ISSN 2357-6340
Mantenimiento en Latinoamérica Volumen 10 N°1 La Revista para la Gestión Confiable de los Activos
Enero – Febrero 2018
Imagen: Heiber Andres Bedoya Salazar
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Contenido
Editorial Editorial Llegamos al año 10. Gracias a todos los que lo han hecho posible, amigos, familiares, autores, empresas patrocinadoras, abonados y lectores. Y como dice Roberto Roena, “Gracias ti, por el apoyo y por creer en mí, gracias a la vieja mía, gracias a pollito, gracias a toda la gente que ha compartido conmigo y a los que no también, me han dado fuerza para esto.” (En su canción Estas Equivocado del autor Johnny Ortiz en la voz de Papo Sánchez) Mantener la revista ha sido una tarea que se asemeja a mantener los activos de una empresa, el plan estratégico, el táctico y el operacional todo con un solo objetivo, difundir las experiencias de los mantenedores Latinoamericanos y de habla hispana en todo el mundo. El reto es aún más grande, ahora hay que repensarnos para los próximos 10 años con un panorama donde la gestión de activos invita a los gestores de mantenimiento a repensarse y ajustar su quehacer diario a las necesidades del mundo moderno, demostrando que efectivamente aportamos valor y que somos importantes en todas las etapas del ciclo de vida de los activos físicos y responsables en su gran mayoría de la etapa de operación y mantenimiento. Atrás quedan todos nuestros primeros pasos en mantenimiento al igual que quedó aquel primer número de la revista, atrás quedan las quejas del divorcio entre operaciones y mantenimiento, y de estos con las otras áreas funcionales de las organizaciones. Hoy, como nos enseña la cultura japonesa, sabemos que juntos podemos lograr cualquier cosa y que esos super héroes solitarios del pasado en mantenimiento, no son más que bomberos reaccionando y resolviendo problemas para hoy y no para el futuro. Gracias infinitas a quienes transmiten por este medio lo que saben o experimentan, gracias a quienes nos escriben felicitándonos, confrontándonos o criticando nuestro trabajo pues nos alientan a seguir adelante. No me queda más que decirles que estaremos aquí mucho tiempo esperando que cada quien se lance a participar en este medio de comunicación especializada. Los quiero de corazón... Un abrazo!!!
Juan Carlos Orrego Barrera Director
Mantenimiento en Latinoamérica Volumen 10 – N° 1 EDITORIAL Y COLABORADORES
Francisco Martínez José Contreras Francisco Javier Cárcel E. Peñalvo López José A. Cárcel Carrasco Juan Carlos Orrego Barrera
El contenido de la revista no refleja necesariamente la posición del Editor. El responsable de los temas, conceptos e imágenes emitidos en cada artículo es la persona quien los emite.
VENTAS y SUSCRIPCIONES: revista@mantenimientoenlatinoamerica.com
Comité Editorial Juan Carlos Orrego B. Beatriz Janeth Galeano U. Tulio Héctor Quintero P. Carlos Andrés Saucedo.
TRABAJAMOS MUCHO, PERO NO SABEMOS POR QUÉ NI PARA QUÉ. La importancia de definir un contexto operacional actual
Trabajar en el área de mantenimiento desde muchos años atrás es sabido, que no solamente implica el hecho de reparar equipos o activos físicos cuando estos fallan, también es sabido que el hacer mantenimiento no es hacer gestión de activos o gestión de activos físicos. Pero lo que al parecer mucha gente no sabe o no quiere saber es que nosotros los mantenedores necesitamos entender completamente el negocio para el que estamos aportando ese saber hacer que permite facilitarle la vida a todos quienes hacemos parte de cualquier tipo de empresa, a sus clientes y a los propietarios. Y para ello, tenemos a nuestro saber un concepto al que muy pocos prestamos atención y que hace referencia al contexto operacional que habrá que extender un poco mas para apoyar decididamente a la organización en el logro de los objetivos y que se convierte entonces en el contexto del negocio.
Por: Juan Carlos Orrego Barrera.
Colombia
La buena práctica para conocer a fondo el activo
es,
documentando
el
contexto
operacional. El contexto no solo afecta drásticamente
las
funciones
y
las
expectativas de funcionamiento, sino que también afecta la naturaleza de los modos de falla potenciales
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Ingeniero Mecánico Esp. Finanzas, prep. y Eval. Proyectos Msc Gestión Energética Industrial Director Mantonline.com servicio@mantonline.com
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¿Cuántas veces hemos hablado o escuchado hablar del RCM?, y entre sus preguntas fundamentales aquella que se complementa con “en el contexto operacional actual”, pero ¿Cuántas veces nos hemos dado a la tarea de revisar ese contexto operacional actual? Si quienes “aplican” la metodología simplemente desean llegar rápidamente a definir actividades y frecuencias de mantenimiento que al final “coinciden” milagrosamente con lo que aparece en los catálogos o manuales de mantenimiento y que al final de cuentas no garantizan la máxima disponibilidad y la máxima confiabilidad al mejor precio. Razón tiene Daniel Ortiz Plata cuando lanzó su expresión; ¡Ya no me hable más de RCM!, trabajo que pueden revisar en el siguiente link: https://goo.gl/EJEBrj acortado por comodidad pero que pueden encontrarlo en el congreso de ACIEM Cundinamarca 2017.
Con todo ello se logra crear la boca superior de un embudo como muestra la figura.
Pero regresemos al tema central. Contexto del negocio y contexto operacional, ustedes se preguntarán ¿para qué debe prestársele atención a ello?
Si se observa por ejemplo la Guía Técnica Colombiana - GTC 137 (ISO Guía 73:2009, definición 3.3.1.2), puede evidenciarse que también desde otros frentes sobre los que se apoya mantenimiento prestan atención a este aspecto y por todos lados hoy se invita a revisar elementos como: •
• • • •
el ambiente cultural, social, político, legal, reglamentario, financiero, tecnológico, económico, natural y competitivo, bien sea internacional, nacional, regional o local; impulsores clave y tendencias que tienen impacto en los objetivos de la organización; gobierno, estructura organizacional, funciones y responsabilidades; políticas, objetivos y estrategias implementadas para lograrlos; las capacidades, entendidas en términos de recursos y conocimiento (por ejemplo; capital, tiempo, personas, procesos, sistemas y tecnologías);
Donde se sabe a que mercado se debe atender y cuales son los deseos de la empresa y con que se cuenta para alcanzarlos, de esa forma vamos interpretando que tanta disponibilidad, confiabilidad y mantenibilidad debe alcanzar nuestro sistema de producción. Cada uno de los niveles mostrados se comporta a su vez como filtro hasta llegar a la línea de producción, con ello, se identifica su capacidad de diseño para transformar materias primas e insumos y con ello, se reconoce también cual es la confiabilidad y mantenibilidad de diseño, además de conocer quienes son las personas que interactúan con los activos lo que lleva rápidamente a pensar en las capacidades, necesidades y deseos de ellos en un entorno físico y medioambiental que afecta directamente el funcionamiento de los activos. Para llegar por fin a nuestros equipos, y en ellos, recopilar todo lo que se menciona anteriormente y algunos otros aspectos como régimen de marcha, tipo de energético que utiliza, proveedores de este y sus partes, etc.
