UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIADEPARTAMENTO DE INDUSTRIAS

VALPARAISO – CHILE

DISEÑO DE UN PLAN DE MANTENIMIENTO BASADO EN

CONFIABILIDAD EN LA EMPRESA PAPELERA

SCHORR Y CONCHA S. A.

JORGE ERNESTO SCHORR RIVERA

MEMORIA PARA OPTAR AL TITULO DE

INGENIERO CIVIL INDUSTRIAL

PROFESOR GUIA : SR. FREDY KRISTJANPOLLER R.

PROFESOR CORREFERENTE : SR. WERNER KRISTJANPOLLER R.

JULIO 2009

1

Agradecimientos

En este momento tan importante de mi vida, quisiera agradecer especialmente a mis

padres por estar permanente presentes en mi vida con su cariño, paciencia y dedicación.

También a mis hermanas y mi familia que han estado presentes en este camino.

Por ultimo quiero hacer mención al grupo de amigos que conocí durante mi paso por la

universidad, hicieron que esta etapa haya sido una de las mejores de mi vida, espero que

sigan estando presentes en mi vida.

2

RESUMEN

Schorr y Concha S. A. Es una empresa papelera fundada el año 1907, por lo que lleva

más de 100 años en el rubro de fabricación de distintos tipos de papeles. Además en las

últimas décadas ha ampliado su línea de producción a la fabricación de cartón corrugado

y la elaboración de cajas de cartón corrugado. Su principal materia prima son los papeles

reciclados, los cuales son clasificados según el tipo de fibra y color. La maquina papelera

con que cuenta esta empresa es básicamente la misma que la de sus orígenes, por lo

cual tiene mas de 100 años de antigüedad. A pesar de esto con modificaciones realizadas

hace algunos años se logro que esta maquina aumentara su producción 10 veces,

permitiendo a la empresa ser competitiva hasta nuestros días. Gran parte de los equipos

específicos de tratamiento de papel que han sido comprados por la empresa son usados,

debido al alto costo de estos equipos nuevos. Lamentablemente en algunas ocasiones

por falta de información técnica adecuada los equipos son instalados y operados de

manera deficientes, lo cual repercute en la duración de estos y afectan al buen

funcionamiento global de la empresa.

En la presente memoria se busca diseñar un plan de mantenimiento basado en

confiabilidad para la empresa papelera Schorr y Concha S. A. Para realizar este diseño se

busca las mejores alternativas de inversión en equipos o mejoras en ellos que permitan

disminuir el costo global de las instalaciones, esto gracias a la disminución de los costos

de operación, costos de ineficiencia o ambos.

Utilizando teoría de sistemas es posible transformar el proceso productivo o su diagrama

físico, en un diagrama lógico que permita detectar cuales elementos afectan el buen

funcionamiento del sistema, y las posibles mejoras sobre los elementos en cuestión y que

repercusiones tendrán en el sistema en conjunto. A partir de dos indicadores es posible

conocer la disponibilidad de cada uno de los componentes del sistema. Estos indicadores

son la mantenibilidad y la confiabilidad. Mantenibilidad es el concepto que caracteriza la

facilidad del desarrollo de una intervención de mantención, en este caso no solo se busca

el tiempo promedio de desarrollo de la mantención sino que también es muy importante el

concepto de la variabilidad en este tiempo. La confiabilidad por su parte se define como la

probabilidad de que un elemento funcione sin fallar por un periodo de tiempo determinado.

3

Entonces la disponibilidad refleja la posibilidad de utilización de un equipo o instalación

desde un punto de vista técnico, por lo que se excluyen las detenciones que no tengan

que ver con fallas del sistema. El calculo de la disponibilidad se realiza entre el cuociente

del tiempo en que la instalación se puede ocupar (confiabilidad) y el tiempo total, el cual

vendría siendo el tiempo en que la instalación se puede ocupar más el tiempo de

reparación y puesta en servicio (mantenibilidad).

Donde UT (Up – Time) representa el tiempo en que el sistema está realmente disponible

para el funcionamiento y DT (Down – Time) representa el tiempo fuera de servicio

imputable a causas técnicas.

La indisponibilidad del sistema genera costos de ineficiencia por la no producción o falta

de servicio. Dependiendo del sistema productivo estos costos de ineficiencia son más o

menos relevantes, llegando en algunos casos a ser más conveniente considerar equipos

de respaldo o en redundancia para lograr mayor disponibilidad. Para decidir que nivel de

redundancia mas conveniente en cada caso, se debe realizar un análisis de costos

globales y decidir por la opción que disminuya estos. Los costos globales no son otra cosa

que la cuantificación de todos los costos incurridos en el ciclo de vida de un proyecto o

instalación y pueden ser descritos por la siguiente relación.

Con la confiabilidad de cada elemento del sistema también es posible con la ayuda de

algún software modelar el comportamiento de falla asociándolo a alguna ley conocida de

probabilidad, con esta información incluso es posible definir la política de mantención mas

adecuada para cada componente.

Para la realización de estos estudios se necesitaba contar con la información histórica de

comportamiento de los equipos, la cual no estaba disponible como registro de mantención

de los equipos. Por lo cual finalmente esta información se obtuvo del informe diario de

producción desde enero del año 2005 hasta agosto del año del 2008. Los datos obtenidos

del Informe diario de producción son principalmente:

4

• Fecha

• Hora de comienzo

• Hora de final

• Equipo o componente

• Tipo de mantención

Perdiéndose lamentablemente información técnica relevante de las intervenciones

realizadas a los equipos. A pesar de esto con esta información es posible crear una base

de datos valida con importante información acerca de la confiablidad, mantenibilidad y por

ende de la disponibilidad cada componente del sistema productivo.

A partir de esta información más la información del proceso se obtiene el diagrama lógico

de la línea productiva resumiéndolo en 4 subsistemas más un componente más un

componente todos en serie.

• Sub Sistema de Vacío.

• Sub Sistema Preparación pasta.

• Sub Sistema Maquina Papelera.

• Sub Sistema de Agua.

• Caldera

Quedando determinada la disponibilidad del sistema en su totalidad en un 94,24%, lo cual

sobre una base de 7200 horas anuales de operación de la empresa nos indica que 430

horas de ellas el sistema no se encuentra disponible, dejando de producir cerca de 430

toneladas de papel.

A partir de esta base es posible realizar un análisis a un grupo de equipos críticos

ocupando como metodología la reducción de los costos globales de las instalaciones,

proponiendo inversiones en equipos y/o mejoras en estos que permitan disminuir los

costos de operación e ineficiencia.

5

INDICE

RESUMEN ......................................................................................................................... 2

INDICE. ............................................................................................................................. 5

INDICE DE ILUSTRACIONES ......................................................................................... 10

INDICE DE GRAFICOS ................................................................................................... 11

INDICE DE TABLAS ........................................................................................................ 11

INDICE DE FOTOGRAFIAS ............................................................................................ 12

1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 14

1.1 Justificación ............................................................................................................... 15

1.2 Objetivos .................................................................................................................... 16

1.2.1 Objetivo General ..................................................................................................... 16

1.2.2 Objetivos Específicos .............................................................................................. 16

2. EL MANTENIMIENTO BASADO EN CONFIABILIDAD ................................................ 18

2.1 Introducción ............................................................................................................... 18

2.2 Primera Generación ................................................................................................... 18

2.3 Segunda Generación ................................................................................................. 19

2.4 Tercera Generación ................................................................................................... 19

2.5 Políticas de Mantenimiento ........................................................................................ 20

2.5.1 Mantenimiento general: ........................................................................................... 20

2.5.2 Mantenimiento correctivo: ....................................................................................... 21

2.5.3 Mantenimiento preventivo: ...................................................................................... 21

2.5.4 Mantenimiento predictivo: ....................................................................................... 21

6

2.5.5 Mantenimiento productivo total:............................................................................... 21

2.6 Teoría de confiabilidad aplicada a sistemas ............................................................... 22

2.7 Confiabilidad de sistemas .......................................................................................... 27

2.7.1 Sistemas en serie ................................................................................................... 28

2.7.2 Sistemas en paralelo............................................................................................... 30

2.7.3 Sistema en Stand By............................................................................................... 31

2.8 Mantenibilidad ............................................................................................................ 33

2.9 Disponibilidad de Componentes y Sistemas .............................................................. 35

2.10 Costos Globales ....................................................................................................... 36

2.11 Análisis de redundancia ........................................................................................... 39

2.12 Lógica para la definición de la política de mantención .............................................. 39

2.13 Modelos de mantención preventiva .......................................................................... 41

2.13.1 Mantención preventiva a fecha constante ............................................................. 41

2.13.2 Mantención preventiva a edad constante .............................................................. 43

2.13.3 Mantención preventiva según condición o sintomática .......................................... 44

3. LA EMPRESA .............................................................................................................. 48

3.1 Historia ...................................................................................................................... 48

3.2 Propietarios ................................................................................................................ 48

3.3 Ubicación y acceso .................................................................................................... 49

3.4 Disponibilidad de servicios ......................................................................................... 49

3.5 Productos................................................................................................................... 50

3.6 Productos relacionados con el funcionamiento .......................................................... 50

3.6.1 Materias Primas ...................................................................................................... 50

3.6.2 Aditivos y químicos ................................................................................................. 51

3.6.3 Insumos .................................................................................................................. 51

7

3.7 Estadísticas de Producción y Venta ........................................................................... 52

3.8 Estructura Organizacional .......................................................................................... 53

3.9 Análisis de Posición Competitiva ............................................................................... 54

4. PLANTA ....................................................................................................................... 56

4.1 Análisis de la situación actual de la planta ................................................................. 56

4.2 Descripción del Proceso Productivo ........................................................................... 57

4.2.1 Pulpeo..................................................................................................................... 57

4.2.2 Depuración y clasificación ....................................................................................... 57

4.2.3 Preparación de la Pasta .......................................................................................... 58

4.2.4 Formación de la Hoja .............................................................................................. 58

4.2.5 Eliminación del agua ............................................................................................... 59

4.2.6 Bobinado ................................................................................................................. 59

4.3.1 Diagrama de Flujo del Proceso (Primera Parte) ...................................................... 60

4.3.2 Diagrama de Flujo (Segunda parte) ........................................................................ 61

4.4 Descripción de equipos .............................................................................................. 62

4.4.1 Hidropulper ............................................................................................................. 62

4.4.2 Agitadores ............................................................................................................... 63

4.4.3 Depurador de Alta Consistencia (Pasta Espesa) ..................................................... 64

4.4.4 Fiberizer .................................................................................................................. 65

4.4.5 Refinador ................................................................................................................ 66

4.4.6 Batería de depuradores de baja consistencia.......................................................... 67

4.4.7 Cuarto depurador de baja consistencia ................................................................... 68

4.4.8 Máquina Papelera ................................................................................................... 69

8

5. MODELO DE EVALUACIÓN DE LA SEGURIDAD DEL FUNCIONAMIENTO ............. 81

5.1 Datos para evaluación de la seguridad del funcionamiento ........................................ 81

5.1 Costo de ineficiencia horario ...................................................................................... 82

5.2 Confiabilidad del sistema productivo .......................................................................... 83

5.2.1 Sub Sistema de Vacío ............................................................................................. 84

5.2.2 Sub Sistema Preparación Pasta.............................................................................. 85

5.2.3 Sub Sistema Máquina Papelera .............................................................................. 88

5.2.4 Sub Sistema Agua .................................................................................................. 89

5.2.5 Caldera ................................................................................................................... 90

5.3 Disponibilidad del sistema productivo ........................................................................ 90

6. EQUIPOS CRÍTICOS................................................................................................... 93

6.1 Bombas de vacío ....................................................................................................... 94

6.1.1 Análisis de las fallas ................................................................................................ 95

6.1.2 Costos globales actuales ........................................................................................ 98

6.1.3 Costos globales nueva opción ................................................................................ 99

6.1.4 Política de mantención adecuada ......................................................................... 101

6.2 Hidropulper .............................................................................................................. 104

6.2.1 Análisis de las fallas .............................................................................................. 105

6.2.2 Costos globales actuales ...................................................................................... 107

6.2.3 Costos globales nueva opción .............................................................................. 108

6.2.4 política de mantención adecuada .......................................................................... 110

6.3 Fiberizer ................................................................................................................... 111

6.3.1 Análisis de las fallas .............................................................................................. 113

6.3.2 Costos globales actuales ...................................................................................... 114

6.3.3 Costos globales nueva opción .............................................................................. 115

9

6.3.4 política de mantención adecuada .......................................................................... 116

6.4 Bombas de pasta ..................................................................................................... 117

6.4.1 Análisis de las fallas .............................................................................................. 118

6.4.2 Costos globales actuales ...................................................................................... 120

6.4.3 Costos globales nueva opción .............................................................................. 121

6.4.4 política de mantención adecuada .......................................................................... 122

CONCLUSIONES .......................................................................................................... 126

BIBLIOGRAFÍA. ............................................................................................................. 128

ANEXOS ........................................................................................................................ 129

Anexo 1: Datos obtenidos para Hidropulper ................................................................... 129

Anexo 2: Datos obtenidos para Bombas de Vacío ......................................................... 130

Anexo 3: Datos obtenidos para Fiberizer ....................................................................... 132

Anexo 4: Datos obtenidos para Bomba Mezcladora ....................................................... 133

10

INDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1: Evolución del manteniento en el tiempo ................................................. 20

Ilustración 2: Comparación entre costos de inversión y costos de mantenimiento ...... 23

Ilustración 3: Tasa de falla según la edad en que se encuentre el componente ........... 24

Ilustración 4 : Modelos de probabilidad aplicables a confiabilidad. ............................... 26

Ilustración 5: Ejemplo típico de un sistema en serie. .................................................... 29

Ilustración 6: Ejemplo típico de un sistema en paralelo ............................................... 30

