema de organización de mantenimiento, la captación de la información tácita, así como todas las características que se van materializando en relación a la fiabilidad de los sistemas y la eficiencia energética. La figura 5.10 contiene el esquema general de procesamiento. De esta forma, la informática se convierte en una herramienta muy útil para implantar, gestionar y/o controlar todo tipo de procesos e incidencias relativas al mantenimiento.

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1. Configuración (características técnicas y funcionales. 2. Información técnica: árbol de fallos, proceso y cadena de fallo, fiabilidad de diseño y operativa, mantenibilidad y disponibilidad, flujos energéticos en máquinas y procesos. 3. Procesos y procedimientos estándar, descripción situaciones e intervenciones tipo, medición, verificación. 4. Registro de la condición o estado. 5. Características y parámetros económicos.

1. Agregación de nuevos datos. 2. Cambios de parámetros. 3. Cambios de procedimientos. 4. Cambios en la condición.

1. 2. 3. 4.

Estructuración nueva. Agregación/asociación. Ajuste. Conversión.

1. Modificación de los datos de configuración.

Captura de la informa -ción inicial.

Captura de información dinámica

Captura de la experienc ia tácita Cambios en la configuración

1. Información teórica 2. Experiencia explícita. 3. Proveedores de equipos e instalaciones. 4. Medidas y verificaciones. 5. Análisis y cálculos previos.

1. Partes de trabajo. 2. Colectores/analizado res. 3. Pruebas y ensayos. 4. Medidas y verificación.

1. Experiencia tácita.

1. Modificaciones en planta.

Figura 5.10. Esquema general de procesamiento de la información.

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5.5.

SUBSISTEMA DE ACCIONES MANTENIMIENTO (SARM).

RESULTADOS

SOBRE

Se trata de conseguir el óptimo aprovechamiento de toda la información técnica, tanto teórica como práctica que hay disponible en la empresa. El correcto “encauzamiento” de esta información marcará la eficacia de la gestión de mantenimiento, con reducción de tiempos y costes (proceso de mejora): •

La reducción de los tiempos de actuación: es la consecuencia de la eficiencia en las operaciones proporcionada por la disponibilidad de la información tecnológica y de las directrices de actuación en mantenimiento, y la aplicación del módulo de mejora.

•

La reducción de los costes derivados. La reducción de tiempos repercute de forma inmediata en la reducción de costes.

•

La reducción del coste energético del proceso.

•

La mejora de la fiabilidad del sistema.

Concretamente, en lo que hace referencia al coste directo de una intervención CM, éste se ve reducido por la eficiencia en la utilización y gasto de materiales y por la reducción del TTR (tiempo empleado en la reparación). En la figura 5.11, se observa la gráfica de representación de CM en función del TTR. Dicha curva presenta un mínimo que corresponde al coste mínimo y al TTR económico. Éste es el aspecto cuyo valor hay que minimizar y que se reduce con el aumento de la eficiencia en las operaciones sin que por ello el coste de mantenimiento se vea incrementado. Esto quiere decir que el TTR mínimo se va a reducir pero la curva lejos de subir va a bajar. Por otro lado, el coste medio anual Cma, en el enésimo año, se ve reducido al disminuir la suma de los costes de fallo ∑CD y aumentar el eventual valor de reventa RV: n VA + ∑ CD − RV 1 C = ma n

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Figura 5.11. Coste directo de intervención en función del tiempo

A su vez, el mínimo que presenta la curva Cma (figura 5.12) se ve atrasado en el tiempo, es decir, se produce el alargamiento de la vida del equipo, como consecuencia del mantenimiento adecuado, conlleva una mayor duración de la vida económica. Esto se traduce en la posibilidad de determinar la renovación de los equipos (aspecto que se tratará con posterioridad) por motivos tecnológicos o productivos, pero no porque se trate de un caso de relación costes de mantenimiento/productividad demasiado elevada. El objetivo del mantenimiento es preservar a la empresa del fallo de sus equipos y de sus consecuencias sobre la producción. Tiene, asimismo, una función productiva, que consiste en contribuir a la eficacia económica de la empresa. Se trata de reducir en lo posible los costes de no mantenimiento resultantes de la no disponibilidad de los equipos.

Figura 5.12. Coste medio anual en función del tiempo.

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La disponibilidad disminuye por: a) Daños por averías de equipos (sin mantenimiento correctivo): b) Coste de los daños c) Coste del seguro (menos reembolsos) d) Coste de la no-disponibilidad por averías: e) Pérdida de producción f) Coste de las medidas paliativas g) Penalizaciones h) Coste de los microfallos: i) Pérdida de producción j) Coste de equipos superfluos: k) Gravámenes de capital, o pérdida de valor en el período considerado. l) Costes de no-calidad debidos a los equipos: m) Coste de los desechos n) Coste de los retoques o) Costes de las desclasificaciones p) Costes de las reclamaciones q) Coste de los descuentos, comisiones r) Costes de detección y prevención s) Otras causas: t) Incidencia sobre la imagen de marca, etc. Por otra parte, la no disponibilidad también influye sobre: •

La actividad vendida

•

El VAD/hora medio

•

Las cargas de estructura y funcionamiento

y, por tanto, sobre el resultado económico. La política de mantenimiento debe asumir la posibilidad de optimizar la suma del coste operativo de mantenimiento y el de no-mantenimiento. La disminución de ganancias derivada del no-mantenimiento se relaciona con la capacidad de producción y la producción deseada; este coste por pérdida de producción será tanto más elevado, cuanto más automatizado sea el proceso, y cuantas más horas de producción y venta se pierdan a causa del mantenimiento. La utilización de las máquinas debe equilibrar la productividad y los costes para lograr una óptima eficiencia, es decir, alcanzar la producción deseada al coste más

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bajo posible. La eficiencia óptima de la maquinaria es la relación entre el coste horario mínimo y la máxima producción horaria. El coste horario consta de los costes fijos y costes variables horarios, y cuya formulación es: Ch =

N ∗ Gf + G v B

El coste horario de la maquinaria disminuirá si al mejorar la gestión de mantenimiento conseguimos aumentar la vida útil de la maquinaria en horas N, las horas de funcionamiento B y disminuir los costes variables Gv. Si se considera que el período de amortización coincide con la vida útil de los equipos y, según el método de depreciación lineal de los equipos se tiene que la depreciación D es: D = Vd / N Es decir, al conseguir disminuir el valor de depreciación neta Vd y aumentar N se reduce el valor de la depreciación. Con esto, la amortización pertinente requerida también se ve disminuida de forma directa. La aplicación de la herramienta informática a la Gestión de la Documentación y a la Gestión del Autoaprendizaje y Decisión da como resultado la estandarización del mantenimiento. Así, se pueden estandarizar las fichas de los Anejos Característicos: •

soporte (disquetes, CD’s etc.),

•

la presentación (cabeceras comunes, distribución de los datos, etc.),

•

los materiales utilizados,

•

el software de los programas utilizados para manejar la base de datos.

Las ventajas de la estandarización se pueden resumir así:

•

La explotación fiabilista del comportamiento será fácil y significativa.

•

La preparación de las acciones correctivas y preventivas será rentable.

•

Se reducirán el número de piezas de recambio y de proveedores.

•

Los utillajes necesarios serán limitados.

•

El personal de intervención conocerá mejor las máquinas, sus comportamientos y sus debilidades. Por tanto, se reducirán los tiempos operativos.

•

Facilita el diálogo indispensable interservicio y obliga al trabajo en equipo.

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Con los diagramas de fallos se obtienen actuaciones rápidas ante una incidencia. La visualización global de las posibles incidencias en un equipo y sus correspondientes acciones correctoras son una ayuda inestimable cuando el tiempo es el principal parámetro condicionante. Por supuesto, la utilización eficiente de los diagramas de fallos requiere de un determinado nivel de experiencia en las operaciones de mantenimiento y, concretamente, el conocimiento del equipo en cuestión por parte del operario. La aplicación de una gestión de mantenimiento eficiente hace que se puedan realizar las previsiones de renovación adecuadas. Las empresas pueden plantearse la renovación de las máquinas basándose en una serie de criterios, como son:

•

Obsolescencia por causas tecnológicas o por variaciones en la demanda.

•

Baja producción por causas de ineficiencia derivadas de un mantenimiento inadecuado o por un envejecimiento que provoca una relación producción/mantenimiento inadmisible.

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CAPITULO 6: METODOLOGÍA DEL SISTEMA PROPUESTO

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6. METODOLOGÍA DEL SISTEMA PROPUESTO. 6.1.

METODOLOGÍA DE DESARROLLO.