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La definición del contexto operacional hace referencia a todos los factores que afectan o pueden verse afectados con el activo o elemento bajo análisis, y es esencial asegurarse que toda persona involucrada en el desarrollo de un programa de mantenimiento de los activos físicos comprenda totalmente el contexto organizacional y operacional antes de definir lo que se va a hacer o dejar de hacer. Con ello, se garantiza que las decisiones respecto a las actividades y frecuencias afectarán positivamente los objetivos organizacionales por encima de todo y luego las condiciones operativas necesarias para alcanzarlas entre todos.
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El definir un espacio temporal, como dicen todas las normas; es menester de quien conoce el negocio, pero en la mayoría de empresas donde contamos con buenos contextos operacionales, recomiendo que sean revisados mínimamente cada año o cuando se detecte un cambio importante en alguno de los aspectos del contexto operacional, de los cuales nos encargaremos luego. La buena práctica para conocer a fondo el activo es, documentando el contexto operacional. El contexto no solo afecta drásticamente las funciones y las expectativas de funcionamiento, sino que también afecta la naturaleza de los modos de falla potenciales, sus efectos y sus consecuencias, la periodicidad con la que pueden ocurrir y que debe hacerse para manejarlos. El contexto operacional se convierte entonces en el diferenciador de los planes de mantenimiento entre activos del mismo tipo, permitiendo ajustar actividades y/o frecuencias a las necesidades particulares dadas por este. Este documento, igualmente sugerimos no se redacte en una forma pregunta respuesta, sino que se prepare un documento agradable para la lectura de todas aquellas personas que nos apoyan en las labores diarias ya sean en mantenimiento como en las otras áreas de la organización y de esta forma todos entendamos el negocio del cual somos responsables y como los activos físicos pueden o no ayudarnos a conseguir los objetivos comunes.
En la imagen anterior se muestra un ejemplo de cómo podría quedar este documento, el cual debe contar con todas las características de un buen documento sin olvidar las fuentes o referencias bibliográficas de tal forma que cuando sea revisado se defina que tan actual es el contexto. Este documento no tiene un límite de páginas, pero por experiencia no es un documento de menos de 30 páginas, no quiero se sea esto tomado como una “TAREA o LABOR de universidad” y que cada quien se dedique a llenar hojas para decir que cuenta con este documento, es realizarlo a conciencia revisando los aspectos importantes para el negocio que impactarán las actividades del mantenimiento. Nosotros frecuentemente revisamos aspectos como: Misión, visión, políticas, objetivos, estrategias, metas, roles y responsabilidades, estructura, normatividad, la competencia, regulaciones legales que apliquen, economía, política, tecnología, cultura, la seguridad o riesgos de las personas o el medioambiente, seguido por las instalaciones y por último la salud de los equipos. También los sistema de gestión que trabaja la empresa, sus políticas de gestión de activos y repuestos, factores ambientales, alarmas e indicadores (numéricos o físicos), estándares de calidad, elementos de respaldo, tipo de demanda, situación del mercado, nivel de capacitación, período de servicio, normas y leyes, tipo de proceso, ubicación del activo, actores sociales, impacto de las fallas, régimen de marcha, materias primas, llegando al final a reconocer los equipos respecto a lugar de procedencia, distribuidores, capacidades y los demás aspectos que se consideren necesarios para identificar como son afectados y como afectan el normal desarrollo económico y social de la empresa y su entorno. Aclaro que no siempre se documentan todos los aspectos, pero vale la pena disponer de una lista de chequeo y verificar cuales de ellos son importantes para el negocio y los activos de forma particular. Bibliografía: Moubray , John. Reliability-Centered Maintenance Second Edition 2nd Edition (1997) NTC-ISO. COLOMBIANA. 31000. 2011-02-16. Gestión del riesgo. Principios y directrices. Pistarelli , Alejandro J . Manual de Mantenimiento. Ingeniería, Gestión y Organización. 1ª Ed. El Autor Buenos Aires (2010). Silva y Orrego, Confiabilidad en la practica. 2ª Ed. Barranquilla (2016).
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Todo esto como se dijo anteriormente se evalúa para una condición temporal de actualidad, manera en la cual las tres metodologías mas usadas por los mantenedores en el mundo (RCM, TPM y PMO) para estructurar planes de mantenimiento pueden garantizar que el proceso permanezca “vivo” y no se caiga en el error de perpetuar un plan de mantenimiento que al final solo deja un mayor gasto e insatisfacciones de todos en la empresa.
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OEE (OVERALL EQUIPMENT EFFECTIVENESS) Y EL MANTENIMIENTO (Final)
EFICACIA, EFICIENCIA Y PRODUCTIVIDAD Es muy frecuente escuchar comentarios relacionados con eficacia, eficiencia y productividad. Expresiones tales como: “debemos aumentar la eficacia de las operaciones”, "si realizamos esa inversión, aumentaremos la productividad” o "por razones de eficiencia, el mantenimiento se está subcontratando", se utilizan como si fueran sinónimos. ¿Cuál es la relación entre eficiencia, eficacia y productividad y cuál es el camino que se puede seguir para lograr una "mejora"?
Por: José Contreras. Ingeniero
Venezuela
La pérdida de velocidad causada por el arranque y apagado debido que en muchos casos la instalación no puede llevarse de cero al rendimiento de referencia. www.mantenimientoenlatinoamerica.com
Consultor para la Gestión Eficiente del Mantenimiento Instructor para Latinoamérica de la American Society of Mechanical Engineers (ASME) e INGEMAN jocomarquez@yahoo.com
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El diagrama de la figura 6 muestra el tiempo de producción disponible. Este es el tiempo por el cual la producción y el mantenimiento son responsables. Consiste en las pérdidas causadas por el funcionamiento de los procesos o de la máquina. A estas pérdidas se les denomina pérdidas técnicas.