Ilustración 7: Ejemplo típico de un sistema en Stand By .............................................. 32

Ilustración 8: Curva de costos globales. ....................................................................... 37

Ilustración 9 : Validación de una política de mantención óptima................................... 40

Ilustración 10: Mantenciones preventivas a fecha constante. ....................................... 42

Ilustración 11: Mantención preventiva a edad constante. ............................................ 43

Ilustración 12: Mantención de condición preventiva ..................................................... 44

Ilustración 13: Costo Comparacion de conveniencia entre politicas de mantencion ..... 46

Ilustración 14: Organigrama Schorr y Concha S. A. ..................................................... 53

Ilustración 15 : Análisis de la posición competitiva ....................................................... 54

Ilustración 16: Diagrama de flujo del proceso. Parte 1 ................................................. 60

Ilustración 17: Diagrama de flujo del proceso. Parte 2 ................................................. 61

Ilustración 18: Diagrama lógico del sistema productivo ................................................ 84

Ilustración 19: Diagrama lógico del Sub Sistema de Vacío .......................................... 84

Ilustración 20: Diagrama lógico Sub Sistema Preparación Pasta ................................. 86

Ilustración 21: Diagrama lógico Sub Maquina Papelera ............................................... 88

Ilustración 22: Diagrama lógico Sub Sistema Agua ...................................................... 89

Ilustración 23: Datos para el cálculo de los costos de ineficiencia ................................ 93

Ilustración 24: Diagrama lógico Sub Sistema de Vacío ................................................ 94

Ilustración 25: Nuevo Diagrama lógico del Sub Sistema de Vacío ............................... 95

Ilustración 26: Nuevo Diagrama Lógico Separador Hett y Fiberizer ........................... 112

Ilustración 27: Nuevo Diagrama lógico Bomba de pasta con respaldo en Stand By ... 116

11

INDICE DE GRAFICOS

Gráfico 1: Estadísticas de producción y venta. ............................................................. 52

Gráfico 2: Distribución exponencial de fallas Bomba de Vacío ..................................... 96

Gráfico 3: Distribución exponencial de fallas Bomba de Vacío, sin fallas tempranas. 101

Gráfico 4 : Distribución normal tiempos de mantención de fallas Bomba de Vacío. ... 102

Gráfico 5: Distribución exponencial de fallas Hidropulper........................................... 105

Gráfico 6: Distribución normal en tiempos de fallas Hidropulper ................................ 110

Gráfico 7: Distribución exponencial de fallas Bomba Mezcladora .............................. 117

Gráfico 8: Distribución exponencial de fallas Bomba Mezcladora sin fallas temprana.121

Gráfico 9: Distribución normal en tiempos de fallas Bomba de mezcladora. .............. 122

INDICE DE TABLAS

Tabla 1: Disponibilidad componentes del Sub Sistema de Vacío ................................. 85

Tabla 2: Capacidad de los estanques del Sub Sistema Preparación Pasta ................. 86

Tabla 3: Disponibilidad componentes del Sub Sistema Preparación Pasta .................. 87

Tabla 4: Disponibilidad componentes de Sub Sistema Maquina Papelra ..................... 88

Tabla 5: Disponibilidad Componentes del Sub Sistema de Agua. ................................ 90

Tabla 6: Disponibilidad caldera .................................................................................... 90

Tabla 7: Disponibilidad del sistema productivo. ............................................................ 91

Tabla 8: Modos de fallas Bomba de Vacío. .................................................................. 97

Tabla 9: Características rotor actual y rotor nuevo. .................................................... 103

Tabla 10 : Modos de fallas Hidropulper. ..................................................................... 106

Tabla 11: Confiabilidad, mantenibilidad y disponibilidad Fiberizer. ............................. 112

Tabla 12: Modos de falla Fiberizer. ............................................................................ 113

Tabla 13: Modos de fallas Bomba mezcladora. .......................................................... 118

12

INDICE DE FOTOGRAFIAS

Fotografía 1: Exterior Hidropulper. ............................................................................... 62

Fotografía 2: Interior Hidropulper. ................................................................................ 62

Fotografía 3: Aspas Agitador. ...................................................................................... 62

Fotografía 4: Mecanismo Agitador. .............................................................................. 62

Fotografía 5: Depurador Voith S1. ............................................................................... 64

Fotografía 6: Exterior Fiberizer..................................................................................... 65

Fotografía 7: Interior Fiberizer. ..................................................................................... 65

Fotografía 8: Exterior Refinador Pilao. ......................................................................... 66

Fotografía 9: Batería de Depuradores. ......................................................................... 67

Fotografía 10: Cuarto Depurador. ................................................................................ 68

Fotografía 11: Cajón de entrada. ................................................................................. 70

Fotografía 12: Tela....................................................................................................... 71

Fotografía 13: Cajas de Succión. ................................................................................. 72

Fotografía 14: Primera Prensa. .................................................................................... 73

Fotografía 15: Segunda Prensa. .................................................................................. 73

Fotografía 16: Cilindro Yankee..................................................................................... 74

Fotografía 17: Lisas. .................................................................................................... 75

Fotografía 18: Portarrollos. .......................................................................................... 76

Fotografía 19: Rebobinadora. ...................................................................................... 77

Fotografía 20: Vista Lateral Motor Motriz. .................................................................... 78

Fotografía 21: Vista Frontal Motor Motriz. .................................................................... 78

Fotografía 22, 23, 24: Instalaciones de Bombas de Vacío. .......................................... 79

Fotografía 25: Rotor Actual. ....................................................................................... 104

Fotografía 26: Rotor Nuevo. ....................................................................................... 104

13

CAPITULO 1Introducción y Objetivos

14

1. INTRODUCCIÓN

Este último tiempo la empresa nacional ha estado expuesta a un entorno altamente

cambiante y cada vez más competitivo, lo que la ha llevado a flexibilizar cada vez más su

sistema productivo para poder responder a mercados cada vez más exigentes. Si además

de esto, sumamos que el entorno energético internacional, del que nuestro país es

altamente dependiente por su baja dotación natural de fuentes de energías primaria y la

alta dependencia a los combustibles fósiles, que suben cada día de precio, sitúan a la

empresa nacional en un escenario altamente complejo por los altos costos en energía que

deben pagar.

Es por esto que se deben buscar maneras de contener los costos, haciendo mejoras en

los equipos o en la operación de ellos buscando que sean más eficientes. También es

importante mejorar disponibilidad de los equipos que se utilizan para lograr la máxima

utilización de los activos y lograr ser competitivos y eficientes.

Es por esto que el mantenimiento dejó de ser sólo una herramienta que permite mantener

los activos funcionando, en el escenario que esta inserta la industria hoy en día esto

simplemente no es suficiente. Para estos efectos el mantenimiento debe ir acompañado

no sólo de herramientas técnicas, sino también económicas y financieras. Es por esto que

un análisis basado en confiabilidad de los activos permitirá encontrar el punto óptimo de

funcionamiento de estos para disminuir las detenciones no programadas al mínimo,

analizando los costos directos, de inversión y de oportunidad lo que permitirá seleccionar

el mejor plan de mantenimiento y soluciones viables.

15

1.1 Justificación

El tema desarrollado en la presente Memoria de Título corresponde al diseño de un plan

de mantenimiento basado en confiabilidad, enfocándose en las mediciones históricas del

comportamiento de los equipos, así también de la experiencia de los operarios en la

empresa Schorr y Concha S.A.

Esta información será utilizada para determinar:

• Equipos críticos.

• Causas que podrían originar fallas en los equipos.

• Posibles soluciones.

• Diseño de una metodología para el remplazo y/o redundancia de equipos.

16

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo General

“Diseñar un plan de mantenimiento basado en confiabilidad, para mejorar la disponibilidad

de los equipos productivos en la Empresa Papelera Schorr y Concha S.A.”

1.2.2 Objetivos Específicos

• Conocer e interpretar el funcionamiento de los equipos en un periodo

representativo de tiempo.

• Identificar las causas, condiciones o políticas que pudieran influir en el mal

funcionamiento de los equipos.

• Proponer soluciones que sean técnica y económicamente atractivas a los

problemas detectados.

17

CAPITULO 2El Mantenimiento basado en

confiabilidad

18

2. EL MANTENIMIENTO BASADO EN CONFIABILIDAD

2.1 Introducción

Durante los últimos años, el mantenimiento ha cambiado más que ninguna otra disciplina

gerencial. Esto se debe principalmente al aumento en número y variedad de los activos

físicos que deben ser mantenidos en todo el mundo, diseños más complejos, nuevos

métodos de mantenimiento y una óptica cambiante en la organización del mantenimiento

y sus responsabilidades.

La evolución del mantenimiento se puede diferenciar en tres periodos a través del siglo

XX.

2.2 Primera Generación

La primera generación es aquella que comienza a principios de siglo y se extiende hasta

la Segunda Guerra Mundial. En este periodo la industria no estaba altamente

mecanizada, por lo que el tiempo de parada de máquina no era de mayor importancia.

Esto en la práctica significó que la prevención de las fallas en los equipos no fuese una

prioridad. Asimismo la mayor parte de los equipos eran simples, y en algunos casos

también sobredimensionados, esto los hacia confiables y de fácil reparación. Es por esto

que no existía la necesidad de realizar un mantenimiento sistemático más allá de una

simple rutina de limpieza, servicio y lubricación.

19

2.3 Segunda Generación

Durante la Segunda Guerra Mundial toda cambió drásticamente. La presión por los

tiempos de guerra aumentó la demanda de todo tipo de bienes y servicios, lo cual llevó a

un aumento en la mecanización. Ya en la década de los años 50 había aumentado la

cantidad y complejidad de todo tipo de máquinas, y la industria había comenzado a

depender de ellas. Al incrementarse esta dependencia, se centró la atención en el tiempo

de parada de máquina.

Esto llevó a la idea de que las fallas en los equipos debían ser prevenidas, llegando al

concepto del mantenimiento preventivo, el cual consistía principalmente en reparaciones

mayores a intervalos regulares de tiempo.

El costo de mantenimiento comenzó a elevarse rápidamente en relación a otros costos

operacionales, esto llevó a la aparición de los sistemas de planeamiento y control del

mantenimiento.

2.4 Tercera Generación

A partir de la década de los años 70, la suma de capital ligado a activos fijos junto con un

elevado costo del capital, llevó a buscar la manera de maximizar la vida útil de estos

activos. El tiempo de parada de máquina siempre ha llevado a disminuir la producción,

aumentar los costos operacionales, e interferir con el servicio al cliente. En la manufactura

los tiempos de paradas fueron agravados por la tendencia mundial hacia el “just-in-time”,

donde la reducción en los inventarios del material en proceso hacen que una pequeña

falla de un equipo en la línea de proceso, produzca una parada de toda la planta.

Actualmente el crecimiento en la mecanización y la automatización han tornado la

confiabilidad y la disponibilidad en factores claves. Además una mayor automatización

significa que más fallas afectan la capacidad de mantener parámetros de calidad

satisfactorios. Esto se aplica tanto para parámetros de servicios como para la calidad del

producto.

20

Cada vez aparecen más fallas que acarrean serias consecuencias para el medio

ambiente o la seguridad del personal, a la vez que las exigencias aumentan en estos

temas.

Al mismo tiempo que crece la dependencia de los activos físicos, crece también el costo

de tenerlos y operarlos. Para asegurar la amortización de la inversión que representan,

deben funcionar eficientemente siempre que se los necesite.

Ilustración 1: Evolución del mantenimiento en el tiempo.Fuente: INTRODUCCIÓN AL MANTENIMIENTO CENTRADO EN CONFIABILIDAD.

2.5 Políticas de Mantenimiento

Por mantenimiento se entienden todas las tareas que deban realizarse sobre un equipo o

instalación para que permanezcan siempre en un perfecto estado de conservación y

funcionamiento, preservándose de esta forma el patrimonio. (Fuente: www.fi.uba.ar)

Existen varias políticas de mantenimiento, entre las cuales encontramos:

2.5.1 Mantenimiento general: es el que nace del criterio de preservación de todos

aquellos bienes o útiles que constituyen el patrimonio o elementos de desgaste en la

producción. Requieren en su faz práctica de un plan lógico que tienda a minimizar

21

aquellos factores que reducen su vida útil. Entre las tareas que se pueden realizar en este

tipo de mantenimiento encontramos los ajustes, limpiezas y lubricaciones.

2.5.2 Mantenimiento correctivo: es el que se realiza siempre que un equipo o sistema

deja de trabajar por causas desconocidas, poniéndolo en el menor tiempo posible en

funcionamiento intentando localizar el motivo por el que dejó de funcionar. Y generando

acciones que eviten la avería.

2.5.3 Mantenimiento preventivo: es el que se realiza según datos entregados por los

fabricantes y que establecen que en determinados momentos, ya sea horas de uso,

repeticiones de una tarea, etc. se deben realizar determinadas tareas para evitar los

entorpecimientos de las funciones específicas. Mediante este tipo de mantenimiento se

trata de evitar los efectos de causas conocidas de averías. Con los exámenes periódicos

o recambios que se efectúan rutinariamente se prolonga la vida útil de los equipos.

2.5.4 Mantenimiento predictivo: consiste en un conjunto de estudios que se van

realizando, sin detener el normal funcionamiento de los equipos, con el fin de poder

predecir anomalías en el desempeño de las tareas específicas. Llegado el caso en que se

necesite realmente realizar alguna reparación en la máquina es posible elegir el mejor

momento, es decir, el que produzca las menores pérdidas posibles. Las técnicas

utilizadas en el control pasan por realizar mediciones más o menos complejas según el

caso y las posibilidades de la empresa.

2.5.5 Mantenimiento productivo total: se presenta como una respuesta de

mantenimiento frente al avance de las teorías de calidad que proponen una nueva

modalidad de participación del operario. El mismo operario que atiende las máquinas se

ocupa del mantenimiento primario, es decir el más elemental, incluyendo limpieza a fondo

y lubricación, Con el tiempo va tomando mas tareas y puede hacerse responsable del

equipo, lo que ha dado grandes resultados.