La metodología propuesta trata de integrar conceptos y técnicas de aplicación al Mantenimiento, con objeto de dar respuesta a las mejoras con respecto a la fiabilidad y la eficiencia energética se observan en la planta industrial, y con ello, reducir los tiempos de actuación, aumentar la eficiencia del servicio de mantenimiento (figura 6.1), y mejorar los rendimientos energéticos de las instalaciones con el consecuente beneficio económico y medioambiental. En las figuras siguientes están esquematizados los procedimientos de operación (figura 6.2): La implantación del sistema permite plantearse los siguientes objetivos básicos (figura 6.1): 1. Que se pueda llevar a cabo un tratamiento informático de la información adaptado a las características de la empresa, de manera que se codifican, almacenan y organizan los artículos, instalaciones, maquinaria, etc., de la empresa, caracterizándose, así, la estructura y organización del departamento de mantenimiento. Con todo ello, se facilita el posterior manejo y tratamiento de toda la información [97100]. 2. Implementar una gestión integral automatizada del mantenimiento que abarca instalaciones, operarios, trabajos, documentación administrativa, informes y estadísticas. 3. Conseguir una centralización y unificación de la información localizada en el departamento de mantenimiento y de fácil y rápido acceso. 4. Como consecuencia de lo anterior, lograr actuaciones rápidas ante incidencias, y mejorar la fiabilidad de los sistemas. 5. Implementar un sistema de decisión interactivo que mantenga y aproveche la experiencia de mantenimiento, acumulado por los operarios en su experiencia laboral. 6. Establecer un sistema de autoaprendizaje que permita el ahorro en tiempo y numerario para la asimilación de las tecnologías actuales y futuras. 7. Facilitar y agilizar la información energética de las instalaciones y equipos, plantear actuaciones o futuras actuaciones. Que todo el personal esté involucrado en conseguir el máximo ahorro energético. 8. Obtener y almacenar históricos de incidencias.

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Figura 6.1. Esquema general del Sistema de Mantenimiento basado en la eficiencia energética

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Figura 6.2. Esquema de detalle del Sistema MBEE

Hay que disponer de una serie de requisitos exigidos para la validación y análisis de viabilidad del sistema: • Acceso a datos técnicos relacionados con el funcionamiento, ubicación y características de los equipos e instalaciones, así como, a sus historias individuales de mantenimiento. • Acceso a datos correspondientes a la evolución de parámetros mecánicos y eléctricos de los equipos e instalaciones.

100

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• Preparación y estandarización de los partes de trabajo y de la base de datos implementada. •

Especificaciones de requisitos correspondientes a los equipos e instalaciones.

• Disponibilidad del software apropiado, utilizando los programas adecuados para la realización de la base de datos y los sistemas que permitan, tanto la gestión de la documentación, como la gestión del autoaprendizaje y decisión. • Creación del ambiente adecuado de trabajo, buscando la motivación o enfoque que posibilite un canal de comunicación bidireccional empresa-operario • Disponibilidad de las técnicas de verificación mecánica y eléctrica apropiadas [101-105].

6.2.

CAMPO DE APLICACIÓN.

En la actualidad, la cultura empresarial en el área de mantenimiento no puede calificarse de notable. De ello, parece desprenderse, como viene argumentándose, una mayor preocupación e interés por conseguir implementaciones óptimas de nuevas tecnologías y sistemas. La exigencia de optimización de la función de mantenimiento se hace todavía más patente en el caso de grandes compañías, que tienen multitud de plantas con una gran diversificación geográfica. En estos casos, el intercambio y transvase de información entre ellas, así como, el disponer de una gestión de mantenimiento común hacen que ésta se vea mejorada. Los síntomas que delatan la falta de una gestión de mantenimiento adecuada son (figura 6.1):

101

•

Problemas derivados de los cambios de personal en la plantilla de mantenimiento.

•

Falta de experiencia de los operarios para resolver determinados problemas que obliga a que otros los solucionen.

•

Falta de información sobre medidas específicas a adoptar ante averías que no se le han presentado antes al operario.

•

La dependencia por parte de la empresa de la experiencia de los operarios, imprescindible para el buen funcionamiento de la empresa.

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•

Existencia únicamente de históricos de avería teóricos, sin poseer documentación alguna sobre las averías que no suelen ocurrir.

•

Una incorrecta gestión de la documentación técnica que se encuentra descentralizada y/o parcialmente disponible.

•

No tener un análisis energético de los equipos e instalaciones.

•

No tener constancia de la fiabilidad de las instalaciones.

6.3.

SUBSISTEMA DE DATOS DE MANTENIMIENTO (SDM).

Como se ha podido apreciar en el diagrama correspondiente a la figura 6.1, la finalidad de este subsistema supone la creación de una Base de Datos que recoja información, tanto con relación a los equipos e instalaciones de la planta, como con todo lo referente al personal del departamento de mantenimiento. 6.3.1. Recogida de datos. Para la creación de la Base de Datos se procede a realizar el listado y codificación, fotografías (incluyendo detalles) y recopilado de todo tipo de características (mecánicas, de funcionamiento, de entretenimiento, históricos de averías y de mantenimiento, técnicas de verificación mecánica a efectuar, etc.). 6.3.2. Alcance de las técnicas de inspección o verificación mecánica. Cuando una máquina falla, es debido a que uno o más de sus componentes críticos ha tenido un fallo. En consecuencia, los métodos más sensibles de verificación trabajan detectando los síntomas de fallo de un componente individual desde el mayor grado de desviación. Se necesita una medida previa, en orden a determinar las condiciones de las máquinas. Pero para su obtención, se hace preciso efectuar lo siguiente: 1. Dar el mayor tiempo hasta el fallo. 2. Compensar el efecto de variación entre lecturas sucesivas, lo cual es típico de cualquier sistema de medida. 3. Reducir el efecto de cualquier otro factor externo que pueda interferir con la operación del método de verificación. 6.3.3. Determinación de los componentes críticos. En caso de no existir experiencia previa del modo de fallo de una máquina, y si ésta es particularmente crítica para el proceso productivo, será deseable conocer, mediante la técnica apropiada, el estado de la mayoría de los componentes

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móviles, así como, el de alguno de los componentes que deben ser controlados. Estos deben poseer algunas de las siguientes características: 1. Ser altamente críticos desde el punto de vista de la fiabilidad de la máquina. 2. Disponer de un alto rendimiento. 3. Tener un periodo o plazo de entrega muy largo. 4. Tener una vida de funcionamiento más larga que el resto de los componentes de la máquina. En todo caso, los componentes críticos de una máquina se encontrarán entre el conjunto de los siguientes: 1. Componentes estacionarios: carcasas, bancadas, tanques, vasijas presión, tuberías, cambiadores de calor y separadores. 2. Componentes de fricción: frenos, embragues. 3. Cierres sellados: mecánicos, laberínticos y aros de pistón. 4. Cojinetes: planos, rodamientos. 5. Componentes rotativos: árboles, rotores, álabes de turbina, impulsores, volantes de inercia, engranajes, accionamientos por cadenas, acoplamientos flexibles, poleas y correas. 6. Componentes alternativos: pistones, palancas, levas, válvulas, cables y cadenas, diafragmas, muelles, guías y correderas. 7. Superficies resistentes al desgaste: duras, elásticas. 8. Herramientas de fabricación: herramientas de corte, herramientas de trabajo con metales, moldes de fundición. 9. Fluidos de trabajo: hidráulicos, transferencia de calor y frío, lubricantes. 6.3.4. Datos Históricos. El comportamiento de los equipos en la fase de utilización en la planta, queda reflejado por un conjunto de datos históricos, cuyo objetivo exige el definir los estados y secuencias correspondientes a su funcionamiento. El estado en que se encuentran los equipos puede ser de dos tipos: 1. Operativo o disponible: cuando el equipo es capaz de cumplir las funciones asignadas en la instalación.

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2. Indisponible o fuera de servicio: cuando se encuentran en fase de reparación por averías, o sujetos a inspecciones programadas. Por otra parte, los estados mencionados se suceden alternativamente en el tiempo. 6.3.5. Datos técnicos y económicos. Para todos los equipos e instalaciones es preciso disponer de determinados datos específicos, tanto de carácter técnico como económico. Para ello se ha de recurrir a las especificaciones, hojas de datos, manuales y demás documentación, en relación con los requisitos de adquisición e información complementaria facilitada por los fabricantes. Las especificaciones técnicas representan un documento que cubre los requisitos mínimos exigidos, a los fabricantes de los equipos dinámicos, por parte del comprador. Este documento no les exime de la responsabilidad sobre el diseño, construcción y materiales utilizados, así como, también de su total adaptación a las condiciones de funcionamiento mecánico-operacional que se les especifica, y a la fiabilidad y seguridad mecánica de los mismos (Bloch, [19]). Los aspectos básicos que contemplan estas especificaciones pueden concretarse en lo siguiente: 1. Definición de términos. 2. Diseño hidráulico, termodinámico o aerodinámico (según sea el tipo de máquina conducida o motriz que se considere). 3. Diseño mecánico. 4. Limitaciones constructivas (tolerancias y geometría). 5. Limitaciones de funcionamiento mecánico-operacional. 6. Sistemas auxiliares: lubricación, regulación y protección.

refrigeración,

estanqueidad,

7. Materiales. 8. Inspección y pruebas de recepción de las máquinas en los bancos de ensayo de los fabricantes. Respecto a las hojas de datos, se suele disponer de formatos normalizados correspondientes a los equipos más usuales en las instalaciones de plantas industriales. Entre ellos, cabe destacar los siguientes: bombas centrífugas, bombas rotativas, bombas alternativas, compresores compactos de aire, turbinas de vapor de servicio general, reductores y multiplicadores de velocidad, etc.

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6.3.6. Datos energéticos Se deberá tener un conocimiento amplio del flujo energético de todos los equipos e instalaciones, que de la base para ver las actuaciones que se pueden desarrollar para mejorar su eficiencia energética. Esta información podrá partir de la propia experiencia en planta, de fabricantes de maquinaria o de informes externos que se pudieran desarrollar. 6.4.

SUBSISTEMA DE SOFTWARE DE MANTENIMIENTO (SSM).