Estas pérdidas son la consecuencia de la escasez de materias primas o materiales de soporte o materiales que no cumplen con las especificaciones. Falta de personal Una falta temporal de personal puede ocasionar que las instalaciones se detengan o produzcan a una velocidad menor. La falta de personal puede ser causada por una epidemia, huelga, problemas económicos, sociales, etc. Ejemplos de pérdidas externas planificadas pueden ser: Régimen laboral
Pérdidas externas Existen dos tipos de pérdidas externas: planificadas y no planificadas, como se muestra en la figura 7.
Demanda limitada Si las ventas planificadas (demanda del mercado) son menores que la capacidad de las instalaciones, la producción se detendrá durante cierto tiempo o se trabajará a velocidad reducida. Paradas de modificaciones
Figura 7. Pérdidas externas: Planificadas y no planificadas Ejemplos de pérdidas externas no planificadas son: Medio ambiente Por ejemplo, la compañía ha hecho convenios con otras empresas en áreas industriales comunes para el cumplimiento de requisitos ambientales que implican la reducción del rendimiento o incluso detener la producción. Falta de materias primas y materiales de soporte (calidad o cantidad) Estas pérdidas están asociadas con el mal funcionamiento de las organizaciones que apoyan la producción y el mantenimiento o los proveedores (internos o externos).
planta,
mantenimientos
mayores,
Entre éstas se encuentran las pérdidas causadas por las actividades de mantenimiento sobre una base anual o mayor. Esas actividades requieren la parada completa de la instalación y están destinadas a mantener las pérdidas durante el tiempo de producción disponible dentro de los límites en el período comprendido entre dos revisiones. Tenga en cuenta que las inspecciones y actividades de mantenimiento preventivo en general, normalmente pertenecerían a las pérdidas causadas por "funcionamiento de la máquina". Definir como pérdidas externas los mantenimientos mayores y las paradas de planta, evita que la gestión cotidiana tenga la sensación de que las pérdidas ocurren por actividades de las que son responsables. Por lo general, la alta dirección tomará decisiones sobre estas inspecciones en consulta con las demás funciones corporativas (incluyendo marketing, ventas, logística) con respecto al tiempo y la duración más favorable. Este tipo de decisión nunca será tomada aisladamente por el departamento de mantenimiento debido al impacto en las otras funciones corporativas y en la propia empresa.
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Figura 6. Pérdidas técnicas y tiempo disponible para producción
Producir o no continuamente o producir durante fines de semana, días de fiesta, etc. Es una opción de política empresarial con una implicación social. Producir continuamente puede ser una necesidad debido al tipo de proceso de producción, pero también puede ser la consecuencia de la política de hacer pleno uso de la instalación.
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Los plazos relativos a paradas de planta, mantenimientos mayores y modificaciones tienen que ver más con el futuro y menos con la producción actual. Esto está claramente relacionado con la política de la alta dirección. Recuerde que no todas las pérdidas externas son pérdidas de tiempo de inactividad. Tal como se mencionó, se pudiera justificar producir a velocidad reducida en lugar de detener la instalación. También pueden aparecer pérdidas de calidad debido a una causa externa, por ejemplo, una pérdida de calidad ocasionada por la elección de un proveedor defectuoso. Seguidamente se mostrará cómo se puede subdividir cada uno de los tres tipos de pérdidas (calidad, velocidad, tiempo de inactividad) dependiendo de si la causa es el funcionamiento de la máquina o el proceso. Pérdidas por paradas (tiempo de inactividad) Se analizan las pérdidas por tiempo de inactividad durante el tiempo disponible para la producción. Esto significa que no se consideran las pérdidas externas. Las razones más comunes de paradas asociadas con el funcionamiento de la máquina: • Funcionamiento anormal • Trabajo de mantenimiento preventivo planificado que debe realizarse durante el tiempo programado para producir Las razones más comunes de paradas asociadas con el proceso de producción: • Tiempo de preparación causado por cambio de producto (industria de procesos, metalmecánica, alimentos y manufactura en general) • Tiempo para Intercambio de equipos y componentes (por ejemplo, catalizador, filtros, etc., en industrias petroquímicas y de procesos) • Actividad de inicio/fin de semana (preparatoria o terminal) como limpieza (industria de alimentos, imprenta) Pérdidas por velocidad Las razones más comunes de pérdidas de velocidad asociadas al funcionamiento de la máquina:
• Mal funcionamiento de la máquina, que origina una disminución de la velocidad • Pequeñas imperfecciones técnicas que pueden ser corregidas por el operador, por ejemplo, material de embalaje atascado. • Falta de pinzas en la cinta transportadora de las máquinas de embalaje (todas las industrias) • Algunas posiciones de moldes que no reproducen la forma completa de un producto • Reducción del rendimiento debido a la puesta en marcha o apagado de la instalación • A una intervención de mantenimiento que requiere una parada de la instalación Las razones más comunes de pérdidas de velocidad asociadas al proceso: • Rendimiento ajustado inconscientemente más bajo que el rendimiento de referencia • Parámetros de proceso no ajustados al estándar • Reducción del rendimiento debido a la puesta en marcha o parada de la instalación para la producción, como la transición a un producto diferente, puesta en marcha de la instalación debido a unas vacaciones, fines de semana, etc. La pérdida de velocidad causada por el arranque y apagado debido que en muchos casos la instalación no puede llevarse de cero al rendimiento de referencia, por ejemplo, por el riesgo de posibles daños durante el arranque. El aumento/disminución gradual del rendimiento produce una pérdida que se traduce en unidades no producidas que se reportarán como una pérdida de velocidad. Pérdidas por calidad Razones más comunes para las pérdidas de calidad causadas por un mal funcionamiento de la máquina: • Puesta en marcha o parada del proceso de producción causada por una intervención de mantenimiento para restaurar el mal funcionamiento de la máquina. Las pérdidas de calidad se producen porque una instalación, en el tiempo entre la puesta en marcha y el rendimiento completamente estable, produce productos que no cumplen con los requisitos de calidad. • El funcionamiento incorrecto de la máquina, como la incapacidad para enfriar lo suficiente o mantener la presión adecuada, puede resultar en una pérdida de calidad, posiblemente combinada con pérdidas de velocidad. Razones más comunes para las pérdidas de calidad causadas por el proceso:
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Debe quedar claro que las pérdidas externas son de gran importancia para la alta dirección por lo que deben ser examinadas con mucho cuidado. La reducción de las pérdidas influirá positivamente directamente en los ingresos y beneficios si las necesidades del mercado no son satisfechas.