22

2.6 Teoría de confiabilidad aplicada a sistemas

Para el desarrollo de esta memoria se utilizó como referente el libro MANUAL DE

GESTIÓN DE ACTIVOS Y MANTENIMIENTO, editado por Adolfo Arata y Luciano

Furlanetto, en el que se explica ampliamente la teoría del mantenimiento basado en

confiabilidad confiabilidad.

Las fallas en una instalación industrial pueden ser provocadas por causas asignables o

aleatorias. Las fallas por causas asignables tienen un estudio y solución a través de los

hechos que la provocaron, mientras que las fallas aleatorias son propias del componente,

equipo o sistema y requieren de un análisis más complejo.

“La confiabilidad se define como la probabilidad de que un elemento funcione sin fallar

durante un periodo de tiempo determinado bajos condiciones ambientales y de entorno

preestablecidas”.

Esta definición trae consigo el reconocimiento de que un equipo en cualquier instante de

su vida útil puede estar sólo en dos estados, en funcionamiento o en falla, bajo

condiciones externas conocidas. Cabe destacar que no siempre es sencilla la

identificación de los estados de funcionamiento y falla. Por otro lado en sistemas

mecánicos es más difícil hacer esta diferencia, ya que existen estados intermedios entre

la falla y el buen funcionamiento que pueden afectar la producción en términos de calidad,

cantidad y tiempo. No es así en el caso de componentes eléctricos o electrónicos que

resulta más fácil esta identificación por las características binarias de su operación.

Una vez fijadas las condiciones en las que se reconoce que un equipo o sistema está en

falla bajo un entorno establecido, la confiabilidad de un elemento es función solamente del

tiempo, cuya función dependerá únicamente de la distribución de probabilidades con que

la falla pueda darse en el tiempo.

Una de las formas de aumentar la confiabilidad de un sistema es incrementando los

costos de inversión, ya sea esto por la incorporación de mejores componentes equipos o

un mejor diseño de las instalaciones, que permitan mejorar la continuidad de las

operaciones o también es posible realizar un análisis de redundancia a equipos o

instalaciones críticas. Por otra parte al aumentar la confiabilidad disminuyen los costos

23

inherentes a las fallas de los costos del mantenimiento, que inducen a un descenso de los

costos asociados a los repuestos y a los derivados de la falta de producción.

Ilustración 2: Comparación entre costos de inversión y costos de mantenimiento. Fuente:

MANUAL DE GESTION DE ACTIVOS Y MANTENIMIENTO.

Conocida la ley de probabilidad que explica el comportamiento hacia la falla de un

componente es posible identificar un indicador importante de la seguridad de

funcionamiento de un sistema. Este concepto es el tiempo medio entre fallas para equipos

reparables o el tiempo medio entre sustitución para los no reparables. Por definición el

MTBF (Mean Time Between Failure) viene dado por:

24

La confiabilidad de un elemento puede ser caracterizada través de distintos modelos de

probabilidades. Este modelamiento está condicionado a la etapa de vida en que se

encuentre el elemento.

Ilustración 3: Tasa de falla según la edad en que se encuentre el componente.Fuente: MANUAL DE GESTION DE ACTIVOS Y MANTENIMIENTO.

Las funciones de importancia para la caracterización de la confiabilidad son:

• Función de falla f(t): Es la probabilidad de que el elemento falle al tiempo t.

• Función de falla acumulada F(t): Es probabilidad de que el elemento falle en el

tiempo t o antes.

• Función de Confiabilidad R(t): Es la probabilidad de que el elemento sobreviva en

hasta el tiempo t.

• Tasa de falla (t): Se define como la probabilidad de que el elemento falle entre los

instantes t y t+ t, a condición de que halla sobrevivido hasta el tiempo t.

Para el modelamiento matemático de la confiabilidad las distribuciones Weibull,

exponencial, normal, son muy relevantes dado que su consideración permite caracterizar

25

cada uno de los periodos de vida de un elemento. Es importante considerar que luego a

una detención por mantención el elemento queda o debiera quedar “como nuevo”.

26

Ilustración 4: Modelos de probabilidades aplicables a confiabilidad.Fuente: MANUAL DE GESTION DE ACTIVOS Y MANTENIMIENTO.

27

2.7 Confiabilidad de sistemas

La confiabilidad es función de la complejidad del sistema. Entonces es fundamental

establecer esta relación para cada configuración. En otras palabras se trata de definir la

forma en que cada componente individual afecta el buen funcionamiento del sistema:

Donde representa la confiabilidad del sistema y la de cada uno de los n

elementos que componen el sistema. La importancia de la confiabilidad del conjunto viene

dada por lo siguiente:

• Si se conoce el comportamiento de cada componente se puede deducir el

comportamiento del sistema.

• Es posible jerarquizar sobre la base de componentes críticos.

• Evaluar el efecto de una mantención de un componente sobre el sistema.

• Orientar las estrategias de mantenimiento para el sistema.

• Analizar y disponer las acciones correctivas más eficaces.

• Proyectar los sistemas con características óptimas mediante la duplicación de

algunas funciones.

La confiabilidad de un sistema no será otra cosa que la probabilidad de que el sistema “no

falle”, que a su vez es el resultado del comportamiento y configuración en el sistema de

los componentes individuales. Las reglas aplicables entonces a la combinación de la

confiabilidad en sistemas, son aplicables las de la combinación de probabilidad de

elementos.

28

Es importante para el análisis de sistemas el grado de independencia o dependencia

entre los distintos elementos que lo componen, por lo que es necesario considerar los dos

casos siguientes:

• La falla de un elemento constituyente del sistema es casual y estadísticamente

independiente del hecho que se produzca una falla en otro elemento del sistema.

• La definición entre el estado de funcionamiento y el de falla es dependiente (o no)

del modo en que funcionen las otras partes del sistema.

El funcionamiento de un sistema desde el punto de vista de confiabilidad se representa

gráficamente mediante un esquema de bloques adecuadamente conectado entre si,

donde cada bloque representa un subsistema o componente del sistema. Estos

esquemas no necesariamente corresponden a los esquemas funcionales de instalación.

De hecho representan el acontecimiento “falla del sistema” mediante el acontecimiento

“falla de un componente”, lo que no necesariamente corresponde con el despiece físico o

la función desarrollada por el componente.

A partir de tres configuraciones básicas, configuración en serie, paralelo o stand by. Es

posible reducir cualquier sistema complejo a combinaciones de estas 3 configuraciones

básicas.

2.7.1 Sistemas en serie

Se define como un sistema en serie cuando la falla de uno de sus elementos (cualquiera),

que ha de considerarse como un acontecimiento independiente, determina la falla del

sistema en conjunto.

29

Ilustración 5: Ejemplo típico de un sistema en serie.Fuente: MANUAL DE GESTION DE ACTIVOS Y MANTENIMIENTO.

La confiabilidad de un sistema en serie corresponde a la probabilidad de que todos sus

componentes o sub sistemas no fallen en un tiempo dado. Esta probabilidad viene dada

por la multiplicación de la probabilidad de buen funcionamiento de todos los componentes

y subsistemas en el periodo de tiempo dado. Si consideramos un sistema de n

componentes, tenemos:

Donde Rs(t) y Ri(t) representa la confiabilidad del sistema y cada componente o

subsistema respectivamente. Desarrollando la expresión se llega a:

Donde s(t) y i(t) representa la tasa de falla del sistema y cada componente o

subsistema respectivamente.

30

2.7.2 Sistemas en paralelo

En estos sistemas algunas funciones están duplicadas o triplicadas, en general

multiplicadas, con la finalidad de aumentar la confiabilidad del sistema.

Ilustración 6: Ejemplo típico de un sistema en paralelo.Fuente: MANUAL DE GESTION DE ACTIVOS Y MANTENIMIENTO.

En términos generales existen dos tipos de redundancia en paralelo:

Redundancia Total: cuando en el sistema un solo elemento es capaz de soportar por si

solo la carga del sistema.

Redundancia Parcial: cuando en el sistema un grupo de elementos es capaz de soportar

la carga del sistema.

Una forma simplificada de calcular la confiabilidad del sistema en redundancia total,

sobretodo cuando existen más de dos subsistemas o componentes es analizando la

probabilidad de falla. La Probabilidad de falla Qs=1-Rs, de acuerdo a las definiciones

31

dadas. Por lo tanto para que falle el sistema se tiene que dar que fallen simultáneamente

todos los subsistemas.

De acuerdo a lo anterior la confiabilidad del sistema se podría expresar como.

En el caso de los sistemas con redundancia parcial, en el que se considera que todos los

elementos del sistema deben fallar para que falle el sistema, se considera una

combinación mínima de los elementos que deben estar en operación para que el sistema

funcione.

Donde p representa la probabilidad de buen funcionamiento de los componentes, n el

número total de componentes y j los que deben funcionar para mantener el sistema

operativo.

2.7.3 Sistema en Stand By

En un instante determinado funciona solo uno de los elementos o subsistemas mientras

los otros se mantienen en estado de reserva (Stand By). En este caso la conexión

funcional varía en el tiempo en función de la aparición de la falla.

32

Ilustración 7: Ejemplo típico de un sistema en Stand-By.Fuente: MANUAL DE GESTION DE ACTIVOS Y MANTENIMIENTO.

La variación de la conexión está a cargo de un órgano llamado conmutador, que puede

ser por ejemplo la intervención de un operario, o un dispositivo electrónico más

sofisticado.

Este tipo de instalaciones se encuentra a menudo en sistemas donde la continuidad del

servicio es de vital importancia, es por esto que la función del componente o subsistema

se encuentra asegurada.

La confiabilidad del sistema viene dada por:

Donde

: Confiabilidad global del sistema.

: Confiabilidad del conmutador.

:Confiabilidad del sistema considerando

33

2.8 Mantenibilidad

Mantenibilidad es el concepto que caracteriza la facilidad del desarrollo de una

intervención de mantención o reparación, medida sobre la base de los tiempos de

detención de un equipo. La mayoría de las veces se asocia este concepto erróneamente

solo con el tiempo promedio de intervención MTTR (Mean Time To Repair) sin considerar

la variabilidad presente en los tiempos de ejecución en todo proceso de reparación.

Entonces se podría concluir que la mantenibilidad de un equipo queda definida por la

distribución de probabilidad asociada a los tiempos de reparación o de mantención.

De acuerdo a lo anterior la mantenibilidad de un equipo está condicionada a los

aspectos siguientes:

• Tiempo de preparación.

• Tiempo de localización de la falla.

• Tiempo de desmontaje.

• Tiempo de obtención de las piezas y materiales necesarios.

• Tiempo de reparación.

• Tiempo de ajuste y calibración.

• Tiempo de montaje.

• Tiempo de comprobación de buen funcionamiento del componente.

• Tiempo de limpieza.

Toda acción de mejora de la mantenibilidad debe enfocarse en revisar los aspectos antes

mencionados a través de mejoras de diseño o procedimientos que permitan disminuir

tanto la esperanza como la variabilidad de los tiempos de intervenciones.

34

Tal como se mencionó para el caso de la confiabilidad, la mantenibilidad responde a

condiciones clásicas de variabilidad que permiten caracterizar su comportamiento con

distribuciones de probabilidad conocidas. Las distribuciones de probabilidad más

comúnmente utilizadas para representar los tiempos de reparación es la Normal –

Logarítmica.

La utilización de esta distribución de probabilidad se fundamenta en explicar la

variabilidad de los tiempos de reparación en esencia distintos:

• Variaciones de tiempo asociada a factores “accidentales” en la reparación, es

decir, pernos rodados, uniones oxidadas, etc.

• Variaciones de tiempo usuales de la reparación, tales como, destreza del

mantenedor.

El primero se representa mediante una distribución exponencial negativa. El segundo se

ajusta a una tendencia normal. La distribución normal logarítmica se aproxima muy bien a

la suma entre una distribución exponencial negativa y una distribución normal.

La expresión matemática considerando como variable el tiempo de reparación (tr), para

una distribución normal logarítmica viene dada por:

Donde µ es la media de los logaritmos de los tiempos de reparación y es la varianza

relativa.

35

Entonces el tiempo medio de reparación MTTR vendría dado por:

De acuerdo con lo anterior la mantenibilidad de un componente viene dada por la

distribución de probabilidad acumulada F(tr), es decir, la probabilidad de que la

intervención de mantenimiento se lleve a cabo antes del tiempo tr.

2.9 Disponibilidad de Componentes y Sistemas

La disponibilidad refleja la posibilidad de utilización de una instalación desde el punto de

vista técnico, es decir, excluyendo las detenciones no originadas por fallas del sistema. La

disponibilidad se define como la razón o cuociente del tiempo en que la instalación se

puede ocupar y el tiempo total que incluye al anterior, más el tiempo de reparación y

puesta en servicio de la instalación.

De acuerdo a lo anterior, la disponibilidad viene dada por la relación porcentual entre el

tiempo de funcionamiento y el tiempo total. Lo que se puede expresar de la siguiente

forma:

36

Donde UT (Up – Time) representa el tiempo en que el sistema está realmente disponible

para el funcionamiento y DT (Down – Time) representa el tiempo fuera de servicio

imputable a causas técnicas.

Considerando los antecedentes antes discutidos respecto de la confiabilidad y

mantenibilidad, es lógico establecer basado en estos conceptos un indicador de

disponibilidad esperado. Este indicador refleja después de muchos ciclos de operación y

reparación de un elemento el valor más probable de disponibilidad.

Donde MTBF es el tiempo medio entre fallas y MTTR el tiempo medio de reparación de

las fallas.