Este subsistema supondría la materialización de la herramienta informática capaz de manejar y operar con la gran cantidad de datos, que supone la caracterización del funcionamiento de una planta industrial. De esta forma, se consigue la centralización de la información y de las operaciones de mantenimiento llevándose a cabo una eficaz y organizada gestión del mantenimiento. A través de diversos programas de no complicada utilización, es posible la implementación de las denominadas gestión de la documentación y gestión del autoaprendizaje y decisión. 6.4.1. Gestión de la documentación. La gestión de la documentación hace referencia al almacenamiento, estructuración y organización de toda la información necesaria en la gestión del mantenimiento. Se lleva a cabo mediante diversos instrumentos que se explican en los apartados siguientes. 6.3.1.1. Anejos Característicos. La importancia de los anejos en el subsistema de mantenimiento de una empresa viene determinada por diversos motivos:

105

•

La descentralización de la información: la información, ya sean fotografías, planos, manuales, datos técnicos, actuaciones de mantenimiento realizadas y a realizar, etc., se suele encontrar desperdigada en distintas dependencias o secciones de la planta. Siendo difícil, por tanto, de localizar. Parece conveniente, o bien una centralización o una integración de todos esos datos, o cuando menos, la confección de un código o listado de localización o inventario de información, a modo de base de datos relacional, que, mediante palabras clave, facilite el acceso a toda la información en planta sobre un determinado objeto.

•

La gran cantidad de formatos diferentes que existen en cuanto al almacenamiento informático de planos, esquemas unifilares, etc., que dificulta las comparaciones y el análisis, y que exige una cierta normalización o estandarización de formatos. F. Javier Cárcel Carrasco

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•

Por último, hay que destacar la experiencia que posee un operario de mantenimiento sobre unas instalaciones concretas, y la posible pérdida de esa experiencia tácita por rotación del personal. Esto hace que sea productivo e interesante convertir esa experiencia en explícita, mediante registro de los procedimientos, parámetros, datos, situaciones, selecciones, elecciones, decisiones, observaciones, interpretaciones, recomendaciones, detecciones, diagnósticos y ajustes relevantes para la actuación de mantenimiento en planta. Cuando un operario entra a formar parte del equipo de mantenimiento de unas determinadas instalaciones, su conocimiento sobre ellas es escaso; así como, la forma de actuar ante las averías más típicas, los lugares donde debe acudir a realizar determinadas comprobaciones, etc. Todo esto se traduce, por un lado, en la necesidad de adquirir información y formación por parte de esos nuevos operarios, por otro, en la de capturar la experiencia valiosa que poseen los que abandonan la planta. Conviene señalar que, mientras el conocimiento teórico es un “bien compartible” sin coste añadido, siendo posible su adquisición en cualquier momento, la experiencia tácita, acompaña a su poseedor y tiene un coste de oportunidad elevado; ya que si no se adquiere y registra antes de su marcha, requiere un coste y un tiempo de reposición elevado, todo ello traduciéndose en una nueva inversión por parte de la empresa, y llevando consigo un menor rendimiento y productividad. En definitiva la inversión de transmisión y el coste del mantenimiento del registro de la experiencia explícita, son menores que las inversiones periódicas que han de efectuarse cada vez que el operario o técnico poseedor de la experiencia abandona la planta y el coste de dependencia de ese operario o técnico cuando está en activo. La aplicación registra la cantidad de “información transformada” en el módulo de captura (autoaprendizaje y decisión) y su calidad (frecuencia e intensidad de uso), por lo que permite efectuar una valoración de su propia viabilidad, relevancia y productividad. La figura 6.3 presenta un esquema en el que puede comprobarse el efecto de la transformación de experiencia tácita en explícita.

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Debido a estos motivos, y para subsanar los problemas que se derivan, surge la necesidad de diseñar los anejos característicos de la instalación. Aunque en principio supone una inversión no despreciable por la gran cantidad de horas de trabajo que deben dedicarse a confeccionarlos, el elevado retorno de esa inversión la justifica.

Figura 6.3. Transformación de conocimiento tácito en explícito. Los anejos deben estar separados según los distintos tipos de instalaciones, de maquinaria, etc. Por ejemplo, podrían separarse en anejo de fluidos, grupos electrógenos, sistema de frío industrial, etc. Por otra parte, un anejo, sea cual sea el tipo de instalación que describe, debe contener información acerca de: equipos pertenecientes a ese anejo, marcas, garantías, distribuidor, características técnicas, ubicación, esquemas unifilares (si corresponde), tipos de fallos más frecuentes, formas de actuación, revisiones a efectuar, etc. Estos anejos deben contener gran cantidad y variedad de información, relacionada entre sí y referida a un entorno determinado de actuación, por lo que podría

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hablarse de que están configurados sobre un tipo de conocimiento espacial o geográfico de la planta. 6.3.1.2. Diagramas de fallos. Un diagrama de fallos es un esquema en el que se muestra el tipo de fallo o avería que se puede producir junto con unas posibles causas y unos remedios o soluciones a cada una de esas causas. Estos diagramas son de gran utilidad a la hora de actuar rápidamente ante una incidencia. Por eso estos diagramas deben formar parte de los anejos característicos correspondientes a la planta, aunque, debido a la importancia que tienen, se ha decidido presentarlos en un apartado propio. 6.3.1.3. Sistema de partes de trabajo. Un parte de trabajo es un documento normalizado sobre la base de una plantilla estándar, diseñada en función de las necesidades de cada empresa. Este documento tiene varias funciones: •

En primer lugar, se utilizan para asignar trabajos en general, ya sean revisiones, averías que puedan surgir, o cualquier otro tipo de trabajo que se desee asignar.

•

En segundo lugar, estos documentos se utilizan para planificar mejor las tareas a realizar por la Unidad de Mantenimiento, así como, para que quede constancia de qué operario ha realizado cada tarea, qué materiales ha empleado, cuánto tiempo ha invertido en dichos trabajos, etc.

Este documento, debe contener gran cantidad de información que servirá para diferentes cometidos como, por ejemplo, control horario, gestión del almacén, históricos de incidencias y mantenimientos, etc. Los datos que incluye el parte, a modo de ejemplo, se pueden clasificar en dos grandes grupos: •

El primero de ellos incluye toda la información que va implícitamente en el parte, es decir, aquellos datos que el superior correspondiente ha decidido incluir para una correcta ejecución del trabajo,

•

El segundo grupo incluye los datos que el operario que realiza el trabajo debe rellenar.

Los datos del primer grupo, es decir, aquéllos que el operario debe leer antes de comenzar a realizar el trabajo:

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•

El número del parte de trabajo.

•

La fecha y hora prevista de comienzo y la fecha y hora máxima de finalización.

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•

La prioridad para la realización de esa tarea. Con este campo, junto con la fecha y hora prevista de inicio, se calculan los valores de los campos fecha y hora máxima de finalización.

•

El operario u operarios que deben realizar el trabajo.

•

El departamento demandante del trabajo, y, en su caso, el nombre de contacto de la persona que lo solicita junto con su extensión.

•

El lugar de trabajo.

•

El objeto de trabajo, en el que se hace una descripción de la tarea a acometer, así como de todos aquellos detalles que se considere oportuno destacar.

•

Las herramientas que deben utilizar, o bien llevar consigo, los operarios.

•

Las condiciones o medidas de seguridad correspondientes a ese trabajo en concreto.

•

Unas observaciones, si existen.

El resto de los datos pertenecen al segundo grupo, es decir, aquéllos que debe rellenar, bien el operario, o bien el supervisor del trabajo, y son los siguientes: •

La fecha y hora exacta de comienzo y la fecha y hora exacta de finalización.

•

La referencia o referencias, en las que se refleja el código del operario, para contabilizar las horas utilizadas en el trabajo, así como, los códigos de los materiales empleados en dicho trabajo. La denominación es la descripción de cada referencia, y es un campo derivado de la misma.

•

Las unidades que corresponden a la cantidad de horas y/o materiales empleados en la realización del trabajo.

•

Las observaciones, si existen.

•

La justificación del incumplimiento del plazo en la realización del trabajo, si corresponde; es decir, si se ha producido dicho incumplimiento en relación con las fechas y horas previstas para la realización del mismo.

•

El nombre de la persona que inspecciona el parte de trabajo una vez finalizado el mismo, la fecha, hora y notas de dicha inspección.

•

La firma de los operarios, el visto bueno del departamento demandante y el visto bueno del inspector.

El proceso que se debe seguir en los trabajos es el siguiente: un departamento solicita algún tipo de trabajo a mantenimiento, y llama a los operarios, quienes toman nota de la tarea a realizar.