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• Ajuste inconsciente a un rendimiento más bajo que el rendimiento de referencia • Parámetros de proceso no ajustados a la norma (por ejemplo: la temperatura o presión de un proceso) • Pérdidas de calidad debidas a la paralización y/o arranques por cambios en la producción EL MANTENIMIENTO Y LA OEE Con base en la división previa de las pérdidas, es posible definir los factores que son indicadores de las pérdidas que han de imputarse en el mantenimiento.
El esquema de la figura 8 muestra las diferentes pérdidas que se utilizarán para definir esos factores y se explicarán posteriormente.
Figura 8. Pérdidas atribuibles a las actividades de mantenimiento Efectividad del mantenimiento Si se divide el tiempo dedicado a las actividades de mantenimiento relacionadas con el funcionamiento de la máquina entre el tiempo disponible para producción se obtiene una indicación de las pérdidas técnicas debidas al mantenimiento. También es útil definir un parámetro que indique las pérdidas debidas a mantenimientos mayores o paradas de planta que normalmente ocurren en períodos en los que no se planea ninguna producción que se indica como "pérdidas externas". REFERENCIAS Hansen, R.C. (2001). Overall Equipment Effectiveness. A Powerful Production/Maintenance Tool for Increased Profit. Industrial Press Inc. Koch, A. (2003). OEE INDUSTRY STANDARD. Blom Consultancy. NL Vorne Industries Inc. (2002 – 2008). The Fast Guide to OEE. Vorne Industries Inc., Itasca, IL USA. Wauters, F., Mathot, J. (2002). OEE - Overall Equipment Effectiveness. ABB Inc.
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El mantenimiento es responsable de dos tipos de pérdidas: • Pérdidas técnicas debidas al mal funcionamiento de la máquina o actividades de mantenimiento programadas para ser ejecutadas durante el tiempo disponible para producción. • Las pérdidas externas necesarias para actividades de mantenimiento general, mantenimiento mayor o paradas de planta que son programadas para ser ejecutadas durante un tiempo que no estaba previsto producir.
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LA TRIBOLOGÍA EN EL DISEÑO DE ELEMENTOS DE MÁQUINAS
La Tribología, Ciencia relativamente moderna, ha tenido un desarrollo vertiginoso en los últimos tiempos, tanto debido a su importancia científicotécnica, sino también desde el punto de vista de su efecto en la reducción de los gastos energéticos y en la eficiencia de los sistemas mecánicos. La aplicación principal de la Tribología hasta fines de los 90, ha sido en el Mantenimiento, no obstante, su aplicación se ha extendido al campo del diseño, siendo así que hoy no se concibe un diseño que no tenga en cuenta los problemas tribológicos.
Por: Dr. Francisco Martínez Instituto Superior Politécnico José A. Echeverría (CUJAE), Facultad de Ingeniería Mecánica, Centro de Estudios de Ingeniería de Mantenimiento (CEIM) fmartinez@ceim.cujae.edu.cu
Cuba
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El desgaste no es más que un flujo no deseable de materia que tiene como premisa el control de diversos factores que incluyen la fuerza aplicada y el calor generado durante el movimiento y el proceso de fricción.
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Se trata de considerar en el diseño, la importancia que desde la concepción de este, juega para los elementos de máquina, la fricción, la lubricación y el desgaste. En la tarea de un diseñador está el considerar todo flujo de fuerzas, energía y materia así como cualquier interacción entre los mismos. El movimiento entre dos elementos de maquina es esencial en cuanto la conversión de la energía mecánica en energía térmica y este mecanismo es parte integrante de los análisis tribológicos para su realización más eficiente. El desgaste no es más que un flujo no deseable de materia que tiene como premisa el control de diversos factores que incluyen la fuerza aplicada y el calor generado durante el movimiento y el proceso de fricción. Este proceso tiene su origen en el área de contacto entre las superficies en movimiento. Da los análisis anteriormente realizados se sabe que en este proceso (mecanismo de desgaste) juegan un factor esencial, factores de tipo mecánico y geométrico referidos a las superficies en contacto de los cuerpos en movimiento. El problema puede tener dos consideraciones esenciales en los cálculos de diseño; en el primer caso, se trata de la llamada fricción seca o de lubricación limite; en el segundo de la fricción lubricada en forma hidrodinámica. II. DESARROLLO El diseño de las capas de contacto. En el caso de la fricción seca o de lubricación límite hay que considerar las características geométricas de las superficies en contacto; si estas son conformadas o no conformadas (ver Figura1).
Fig. 1. Tipos de superficie en el contacto En ambos casos, se generan concentraciones de esfuerzos, debido a la carga aplicada; no obstante, esta concentración es mayor en el caso de las superficies no conformadas, siendo crítico el punto de salida del contacto, aun en el caso de una superficie no conformada lubricada. Por supuesto, las características geométricas de ambas superficies juegan un papel determinante en los valores de los esfuerzos creados, ya que el contacto entre las superficies se genera esencialmente en las rugosidades más salientes de ambas superficies, lo que a su vez es función de sus calidades superficiales. En el caso de las superficies no conformadas, aun cuando las superficies fuesen completamente lisas, el punto crítico anteriormente señalado, es en el que se generan esfuerzo elevados. Si los esfuerzos generados están dentro de condiciones de comportamiento elástico, estos pueden ser calculados aplicando la teoría de Hertz, considerando el área donde están generados los esfuerzos como Hertziana. Si las áreas son conformadas y existe lubricación, los esfuerzos se ven reducidos significativamente, al producirse el contacto no directamente entre ambas superficies, al estar estas separadas por la acción de la capa de lubricante entre las mismas, siempre que las condiciones de trabajo estén dentro de la llamada de lubricación hidrodinámica. Es importante también tener en cuenta que en ambos casos, se genera, producto del contacto, incremento de la temperatura, que también tiene que ser tenido en cuenta en el diseño, tratando de disminuirlo en lo posible tanto por las características del propio diseño, como en cuanto a la selección de los materiales del par y del lubricante a emplear. De esta forma el carácter multidisciplinarios de la Tribología, aparece aquí con características bien definidas así como la necesidad de que en el diseño juegue un papel principal, los aspectos tecnológicos, En ocasiones, los diseñadores no tienen en cuenta los funcionamientos principales de las máquinas y en particular, los nudos tribológicos, no buscan el diseño óptimo para cada etapa. En todo diseño, hay dos aspectos esenciales que todo diseñador debe considerar, uno el relacionado con la prevención del contacto de daño entre las superficies y el segundo, el tener en cuenta los lubricantes a emplear como materiales de ingeniería. Esto incluye no solo el empleo de lubricantes como tercer cuerpo en el par tribológico, sino también la aplicación y diseño de capas superficiales acordes con el tipo de fricción a desarrollar. Para esto, el conocimiento actualizado del logro alcanzado mundialmente en nuevos materiales es vital.