Por otra parte para el cálculo de la disponibilidad en sistemas complejos, se pueden

utilizar las mismas reglas ocupadas para el cálculo de confiabilidad en sistemas. En

consecuencia para sistemas en serie es válida la relación:

Que relaciona la disponibilidad del sistema As, con la disponibilidad de cada componente

en el Ai.

En el caso de sistemas en paralelo con redundancia total se tiene:

Donde el segundo término representa la indisponibilidad de cada componente en el

sistema.

2.10 Costos Globales

37

Todo sistema tiene un indicador de disponibilidad condicionando por su confiabilidad y

mantenibilidad. Esta disponibilidad, o más bien la indisponibilidad del sistema, genera

costos de ineficiencia por no producción o por la falta de servicio. En algunos sistemas

industriales los costos de ineficiencia son tan elevados que es conveniente incluso

considerar equipos de respaldo o en redundancia, para así lograr la disponibilidad “ideal”

del sistema. Estos equipos adicionales deben respaldar a los equipos críticos dentro del

sistema.

Para decidir el nivel de redundancia más conveniente se debe obtener la curva de costos

globales.

Ilustración 8: Curva de costos globales.Fuente: MANUAL DE GESTION DE ACTIVOS Y MANTENIMIENTO.

Un aumento de confiabilidad se puede obtener por una inversión a nivel de:

Proyecto: por un aumento al nivel de redundancia, sobredimensionamiento de la

instalación o por mejoras de diseño.

Operación: por mejoras en la estrategias de mantención.

Los costos globales son la cuantificación de todos los costos incurridos en el ciclo de vida

de un proyecto o instalación, y puede ser descrito por la siguiente relación:

38

Costo de capital fijo o de inversión: queda determinado por el costo de los equipos e

instalaciones asociadas al proyecto. También puede considerarse el capital de trabajo

requerido para la operación. En general se puede representar:

Donde Ce es el costo de los equipos instalados y N el numero de equipos.

Costo operacional: queda definido por la cuantificación de todos aquellos elementos

propios de la operación de un sistema, como insumos, energía, y repuestos, entre otros.

Costo de ineficiencia: está dado por el costo asociado a la indisponibilidad de la

instalación durante el periodo de evaluación, y pueden ser representados de la siguiente

manera:

Donde:

Ci = Costo de ineficiencia horario ($/h).

H = Periodo de evaluación durante el horizonte del proyecto.

As = Disponibilidad del sistema.

i = Tasa de costo de capital de la empresa.

n = Años de operación.

Cabe destacar que Ci=(no facturado) – (costos variables).

Una vez definidos los costos globales se pueden analizar distintas alternativas de equipos

y de configuraciones del sistema, obviamente que la mejor alternativa será la de menor

costo global.

39

2.11 Análisis de redundancia

Una forma de aumentar la confiabilidad de un sistema es introduciendo redundancia en

equipos, ya sea con equipos en stand by o tanto en paralelo total como parcial. Cualquier

modificación que se haga para aumentar la confiabilidad, aumentará la disponibilidad del

sistema por lo que los costos de ineficiencia serán menores. Por otra parte los costos de

inversión aumentarán. Es por esto que se debe discriminar por la reducción de los costos

globales al realizar este análisis. Para simplificar el uso de este análisis, cuando los

costos operacionales son constantes, estos pueden no ser considerados en el análisis.

2.12 Lógica para la definición de la política de mantención

Muchos sistemas mecánicos entregan importante información sobre su estado en forma

simple (señales débiles), síntomas que el operador puede notar con relativa facilidad, por

ejemplo ruido o sobrecalentamiento. Es por esto que primero se debe establecer si la falla

arroja una señal perceptible. De ser así es posible realizar una inspección de forma

periódica, hasta encontrar un síntoma que indique la necesidad de efectuar mantención

(mantención predictiva).

En caso de que la falla no arroje una señal perceptible, se puede proceder ya sea solo en

caso de emergencia, o bien utilizar métodos matemáticos que fijen los momentos

adecuados para realizar mantenciones preventivas o inspecciones periódicas.

40

Ilustración 9. Validación de una política de mantención óptima.Fuente: MANUAL DE GESTION DE ACTIVOS Y MANTENIMIENTO.

En el diagrama anterior se observa como último paso la posibilidad de realizar una

mantención productiva, la que consiste en ejecutar la mantención escogida, pero

agregando mejoras continúas.

Los costos globales asociados con las políticas de mantención se componen de dos:

El costo preventivo es el que se debe asumir en el momento de realizar una mantención

preventiva, ya que incluye los costos de repuesto, mano de obra, etc.

El costo de emergencia asociado a los costos de ineficiencia debido a una detención

imprevista del proceso productivo, más los costos asociados a la intervención (repuestos,

mano de obra, etc.).

41

2.13 Modelos de mantención preventiva

La mantención preventiva puede ser aplicada considerando diversas estrategias. La

elección de cada una va a depender del beneficio económico que se logre de su

aplicación. Para el modelamiento y selección de una política de mantención preventiva se

debe considerar lo siguiente:

• La tasa de falla del componente en cuestión debe ser creciente.

• El costo de la intervención de emergencia debe ser superior al costo total de la

intervención preventiva.

• Existen sólo dos posibles estados para los componentes bajo análisis:

funcionamiento o no funcionamiento.

2.13.1 Mantención preventiva a fecha constante

Este modelo se sustenta en el hecho de que la mantención preventiva es predefinida y el

momento en que se deben realizar las sustituciones es inalterable. En esta política no es

relevante lo que suceda entre intervenciones preventivas.

Este método es atractivo por su simplicidad y busca encontrar el valor T que representa el

intervalo constante de tiempo que determina los momentos en que se efectúan las

intervenciones de sustitución preventiva.

La función de costos totales por unidad de tiempo, en este caso, queda establecida por:

Donde:

H(T) = Número esperado de fallas que se espera atender entre el intervalo de

mantenimiento preventivo.

42

Cp = Costo de intervención preventiva.

Ce = Costo de intervención de emergencia.

Ilustración 10. Mantenciones preventivas a fecha constante.Fuente: MANUAL DE GESTION DE ACTIVOS Y MANTENIMIENTO.

Cada periodo contempla el costo de sustitución en la fecha predeterminada más el costo

de todas las intervenciones de emergencia a efectuar entre las fechas de sustitución

preventiva.

El tiempo óptimo de sustitución T está dado por el mínimo costo total por una unidad de

tiempo entregado por la ecuación anterior.

43

2.13.2 Mantención preventiva a edad constante

Este modelo se basa en que el componte se sustituirá en el momento que alcance cierta

edad o tiempo de uso. El periodo de sustitución K transcurrirá desde la última

intervención, sea esta preventivo o correctiva.

Ilustración 11. Mantención preventiva a edad constante.Fuente: MANUAL DE GESTION DE ACTIVOS Y MANTENIMIENTO.

Considerando que la edad media del componente viene dada por:

Entonces es posible calcular el costo de mantención esperado considerando los costos de

emergencia y preventivos asociados a un ciclo de mantenimiento.

44

Donde:

= Costo de mantenimiento por unidad de tiempo.

Cp = Costo de intervención preventiva.

Ce = Costo de intervención de emergencia (correctiva).

R(tp) = Confiabilidad en el momento tp.

= Esperanza de tiempo de vida para un periodo de cambio programado tp.

Derivando los costos de intervención con respecto al tiempo e igualando a cero se puede

obtener el mínimo de esta función.

2.13.3 Mantención preventiva según condición o sintomática

La mantención preventiva según condición o sintomática consiste en intervenir la unidad

antes de que esta falle, gracias a un pronóstico de comportamiento futuro. El pronóstico

de la falla pude basarse en un síntoma o una estimación estadística.

45

Ilustración 12. Mantención de condición preventiva.Fuente: MANUAL DE GESTION DE ACTIVOS Y MANTENIMIENTO.

El modelo matemático que se describe a continuación consiste en una simplificación del

modelo de mantención preventiva a edad constante, facilitando su aplicación en la

práctica.

En atención a la dificultad que podría tener calcular el valor del , comúnmente se

realiza una aproximación que facilita inmensamente los cálculos. Esta aproximación tiene

validez cuando los tiempos tp de análisis son muy pequeños comparados con la

esperanza de elemento

Esto nos permite establecer el modelo visto anteriormente, pero simplificado:

46

El modelo nos permite buscar el tp óptimo para realizar una política de intervención

preventiva. Sin embargo, existe la posibilidad de que la política de sustitución óptima no

sea la preventiva, es decir que no existe un tp en el que se minimice los costos.

En la siguiente ilustración se observa un ejemplo donde existe un mínimo valor de tp, y

otro caso donde las intervenciones a edad constante no permiten encontrar este valor.

Ilustración 13. Comparación de conveniencia entre políticas de mantenciónFuente: MANUAL DE GESTION DE ACTIVOS Y MANTENIMIENTO.

47

CAPITULO 3La empresa

48

3. LA EMPRESA

3.1 Historia

Schorr Y Concha S.A., es una fábrica de papeles y cartones de la Séptima Región del

Maule, ubicada en Avenida Carlos Schorr #433, Talca. Nace el 16 de agosto de 1907

cuando don Carlos Schorr Krupp y don Eliseo Concha Solar tienen la idea de fundar esta

industria, al ver que el canal de riego que atravesaba la “Quinta el Palacio”, podría ser

utilizado aprovechando su caída de 12 metros para generar 220 HP de potencia,

instalando una turbina.

El 1 de julio de 1910 comienza la fabricación de papel con una producción de 800

Kilogramos cada 8 horas de funcionamiento.

Al pasar los años el nivel productivo se fue aumentando considerablemente, ya que en

1981 se duplicó la producción. En el año 1987 se dio inicio a una serie de reformas y

modernizaciones en el nivel industrial, pasando a la producción de cartón corrugado, en

especial a la fabricación de cajas de cartón corrugado.

En la actualidad, la empresa produce mas de 5000 toneladas anuales para el consumo

nacional, con una producción aproximada de 1000 Kg./hora de papel casi 10 veces

superior al inicial utilizando la misma máquina papelera que en sus inicios.

3.2 Propietarios

El Patrimonio de la Sociedad al 31 de diciembre de 2007, una vez efectuada la

revalorización anual dispuesta por la ley, asciende a M$ 1.337.191.

Los Activos de Schorr y Concha S.A. al 31 de diciembre de 2007 alcanzan la suma de M$

1.744.581.

49

Los propietarios de la empresa son la Familia Schorr Concha, cuarta generación a cargo

desde su fundación.

3.3 Ubicación y acceso

Schorr y Concha S.A. Se encuentra ubicada en Avenida Carlos Schorr #433 Talca, en una

ubicación céntrica de la ciudad, además la empresa se encuentra cercana a la ruta 5 sur.

Distante a 250 Km. de Santiago y 200 Km. de Concepción ciudades donde se encuentran

sus principales clientes, los cuales son abastecidos por una flota de camiones propia.

3.4 Disponibilidad de servicios

La empresa cuenta con una potencia instalada de 1000 KVA, además de 2 grupos

electrógenos de 350 KVA y 500 KVA además de una turbina de 150 KVA, la cual durante

las últimas temporadas no se encuentra operativa debido a restricciones de la autoridad.

Todos los equipos auxiliares de producción de electricidad le permiten funcionar de forma

autónoma a la empresa, durante los horarios de punta en el invierno, sin los cuales seria

imposible que la empresa pudiera operar durante esos horarios en invierno debido a los

altos costos de la energía eléctrica.

Además la empresa cuenta con una caldera a fuel oil #6 capaz de producir 5.500 kg/hora

de vapor para sus procesos productivos.

La empresa también cuenta con 2 pozos profundos y un sistema de recuperación de agua

para ser utilizado en los procesos productivos, además de conexión al agua potable para

los servicios básicos.

50

3.5 Productos

Schorr y Concha S.A. Produce papeles, en base a material reciclado, el cual es utilizado

principalmente para producir cartón corrugado. El cartón corrugado es una estructura

formada por un nervio central de papel ondulado (Papel Onda), reforzado externamente

por dos capas de papel (Papeles liners o tapas) pegadas con adhesivo en las crestas de

la onda. Es un material liviano, cuya resistencia se basa en el trabajo conjunto y vertical

de estas tres láminas de papel.

Con ellos se fabrican principalmente cajas de cartón corrugado, las cuales se producen

según el requerimiento concreto de un cliente o usuario, quien especifica el producto que

se embalará, el destino final del producto, el tiempo entre embalaje y destino final, y -

cuando corresponde-, las exigencias derivadas de tiempo en frigorífico.

Las cajas se fabrican de acuerdo a las especificaciones técnicas entregadas por el cliente,

es decir, su producción es realizada “a la medida” exclusiva que establece cada

requerimiento. Además de las cajas se producen otros productos con el cartón corrugado

como bandejas, tabiques, círculos y planchas.

Además se producen caratulas de papel y eventualmente bobinas de papel y papel de

embalaje.

3.6 Productos relacionados con el funcionamiento

3.6.1 Materias Primas

Las materias primas utilizadas son papeles reciclados, los cuales se compran clasificados

en los siguientes tipos.

Recorte propio: Son las virutas obtenidas durante los distintos procesos de producción.

Son ocupados para papeles liners interno, liners externo, papeles onda.

51

Recorte surtido: Mezcla de varios tipos de fibras, papeles blancos, recortes de imprenta y

papel couché. Son ocupados para producir papel doble cara, caratulas y kraft.

Recorte dúplex: Recortes de cartulinas. Son ocupados para producir papel de doble cara.

Recorte de papel blanco: Recortes de papel blanco con impresiones previas. Son

ocupados para producir caratulas y papel gris.

Recorte de cartón: Recortes de cartones en desuso recolectados con varios reciclajes

previos. Son ocupados para producir papel onda, y papel liner interno.

Recorte kraft: Recortes de cartones de fibra larga sin reciclajes previos. Son ocupados

para producir papel liner.