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A continuación, este operario se lo comunica a cualquiera de los coordinadores o supervisores quienes, si procede, autorizan el trabajo y lanzan el parte de trabajo correspondiente. Una vez finalizado éste, el trabajador o trabajadores que han llevado a cabo dicho trabajo completan los datos del parte de trabajo con las fechas y horas exactas de inicio y fin, las horas empleadas y el material utilizado, junto con alguna observación o aclaración, si lo consideran necesario. Otra de las formas de solicitar un trabajo a mantenimiento es llamando a los coordinadores o supervisores, quienes se encargan de adjudicar dicho trabajo a los técnicos correspondientes y lanzan el parte de trabajo, siguiendo el mismo proceso que en el caso anterior. Cuando el trabajo ya está finalizado, y el parte de trabajo completado, el superior correspondiente lo inspecciona y se introducen en el ordenador todos los datos del mismo, así como, si se ha producido alguna avería o incidencia que quiera hacerse constar para un posterior análisis. Otro tipo de trabajo que puede llevar a cabo mantenimiento son las revisiones según un cuadrante de mantenimientos a diseñar para la empresa en cuestión, del que se hablará más adelante. Un cuadrante de mantenimientos no es más que un calendario de las revisiones y trabajos a efectuar a lo largo de todo un año día por día. 6.3.1.4. Empresas Externas. La subcontratación de servicios técnicos de mantenimiento no elimina la necesidad de información sobre la actividad histórica desarrollada, la situación actual y las previsiones futuras. Un sistema de información centralizado y basado en el conocimiento y en la experiencia de la planta, se convierte así en un recurso crítico para los técnicos de las empresas externas subcontratadas. En este caso, las características de disponibilidad, accesibilidad, claridad, homogeneidad, fácil interpretación, etc. del conocimiento puesto a disposición, son si cabe más relevante. Además, con la implantación de un sistema de Autoaprendizaje y captura de la experiencia, el personal de mantenimiento va a tener a su disposición todo la experiencia existente en la empresa y fácil de adquirir, e incluso pueden llevar a cabo una puesta al día tecnológica, en caso de que fuera necesario. La conjunción de todo lo arriba comentado se va a traducir en las siguientes ventajas:

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•

Agilización de los trabajos llevados a cabo por la empresa subcontratada.

•

Mejora de la eficiencia de dichos trabajos.

•

Reducción del tiempo empleado para su realización.

•

Disminución de los costes de dicha subcontratación, con el consiguiente ahorro económico para la empresa. F. Javier Cárcel Carrasco

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•

Eliminación de las eventuales paradas de los operarios para atender dudas o posibles necesidades de información por parte del personal subcontratado.

Estos trabajos externos subcontratados también forman parte del cuadrante de mantenimientos, y por ello, los partes de trabajo correspondientes son lanzados o emitidos automáticamente. 6.3.1.5. Planimetría. Uno de los aspectos más importantes de cara a un óptimo mantenimiento es la correcta gestión de la planimetría. Dicha planimetría debe ser clara y precisa, de manera que no sólo los ingenieros puedan interpretarla, sino que cualquier operario pueda, en el menor tiempo posible, conocer la disposición de la obra civil, equipos e instalaciones. Normalmente, la planimetría existente, realizada por la ingeniería de obra, presenta las siguientes deficiencias: •

No contempla la realidad de la ubicación real de las instalaciones, equipos y cuadros eléctricos, lo que lleva a dudar siempre de lo que contienen dichos planos. En consecuencia, debe comprobarse la ubicación real sin tener en cuenta lo registrado en dichos planos.

•

Están delineados en hojas de formatos elevados (A0 y A1), con lo cual resultan incómodos tanto para trabajar con ellos, como para obtener una visión rápida de lo que se desea consultar.

•

La mayoría de ellos están delineados sin tener en cuenta que pueden consultarlos operarios, lo cual requiere (aunque esto es más complejo) elaborarlo de una manera clara, normalizada y legible.

•

Los planos que existen pueden no estar realizados en formato CAD, lo que conlleva que cualquier variación implica un nuevo delineado y almacenamiento de los planos.

Se debe proceder a realizar la conversión a CAD, si conviene, de los planos de planta de los edificios existentes, procediéndose a un repaso real de las instalaciones y su puesta en la planimetría de manera que refleje lo que realmente existe en dichos edificios. Se debe intentar introducir el mayor número de características que definan las instalaciones, tales como ubicación de cuadros, procesos energéticos, sistemas de sectorización de instalaciones, etc. No obstante, este trabajo debe ser un trabajo “vivo”, de manera que se deberán actualizar las incidencias que día a día puedan surgir, de manera que la planimetría siempre estará al día.

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CAPITULO 7: ASPECTOS RELACIONALES ENTRE FIABILIDAD EN LA EXPLOTACIÓN, MANTENIMIENTO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA

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7. ASPECTOS RELACIONALES ENTRE FIABILIDAD EN LA EXPLOTACIÓN, MANTENIMIENTO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA 7.1.

INTRODUCCIÓN.

En este capítulo, se va a mostrar los parámetros y variables a tener en cuenta para aplicar un sistema de mantenimiento basado en las relaciones entre la fiabilidad, mantenibilidad y la eficiencia energética. Primero se hará un análisis de cada una de las variables fundamentales que debemos de tener en cuenta y de la manera en que interactúan entre ellos, marcando la gestión del conocimiento estratégico generado y la administración moderna del mantenimiento [106-110]. 7.2.

PROCEDIMIENTO RELACIONAL ENTRE FIABILIDAD EN EXPLOTACIÓN, MANTENIMIENTO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA.

Desde el punto de vista de la empresa industrial, el fin último es realizar la producción al mínimo costo y maximizar los beneficios. Indudablemente los departamentos de explotación de la industria son “clientes” de los departamentos de mantenimiento, requiriéndoles para ello una fiabilidad en su proceso de producción (tasa de fallos mínima), así como una repercusión en los costos lo más estrecha posible [111-117]. Introduciendo una mayor profundidad en el factor “eficiencia energética” por parte de los departamentos de mantenimiento, se podrán conseguir lo siguiente: -

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Costes energéticos: Se producirá una reducción del presupuesto económico para la compra de energía, como consecuencia de la acción tomada. Costes de mantenimiento: Como consecuencia de esa acción, se podrá reducir en numerosas ocasiones el desgaste de la máquina, reduciéndose sus acciones de mantenimiento preventivo y sobre todo las de mantenimiento correctivo. Se producirá un aumento de vida esperada de la maquinaria o instalaciones (LCC), y así mismo en numerosas ocasiones llevará implícito un aumento de la fiabilidad en dicho equipo. Aumento de la fiabilidad: Normalmente las acciones realizadas para la eficiencia energética llevarán implícito un aumento de la fiabilidad del sistema. En ocasiones resulta que lo prioritario es aumentar la fiabilidad del sistema, aunque a priori no se tenía en cuenta el tema del ahorro energético. Al analizar esta mejora de fiabilidad, hay que tratar de realizar un estudio en profundidad de cómo dichas acciones van a afectar a la operatividad en los servicios de mantenimiento (para aumentar su eficacia), así como el ahorro energético a conseguir. Otros factores: Con todo ello se conseguirá así mismo, una mejora medioambiental (tasas de emisión de CO2 reducidas en función de la F. Javier Cárcel Carrasco

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energía ahorrada), una mayor implicación de la dirección y del personal de explotación en concreto, y un conocimiento más profundo de las instalaciones y equipos de la planta industrial. En los puntos posteriores se analizan las repercusiones que se deben conseguir con la metodología propuesta, en relación a las condiciones sociales y del conocimiento, al diagnostico energético, a las oportunidades de ahorro de energía, la fiabilidad, el mantenimiento industrial, y la gestión del conocimiento generado [118-120]. 7.2.1. Condiciones Sociales y del Conocimiento. En la Figura 7.1 se puede ver los diferentes aspectos fundamentales que deberemos tener en cuenta con referencia al aspecto humano y de conocimiento que se da en el ámbito industrial para el mantenimiento y explotación industrial.

Figura 7.1. Repercusión de las condiciones sociales y del conocimiento.

Indudablemente la variable social es de gran importancia para la consecución de la mejora de eficiencia energética de la industria, cuyo fin es conseguir: a) Personal involucrado y concienciado: Se debe conseguir concienciar al personal en cuanto a la política industrial que se va a seguir. Con ello se verán involucrados en el proyecto aumentando las garantías de éxito. b) Pautas de compromiso: Por parte del personal y la dirección de la empresa para seguir las políticas correctas.

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c) Relaciones interdepartamentales: Todos los departamentos de la empresa están relacionados y entienden su dependencia con los demás y el trabajo realizado. d) Alto conocimiento del funcionamiento de los sistemas: Como consecuencia de este análisis, se consigue una mejor comprensión de los estados energéticos y funcionamiento de la maquinaria, equipos, instalaciones y sistemas complejos. e) Conocimiento compartido: Es vital que todo el conocimiento tácito pase a explicito, mediante anejos característicos de mantenimiento. Con ello se reducirá la fase de acoplamiento de nuevos operarios, y la mejor respuesta ante sucesos imprevistos. f) Marketing ecológico: Todas las acciones redundarán en menor tasa de emisión de CO2, consumo de agua, etc. Es importante que todos conozcan lo conseguido. 7.2.2. Diagnostico energético. Otra fase será estudiar las condiciones energéticas que tenemos en nuestros equipos, instalaciones, sistemas e industria en general (Figura 7.2). Para observar las pautas generales a tener en cuenta, en todas la acciones a realizar. Principalmente, se observará:

Figura 7.2. Condiciones del diagnostico energético.

a) Condiciones de funcionamiento: En base al conocimiento interno, los consejos de los fabricantes de los equipos, de empresas instaladoras o de personal externo.

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b) Condiciones de operación de equipos e instalaciones: La inter-relación del equipo en estudio con respecto a otras instalaciones (electricidad, gas, agua, etc.). c) Condiciones de sectorización energética: Como afecta la distribución energética a cada sistema (repercutirá también en la fiabilidad), y a cada sector de la industria. d) Ratios de intensidad energética: Es importante conocer en el mismo sector de producción los ratios que consiguen otras industrias, para hacer un análisis comparativo para la mejora. 7.2.3. Oportunidades de Ahorro Energético y económico. En la Figura 7.3, como consecuencia del punto anterior, se analizarán las acciones a realizar. Todo ello vendrá precedido de una auditoría energética interna o externa que puedan motivar acciones de desarrollo presentes o futuras en función de retorno de la inversión. En concreto se deberá tener en cuenta:

Figura 7.3. Acciones de ahorro energético.

a) Evaluación de propuestas de mejora: Se determinan las diversas propuestas posibles a realizar en función del estudio.