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I. INTRODUCCIÓN La Tribología ha tenido su mayor aplicación en el mantenimiento; sin dudas para esta esfera industrial, esta ciencia encuentra una amplia posibilidad en cuanto a los beneficios económicos y de eficiencia energética se refiere. No obstante, esta no es la única esfera e que la Tribología puede encontrar una difundida aplicación, pues para el diseño, la Tribología reviste una herramienta de sumo interés y que puede evitar errores que posteriormente pueden devenir en consecuencias no previstas. Modernamente, el empleo de los cocimientos tribológicos en el diseño recibe el nombre de Tribodiseño. Al catalogar la Tribología como la Ciencia y la Tecnología de la interacción entre superficies en movimiento, permite rápidamente suponer que la importancia de la misma no solo es aplicable en el mantenimiento, sino también en el diseño, sin importar las particularidades del mismo y sea este industrial como de los servicios, incluyendo la Ciencias Médicas. Muchos ortopédicos en el mundo analizan el comportamiento tribológico del par fémur cadera, por ejemplo.
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El diseño de la capa y la selección del material a emplear deben tener en cuenta además, si el par es de forma conformada o no ya que en cada caso, las características del diseño variaran. En superficies conformadas, las capas deben tener las características, en el material que actuara como fusible en el mecanismo, de ser más blandas que el contra cuerpo y también que el material que le sirve de substrato. Siempre que la capa no haya sido diseñada como excesivamente suave o de dimensiones demasiado gruesas, que evite el efecto muelle del substrato, el área de contacto, así como la profundidad de penetración de las asperezas del contra cuerpo más duro, nunca será tan grande como en el caso de pares de superficie no conformada. Si la capa es lo adecuadamente fina, bien adherida al substrato y este es lo adecuadamente resistente y rígida, el funcionamiento del par estará dentro de los parámetros satisfactorios. Un factor de diseño importante es que el espesor de la capa no puede ser menor que la profundidad de penetración. Las características de la capa en los pares de fricción lubricados, deben incluir la posibilidad de acomodarse a cualquier desalineación o deformación y las mismas deben estar compuestas en su estructura por la presencia de partículas duras con una adecuada adherencia a la matriz de forma que al desgastarse la matriz más blanda, el contacto se generara con los puntos sobresalientes de las partículas duras, jugando una doble función; primero la de disminuir el área de contacto y segunda el no permitir que la penetración de las irregularidades del cuerpo más duro, lleguen a destruir la capa. Las capas también deben estar diseñadas para que el proceso de fatiga que puede llevarse a cabo no sea tal que logre su endurecimiento, por deformación, con un posterior desprendimiento de partículas de la capa. En el caso de engranajes, las capas serán diseñadas para trabajo de superficies contrapuestas, con características
diferentes a las anteriores. En este caso la profundidad de penetración será mayor, debido a que las cargas también lo son. Aquí, el área Hertziana de contacto es más grande. Para este caso la capa debe ser más resistente y rígida volumétricamente, así como más resistente que el substrato, ya que es la capa, la que tendrá la función principal en soportar las presiones de contacto. Para este tipo de trabajo, son favorables las capas logradas por endurecimiento superficial, ya sean estas templadas por alta frecuencia, cementadas, nitruradas o cromadas. Problemas tribológicos en diferentes importantes elementos de máquina. Cojinetes de deslizamiento lubricados. Los cojinetes de deslizamiento lubricados, son diseñados para trabajar en condiciones de lubricación hidrodinámica. Para esas condiciones, las capas de los dos cuerpos están separadas mediante un flujo de lubricante tal que garantiza una capa de lubricante, la cual no solo evita el contacto directo entre las dos superficies, sino también el sobrecalentamiento, al facilitar la evacuación del calor generado. En ocasiones, no obstante, ocurren desalineaciones, bien por problemas iniciales de montaje o como consecuencia, en el tiempo, de distorsiones elásticas o térmicas, debidas al contacto metal- metal. El contacto puede tener lugar en el arranque o en la parada del equipo, momentos en que se rompe debido al régimen de velocidad en estos, de la capa de lubricante que garantiza el funcionamiento hidrodinámico. De igual forma, pueden ocurrir sobre cargas que no solo rompan el funcionamiento hidrodinámico en la capa, sino que se produzca la presencia de partículas duras, desprendidas en el contacto. Es susceptible también la presencia de gases de características corrosivas que provoquen un desgaste químico. En ese caso las partículas pueden ser removidas mediante procesos de mantenimiento en tiempo; sin embargo puede tener lugar que las partículas estén embebidas en las capas, provocando posteriormente un desgaste abrasivo de partículas fijas. Para estos casos, los recubrimientos por cromado son los más efectivos. Rodamientos. Los rodamientos son unos de los elementos más usados en las máquinas y son de los que presentan mayores problemas de contacto Hertziano. Existen dos tipos de rodamientos, las cajas de bolas y los rolletes, sin embargo, los problemas asociados con la naturaleza del contacto y las leyes que gobiernan la fricción y el desgaste, son comunes a los dos tipos. Aunque los rodamientos son diseñados para un funcionamiento de rodadura pura en el contacto, en la práctica se presentan deslizamientos.
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Para prevenir el contacto de daño, el diseñador debe tener en cuenta las concentraciones de esfuerzos de riesgo en el funcionamiento. En cuanto al empleo de capas superficiales que protección al daño, las cuales deben ayudar en la disminución de las presiones de contacto. Para esto la capa externa, cuya función fundamental es disminuir la fricción debe estar asentada sobre otra capa de substrato que “muelle” el efecto de la carga; de esta forma no solo se logra disminuir la fricción, sino transmitir en forma adecuada la carga. En cuanto a los materiales que forman parte de los dos cuerpos en contacto, un aspecto esencial es el de la calidad superficial de los mismos. Un lubricante puede haber sido seleccionado adecuadamente y en el trabajo, romperse la capa límite por el efecto de las rugosidades superficiales de los cuerpos en contacto.