Recorte de caratula: Recortes de carátulas y materiales de fibra corta. Son ocupados para

producir carátulas y papel gris.

3.6.2 Aditivos y químicos

Colorantes: En base de anilina, dan color o matizan los tonos deseados.

Encolante: Compuesto en base a akd, forma una película en el papel que lo hace

impermeable.

Soda Caústica: Ayuda a la disgregación de la fibra de papel.

3.6.3 Insumos

Finalmente para completar los procesos para la elaboración de papeles, se necesitan

Insumos. Los insumos no se consideran materias primas, pero son indispensables para la

producción, tales son:

Energía Eléctrica, aproximadamente 200 MWh/mensual.

52

Agua Industrial, la que se obtiene de una napa subterránea, mediante 2 pozos profundos

y en parte es reciclada para su reutilización. El consumo de agua es de 25 m3 por

tonelada de papel producido.

Vapor, el que proviene de una caldera de petróleo. El consumo total de la planta es de 56

ton/día.

3.7 Estadísticas de Producción y Venta

En el recuadro se puede apreciar que la empresa ha tenido un sostenido incremento tanto

en producción y ventas en lo que va de esta década. Respecto a la década pasada, se

produjo un notable incremento de producción y ventas, impulsado por las mejoras en

equipos y procesos, además de la integración vertical hacia los productos de cartón

corrugados, los cuales pasaron a ser el principal producto de la empresa.

Grafico 1: Estadísticas de producción y venta.

53

3.8 Estructura Organizacional

Ilustración 14: Organigrama Schorr y Concha S. A.

54

3.9 Análisis de Posición Competitiva

Ilustración 15: Análisis de la posición competitiva.

55

CAPITULO 4La planta

56

4. PLANTA

4.1 Análisis de la situación actual de la planta

La empresa es de principio del siglo pasado e incluso la máquina papelera es la original

de la fábrica por lo que cuenta con más de 100 años de antigüedad. A pesar de la

antigüedad de esta maquina tiene algunas características propias del diseño de comienzo

del siglo XX, siendo una máquina sencilla, robusta y sobredimensionada en su estructura

y alguna de sus partes y piezas, por lo cual con algunas modificaciones en la actualidad

está funcionando a casi 10 veces su capacidad inicial.

Los equipos para el tratamiento del papel tales como, refinadores, depuradores de pasta,

fiberizer, etc. Son equipos específicos para la industria del papel y con precios muy

elevados, por lo cual gran parte los equipos existente en la empresa han sido comprada

usada, en buenas condiciones pero con varios años de uso. Es por la razón anterior que

algunos de los equipos comprados vienen sin la información técnica, lo cual dificulta su

correcta instalación y operación.

El tamaño de la planta con respecto a la industria es pequeño, por lo cual los equipos

comprados aun siendo los más pequeños de la línea son de capacidades de operación de

50% y hasta un 100% mayor que el de la máquina papelera, convirtiendo a esta ultima en

el cuello de botella de la empresa.

En la línea productiva de la empresa existen estanques para almacenar pasta, los cuales

se justifican por procesos propios de reposo que necesita la pasta de papel y además

para independizar el proceso aguas arriba y aguas abajo. La línea de producción de papel

está prácticamente todo en línea por lo cual los estanques sirven además para evitar que

un proceso aguas arriba produzca paradas en la máquina papelera, aumentando

artificialmente la disponibilidad total del sistema gracias a la capacidad pulmón de los

estanques. Esto además produce que los procesos y equipos que ocurran mas cercanos

a la máquina papelera sean más críticos ya que una detención de un equipo en este caso

produce que la capacidad de reserva de pasta de papel sea menor.

57

4.2 Descripción del Proceso Productivo

El proceso de fabricación de la hoja de papel comienza en las bodegas de abastecimiento

de materia prima con la clasificación de la fibra reciclada, esta clasificación se realiza de

acuerdo a las fabricaciones que se programen, las materias primas previamente

clasificadas son almacenadas esperando ser llevadas al punto de inicio de la fabricación.

El circuito de fabricación del papel se inicia en el departamento de producción y se divide

en las siguientes etapas:

4.2.1 Pulpeo

En esta sección se realiza la desintegración de la materia prima y se mezcla con agua

formando una pasta consistente, en un equipo llamado Hidropulper. El cual también debe

separar los elementos contaminantes que pueden haber ingresado junto al papel

(plástico, corchetes, alambres, adhesivos, etc.) rechazándolos y dándole paso a la pasta

ya formada. La pasta pasa a un estanque con una capacidad de 9 metros cúbicos.

4.2.2 Depuración y clasificación

La pasta de papel es trasvasijada a un estanque de 50 metros cúbicos, donde pasa por

un proceso de depuración, allí se separan por gravedad la mayor cantidad de partículas

pesadas tales como: clips, corchetes y arena entre otras. Luego por un proceso de turbo

separación se eliminan los residuos livianos tales como plásticos, maderas y también

elementos pesados que hallan podido pasar del proceso de depuración anterior.

58

4.2.3 Preparación de la Pasta

Esta etapa del proceso se divide en:

Teñido: referido a la coloración de la pasta teñida por adición de anilinas, esta acción se

realiza en el estanque de 50 metros cúbicos el cual cuenta con buena agitación, para la

homogenización de la pasta teñida.

Refinación: Esta etapa es la más importante en el proceso de fabricación, ya que el

tratamiento que realiza el refinador asegura un enlace entre las fibras, para la formación

de la “hoja” en la mesa de formación.

Encolado: El encolado es una adición de productos para darle características

impermeabilizantes a los papeles, su adición se realiza mediante una bomba dosificadora.

Disminución de consistencia: La pasta continua por el circuito hasta llegar a un estanque

de 3 metros cúbicos, en el cual se le rebaja la consistencia a través de de una bomba que

le aplica agua, transfiriéndola de esta forma a una batería de depuradores que permiten

eliminar pequeñas partículas contaminantes que aun permanecen en la pasta hasta esta

etapa.

4.2.4 Formación de la Hoja

Una vez se tiene la fibra preparada, ingresa al cajón de entrada de la mesa de formación

de la hoja. Este proceso unitario corresponde a un equipo de láminas húmedas, con telas

porosas que giran en el mismo sentido de la máquina, contando además con un

movimiento lateral de vibración, el cual permite que las fibras de celulosa se enlacen unas

con otras, formando la hoja de papel.

59

4.2.5 Eliminación del agua

Después de que se forma la hoja de papel se elimina el agua con cajas de succión las

cuales extraen el agua a través de la tela con bombas de vacío. La hoja de papel pasa por

2 prensas que la presionan con un rodillo contra un paño el cual extrae parte de la

humedad del papel, luego esta humedad es extraída mediante cajas de succión con

bombas de vacío. Finalmente se elimina la humedad restante por cilindros secadores

calentados por vapor, dejando la hoja de papel terminada y lista para pasar por entre las

lisas o calandras que le dan al papel un perfil parejo y planchado a todo lo ancho de la

hoja.

4.2.6 Bobinado

El papel finalmente es bobinado, donde es controlado y formateado conforme a lo

solicitado en la especificación del pedido. Las bobinas de papel son enviadas a la bodega

para ser distribuidas, principalmente al departamento de elaboración.

60

4.3.1 Diagrama de Flujo del Proceso (Primera Parte)

Ilustración 16: Diagrama de Flujo del proceso. Parte 1.

61

4.3.2 Diagrama de Flujo (Segunda parte)

Ilustración 17: Diagrama de Flujo del proceso. Parte 2.

62

4.4 Descripción de equipos

4.4.1 Hidropulper

Marca: Cavallari.

Potencia: 100 KW.

Dimensiones: 6 metros cúbicos

Capacidad de operación: 40 Ton. Papel diario

Consistencia de Operación: 6%

Descripción: El Hidropulper tiene una capacidad de 6 metros cúbicos, en cuyo interior se

encuentra ubicado en el fondo un disco con aspas que giran provocando una violenta

agitación, la cual desintegra el papel disuelto en el agua; formando la pasta celulósica. En

el fondo se encuentra una rejilla donde se separan los elementos contaminantes que

pueda contener (plástico, corchetes, alambres, adhesivos, etc.).

Fotografía 1: Exterior Hidropulper. Fotografía 2: Interior Hidropulper.

63

4.4.2 Agitadores

Marcas: Siemens – Voith - Propios

Potencia: 3,5 KW - 15 KW

Capacidad de operación: 9 – 19 – 28 - 50 Metros Cúbicos

Consistencia de Operación: 1-6%

Descripción: Existen varios tipos y están instalados en cada estanque donde se acumula

pasta. Su diseño y tamaño dependerá de las dimensiones y geometría de cada estanque

donde esté instalado. Su función es velar que la pasta no se detenga ya que empezaría a

separarse el papel del agua, además para todos los procesos es conveniente que la pasta

esté correctamente homogenizada.

Fotografía 3: Aspas Agitador. Fotografía 4: Mecanismo Agitador.

64

4.4.3 Depurador de Alta Consistencia (Pasta Espesa)

Marca: Voith

Modelo: S1

Capacidad de operación: 400 l/min.

Consistencia de Operación: 4% - 6%

Descripción: Los separadores centrífugos, se destinan a la limpieza continua de todas las

suspensiones de papel reciclado. Separan tornillos, grampas, piedras, clavos etc.

Instalados en el lugar apropiado, protegen a los equipos de pre-refinación, refinación y

bombas de estragos y desgaste prematuro.

Fotografía 5: Depurador Voith S1.

65

4.4.4 Fiberizer

Marca: Escher Wysses

Modelo: FO

Capacidad de operación: 50 Toneladas de papel diario

Potencia Requerida: 30 KW

Consistencia de Operación: 3% - 4%

Descripción: El Fiberizer sirve para la desintegración posterior al Pulper de la pasta de

papel y para la eliminación continua tanto de las impurezas específicamente más ligeras

(plásticos, maderas, adhesivos), como también de las partes pesadas (piezas metálicas,

piedras). La pasta aceptada es conducida a través del proceso posterior. Sobre un tamiz

vibrante se separan las impurezas ligeras de las fibras utilizables, las cuales son

reingresadas al proceso.

Fotografía 6: Exterior Fiberizer. Fotografía 7: Interior Fiberizer.

66

4.4.5 Refinador

Marca: Pilao

Modelo: RTD 17”

Capacidad de operación: 40 Toneladas de papel diario

Potencia Requerida: 100 KW

Consistencia de Operación: 3% - 4%

Descripción: El Refinador es un equipo que cuenta con 3 discos; dos de ellos estáticos y

uno giratorio. Estos discos están diseñados con estrías en ángulos. La pasta entra al

refinador con una consistencia determinada, provocándole a la pasta un proceso de

“desfibración”, hidratación y desmenuzamiento; dejándola lista para entrelazarse con otra

similar.

Fotografía 8: Exterior Refinador Pilao.

67

4.4.6 Batería de depuradores de baja consistencia

Marca: Voith

Modelo: KS 160/6E

Capacidad de operación: 1800 l/min

Consistencia de Operación: 0,5% - 1%

Descripción: Los separadores centrífugos, se destinan a la limpieza continua de todas las

suspensiones de pasta de papel reciclado, antes de la entrada a la máquina papelera.

Separan, materiales pesados partículados como la arena que no haya sido extraído de

procesos anteriores de depuración.

Fotografía 9: Batería de Depuradores.

68

4.4.7 Cuarto depurador de baja consistencia

Marca: Voith

Modelo: KS 160/6R

Capacidad de operación: 550 l/min

Consistencia de Operación: 0,3% - 5%

Descripción: Este separador centrífugo, se destina a la limpieza continua del rechazo de

la batería de depuradores anteriores que aun contiene fibra de papel, y la separa.

Produciendo un aceptado que es pasta de papel y un rechazo de materiales pesados

como arena.

Fotografía 10: Cuarto Depurador

69

4.4.8 Máquina Papelera

Marca: Fuller Maschinenfabrik Warmbrunn

Año: 1900 aproximadamente

Ancho: 1,68 M

Largo: 30 M

Velocidad Inicial: 20 M/Min

Velocidad Actual: 80 M/Min

Producción Inicial: 100 Kg/Hora

Producción Actual: 1000 Kg/Hora

Descripción: La máquina papelera consta de varias partes descritas a continuación

70

4.4.8.1 Cajón de Entrada

Se encarga de expulsar la pasta de papel en una fina capa sobre la tela de la máquina de

papel. Básicamente es una caja alargada, en cuyo interior circula la pasta. En su extremo

inferior, tiene una abertura en su largo por donde sale la película de pasta. El ancho de

esta abertura se controla con unos labios, que al aumentar su distancia entre sí dejan

caer más o menos cantidad.

Controlando la salida de pasta de los labios se obtienen distintas propiedades de la hoja

formada. Al caer las fibras tienden a colocarse en una posición paralela al movimiento de

la tela, si no se elimina en parte, el papel tendrá una serie de características no

adecuadas como menor estabilidad dimensional, es por esto que existe un sacudidor de

la tela que ayuda a mitigar un sentido pronunciado de la fibra.

Fotografía 11: Cajón de Entrada.

71

4.4.8.2 Tela

Es una malla fina donde se coloca la pasta de papel y comienza el desgote y secado. La

primera parte del secado es por gravedad, el agua cae atravesando la tela y las fibras

quedan retenidas en la parte superior.

Debido a que el exceso de agua no desgota por sí sola, hay que ayudarla con varios

elementos.

Fotografía 12: Tela.

72

4.4.8.3 Cajas de Succión

Piezas generalmente de plástico, que se colocan en la parte inferior de la tela. Tienen un

ligero ángulo de descenso que al contacto con la malla generan un cierto vacío, mediante

una bomba de vacío.

Fotografía 13: Cajas de Succión.

73

4.4.8.4 Prensas y secadores

Una vez que el papel ya ha adquirido consistencia, se debe eliminar toda la humedad

posible, para esta etapa se usa presión y calor.