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b) Acciones de decisión ahorro/inversión: Serán preferibles aquellas acciones que minimicen el retorno de la inversión, o que aumenten en gran medida la fiabilidad del sistema. c) Sistema de medida/seguimiento: Será necesario un seguimiento de las acciones realizadas y su incorporación en las rutinas de mantenimiento. d) Mejora medioambiental: Dentro de acciones con un similar retorno de la inversión se tendrá en mayor peso aquella que mejore el efecto medioambiental. 7.2.4. Fiabilidad de equipos e instalaciones. Al realizar las acciones para el aumento de la eficiencia energética (figura 7.4), conseguiremos aumentar la fiabilidad de las instalaciones en numerosos casos. Hay ocasiones que lo prioritario es el estudio de la fiabilidad del sistema, con lo cual se realizará el estudio de cómo afectará de igual manera al ahorro energético a la actividad de mantenimiento en la planta industrial:

Figura 7.4. Relaciones con la fiabilidad de la planta.

a) Condiciones de mejora de la fiabilidad: Como consecuencia de las acciones para ahorro energético. b) Mejora de las prestaciones del proceso: Se podrán conseguir una información racional de la prestación del sistema. c) Aumento del rendimiento: Toda acción llevará parejo un aumento del rendimiento funcional. d) Aumento de la vida del equipamiento: Normalmente las acciones de mejora de eficiencia energética conllevan un menor nivel de desgaste de

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equipamiento, con aumento del ciclo de vida y retraso de su amortización (LCC). e) Al igual que lo descrito en d), llevará menor desgaste, con lo cual se reducirán acciones de mantenimiento correctivo, preventivo, y mayor maniobrabilidad de los equipos e instalaciones. 7.2.5. Técnicas organizativas de mantenimiento. Con relación al mantenimiento industrial (Figura 7.5), las acciones de eficiencia energética conllevarán las siguientes relaciones:

Figura 7.5. Relación con el mantenimiento.

a) RCM, TPM, MBC: Se partirán de técnicas organizativas, en especial desde el mantenimiento basado en el conocimiento, para implantar el mantenimiento basado en la eficiencia energética (MBEE). b) Auto-aprendizaje: Todas las acciones deberán estar registradas en los anejos característicos de mantenimiento, para conseguir una formación a todos los componentes del equipo. c) Información: Toda la información tácita deberá transformarse en explicita, teniendo un registro de buenas prácticas y posibles acciones futuras de mejora en base a la experiencia acumulada. d) Reducción de actuaciones: Consecuencia del mejor uso del equipamiento. e) Actuación ante contingencias: Se reducirá el tiempo de actuación ante sucesos no deseados como consecuencia de los puntos anteriores.

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Todos estos puntos contemplados darán lugar a lo comentado anteriormente, como es la mejora de la explotación, aumento de la eficiencia energética, la fiabilidad del sistema y optimización del sistema operativo de mantenimiento, que denominaremos mantenimiento basado en la eficiencia energética (Figura 7.6), que relaciona todos estos factores.

Figura 7.6: Esquema general del MBEE.

Hay que tener en cuenta que todas estas actuaciones (Figura 7.7) deben redundar en la mejora de los sistemas de mantenimiento de la industria, que tras el estudio de diversas actuaciones nos indiquen el beneficio energético de su ejecución así como el aumento de la fiabilidad de los sistemas e instalaciones. Debe ser un sistema abierto que integre a todos los estamentos de la empresa, con retroalimentación de propuestas basadas en la experiencia por parte de los servicios de explotación y mantenimiento de la industria. La puesta en marcha de dichas acciones vendrá como consecuencia del retorno de la inversión detectado (ROI), o el valor intrínseco que dicha medida pueda tener como consecuencia del aumento de la fiabilidad, con reducción de cortes no programados.

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Figura 7.7. Esquema general de actuaciones y resultados

7.2.6. Curvas prácticas relacionales. De lo expuesto en los puntos anteriores se pueden extraer unas curvas prácticas que relacionen de una manera aproximada cual es la tendencia en general que se induce al intentar variar cualquiera de los parámetros comentados: Eficiencia energética, mantenibilidad y fiabilidad. a) Ante acciones consistentes en aumentar la fiabilidad del sistema: Cuando se realizan estas acciones (figura 7.7.1), como regla general, y sobre todo si se trata de máquinas dinámicas, ante pequeñas acciones de aumento de la fiabilidad lleva normalmente consigo el aumento de la eficiencia energética. Llega un punto que para un grado muy alto de fiabilidad, no crece o se satura el proceso de ahorro energético.

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Figura 7.7.1. Curva ante acciones de fiabilidad

b) Ante acciones consistentes en aumentar la eficiencia energética del sistema: Cuando se realizan estas acciones (figura 7.7.2), como regla general, el aumento de la fiabilidad es progresivo, dado que normalmente este ahorro viene definido por un uso incorrecto, una mejora térmica, etc, que redundan automáticamente en un menor desgaste y como consecuencia una menor probabilidad de averías.

Figura 7.7.2. Curva ante acciones de eficiencia energética.

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c) Mantenibilidad ante acciones consistentes en aumentar la eficiencia energética o fiabilidad del sistema: Cuando se realizan estas acciones (figura 7.7.3), se produce un aumento en el ahorro en mantenimiento así como el aumento de la vida útil del equipamiento. Puede llegar un punto de inflexión si se requiere un gran aumento en la fiabilidad conlleve un aumento del equipamiento, con lo que sería preciso mayor número de horas en mantenimiento (este sería el caso cuando la fiabilidad del sistema quiere que sea máxima ante instalaciones críticas).

Figura 7.7.3. Curva relación con mantenibilidad.

7.3.

EJEMPLOS DE APLICACIÓN DEL SISTEMA PROPUESTO.

Partiendo de una industria del sector agroalimentario en funcionamiento, en las que se tenía una gran incertidumbre en cuanto a la fiabilidad de su distribución eléctrica, se realiza un estudio (anexo 1) de acciones para mejorar su eficiencia energética, así como la mejora de la fiabilidad de su arquitectura de distribución eléctrica. A modo de ejemplo se introducen dos de las acciones, una para mejorar la eficiencia energética del sistema de frío industrial, y otra acción de modificación de la arquitectura de distribución eléctrica para mejora de su fiabilidad. Se expresarán lo que dichas acciones han supuesto en relación con la fiabilidad de explotación, ahorro energético y mantenimiento industrial. 7.3.1. Mejora de la eficiencia energética en la instalación de frío industrial. Se parte de las siguientes consideraciones: - Esta es una de las instalaciones críticas del proceso industrial de la factoría, y su parada o fallo no programado puede conllevar unos gastos así como una pérdida de imagen importante a la industria.

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Se cumplen las rutinas de mantenimiento programadas, y tienen un nivel de seguimiento a través de un sistema de adquisición de datos del sistema de frío industrial. En reuniones con los técnicos de la industria, están desligados los grupos de mantenimiento eléctrico y mecánico (no existe una información explicita), y ya se han producido anteriormente paradas no programada por incidencia de otras instalaciones (distribución eléctrica). No se tiene un conocimiento profundo del sistema, limitándose a operar entre las condiciones establecidas desde el comienzo, y viendo eso como parámetros fundamentales de funcionamiento.

La central frigorífica de la fábrica se compone de nueve compresores frigoríficos (Tabla 1) tipo tornillo que utilizan amoníaco (NH3) como refrigerante que se distribuye por tres líneas principales. La Línea Nº1 a -40ºC de evaporación asociada a los túneles de congelación. Línea Nº2 a -33ºC de evaporación para procesos de tratamiento de carnes y cámaras de congelación. Y Línea Nº3 a -15ºC de evaporación para cámaras y áreas climatizadas de procesamiento de carnes. La regulación automática de la capacidad se realiza mediante una función integrada PID (proporcional, integral, derivada) que modifica la ubicación de la corredera mecánica integrada en el compresor a fin de adaptar la relación volumétrica de compresión (Vi) a las condiciones de trabajo existentes (carga térmica) que se determinan a partir de la variación de la presión de aspiración (succión) de los compresores.

Tabla 7.1. Relación de compresores de la instalación refrigeración.

Tal y como se mencionó anteriormente la regulación automática de la capacidad de los compresores frigoríficos se realiza mediante una función integrada PID (proporcional,integral, derivada) que modifica la ubicación de la corredera mecánica que posee cada uno de los compresores a fin de adaptar la relación volumétrica de compresión (Vi) a las condiciones de trabajo existentes (carga térmica).

La carga térmica se determina a partir de la variación de la presión de aspiración (presión de evaporación) de los compresores. La variación de la corredera incide

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directamente en la cantidad de gas refrigerante impulsado haciendo recircular parte del refrigerante aspirado antes de ser comprimido, con lo que se reduce notablemente el consumo energético asociado. El esquema de principio de la instalación está en la figura 7.8 siguiente.

Figura 7.8. Esquema de principio de la instalación de refrigeración.