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En los rodamientos también juega un papel importante la lubricación, existiendo inclusive rodamientos de características de auto lubricación. El objetivo de esta en los rodamientos es doble, pues no solo se tiende a trabajar para disminuir el coeficiente de fricción, sino también para prevenir el fallo. Es claro que entre factores hay una estrecha relación, por lo que, el garantizar una fricción máxima entre determinados valores que dependerán de las características del rodamiento, influirá de manera decisiva en la disminución del fallo. Pistones, aros de pistón y cilindros. Entre los elementos de máquinas más comunes se encuentra el conjunto cilindro, pistón, aros de pistón. Este conjunto no solo forma parte vital en los motores de combustión interna, sino también de compresores, extractores de vació y bombas. La función principal de este conjunto es el de sellar, hacer más eficiente y balancear las acciones de la fuerza que producto de la combustión interna se aplican sobre la cabeza del pistón.
La acción de sellado la ejerce principalmente los aros de pistón. El conjunto en la mayoría de los casos actúa de forma lubricada, aunque en algunos casos en que se requiere resistencia ante agentes corrosivos, se trabaja con elementos poliméricos que tienen características auto lubricantes. En los lubricantes empleados en estos elementos, es esencial la viscosidad, reemplazándose estos lubricantes de forma que su viscosidad aumente cuando se produce desgaste en el conjunto. El fallo en estos conjuntos ocurre y es detectado a medida que se comienza a producir debilitamiento en la compresión que normalmente se genera en el proceso de combustión. Aquí el diseño del conjunto es de carácter técnico económico, pues si se trata de incrementar la lubricación, esto repercute en alto consumo de aceite. El desgaste en estos conjuntos se experimenta fundamentalmente cerca de la cabeza del pistón que es donde se desarrollan las mayores presiones, así como la mayor velocidad de traslación y las más elevadas temperaturas, siendo el lugar menos favorable para la acción del lubricante. Además de estos factores en el interior del conjunto se producen también acciones corrosivas, debido a la generación de ciertos gases entre ellos sulfuros, producto de la combustión, cantidad mayor, cuanto menos eficiente sea el proceso combustivo. Los aceites del tipo alcalino tienden a activar el proceso de desgaste. A medida que la trayectoria del cilindro y los aros, por el interior del cilindro, aumenta, o sea, a medida que el periodo de trabajo es mayor, el desgaste también se tendera a incrementar. Para extender la vida útil de estos
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Todo rodamiento es caracterizado por dos factores importantes, la carga media estática que debe soportar y la vida útil del mismo. La carga media está considerada como la carga máxima que es aplicada y que no provoca una deformación en el elemento de contacto (bola o rodillo) o en la pista de rodadura superior a 0,001 d, siendo d el diámetro de la bola o rodillo. En el caso de la vida útil, esta se considera como la capacidad dinámica del rodamiento o lo que es lo mismo, la carga a la cual se garantiza una vida útil de un millón de revoluciones y que la probabilidad de fallo es de un 10%.
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Levas y seguidores. Hasta el momento, a pesar de los elementos brindados por la teoría de la lubricación hidrodinámica, no ha habido una total comprensión del contacto, en el conjunto leva-seguidor, para un diseño eficiente. Por otra parte, este conjunto es tratado en todos los libros de diseño y tiene amplio empleo en la ingeniería, pero no ha tenido de por si una amplia literatura. Los esfuerzos de contacto que se generan en el trabajo de estos conjuntos son elevados, siendo uno de los mayores el que se produce en los motores de combustión interna, que puede llegar a ser de entre 650 y 1300 MPa. , con una velocidad de desplazamiento de 10 m/s. Aunque la lubricación juega un papel esencial en estos mecanismos, no menos importante lo es el de la calidad superficial. Aquí la fricción no tiene un papel predominante en el funcionamiento, siendo su papel principal el que se genere el menor calor posible por fricción. Lo principal en estos mecanismos es el garantizar el mínimo desgaste durante el trabajo y que, producto de las presiones de contacto, no aparezcan grietas en la superficie de la leva. En cuanto a la lubricación el diseño debe estar dirigido a lograr una capa lubricante de adecuado espesor. Se sabe que una reducción en el radio de la cabeza de la leva tiende a incrementar los esfuerzos de contacto, pero también la velocidad de trabajo en ese punto y como consecuencia la capa de lubricante. La temperatura que se genere, es también un elemento importante a tener en cuenta, sabiendo que al incrementarse esta puede ocurrir limado en la superficie por arrastre de las capas externas. Por otra parte, los parámetros de trabajo en este mecanismo no son constantes, siendo otro aspecto a tener en cuenta en su diseño. Discos u otros elementos de transmisión de torque por fricción. En estos elementos se pueden presentar acciones de forma diversa, la de transmisión por deslizamiento con o sin la presencia de lubricante y la de transmisión por rodadura. El principio en los primeros es de dos elementos que deben desplazarse juntos, sin deslizamiento de uno con respecto al otro, siendo capaces de transmitir una fuerza periférica de uno al otro. En los discos lubricados, la condición de trabajo es de un régimen elastohidrodinámico. La tracción por fricción puede ser graficada contra la velocidad de
deslizamiento, encontrándose tres etapas como las señaladas en la figura (Fig. 2).
Fig. 2 Gráfico que se obtiene al expresar en un sistema de coordenadas la tracción por fricción contra la velocidad de deslizamiento. En la primera etapa I, el comportamiento es lineal durante el cual, la tracción por fricción es proporcional a la velocidad de deslizamiento. En la segunda etapa, II, en la cual, luego de alcanzar un máximo, se mantiene un comportamiento estable de trabajo, pasando después a la tercera etapa, III, en la que ocurre un descenso rápido de la tracción por fricción, si la velocidad de deslizamiento se ve incrementada después de un valor dado. La primera etapa muestra una relación con las características reologicas del aceite y de su viscosidad, dependiendo la pendiente de la recta y el valor de la estabilización de trabajo de esas características. El comportamiento en la segunda etapa es sorprendente. Se estima que en determinadas circunstancias, un lubricante dado sometido a las presiones Hertzianas que se generan en el contacto, se comporta como un vidrio sólido, que como sólido tiene un valor máximo de tracción que corresponde al valor máximo de su resistencia a la tracción. La caída de la tracción en la tercera zona se atribuye a la disminución de la viscosidad asociada con el incremento de la temperatura del lubricante. En los elementos de fricción que presentan contacto por rodadura, los esfuerzos máximos de Hertz serán superiores a 2 600 MPa, pero en condiciones normales de operación, la velocidad de deslizamiento es del orden de 1 m/s, lo que es una proporción mínima de la velocidad de rodadura. La tracción por fricción depende para la efectividad de la velocidad de fricción que se transmita a través del lubricante, en el contacto, requiriéndose del máximo coeficiente de fricción. Como, en estos casos, la velocidad de deslizamiento es relativamente baja, es factible seleccionar materiales para la superficie de trabajo, que sean muy resistente a los fallos por pitting. Engranajes de involuta. Estos engranajes se caracterizan por que el contacto, en todo momento, se ejerce sobre una línea que es tangente a los diámetros pitch de ambas ruedas
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conjuntos es esencial cumplir con los parámetros recomendados por los diseñadores para el periodo de asentamiento, referidos estos al trabajo en ralentí del motor, hasta alcanzar las temperaturas propias de trabajo así como el que la lubricación haya llegado hasta todos los elementos del motor. Desde el punto de vista de las capas protectoras en estos elementos se ha empleado con resultados satisfactorios, la fosforación, el cromado así como recubrimientos poliméricos.