La presión se da por medio de pares de rodillos recubiertos de goma (Manchón); entre los

rodillos y la hoja de papel corre sobre un paño que absorbe el agua escurrida por la

presión del rodillo.

La banda de papel prensada se hace pasar por una serie de rodillos huecos por los que

circula vapor a altas temperaturas, para ello se acompaña con un paño que evita que la

hoja se aparte del cilindro ayudando al secado y guiando la hoja por ellos.

Fotografía 14: Primera Prensa. Fotografía 15: Segunda Prensa.

74

4.4.8.5 Cilindro Yankee

Una vez seco, las fibras se han unido convirtiéndose finalmente en lo que consideramos

papel. En algunas ocasiones, se requiere un papel muy brillante, o con una lisura

especial, esto se consigue presionando el papel contra el cilindro Yankee que se

encuentra calentado por vapor, dándole la cara satinada al papel.

Fotografía 16: Cilindro Yankee.

75

4.4.8.6 Lisas

La función de las lisas es la de modificar el calibre o grosor del papel mediante presión.

Fotografía 17: Lisas.

76

4.4.8.7 Portarrollos

Finalmente, el papel fabricado se enrolla en grandes bobinas para su rebobinado.

Fotografía 18: Portarrollos.

77

4.4.8.8 Rebobinadora

Marca: Fabricación Propia

Año: 1980 aproximadamente

Descripción: Las bobinas de papel fabricadas son formateadas según el uso que se les va

a dar, para ser almacenas posteriormente en las bodegas.

Fotografía 19: Rebobinadora.

78

4.4.9 Motor Motriz

Marca: Siemens Schuckert

Modelo: 440V – 115 A

Capacidad de operación: 0 – 100 M/Min

Potencia: 45 KW

Corriente Continua

Descripción: Su fácil control de posición, par y velocidad han convertido los motores de

corriente continua en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y

automatización de procesos. Esta particularidad permite conjugar los flujos y

consistencias en el cajón de entrada con la velocidad de la tela, dada por el motor, para

producir papeles con los gramajes (Gramos/M^2) adecuados según el plan de producción.

Fotografía 20: Vista Lateral Motor Motriz. Fotografía 21: Vista frontal Motor Motriz.

79

4.4.10 Bombas de vacío

Marca: Voith, SIFI, Desconocida

Caudal: 690, 350, 350 CFM

Vacío: 12”-15” HG

Descripción: Las bombas de anillo líquido constan de una carcasa mandrilada

cilíndricamente, en la cual el rotor se encuentra dispuesto excéntricamente.

La carcasa se llena parcialmente de líquido (denominado líquido de servicio) y con el giro

del rotor, se transforma en un anillo hidráulico que se adhiere a la carcasa. De esta forma,

con el núcleo del rodete del rotor dispuesto excéntricamente, un área de trabajo falciforme

que es dividido por los álabes del rotor. Son utilizadas para generar succión, en las cajas

de succión de la tela y las cajas de succión que secan los paños en las prensas.

Fotografía 22, 23, 24: Instalaciones de Bombas de Vacío.

80

CAPITULO 5Modelo de evaluación de la

seguridad del funcionamiento

81

5. MODELO DE EVALUACIÓN DE LA SEGURIDAD DEL FUNCIONAMIENTO

5.1 Datos para evaluación de la seguridad del funcionamiento

Para realizar un estudio de confiabilidad por equipo o componente, es necesario la

revisión y validación de los datos que se dispongan en relación a las fallas del sistema. En

el caso de esta empresa, no existía información de las detenciones, asignadas a cada

equipo en la línea de producción por parte del departamento de mantención mecánica,

sino que sólo apuntes difusos en cuadernos.

Por lo cual fue necesario crear una base de datos de información de detenciones en

equipos y componentes a partir del Informe diario de producción desde enero del 2005

hasta agosto del 2008, en el cual se detallan las detenciones producidas en la planta, sin

embargo se pierde información técnica valiosa sobre el detalle y los repuestos e insumos

utilizados en cada reparación.

Los datos obtenidos del Informe diario de producción son principalmente:

• Fecha

• Hora de comienzo

• Hora de final

• Equipo o componente

• Tipo de mantención

Con estos datos se obtuvo los comportamientos de la tasa de falla de los equipos o

componentes, deduciendo en que etapa de su vida útil se encuentran. Esto será

analizado en detalle en el capitulo 6 Equipos críticos.

Con estos resultados se obtuvo:

• Base de datos válida.

82

• Distribución de fallas por componente o por equipo.

• Tiempo de reparación promedio (MTTR) y su distribución de probabilidad, es decir

su mantenibilidad.

5.1 Costo de ineficiencia horario

La indisponibilidad del sistema, genera costos de ineficiencia por no producción, siendo

especialmente relevantes en esta empresa por estar al límite la producción y la venta, es

por esto que el cálculo del costo de ineficiencia horario es fundamental. Para calcular el

costo de ineficiencia horario en el caso de la empresa se utilizará la siguiente expresión.

Donde el precio viene dado por lo que costaría comprar papel de calidad similar en otra

empresa que lo produjera.

Los costos variables relevantes para el proceso vienen dado principalmente por 3

elementos: Las materias primas, los costos de energía eléctrica y el costo del combustible

ocupado en el proceso. Los otros costos variables no han sido considerados en este

análisis, por ser menos relevantes en valor además de ser difíciles de cuantificar.

Donde

83

Entonces los costos variables son:

La producción promedio fabricando sin contratiempos es:

Por lo que finalmente el costo de ineficiencia por hora es:

5.2 Confiabilidad del sistema productivo

Analizando el proceso productivo y el diagrama de físico, de las instalaciones. Se aprecia

una línea bien definida por la que debe seguir el papel reciclado para convertirse en

pasta, luego procesos de depuración, tratamiento de fibra para finalmente convertirse en

84

una hoja de papel. Esto condiciona que la mayor parte de los componentes del sistema se

encuentre en serie.

Podemos resumir el sistema lógico de la empresa en 4 sub-sistemas y un componente,

que se presentan a continuación. En el caso del subsistema preparación pasta, existen

estanques que almacenan pasta, por lo cual una falla aguas arriba de dicho estanque no

repercute necesariamente en una falla del sistema en su totalidad gracias a la capacidad

pulmón de los estanques, esto ayuda a aumentar de forma artificial la disponibilidad de

esos subsistemas.

Es por esto que se distinguirá entre disponibilidad en el sistema que es la que fue

obtenida del informe diario de producción y disponibilidad real. En el caso de la

disponibilidad real se aumenta el tiempo de detención suplido por la acumulación en los

estanques.

Ilustración 18: Diagrama Lógico del Sistema Productivo.

Se presenta además un de disponibilidad de los componentes de cada subsistema,

además de los componentes que mencionados anteriormente.

5.2.1 Sub Sistema de Vacío

El subsistema está compuesto por 3 bombas de vacío que alimentan cajas de succión de

la tela, de la primera prensa y de la segunda prensa respectivamente. Las tres bombas se

encuentran en serie ya que se necesita que las 3 estén funcionando simultáneamente.

Por lo cual su diagrama lógico es el de las 3 bombas en serie como se ve a continuación.

85

Ilustración 19: Diagrama Lógico del Sub Sistema de Vacío.

Y además la disponibilidad de cada componente del sistema en la siguiente tabla. La

disponibilidad del sub sistema de vacío es de 99,56%.

Componente Disponibilidad

Bomba de Vacío Tela 99,56%

Bomba de Vacío 1 era Prensa 100,00%

Bomba de Vacío 2da Prensa 100,00%

Disponibilidad Sub Sistema de Vacío 99,56%

Tabla 1: Disponibilidad Componentes del Sub Sistema de Vacío.

5.2.2 Sub Sistema Preparación Pasta

El subsistema preparación pasta considera las etapas desde que el papel se mezcla con

agua en la etapa de pulpeo pasando por las etapas de depuración, clasificación, teñido y

refinación. En esta etapa el papel se encuentra como pasta de papel por lo cual los

equipos son especialmente sensibles, ya que son todos los equipos que tratan la fibra de

papel para la correcta formación de la hoja. Estos equipos deben trabajar a presiones,

caudales y consistencias de papel precisas para que trabajen de buena manera.

A pesar de lo anterior en esta sección del proceso existe muy poca instrumentación en

buen estado, lo cual dificulta saber si los equipos se encuentran operando como

corresponde, por lo cual será vital reponer o habilitar los manómetros, caudalímetros y

medidores de consistencia según corresponda.

86

Como se mencionó anteriormente, es en esta sección del proceso donde existen

estanques que permiten acumular pasta sirviendo como pulmones, separando el proceso,

y dando disponibilidad “artificial” a los equipos que están aguas arribas. A continuación se

detallan los estanques que existen y la capacidad de pasta que son capaces de

almacenar y el tiempo que significa en el proceso.

Nombre Estanque Tamaño [M3] Consistencia [%] Papel [Kgs] Tiempo [Horas]Bajo Pulper 9 4% 360 0,3650 M3 50 3,5% 1750 1,75Molinos 28 3,5% 980 0,98Cabecera maquina 19 3,0% 570 0,57TOTAL 112 3,48% 3900 3,9

Tabla 2. Capacidad de estanques del Sub Sistema Preparación Pasta.

A continuación se presenta el diagrama lógico del proceso, donde se destacan las

posiciones que ocupan los estanques en el proceso.

Ilustración 20. Diagrama lógico Sub Sistema Preparación Pasta.

Además la disponibilidad de cada componente en el sistema, y real como si no existieran

los estanques de acumulación.

87

Componente DisponibilidadEn El Sistema

DisponibilidadReal

Hidropulper 98,69% 98,45%Estanque Bajo Pulper 100,00% 100,00%

Agitador Estanque Bajo Pulper 99,97% 99,95%Bomba Bajo Pulper 99,96% 99,91%

Depurador de alta Consistencia 100,00% 100,00%Fiberizer 99,87% 99,75%

Estanque 50 m^3Agitador Estanque 50 m^3 100,00% 100,00%Bomba Estanque 50 m^3 100,00% 100,00%

Estanque 28 m^3Agitador Estanque 28 m^3 100,00% 100,00%Bomba Estanque 28 m^3 99,75% 99,73%Refinador Pilao RTD 17" 99,94% 99,93%

Estanque 20 m^3Agitador Estanque 20 m^3 100% 100%

Bomba Alimentadora 99,93% 99,93%Bomba Mezcladora 99,85% 99,85%

Depuradores de baja Consistencia 99,98% 99,98%Bomba 4to depurador 99,98% 99,98%

4to. Depurador 100% 100%Disponibilidad Sistema 97,83% 97,37%

Tabla 3: Disponibilidad Componentes del Sub Sistema Preparación Pasta.

88

5.2.3 Sub Sistema Máquina Papelera

En el sub sistema máquina papelera es donde a la pasta de papel se le retira el agua para

formar la hoja, en este sub sistema son especialmente sensible los componentes de

transmisión de la máquina papelera y los rodillos, especialmente el manchón. A

continuación se presenta el diagrama lógico del sub sistema máquina papelera.

Ilustración 21. Diagrama lógico Sub Sistema Maquina Papelera.

Y además la disponibilidad de cada componente del sistema en la siguiente tabla.

Componente DisponibilidadFourdrinier 100,00%Regadera Oscilante 100,00%Bomba Regaderas 100,00%Cajas de Succión 99,94%Transmisión Tela 99,49%Manchón 99,40%Transmisión Prensas 99,49%Cilindro Yankee 99,73%Cilindros Secadores 99,72%Motor Principal 99,90%Portarrollos 99,96%Rebobinadora 99,68%Disponibilidad Sub SistemaMaquina Papelera 97,36%

Tabla 4: Disponibilidad Componentes del Sub Sistema Maquina Papelera.

La disponibilidad del sub sistema máquina papelera es de 97,36%.

89

5.2.4 Sub Sistema Agua

La disponibilidad de agua es fundamental en la producción de papel, es utilizada para el

transporte de las fibras y también para el lavado continuo de la tela bajo la mesa de

formación (fourdrinier), para que esta no se sature de fibra y permita escurrir el agua con

facilidad. En el agua se puede hacer la distinción entre 2 tipos:

Agua Limpia: puede ser utilizada para el transporte de fibras, lavado de telas y agua de

contrapresión o refrigeración en los equipos que lo requieran.

Agua Recuperada: Es el agua que escurre bajo la tela y es llevada a un estanque de agua

recupera y contiene fibras y minerales. Su utilización es principalmente para el transporte

de fibras.

Para el caso del agua limpia se cuenta con dos pozos con sus respectivas bombas que

alimentan un estanque de agua limpia. En el caso del agua recuperada se cuenta con una

bomba que alimenta un estanque de agua recuperada. El sistema no puede funcionar sin

agua limpia, ya que no sólo es requerida en el transporte de fibras sino que también en la

operación de algunos equipos como fue mencionado anteriormente. Por lo tanto el agua

recuperada es una forma de disminuir el consumo de agua limpia lo cual disminuye la

posibilidad de quedarse sin este recurso. Es por esto que el diagrama lógico de este sub

sistema se encuentra como las dos bombas de agua limpia en serie y la bomba de agua

recuperada en redundancia parcial con estas. A continuación se presenta el diagrama

lógico del Sub Sistema de Agua.

Ilustración 22: Diagrama Lógico del Sub Sistema de Agua.

Para el caso de la disponibilidad por falta de información no se pudo determinar las fallas

por componente, ya que en el Informe de Producción solo se especificaba “Falta agua”. A

continuación se presenta la disponibilidad del sub sistema de Agua.

90

Componente Disponibilidad

Sub sistema de Agua 99,91%

Tabla 5: Disponibilidad Componentes del Sub Sistema de Agua.

La disponibilidad del sub sistema de agua es de 99,91%.