En la tabla adjunta se muestran las características técnicas de los equipos para los datos de operación específicos de los distintos circuitos de frío: Denominación (ID)

Línea

A9/C9 A1/C1 A2/C2 A3/C3 A4/C4 A5/C5 A6/C6 A7/C7 A8/C8

NH3 40ºC NH3 33ºC NH3 15ºC

Potencia frigorífica nominal (Kw) 347,2 227,8 227,8 110,4 110,4 1.108,9 1.108,9 1.108,9 1.108,9

Potencia absorbida nominal (Kw)

cos fi

394,3 268,5 268,5 88,6 88,6 336,0 336,0 336,0 336,0

0,84 0,91 0,91 0,77 0,77 0,90 0,89 0,89 0,89

408 408 408 408 408 408 408 408 408

Capacidad media anual (%)

Horas de funcionamiento anual (h)

74,9 85,0 84,5 77,5 74,0 70,8 61,3 55,8 52,2

4.318 8.428 1.931 3.630 3.062 5.634 3.342 3.254 1.478

82,0

75,9

62,92

Tabla 7.2. Características técnicas de los equipos.

Los valores de tensión y factor de potencia han sido extraídos de las mediciones realizadas durante la fase de toma de datos. Los valores de potencia frigorífica se han obtenido a partir de la aplicación informática del fabricante Mycom para los siguientes valores medios de operación de los distintos circuitos de frío:

Circuito amoniaco -40ºC: Paspiración: 0,61 bar

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Pcondensación: 12,40 bar Circuito amoniaco -33ºC: Paspiración: 1,20 bar Pcondensación: 12,60 bar Circuito amoniaco -15ºC: Paspiración: 2,35 bar Pcondensación: 12,20 bar En la anterior tabla se puede apreciar como el trabajo entre los distintos compresores de un mismo circuito se encuentra bastante repartido. Este hecho junto con el número de horas de trabajo anual que se encuentra limitado, ya que la instalación trabaja a dos turnos y no a tres, condiciona el retorno de inversión para una solución de variación de velocidad general. En el siguiente gráfico se muestra de forma gráfica el perfil de operación de los diferentes grupos de compresores, durante unos dias de la primera semana de julio (07-12/07/2009):

Seguidamente el mismo perfil de operación, con mayor detalle, para un día tipo de febrero (26/02/2009):

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Estos gráficos obtenidos de los datos de operación del scada de instalaciones ayudan a visualizar el modo de operación y el nivel de capacidad medio de la instalación. Según el análisis de capacidad realizado los resultados para los distintos circuitos son los siguientes:

Para el circuito a -40ºC el análisis de capacidad para los 3 compresores es el siguiente:

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En el gráfico anterior, las columnas rojas, indican el porcentaje de tiempo al que esta a un determinado porcentaje (de capacidad) sobre las revoluciones nominales del compresor, a diferencia del resto de columnas que el eje de capacidad conjunta indica la posición media en la que se encuentra la corredera y por tanto el porcentaje de carga medio del compresor. A tenor de los resultados resulta fácil apreciar como sólo el compresor A9 presenta oportunidad en cuanto a regulación de capacidad mediante variación de velocidad (VSD), ya que el resto de compresores, incluido el compresor A1, que ya dispone de VSD, se encuentran la práctica totalidad del tiempo por encima del 90% o detenidos, por lo que limita en gran medida el retorno en la inversión de una solución de este tipo desde el punto de vista energético. Conviene apuntar que durante el análisis se aprecia que la regulación de capacidad en el compresor A1 se realiza principalmente por corredera, tal y como puede apreciarse en el gráfico anterior, la regulación de capacidad por variación de velocidad (columna roja) se da de forma muy puntual y en breves periodos de tiempo, resultando que el 95% del tiempo el compresor se encuentra parado o por encima del 90% de las revoluciones nominales del compresor. En el caso del circuito a -33ºC el histograma de capacidad es el siguiente:

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Si bien se puede apreciar que más del 20% del tiempo los compresores de este circuito se encuentran a carga parcial, lo cierto es que casi el 60% del tiempo se encuentran parados, por lo que no resulta viable económicamente la solución de regulación de capacidad por variación de velocidad desde el punto de vista estrictamente de ahorro energético, a pesar de ello pueden haber otras razones técnicas y de fiabilidad que sí lo justifiquen. Para el circuito a -15ºC, el análisis de capacidad para los 4 compresores arroja los siguientes resultados:

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Como en el caso del compresor A1, el compresor A5 se encuentra durante más del 85% del tiempo detenido o funcionando por encima del 90% (columnas rojas) del régimen nominal del compresor (3.000 r.p.m.), a pesar de ello, en el mismo porcentaje de tiempo se encuentra entre el 50 y el 90% de capacidad (columnas marrones), hecho que indica que la regulación la realiza por corredera la práctica totalidad del tiempo, funcionando la variación de velocidad de forma puntual. Este último punto indica que probablemente los variadores de velocidad tanto en el caso de A1 como de A5 parecen estar programados principalmente para los arranques, y no para regular la capacidad según criterios de eficiencia energética. El dato a destacar es que el conjunto de los compresores se encuentra a una media del 70% del tiempo entre el 50 y el 90% de capacidad, hecho que apunta a una clara oportunidad de ahorro energético para la solución de ahorro propuesta. Se muestra a continuación, con respecto a lo indicado, una de las variaciones a realizar en el sistema de refrigeración como es la instalación de variación de velocidad en el compresor 9 de la central de refrigeración: Hipótesis de cálculo: Para el cálculo de ahorro para la solución de variación de velocidad en el compresor nº 9, se considera el histograma anterior para determinar el nº de horas a la que funciona a un determinado grado de capacidad así como los valores de COP para los mismos porcentajes de capacidad obtenidos de la aplicación informática del fabricante, el resultado de los cuales es el siguiente:

A tenor del análisis de capacidad realizado se propone optimizar la gestión de capacidad del compresor A9 del circuito de amoniaco a -40ºC, integrando un variador de velocidad y gestionando la regulación de corredera en conjunto con la variación de velocidad en función de la presión de aspiración (evaporación) de forma de que el sistema pueda operar según el gráfico siguiente:

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Se observa tanto en la gráfica, y más claramente en la tabla, que a lo largo del rango de regulación (100% a 44%), límites impuestos por las condiciones de trabajo del motor/compresor (lubricación y ventilación) establecidas por el fabricante respecto a la velocidad de giro (2950rpm a 1475rpm), se pueden alcanzar ahorros de hasta un 31%. Igual es de destacar que para el rango superior de regulación (100% a 80%) el control de capacidad por medio de la corredera actúa de forma similar a las condiciones de la variación de velocidad, con la consiguiente reducción en las oportunidades de ahorro energético. Otro aspecto a destacar es que con la opción de variación de velocidad se puede ampliar el rango de trabajo hasta alcanzar la máxima velocidad de giro permitido por el fabricante (consideraciones mecánicas) de 3.540rpm, de esta forma los compresores podrían ampliar su capacidad frigorífica teórica hasta un 120% de la nominal. Esta posibilidad no se puede realizar por medio de la regulación mecánica por corredera. La relación del ahorro energético conseguido y retorno de la inversión se encuentran descritas en el anexo 1. Consideraciones finales: Un compresor sobredimensionado es un compresor que funcionará a cargas parciales más tiempo de lo necesario y por tanto con un peor rendimiento energético. El número de arranques será más elevado aumentando el consumo eléctrico y el esfuerzo mecánico. Es importante señalar que, además del ahorro económico que conlleva la actuación realizada, existen otras consideraciones que deben ser tomadas en cuenta (Figura 7.9). • •

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La reducción de capacidad por variación de velocidad permitirá reducir el desgaste y daño de las válvulas correderas de los compresores. Se optimizará aún más la estabilidad de las presiones de succión (aspiración), dado que el control de capacidad es directo. F. Javier Cárcel Carrasco

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•

La operación a velocidad reducida, si el perfil de carga así lo requiere, permitirá reducir el desgaste de elementos mecánicos del compresor, con el menor gasto en mantenimiento y aumento de la vida útil del equipamiento. A nivel eléctrico, la operación de la instalación y los motores mejorará, ya que con los variadores de velocidad, el factor de potencia será constante cercano a 1, por lo que la energía y potencia reactivas de la instalación se verán reducidas. Esta economía energética, define un ahorro en cuanto emisiones de CO2 a la atmosfera, mostrando el sistema un respeto medioambiental superior.

Mediante este estudio realizado para aumentar la eficiencia energética en los compresores de refrigeración, se pueden extraer las siguientes relaciones con respecto al mantenimiento, y la fiabilidad de las instalaciones:

Figura 7.9. Componentes de garantía de funcionamiento. •

Relación eficiencia energética/mantenimiento: a) Mejora del conocimiento por parte de los servicios de mantenimiento de la eficiencia energética del proceso: Pese a que el sistema cuenta con un sistema informático de adquisición de datos, sólo se tenían en cuenta parámetros tales como paradas, mantenimiento preventivo, averías, etc. Se pretende variar el sistema para monitorizar los ratios de ahorro energético. b) Dicha información que actualmente estaba de una manera tácita en algunos de los componentes de los equipos, se propone plasmarla en explicita mediante la inclusión de un anejo característico de eficiencia energética de los compresores, donde se anotarán los datos y valores contrastados, futuras acciones de ahorro, propuestas y sugerencias de fabricantes de la maquinaria o sector. c) Se prevén modificar los partes de mantenimiento preventivo en función del menor sobreesfuerzo de los equipos (se puede optimizar su utilización), debido a la acción que supone el ahorro energético.