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Hoy en día se ha demostrado que en engranajes de capas endurecidas y de buena calidad superficial, el limado solo tiene lugar en los momentos en que el par de ruedas dentadas se ve sometido a intervalos de desaceleración o de sobre carga, no obstante antes de que el limado tenga lugar, tiene la ocurrencia antes un mecanismo de daño en la zona cercana a la punta de ambos engranajes, daño, cuyo mecanismo de desgaste es la abrasión, causada por partículas desprendidas en esta zona. Este mecanismo tiene su origen en un proceso de fatiga por los esfuerzos Hertzianos que se generan. Las pequeñas grietas de fatiga inicialmente formadas, se extienden debido a la acción que ejerce el lubricante atrapado en estos
intersticios. Aun así, la acción del lubricante es muy beneficiosa al alargar la vida del elemento que hubiese llegado al fallo de una menor vida útil por otros procesos de daño. En el diseño de engranajes predominan dos criterios básicos para la lubricación de los mismos; uno el de espesor mínimo de capa lubricada y el otro el de temperatura de trabajo critica. Las recomendaciones son de que en engranajes de pocas revoluciones y que operen por encima de 2 000 MPa, la capa de lubricante debe ser de un espesor solo de algunos micrones, lo cual muestra como resultado de un desgaste solo después de miles de horas de operación. En engranajes de altas revoluciones, el fallo tiene lugar con espesores de capa mayores de 150 nm y este ocurre por limado o arrastre de material. En cuanto al concepto de temperatura critica, el mismo expresa que solo ocurrirá limado de la superficie si el valor de la temperatura critica es alcanzado, lo cual esta íntimamente relacionado con las características del lubricante y del material de ambos dientes en contacto.
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dentadas, no debiendo producirse en este contacto deslizamiento alguno. No obstante en ciertos momentos el contacto se ejerce en el adendum o sobre el dedendum. En estos momentos tiene lugar en la zona de contacto cierto deslizamiento. Es por ello que la causa más probable de fallo en estos elementos es el pitting, en el contacto en el diámetro pitch, mientras que en el adendum y el dedendum lo es el arrastre de material, o sea un proceso de limado.
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Estos engranajes se emplean principalmente en transmisiones en ángulos de 900. En los dientes se producen acciones de rodadura características y también deslizamiento; o que hace el trabajo de estos elementos, crítico desde el punto de vista de las cargas superficiales que se generan. En estos casos es esencial el empleo de lubricantes de presión extrema, o sean aquellos que tienen aditivos que forman capas resistentes a estas presiones, aun a temperaturas elevadas. Entre estos lubricantes se encuentran aquellos con contenido de Pb y azufre, preferiblemente en engranajes cuyas superficies no hayan sido fosfatadas. Estos lubricantes son satisfactorios en su trabajo para regímenes de alta revoluciones y no en de altas potencias de transmisión y bajas velocidades. En estos casos son preferibles los lubricantes con aditivos de Pb y cloruro de azufre. Los mecanismos principales de desgaste en estos engranajes son el limado y el pitting. Engranajes sinfín. Estos engranajes pueden ser considerados como especiales, debido a que el grado de conformación de las superficies en contacto es muy superior a cualquiera de los otros tipos de engranajes. Pudiesen ser clasificados como un par de fijación por tornillo. Sin embargo, la diferencia con estos últimos es que en los engranajes sinfín se presenta un elevado deslizamiento durante el contacto. En su trabajo, dos aspectos son esenciales, su rigidez y la calidad del acabado superficial. La mejor combinación de materiales para estos pares es la del bronce fosfórico con acero aleado endurecido.
Los lubricantes a emplear deben ser aquellos de contenido de aditivos activos superficiales y la mejor tipo de lubricación resulta ser el límite. De esta forma, el desgaste puede ser medio y el mecanismo fundamental, el corrosivo debido a la acción de la lubricación. III. CONCLUSIÓN Como conclusión puede observarse que el papel de los diseñadores de hoy está basado en el conocimiento no solo de los elementos del diseño en sí, sino también en el de los materiales (incluyendo los lubricantes como material de ingeniería), los tecnológicos y por supuesto los diferentes mecanismos de desgaste y sus características. El propósito será el entrelazar los conocimientos de diseño y tribológicos con el de las tecnologías de materiales y su selección. Es recomendable también el contar con elementos de termodinámica y transferencia de calor. Resulta de mucho interés las características de fricción de los elementos que forman el par, así como las características de la calidad superficial de los mismos. BIBLIOGRAFÍA: 1) Martínez Pérez Francisco. ¨Libro de Tribología¨ En proceso de edición. 2) Sarkar A.D. ¨Friction and Wear¨, Academic Press, London, 1980 3) Ludema C. Kenneth, ¨Friction, Wear, Lubrication¨, CRC Press Incompany, 1996 4) Kragelsky I.V., Dobychin M.N., ¨Friction and Wear, Calculation Methods¨, Pertgamon Press, 1987 5) Martínez Francisco, ¨Tribología, Ciencia y Técnica para el Mantenimiento¨, UTEHA, México, 1991.
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Engranajes hipoidales.
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ANÁLISIS DE LOS MODELOS DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL EN RELACIÓN A LA EFICIENCIA ENERGÉTICA
Una de las variables a tener en cuenta en todos los procesos productivos o de explotación de edificios e instalaciones debería ser la eficiencia energética. Los modelos de mantenimiento industrial tienen en cuenta principalmente la disponibilidad y fiabilidad de los activos, pero debe introducirse con mayor fuerza la vigilancia de la variable energía. En este artículo se muestra de una manera suscita una comparación entre los diferentes modelos organizativos comparándolos con su implicación en esta variable.