5.2.5 Caldera

La caldera es fundamental para la producción de papel, después de que se forma la hoja

de papel y el agua es extraída mediante vacío el vapor es utilizado para calentar los

cilindros secadores y sacar la humedad restante. Además el vapor es utilizado en otras

áreas de la empresa. A continuación se presenta la disponibilidad de la caldera.

Componente DisponibilidadCaldera 99,25%

Tabla 6: Disponibilidad Caldera.

5.3 Disponibilidad del sistema productivo

Analizando los datos obtenidos anteriormente es posible obtener la disponibilidad del

sistema en su totalidad. El análisis aquí realizado permitirá identificar cuáles son los

subsistemas o componentes en los que sea necesario realizar alguna modificación o

cambio en los equipos, transformándose en un real beneficio para la empresa. A

continuación se presenta la disponibilidad de cada subsistema y la disponibilidad total del

sistema productivo.

91

Tabla 7: Disponibilidad del sistema productivo.

La empresa calcula sus operaciones sobre una base de 7200 horas anuales, lo cual

significa que 430 horas al año el sistema productivo no se encuentra disponible, en gran

parte por la aparición de fallas inesperadas en los componentes del mismo. En el capitulo

siguiente se analizarán algunos de los equipos críticos del sistema productivo.

Sub Sistema DisponibilidadVacío 99,56%Preparación Pasta 97,83%Máquina Papelera 97,36%Agua 99,91%Caldera 99,25%Total 94,23%

92

CAPITULO 6Equipos críticos

93

6. EQUIPOS CRÍTICOS

Al momento de proponer una evaluación o estudio para conocer la criticidad de las

instalaciones, se debe tener una visión de largo plazo y no sólo atender los equipos que

estén presentando problemas en el momento de la evaluación, esta decisión debe estar

solventada en pro de disminuir los costos globales del equipo o instalación en cuestión.

Es por esto que es necesario disponer de una metodología y estudio de los factores que

determinan los costos globales.

A partir de la base de datos se puede determinar la confiabilidad y la mantenibilidad del

equipo en cuestión, lo cual da un historial del comportamiento de las distintas

instalaciones, clave para determinar la disponibilidad y con ella determinar finalmente los

costos de ineficiencia.

Ilustración 23: Datos para el cálculo de los costos de ineficiencia.

En el caso de la inversión, se pueden realizar distintas opciones. Adquirir un equipo nuevo

para aumentar la redundancia en el sistema o mejoras en los equipos existentes que

permitan reducir costos de operación, tiempos de mantención o aumentar la confiabilidad,

etc. Es por esto que este análisis puede resultar muy amplio ya que una mejora en este

caso puede ser tan sencillo como la instalación de un manómetro, el cual permita saber

las reales condiciones de operación en una bomba, hasta el remplazo del equipo

completo por uno con mayor eficiencia, que permita disminuir los costos operacionales,

además de toda una gama intermedia. Es por esto que es imprescindible que en el caso

que se estudie una opción de mejora este siempre presente los 3 factores para el cálculo

del costo global.

94

• Costo de ineficiencia

• Costo operacional

• Inversión

La tasa de descuento que se utilizara para evaluar las distintas alternativas será de un

5%, esto ya que se trata principalmente de proyectos de mejoramientos de la

productividad de bajo riesgo.

Con estos datos se podrá realizar una comparación entre los costos globales actuales y

los costos globales nuevos, lo cual permitirá conocer la conveniencia o no de la nueva

opción y también los plazos que permitan que la opción sea beneficiosa.

A continuación se presenta un estudio realizado con la metodología anterior a 4

instalaciones considerados críticos en la empresa.

6.1 Bombas de vacío

En el capítulo anterior se menciono que en este momento existen en la empresa tres

bombas de vacío con lógica de falla en serie.

Ilustración 24: Diagrama Lógico del Sub Sistema de Vacío.

Existe la posibilidad de que esas 3 bombas sean remplazadas por una bomba de mayor

capacidad y que remplace las funciones de las tres bombas simultáneamente,

permitiendo que la configuración anterior de las bombas quede como respaldo en caso de

falla de la nueva bomba.

95

En este caso aparte del aumento de disponibilidad por quedar el sistema antiguo en

Stand-By la bomba nueva es más eficiente en el uso de la energía lo cual permitirá

también un ahorro en costos operacionales.

Ilustración 25: Nuevo Diagrama Lógico del Sub Sistema de Vacío.

En este caso como se mantendrá el sistema antiguo de respaldo entonces la

disponibilidad de este sistema nuevo será A=1.

6.1.1 Análisis de las fallas

Durante el periodo de evaluación la bomba de vacío presentó 22 fallas, todas de

emergencia. Con el software @RISK1 podemos modelar las fallas de la bomba de vacío y

buscar la distribución de probabilidad que más la representa. En este caso la función que

modela el comportamiento es una función exponencial con tasa de falla constante

, lo cual da como resultado una esperanza en el funcionamiento de la

bomba de 1273,4 horas.

1 @RISK for Excel. Version 5.5. Copyright 2009, Paladise Corporation. Es un add-in para MicrosoftExcel que permite modelar distribuciones a partir de un conjunto de datos.

96

5,0% 90,0% 5,0%1,8% 95,3% 2,9%

0,02 4,30

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Values in Thousands

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Valu

esx

10^

-4

Fit Comparison for Dataset 1RiskExpon(1212,8)

Input

Minimum 0,0000Maximum 8624,0000Mean 1212,8000Std Dev 2095,8583Values 21

Expon

Minimum 0,0000MaximumMean 1212,8000Std Dev 1212,8000

Grafico 2: Distribución Exponencial de fallas Bomba de Vacío.

Al analizar la distribución en el modelo generado por @RISK2 se aprecia que una gran

parte de las fallas, más del 20%, se producen prácticamente después de ser reparada lo

que da cuenta de la falta de anticipación a la falla por parte del departamento de

mantención, ya que cuando esta se presenta, sólo se dispone de medidas provisorias en

primera instancia, luego de esta reparación se planifica y realiza una reparación definitiva.

Luego una vez que se superan estas fallas de juventud por reparaciones mal efectuadas

la bomba falla por desgaste debido al funcionamiento.

2 @RISK for Excel. Version 5.5. Copyright 2009, Paladise Corporation. Es un add-in para MicrosoftExcel que permite modelar distribuciones a partir de un conjunto de datos.

97

Los modos de falla de la bomba se pueden resumir en la siguiente tabla:

Modo de falla Tiempo de ocurrencia

después de la reparación

Porcentaje de ocurrencia

Falla después de la

reparación, debido a una

reparación provisoria

defectuosa.

0-200 horas 47%

Falla por problemas de

operación, por ejemplo

pérdida de succión por

falta de agua de sello.

En cualquier momento No Disponible

Falla por desgaste de la

bomba.

1000-8000 horas 23%

Tabla 8: Modos de fallas Bomba de Vacío.

De esta forma se puede observar la ocurrencia de fallas producto de la mala planificación

de la reparación es incluso más relevante que la falla por desgaste de la bomba, por lo

cual aparece como una opción interesante el sistema en stand-by, ya que permitiría

operar a la empresa normalmente mientras se planifica y se realiza la reparación definitiva

del sistema principal, eliminando definitivamente este porcentaje tan significativo de las

fallas y permitiendo que el sistema productivo opere normalmente sin notarlo en su

disponibilidad, mientras está siendo reparada.

98

6.1.2 Costos globales actuales

Para calcular los costos globales actuales se ocupará la siguiente expresión.

Donde

n= Periodo de evaluación en este caso un año.

i= Tasa de descuento 5%.

Donde es la disponibilidad actual de la empresa.

99

Donde es la disponibilidad actual del sistema de vacio.

=$3.944.160

Entonces el costo global de esta alternativa es:

6.1.3 Costos globales nueva opción

Para calcular los costos globales actuales se ocupará la siguiente expresión.

Donde

n= Periodo de evaluación en este caso un año.

i= Tasa de descuento 5%.

100

En este caso el costo de reparación es para dejar óptimas condiciones la bomba, ya que

esta era usada.

Donde , es la disponibilidad esperada del nuevo sistema con el cual se determinará

, la disponibilidad nueva de la empresa producto de esta redundancia total en

el sistema de vacio.

Entonces el costo global de esta alternativa es:

La nueva alternativa produce beneficios a mediano plazo, con un periodo de evaluación

de sólo un año se justifica la inversión.

101

Además esta nueva alternativa permite el aumento de la producción anual en 32

toneladas de papel.

6.1.4 Política de mantención adecuada

Suponiendo que el comportamiento de la nueva bomba de vacío será similar en cuanto a

las fallas que la antigua bomba que remplaza, pero eliminando las fallas producto de la

mala reparación, se obtiene un comportamiento con distribución de probabilidad

exponencial negativa, con una tasa de falla constante y esperanza de buen

funcionamiento MTBF de 2987,6 [Hrs].

102

5,0% 90,0% 5,0%15,2% 79,2% 5,6%

0,49 8,62

-2 0 2 4 6 8 10 12 14Values in Thousands

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

Valu

esx

10^

-4

Fit Comparison for Dataset 1RiskExpon(2987,6)

Input

Minimum 492,8000Maximum 8624,0000Mean 2987,6000Std Dev 2584,5406Values 8

Expon

Minimum 0,0000MaximumMean 2987,6000Std Dev 2987,6000

Grafico 3: Distribución Exponencial de fallas Bomba de Vacío, eliminando fallas tempranas.

En el caso de la mantenibilidad de este componente, se observa que el componente tiene

una distribución normal de media 5,35 [Hrs] y una desviación estándar de 6,90 [Hrs].

Como se puede apreciar la desviación estándar en este componente es muy alta en

comparación con la media, lo cual nuevamente habla de la poca preparación ante la falla

del equipo.

103

5,0% 90,0%23,0% 76,7%

0,25 24,00

-15

-10 -5 0 5 10 15 20 25

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

Fit Comparison for Dataset 1RiskNormal(5,3596;6,908)

Input

Minimum 0,2500Maximum 24,0000Mean 5,3596Std Dev 6,9080Values 19

Normal

MinimumMaximum +Mean 5,3596Std Dev 6,9080

Grafico 4: Distribución Normal en tiempos de mantención de fallas Bomba de Vacío.

Este componente presenta una tasa de falla constante por lo cual se determinó que lo

mejor sería aplicar políticas correctivas, es decir, operar hasta que el elemento falle

debido a que la falla es “impredecible” por estar asociada a fenómenos casuales, además

en este caso el tiempo de reparación MTTR es despreciable respecto al tiempo esperado

de buen funcionamiento MTBF, por lo cual en caso de presentarse una falla en el sistema

principal, se podrá operar con el sistema que queda en stand by mientras el sistema

principal es reparado.

Ahora si bien es cierto que estadísticamente la falla puede ocurrir en cualquier momento

producto del azar, es posible determinar ciertas variables o señales de alarma que el

componente pueda entregar con un tiempo adecuado para que permita tomar acciones.

Es por esto que se recomienda que todo el sistema de vacío cuente con vacuometros en

buen estado, ya que permitirán reducir las fallas producto de la operación o anticiparse a

104

una falla producto del desgaste de las bombas, con esto se podría avanzar de

mantenimiento correctivo a mantenimiento basado en condición.

6.2 Hidropulper

En el caso del Hidropulper, por ser un equipo muy costoso, sobre $50.000.000 sin contar

la importación y además de necesitar toda una estructura especial para que lo soporte, se

hace muy difícil considerar una inversión de esta envergadura. Sin embargo es posible

realizar mejoras en el equipo y la operación para que este aumente su confiabilidad

MTBF, disminuya su mantenibilidad MTTR. Por ende aumente su disponibilidad y

disminuya sus costos operacionales.

La mejora que se propone es el cambio del rotor que es la única pieza móvil del

Hidropulper, por uno nuevo con mejor diseño. Si bien es cierto que las paredes del

Hidropulper se desgastan producto de la abrasión que causa la pasta de papel, estas

cuentan con placas de desgaste y son remplazadas cuando es necesario. La

comparación de las características entre el rotor actual y el nuevo en la siguiente tabla.

Características Rotor Nuevo Rotor Actual

Peso 180 Kgs. 400 kgs.

Diámetro 1000 mm. 900 mm. (producto del

desgaste)

RPM Rotor 300 RPM 420 RPM

Potencia Requerida Max 75 KW 85 KW

Potencia Instalada 90 KW 110 KW

Consumo Energía Eléctrica No disponible 30.000

Tabla 9: Características rotor actual y el rotor nuevo.

105

Como se puede apreciar en la tabla el nuevo rotor es más liviano y funciona a menos

revoluciones, lo cual permitirá reducir las vibraciones, un problema que afecta

actualmente al Pulper y que incluso en algún momento hizo peligrar la estructura que lo

soporta. Por estas razones además permite una disminución en el consumo de energía

eléctrica, disminuyendo los costos operacionales, también el nuevo rotor permitirá que los

plásticos introduzcan entre el rotor y la rejilla, lo que era causa de que esta fallara

continuamente.

Fotografía 25: Rotor actual. Fotografía 26: Rotor nuevo.

6.2.1 Análisis de las fallas

Durante el periodo de evaluación el Hidropulper presentó 18 fallas. Con el software

@RISK3 se pueden modelar las fallas del Hidropulper y buscar la distribución de

probabilidad que más lo representa. En este caso la función que modela el

comportamiento es una función exponencial con tasa de falla constante , lo

cual nos indica una esperanza en el funcionamiento MTBF del Hidropulper de 1470,9

horas.

3 @RISK for Excel. Version 5.5. Copyright 2009, Paladise Corporation. Es un add-in para MicrosoftExcel que permite modelar distribuciones a partir de un conjunto de datos.

106

Grafico 5: Distribución Exponencial de fallas Hidropulper.