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d) Se producirá una reducción de los tiempos utilizados en mantenimiento, siendo una variable añadida de ahorro. e) Se consigue una mayor concienciación de los equipos humanos de mantenimiento. Dicha concienciación se extrapolará a los departamentos de explotación, y en general a todos los órganos de la empresa. f) Dichas acciones llevan añadidas una sensibilización con la visión del respeto al medio ambiente (ahorro en la emisión de CO2, como consecuencia del ahorro energético). •

Relación eficiencia energética/fiabilidad: a) A consecuencia de la acción de eficiencia energética, se consigue un uso más racional de la instalación, reduciéndose por ello la tasa de fallo del equipamiento y con ello el aumento de la fiabilidad de la instalación que se considera crítica. b) Al realizar el estudio energético se ha aumentado el nivel de conocimiento de la instalación, pudiéndose monitorizar otras variables que interceden en la fiabilidad final de la instalación (instalación eléctrica, fluidos, valvulería, etc.). c) Dicha relación de aumento de la fiabilidad es extrapolada al resto de la organización (en especial hacia los departamentos de explotación), consiguiéndose una mejora estratégica de la función de los servicios de mantenimiento con relación al resto de la industria.

Figura 7.10. Diagrama de proceso ante acciones.

7.3.2. Mejora de la eficiencia energética por reducción de las pérdidas por

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efecto joule, por reconfiguración de las redes eléctricas para mejora de la fiabilidad. Esta acción viene como consecuencia de la mejora de la fiabilidad de la red eléctrica que se comenta como ejemplo en el punto siguiente. • La fábrica dispone en la actualidad de dos centros de transformación, C.T.1 y C.T.2. Dos acometidas principales independientes alimentan la fábrica desde C.T.1, desde este centro de transformación se alimenta a C.T.2 en media tensión y en baja tensión al C.G.B.T. de grupos de frío y a la ‘Nave Elaborados’. • El C.T.1 se compone de 3 trafos de aceite de 1.250 kVA en paralelo y el C.T.2 de 2 trafos de aceite de 2.500 kVA, estos últimos se encuentran conmutados. La propuesta consiste en la evaluación del impacto en cuanto a pérdidas energéticas por efecto joule derivadas del proyecto de modificación de instalación previsto. Dicho proyecto tiene por objeto mejorar la alimentación y distribución de las líneas eléctricas principales a fin y efecto de mejorar el rendimiento de la instalación tanto a nivel energético como por cuestiones de fiabilidad y garantía de suministro en previsión de una futura ampliación. Se prevé sustituir los transformadores del actual centro de transformación (CT1) por otros que irían emplazados en dos centros de transformación, el primero ,CT1 Servicios más próximo a los cuadros generales de los grupos de frío. El segundo, CT2-Producción, estaría situado en la zona de ampliación prevista en un futuro. CT1-Servicios y CT2-Producción estarían conectados por una línea de M.T, y estos a su vez estarían alimentados por dos acometidas procedentes del actual CT1.

Esta modificación lleva implícita la sustitución de 60m de línea en B.T. por M.T. a 20kV y cable unipolar de 400mm2 de sección. Actualmente la línea en B.T. que conecta el CT1 con el C.G.B.T. de los grupos de frío está compuesta por 22 cables por fase. Estos cables son de aluminio de 240 mm2 . Así mismo, se propone la opción de sustituir 40m de distribución por cable por Canalis, desde el futuro centro de transformación CT1-Servicios que iría situado en la planta baja, hasta los

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cuadros generales de los grupos de frío situados en la planta 1. En el siguiente esquema puede apreciarse de forma gráfica la parte de la instalación eléctrica que esta prevista sustituir:

La siguiente figura es una fotografía de detalle del tipo de cable empleado actualmente en el tramo estudiado.

En la tabla adjunta aparecen las características del tipo de cable empleado en el tramo de distribución en B.T. :

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Para el tramo de distribución en M.T. se indica en la tabla adjunta el cable seleccionado:

Para el cálculo de ahorro se han tomado los valores de intensidad cuarto-horarios de la curva de carga de compañía. El ahorro energético resulta de calcular la diferencia de potencia disipada en el cable por efecto Joule, entre la distribución en B.T. y en M.T. según la fórmula:

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El ahorro energético para el tramo de 60m en M.T. se estima en 23.613,5 kWh. En la misma línea se ha evaluado el ahorro en la sustitución de 40m de distribución en B.T. desde el futuro centro de transformación hasta la ubicación de los C.G.B.T. de los grupos de frío, en este caso por Canalis (canalización prefabricada).

La canalización prefabricada está concebida para la distribución de potencia (de 40 a 5.000 A) e iluminación. Usado para el transporte y distribución de energía eléctrica, los sistemas de canalización prefabricada tienen todos los elementos necesarios para el ensamblaje: conectores, elementos rectos, cambios de dirección, fi jaciones para instalación, etc. Las tomas de derivación se encuentran en intervalos regulares que hacen que la potencia esté disponible en todos los puntos de la instalación. Debido a su gran diversidad, puede distribuir alimentación eléctrica desde un transformador de media tensión/baja tensión directamente a las ubicaciones de carga individuales. Para las aplicaciones desde el transformador al CGBT. la instalación de la canalización prefabricada se puede considerar permanente y es poco probable que se modifique. No existen puntos de acoplamiento. Se utiliza frecuentemente para recorridos cortos y casi siempre para intensidades superiores a 1.600/2.000 A, es decir, cuando el uso de cables paralelos imposibilita la instalación. Canalis también se utiliza entre el CGBT y los cuadros de distribución situados aguas abajo admitendo corrientes de funcionamiento comprendidas entre 1.000 y 5.000 A, y ofreciendo una resistencia a cortocircuitos de hasta 150 kA. Para ello se considera una disminución en las pérdidas por distribución del 40% sobre la distribución actual. El ahorro resulta de la aplicación de este dato de

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ahorro específico sobre la potencia disipada de la distribución actual a partir de los datos de potencia cuarto-horaria de la curva de carga de compañía. El ahorro energético para el tramo de 40m por Canalis se estima en 6.372,6 kWh. Los resultados de ahorro energético figuran en la tabla adjunta: Optimización energética Consumo actual estimado (MWhe) Consumo futuro previsto (MWhe) Ahorro energético (kWhe) Reducción emisiones (TnCO2)

21.038,4 21.008,4 29.986 11,1

El ahorro económico derivado de la mejora resulta de 2.458,9€. •

Relación fiabilidad/mantenimiento: a) Mejora del conocimiento por parte de los servicios de mantenimiento de la fiabilidad del sistema, con disminución de paradas programadas y no programadas (averías). b) Dicha información que actualmente estaba de una manera tácita en algunos de los componentes de los equipos, se propone plasmarla en explicita mediante la inclusión de un anejo característico de fiabilidad, donde se anotarán los datos y valores contrastados, futuras acciones, propuestas y sugerencias de fabricantes de la maquinaria o sector. c) Se prevén modificar los partes de mantenimiento preventivo en función del menor sobreesfuerzo de los equipos e instalaciones (se puede optimizar su utilización), debido a la acción que supone un aumento en la fiabilidad. d) Se producirá una reducción de los tiempos utilizados en mantenimiento, siendo una variable añadida de ahorro. e) Se consigue una mayor concienciación de los equipos humanos de mantenimiento. Dicha concienciación se extrapolará a los departamentos de explotación, y en general a todos los órganos de la empresa.

•

Relación fiabilidad/eficiencia energética: a) A consecuencia de la acción de fiabilidad, se consigue un uso más racional de la instalación, reduciéndose en cierta medida el consumo energético. b) Al realizar el estudio de fiabilidad se ha aumentado el nivel de conocimiento de la instalación, pudiéndose monitorizar otras variables que interceden en el consumo energético y la fiabilidad final de la instalación (instalación eléctrica, fluidos, valvulería, etc.).

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c) Dicha relación de aumento de la fiabilidad es extrapolada al resto de la organización (en especial hacia los departamentos de explotación), consiguiéndose una mejora estratégica de la función de los servicios de mantenimiento con relación al resto de la industria. 7.3.3. Mejora de la fiabilidad de la instalación eléctrica por reconfiguración de la arquitectura de red. La instalación eléctrica de la planta industrial funciona con algunas condiciones degradadas principalmente debido a la obsolescencia de los equipos instalados y arquitectura de la ET1. Se ofrecen algunas acciones de actualización para diferentes aspectos detectados y que la instalación recupere su rendimiento nominal y nivel real de disponibilidad. 7.3.3.1. Valoración del stress del equipo Para cada componente del equipo eléctrico, la valoración de su nivel de stress se resume mediante un índice (SL – Stress Level, nivel de stres). Los valores posibles de dicho índice son los siguientes: • SL 1 – Dispositivo con stress crítico Los dispositivos con SL1 están resaltados en color verde oscuro en las imágenes siguientes • SL 2 – Dispositivo con stress Los dispositivos con SL2 están resaltados en color verde claro en las imágenes siguientes • SL 3 – Dispositivo sin stress Para cada dispositivo, el valor del índice SL se calcula según: El nivel de stress de funcionamiento (SL.O) – Este índice resume las condiciones de funcionamiento del dispositivo, teniendo en cuenta: la relación de carga, el número de operaciones, … El nivel de stress del entorno (SL.E) – Este índice resume las condiciones medioambientales del dispositivo, teniendo en cuenta: la temperatura, la presencia de polvo, la humedad del aire…

Los valores posibles de SL.O y SL.E son los siguientes:

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• SL.O 1 / SL.E 1: crítico • SL.O 2 / SL.E 2: normal • SL.O 3 / SL.E 3: bajo Los valores de estos índices se calculan, para cada dispositivo, en función de la valoración del equipo que se estima en conversación con los técnicos de planta. En el siguiente diagrama unifilar se resume el resultado de la valoración del stress de la planta :

[Esquema unifilar de STRESS]

7.3.3.2. Datos de la valoración del stress En esta instalación, se ha detectado que el emplazamiento entre la CT1 y el cuadro

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principal de Frío incrementa el nivel de posibles fallos tanto en el conexionado, mal reparto de cargas en los cables, como por las soluciones mediante fusibles y no tener ningún elemento principal extraíble que facilite una rápida sustitución, esto da como resultado un nivel de stress tipo 2 a pesar de realizar un mantenimiento correcto. Otro punto detectado que incrementa el nivel de no fiabilidad son los equipos a nivel de obsolescencia debido al nivel de dificultad en la adquisición de recambios. 7.3.3.3.