Por: Francisco Javier Cárcel
España
E. Peñalvo López Ingeniero Industrial. Universitat Politècnica de València elpealpe@upvnet.upv.es
España José A. Cárcel Carrasco Ph.D. Student. Tecnatom S.A jacarcel@tecnatom.es
España
El presente artículo, coincide en buena parte con el publicado en el número anterior, pero plantea algunos aspectos adicionales importantes que vale la pena revisar y por ello ha sido publicado. Nota editorial.
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Doctor Ingeniero Industrial Doctor en Ciencias Económicas y Empresariales Ingeniero en Electrónica Licenciado en Ingeniería mecánica y energética Profesor de la Universidad Politécnica de Valencia fracarc1@csa.upv.es
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1. INTRODUCCIÓN La ingeniería del mantenimiento debe actuar sobre todo el proceso productivo, y una de las variables debe ser la eficiencia energética. El mantenimiento productivo total (TPM) y el basado en la fiabilidad (RCM), así como sus múltiples variaciones desarrolladas en los últimos veinte años, son dos de las opciones organizativas más usadas en la industria, y aparte de su componente fundamental técnico, es preciso el estudio de cómo se gestiona y transmite el conocimiento en estas opciones. 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 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 [2-3] es un modelo cuyo planteamiento 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 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.
✓ Sociales: ausencia de contaminación, ahorro de energía, etc. A partir de unos objetivos bien definidos, se plantea 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, pero todo ello debería ir ligado a una mejora de la eficiencia energética de los procesos. Un programa inicial de RCM puede comenzarse cuando el producto está en servicio para renovar y mejorar el programa existente de mantenimiento que ha sido preparado a partir de la experiencia o de las recomendaciones del fabricante, sin el beneficio que proporciona un enfoque normalizado como el del RCM (UNE-EN200001-3-11, 2003) (figura 1). En la figura se muestra que la variable eficiencia energética no aparece en el programa de seguimiento y actuación del mantenimiento, lo cual hace pensar en la superación de los modelos organizativos del mantenimiento para su mejora.
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. El mantenimiento basado en la eficiencia energética MBEE [6], trata de aunar los esfuerzos de las diversas técnicas, con una orientación mixta, incidiendo en la mejora en la fiabilidad en el ahorro energetico. El objetivo básico de la función de mantenimiento puede expresarse como la gestión optimizada de los activos físicos [7]. Esta optimización debe obviamente orientarse a la consecución de los objetivos empresariales, 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 [7].
Figura 1. Evolución de un programa dinámico de mantenimiento RCM, e información requerida. Fuente: UNEEN200001-3-11, 2003. 2. Los sistemas de mantenimiento en relación a la eficiencia energética A partir del análisis de los aspectos tácticos y estratégicos de los modelos 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
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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.
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equipamiento, así como entrar en procesos de reingeniería de planta que redunden en un mayor nivel de fiabilidad con menor consumo energético (Figura 2).
ubicar el sistema teniendo en cuenta la variable eficiencia energética, entre los sistemas de referencia actuales.
En concreto, se puede resumir las siguientes consideraciones que se juzgan relevantes: a) Relevancia del elemento generador de costes. b) Características de la información: Los datos históricos. c) Características de flujos de energía de equipos y procesos. Modelación energética.. d) Características de la fiabilidad: los modelos del fallo. e) Características del conocimiento: la experiencia no registrada. f) Características medioambientales: El respeto al medio ambiente. g) Aprendizaje y entrenamiento. h) Sistemas de información de mantenimiento. 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.
Tabla 1: Esquema comparativo de sistemas de organización del mantenimiento. 4. Análisis de los principios basados en la eficiencia energética.
Figura 2: Esquema metodológico basado en la eficiencia energética. 3. Esquema Comparativo de las técnicas organizativas del mantenimiento industrial. Se presenta en la tabla 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 los tres sistemas, lo que permite
• 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: o 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 o Definir un sistema de medida que permita realizar un seguimiento sobre las acciones asociadas a consumos residuales y seguimiento de acciones de mejora realizadas
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Se comentan a continuación, de forma sucinta, los principios (recogidos en la tabla 1) en los que se debe basar un sistema de mantenimiento basado en 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. 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. Sería interesante disponer de los periodos horarios. • 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
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o 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 [7]. 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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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 [7] 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. 5. CONCLUSIONES Dentro de los sistemas técnicos de gestión de mantenimiento, es necesario introducir la variable eficiencia energética. Este factor influye directamente en la fiabilidad y la eficiencia de todos los procesos así como el respeto medioambiental. Dentro de las técnicas organizativas de mantenimiento, el RCM busca metas de productividad, mejorando la implantación y las políticas basadas en los cálculos de la fiabilidad de diseño. El TPM se abre a la eficacia global atendiendo más a la operativa y a la actividad de mantenimiento, involucrando a los trabajadores. El Mantenimiento basado en el conocimiento desarrolla una filosofía de la utilidad y la necesidad, tanto a nivel de procesos (de gestión u operativos) como de conocimiento sustantivo. El MBEE une los principios del MBC, con el factor energético (tanto de equipamiento e infraestructuras como del conjunto del sistema), con el fin de monitorizar el ratio de eficiencia energética, reducir los costes de mantenimiento, incrementar la fiabilidad técnica en los sistemas estratégicos de la industria y aumentar el ciclo de vida del equipamiento.
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objeto diagnosticar los diferentes equipos, áreas o centros de consumo e incluso el conjunto de la fabrica. 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 técnico-económica 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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[1] Moubray, J., “Reliability-Centered Maintenance”, Butterworth-Heinemann, Oxford (1991). [2] Nakajima, S., “Introduction to TPM”, Productivity Press, Cambridge, MA, (1988). [3] Nakajima, S., “TPM Development Program”, Productivity Press, Cambridge, MA, (1989). [4] Conde, J.; “El Mantenimiento efectivo: principios y métodos”. Working paper, GIO-0500-UCLM, Ciudad Real (1999).
[5] Cárcel, J.; “Sistema de Transmisión de la experiencia y gestión del conocimiento en la ingeniería del mantenimiento industrial”, Tesis doctoral, UNED (2002). [6] Cárcel, J.; “Análisis de aspectos estratégicos relacionales entre fiabilidad de explotación, Mantenimiento y Eficiencia Energética, en plantas industriales (MBEE)”, Tesina Máster Tecnología Energética para un desarrollo Sostenible, UPV (2010). [7] Sols, A; “Fiabilidad, Mantenibilidad, Efectividad, un enfoque sistémico”, Comillas, Madrid (2000).
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6. REFERENCIAS
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