Estudio de fiabilidad

7.3.3.3.1. Metodología

El primer paso de un estudio de fiabilidad es la colocación de los sucesos imprevistos. “Suceso imprevisto” (Unexpected Event, UE) es una expresión típica que se utiliza en el campo de la fiabilidad para identificar los fallos críticos que pueden conllevar daños catastróficos (personales, financieros, ecológicos…). En la aplicación del ámbito de las redes eléctricas, un UE siempre se refiere a una regleta de distribución: el UE representa la interrupción de la alimentación a dicha regleta. Para la red de la planta industrial, los UE se definieron de acuerdo con los requisitos del proceso de planta, a través de un debate común con los expertos de la planta industrial. El análisis de fiabilidad se basa en el método del árbol de fallo. A continuación se muestra un ejemplo.

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Para diseñar los árboles predeterminados es necesario conocer, para cada UE, todos los caminos de la alimentación posibles, teniendo en cuenta la arquitectura de red eléctrica y todos los posibles modos de funcionamiento, incluidas las reconfiguraciones de red. Para cada UE, la falta de disponibilidad de la fuente de alimentación se calcula combinando los índices de fallo y la duraciòn de la reparación de los distintos dispositivos de la red, de acuerdo con la estructura del árbol predeterminado. Cada tipo de dispositivo eléctrico especial tiene diferentes modos de fallo. Representan los diferentes tipos de fallos que pueden afectar a este tipo de dispositivos y producir su corte. Cada modo de fallo tiene una probabilidad específica de producirse (índice de fallo) y necesita un tiempo específico para repararse (duración de reparación). 7.3.3.3.2. Hipótesis

Para realizar el estudio de fiabilidad, necesitamos realizar algunas hipótesis en relación con los índices de fallo y la duración de las reparaciones de cada

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dispositivo eléctrico. En relación con los índices de fallo establecemos la hipótesis de usar los datos ofrecidos por fabricantes y por mediciones realizadas en la propia factoría por los históricos de fallo producidos. La duración de las reparaciones se fija de acuerdo con la política de mantenimiento y la gestión de repuestos actualmente aplicadas en la planta. INDICES DE FALLO DE ELEMENTOS EN ESTADO ACTUAL ELEMENTO

TASA DE FALLO (λ) (Horas/año)

TIEMPO MEDIO DE REPARACIÓN (Horas)

Red Exterior 20 KV

2.85x10-5

Interruptor 20 KV

2.4x10-5

Transformador 20/0.4 KV aceite

1.9x10-5

3 en paralelo

Interruptor General BT (4000 A) (Fijo)

6x10-5

Toda la salida de potencia

Red MT 20 KV Interior

1.1x10-5

Embarrado BT

4.2x10-5

Embarrado atípico con exceso calentamiento

Red BT (22x240 mm2 por fase)

1.5x10-4

Red desequilibrada y de gran longitud

Cuadro eléctrico (No extraíble)

1.7x10-5

Int. Automático BT Potencia (Fijo)

6x10-5

Fusibles BT

2.28x10-4

0.25

OBSERVACIONES

Depende de la compañía distribuidora

Alimentación a partes críticas (Compresores frio)

INDICES DE FALLO DE ELEMENTOS PARA PROPUESTA DE MEJORA DE LA FIABILIDAD ELEMENTO

TASA DE FALLO (λ) (Horas/año)

TIEMPO MEDIO DE REPARACIÓN (Horas)

Red Exterior 20 KV

2.85x10-5

Interruptor 20 KV

2.4x10-5

0.2

Transformador 20/0.4 KV seco (REDUNDANTE)

1.2x10-6

0.1

Sistema radial y redundante

Interruptor General BT (4000 A) (Fijo)

6x10-5

No se utilizan

Red MT 20 KV Interior (REDUNDANTE)

1.1x10-5

0.1

Sistema redundante

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OBSERVACIONES

Depende de la compañía distribuidora

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FIABILIDAD EN EXPLOTACIÓN, MANTENIMIENTO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA EN PLANTAS INDUSTRIALES: INVESTIGACIÓN SOBRE SU RELACIÓN TÁCTICA Embarrado BT

4.2x10-5

Embarrado atípico con exceso calentamiento

Red BT (Canalis)

1.5x10-4

0.2

Sistema redundante

Cuadro eléctrico (Extraíble)

1.7x10-5

Int. Automático BT Potencia (Extraíble)

6x10-5

Fusibles BT

2.28x10-4

0.25

No se utilizan

7.3.3.3.3. Buses de alimentación

Para cada Bus de distribución definido con UE, las cifras siguientes resumen el funcionamiento de la red. • Los símbolos del rayo que aparecen en los diagramas unifilares muestran los diferentes caminos de la alimentación. 7.3.3.3.4. Resultados

Se ha estudiado la fiabilidad de la rama que alimenta a la zona de refrigeración, comparándose con la nueva arquitectura propuesta que se ve a continuación:

[Esquema unifilar de FIABILIDAD]

En los esquemas siguientes se muestra el resultado del análisis de fiabilidad para los buses de distribución críticos, en cuanto a promedio estadístico de falta de disponibilidad (tiempo de inactividad medio estadístico al año).

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UE FRIO

Introduciendo el árbol de fiabilidad, y teniendo en cuenta los parámetros de las tasas de fallo y reposición:

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Para sistemas en serie: La fiabilidad del sistema para que opere sin fallos durante un tiempo t será:

El valor esperado de tiempo en que opere el sistema sin fallo:

Para sistemas en paralelo: La fiabilidad del sistema para que opere sin fallos durante un tiempo t será:

El valor esperado de tiempo en que opere el sistema sin fallo:

Con la disposición actual:

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Luego el tiempo esperado de fallo anual (8760 horas) es de: 5,52 horas. La fiabilidad del sistema actual anual (probabilidad de que el sistema no falle en un año) es de: 0,40% Valor esperado sin fallo: 1586 horas. Hay que tener en cuenta además, que en caso de paradas por averías, los tiempos de reparación pueden llegar a ser considerables.

Con la nueva disposición, mediante la reconfiguración de las redes, transformadores en forma radial, sistema redundante en media y en baja tensión

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(como se indica al final del anexo A), cuyo árbol de fiabilidad es el propuesto a continuación:

Luego el tiempo esperado de fallo anual (8760 horas) es de: 0,17 horas. La fiabilidad del sistema reformado anual (probabilidad de que el sistema no falle en un año) es de: 97,5% Valor esperado sin fallo: 144516 horas. Se ve claramente el gran aumento de la fiabilidad, así como en caso de acciones, no habrá prácticamente tiempos de parada por reparaciones o mantenimiento dado el carácter redundante del sistema.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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FIABILIDAD EN EXPLOTACIÓN, MANTENIMIENTO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA EN PLANTAS INDUSTRIALES: INVESTIGACIÓN SOBRE SU RELACIÓN TÁCTICA

Biografía del autor

• Francisco Javier Cárcel Carrasco. Ha desarrollado su experiencia en el sector industrial durante más de 28 años en diversas empresas de primer nivel industrial y de servicios, así como profesional liberal en el desarrollo de proyectos industriales y de instalaciones para edificios de actividades terciarias (grandes hoteles, centros comerciales, etc.), desarrollando más de 800 proyectos y direcciones de obra visados por colegios profesionales. En la actualidad es profesor del departamento de Construcciones Arquitectónicas, área instalaciones, de la Universidad Politécnica de Valencia. De formación académica polivalente, es Ingeniero Industrial y Doctor Ingeniero Industrial por la Universidad Politécnica de Valencia, así como Doctor en Ciencias Económicas y Empresariales por la UNED. Así mismo es Ingeniero en Electrónica por la Universidad de Valencia y Licenciado en Ingeniería mecánica y energética por la Universidad de Paris 6 (Francia). Ha realizado numerosos cursos de formación y diversos másteres, destacando el de Ingeniería energética, Prevención de riesgos laborales, Evaluación de impacto ambiental. Su área de investigación está enfocada a las energías renovables, eficiencia energética e ingeniería del mantenimiento industrial. Email: fracarc1@csa.upv.es

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FIABILIDAD EN EXPLOTACIÓN, MANTENIMIENTO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA EN PLANTAS INDUSTRIALES: INVESTIGACIÓN SOBRE SU RELACIÓN TÁCTICA

En este libro se muestran los parámetros y variables a tener en cuenta para aplicar un sistema de mantenimiento basado en las relaciones entre la fiabilidad, mantenibilidad y la eficiencia energética. Para ello se hace un análisis de cada una de las variables fundamentales que debemos de tener en cuenta y de la manera en que interactúan entre ellos, marcando la gestión del conocimiento estratégico generado y la administración moderna del mantenimiento.

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