Como se puede analizar en el modelo generado por @RISK4 se aprecia que gran parte de

las fallas, más del 20%, se producen prácticamente después de ser reparada al igual que

en el caso de las bombas de vacío, lo que da cuenta de la falta de anticipación a la falla

por parte del departamento de mantención, ya que cuando esta se presenta sólo se

dispone de medidas provisorias en primera instancia.

Luego de esta reparación se planifica y realiza una reparación definitiva, una vez que se

han superado las fallas de juventud, las otras posibles fallas pueden ser tales como que la

rejilla del Pulper suele taparse con plásticos o que esta se rompa producto del desgaste o

por acumularse demasiada basura y que esta haga que se trabe el rotor contra la rejilla,

rompiendo esta última. Esto se da producto que el rotor está muy desgastado y ya no

cuenta con unas aletas que antes removían los plásticos de la rejilla.

4 @RISK for Excel. Version 5.5. Copyright 2009, Paladise Corporation. Es un add-in para MicrosoftExcel que permite modelar distribuciones a partir de un conjunto de datos.

107

Podemos resumir los modos de falla del Hidropulper en los siguientes:

Modo de falla Tiempo de ocurrencia

después de la reparación

Porcentaje de ocurrencia

Falla después de la

reparación, debido a una

reparación provisoria

defectuosa.

0-200 horas. 22,22%.

Falla por problemas de

operación, Por ejemplo

plásticos en la rejilla.

En cualquier momento. No aplica.

Falla producto de exceso

vibraciones.

En cualquier Momento. No aplica.

Falla por desgaste. Sobre 1000 horas. 50%.

Tabla 10: Modos de fallas Hidropulper.

6.2.2 Costos globales actuales

Para calcular los costos globales actuales se ocupará la siguiente expresión.

Donde

n= Periodo de evaluación en este caso un año.

i= Tasa de descuento 5%.

108

Donde

=$11.742.840

Entonces el costo global de esta alternativa es:

6.2.3 Costos globales nueva opción

Para calcular los costos globales actuales se ocupará la siguiente expresión.

109

Donde

n= Periodo de evaluación en este caso un año.

i= Tasa de descuento 5%.

Para el cálculo del costo operacional, se supondrá una disminución conservadora de los

costos operacionales en un 15%, producto de las mejoras mencionadas anteriormente del

rotor nuevo.

Para el cálculo de los costos de ineficiencias del nuevo rodete, se han eliminado de las

fallas del Hidropulper de la base de datos correspondiente a las fallas producto del exceso

de vibraciones, plástico que se atasco destruyendo la rejilla de forma imprevista llegando

a una disponibilidad de un 30% mayor que la original.

Entonces el costo global de esta alternativa es:

110

La nueva alternativa produce beneficios a mediano plazo, con un periodo de evaluación

de sólo un año se justifica la inversión.

Esta nueva alternativa permite el aumento de la producción anual en 28 toneladas de

papel.

6.2.4 política de mantención adecuada

Este componente presenta una tasa de falla constante, a pesar de esto se determinó que

lo mejor sería no aplicar políticas correctivas, es decir, operar hasta que el elemento falle

debido a que la falla es “impredecible” por estar asociada a fenómenos casuales, ahora si

bien es cierto que la falla puede ocurrir en cualquier momento producto del azar, es

posible determinar ciertas variables o señales de alarma que el componente pueda

entregar con un tiempo adecuado para que permita tomar acciones. Es por esto que el

equipo al ser abierto resulta fácil de inspeccionarse y revisar el estado de la rejilla y las

placas de desgaste de las paredes del Hidropulper. Analizando la mantenibilidad del

Hidropulper se llega a una distribución normal con media MTTR 3,28 horas y una

desviación estándar de 1,89 horas.

111

5,0% 90,0% 5,0%16,2% 83,2% 0,6%

1,42 8,00

-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

Fit Comparison for Dataset 3RiskNormal(3,2824;1,8893)

Input

Minimum 1,4167Maximum 8,0000Mean 3,2824Std Dev 1,8893Values 18

Normal

MinimumMaximum +Mean 3,2824Std Dev 1,8893

Grafico 6: Distribución Normal en tiempos de mantención de fallas Hidropulper.

Como se mencionó anteriormente en la línea de producción existen estanques de

acumulación de pasta, que para el caso del Hidropulper se podría operar hasta 3,9 horas

sin que funcionara el Hidropulper, menor que las 3,28 horas de MTTR. Es por esto que

con una buena planificación en la mantención del equipo se podría esperar que los

estanques estén llenos y realizar una mantención, sin que el sistema productivo se

detenga.

6.3 Fiberizer

Según se puede ver en el diagrama de flujo del proceso productivo, este equipo se

encuentra trabajando en paralelo con un depurador de alta consistencia, lo cual es un

error ya que sus funciones son complementarias y debieran de estar en serie. El

112

depurador, el cual es el encargado de limpiar la pasta de elementos contaminantes

pesados como piedras, corchetes o arena permite limpiar la pasta de elementos

altamente abrasivos lo cual repercutirá en la duración de todos los equipos aguas abajo.

El fiberizer en cambio permite separar la pasta de elementos livianos como plásticos,

gomas y maderas principalmente y además de limpiar elementos pesados que hallan

podido pasar de el proceso de refinación anterior.

Producto de la inadecuada instalación sólo una parte de la fibra era depurada y otra

solamente tratada por el fiberizer, con la consiguiente aparición de arena y elementos

pesados incluso en el papel en su estado final, además de manchas producto de la

contaminación con plásticos del mismo.

Problemas detectados en el equipo:

• Incorrecta ubicación en la línea de proceso, además de encontrarse en paralelo

con otro equipo, con el cual debiera de estar en serie. Además el equipo se encuentra en

una zona muy inaccesible con los mandos dispersos, lo que hacia aun más difícil su

operación.

• Incorrecta operación: el equipo debía ser limpiado de elementos livianos como el

plástico en ciclos continuos mientras operaba. En la actualidad el equipo mientras no

funcionaba se limpiaba una vez por turno. En el caso de los elementos pesados el equipo

debe ser limpiado en ciclos de una hora mientras operaba, en la actualidad sólo era

limpiado por esta exclusa siendo re circulada las materias pesadas al proceso

nuevamente.

A pesar de que en el diagrama físico este equipo aparece en paralelo con el depurador de

alta consistencia, producto de la mala operación de ambos equipos en el diagrama lógico

estaban en serie.

La primera modificación es dejar estos equipos en serie tanto en el diagrama físico y en el

diagrama lógico, como están diseñados para operar. La segunda modificación es

remplazar el fiberizer con un equipo llamado Separador Hett comprado de ocasión, que

realiza funciones similares a la del fiberizer en cuanto a la eliminación de plásticos y

proceso de pre-refinación.

113

Ilustración 26: Nuevo Diagrama Lógico Separador Hett y Fiberizer.

El fiberizer quedará en stand by y como equipo principal quedará el separador Hett, por lo

cual la disponibilidad de este sub sistema será .

6.3.1 Análisis de las fallas

Durante el periodo de evaluación el fiberizer presentó sólo 4 fallas, por lo cual no es

posible modelar su comportamiento. En este caso sólo está disponible su MTBF y MTTR.

MTTR 3,65 [Horas]MTBF 2777,6 [Horas]Disponibilidad 99,87%

Tabla 11: confiabilidad, mantenibilidad y disponibilidad Fiberizer.

Será importante el análisis de las fallas de este equipo para estar preparados y aprender

para el nuevo equipo.

114

Modo de falla Tiempo de reparación

promedio

Se cortan las correas 15 minutos

Se obstruyó 3,5 horas

Revisiones 30 minutos

Tabla 12: Modos de falla Fiberizer.

6.3.2 Costos globales actuales

Para calcular los costos globales actuales se ocupará la siguiente expresión.

Donde

n= Periodo de evaluación en este caso un año.

i= Tasa de descuento 5%.

Donde es la disponibilidad actual del sistema.

115

=$1.163.320

Entonces el costo global de esta alternativa es:

6.3.3 Costos globales nueva opción

Para calcular los costos globales actuales se ocupará la siguiente expresión.

Donde

n= Periodo de evaluación en este caso un año.

i= Tasa de descuento 5%.

116

Donde es la disponibilidad esperada del nuevo sistema, la cual se determina en

, producto de la redundancia total del sistema antiguo.

Entonces el costo global de esta alternativa es:

La nueva alternativa produce beneficios a mediano plazo, con un periodo de evaluación

de sólo un año se justifica la inversión.

Esta nueva alternativa permite el aumento de la producción anual en 9 toneladas de

papel.

6.3.4 política de mantención adecuada

Debido a la falta de datos disponibles es imposible modelar la tasa de falla de estos

componentes, sin embargo se recomienda inspecciones periódicas, ya que el costo de

inspección es bajo existiendo la posibilidad de realizar la inspección sin detener todo el

proceso.

117

6.4 Bombas de pasta

En este caso se analizará la conveniencia o no de dejar armar sistemas en stand by en

las bombas presentes a lo largo de todo el sistema productivo. En este caso se hizo el

análisis con la Bomba mezcladora, por ser esta una de las bombas con menos

disponibilidad y ya que al estar en la cabecera de la máquina papelera, no existen

estanques de acumulación de pasta entre esta y la máquina papelera, una falla en esta

bomba implica la falla inmediata de todo el sistema productivo. En este caso el análisis

será redundando la bomba por una de igual características, donde una funcionará y la

otra quedará en stand by hasta que la otra bomba falle.

Ilustración 27: Nuevo Diagrama Lógico Bomba de pasta con bomba de respaldo en Standby.

En este caso como se mantendrá una bomba en Stand by, y el MTTR es despreciable en

comparación con el MTBF entonces la disponibilidad de este sistema nuevo será A=1.

118

6.4.1 Análisis de las fallas

Durante el periodo de evaluación la bomba mezcladora presentó 14 fallas. Con el

software @RISK5 se pueden modelar las fallas de la bomba mezcladora y buscar la

distribución de probabilidad que más la representa. En este caso la función que modela el

comportamiento es una función exponencial con tasa de falla constante , lo

cual muestra una esperanza en el funcionamiento de la bomba de 2012,8 horas.

5,0% 90,0% 5,0%5,4% 94,4% 0,2%

0,11 12,84

-2 0 2 4 6 8 10 12 14

Values in Thousands

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

Valu

esx

10^

-4

Fit Comparison for Dataset 4RiskExpon(2012,8)

Input

Minimum 112,0000Maximum 12835,2000Mean 2012,8000Std Dev 3690,9041Values 14

Expon

Minimum 0,0000MaximumMean 2012,8000Std Dev 2012,8000

Grafico 7: Distribución Exponencial de fallas Bomba mezcladora.

5 @RISK for Excel. Version 5.5. Copyright 2009, Paladise Corporation. Es un add-in para MicrosoftExcel que permite modelar distribuciones a partir de un conjunto de datos.

119

Como se puede ver en la distribución en el modelo generado por @RISK6 se aprecia que

gran parte de las fallas, más del 20%, se producen prácticamente después de ser

reparada lo que da cuenta de la falta de anticipación a la falla por parte del departamento

de mantención, ya que cuando esta se presenta sólo se dispone de medidas provisorias

en primera instancia, luego de esta reparación se planifica y realiza una reparación

definitiva. Una vez que se superan estas fallas de juventud por reparaciones mal

efectuadas la bomba falla por desgaste debido al funcionamiento.

Los modos de falla de la bomba se pueden resumir en la siguiente tabla:

Modo de falla. Tiempo de ocurrencia

después de la reparación.

Porcentaje de ocurrencia

Falla después de la

reparación, debido a una

reparación provisoria

defectuosa.

0-200 horas. 22%

Falla por problemas de

operación. Por ejemplo

obstrucción.

En cualquier momento. No Disponible.

Falla por desgaste de la

bomba.

1000-13000 horas. 60,7%

Tabla 13: Modos de fallas Bomba mezcladora.

Como se puede observar la mayoría de las fallas en la bomba se producen por el

desgaste de la misma, por lo cual aparece como una opción interesante el sistema en

stand-by. Ya que permitiría funcionar a la bomba hasta que falle por desgaste y operar

con la bomba en stand by a la empresa normalmente mientras se planifica y se realiza la

6 @RISK for Excel. Version 5.5. Copyright 2009, Paladise Corporation. Es un add-in para MicrosoftExcel que permite modelar distribuciones a partir de un conjunto de datos.

120

reparación definitiva del sistema principal, eliminando definitivamente este porcentaje tan

significativo de las fallas y permitiendo que el sistema productivo opere normalmente sin

notarlo en su disponibilidad, mientras está siendo reparada.

6.4.2 Costos globales actuales

Para calcular los costos globales actuales ocuparemos la siguiente expresión.

Donde

n= Periodo de evaluación en este caso 2 años.

i= Tasa de descuento 5%.

En este caso como la bomba que está en modo stand by es de las mismas características

de la bomba principal, los costos operacionales no son una variable de decisión. Por lo

tanto por simplicidad se asumen constantes.

Donde es la disponibilidad esperada

=$1.344.600 pesos anuales

Entonces el costo global de esta alternativa evaluada en 2 años es:

121

Además de un aumento en la producción anual de papel en 10 toneladas.

6.4.3 Costos globales nueva opción

Para calcular los costos globales actuales se ocupará la siguiente expresión.

Donde

n= Periodo de evaluación en este caso 2 años.

i= Tasa de descuento 5%.

En este caso como la bomba que está en modo stand by es de las mismas características

de la bomba principal, los costos operacionales no son una variable de decisión. Por lo

tanto por simplicidad se asumen constantes.

Donde es la disponibilidad esperada del nuevo sistema, la cual se determina en

, producto de la redundancia total de las bombas.

122

Entonces el costo global de esta alternativa es:

La nueva alternativa produce beneficios a mediano plazo, con un periodo de evaluación

mayor que los casos anteriores al segundo año ya se justifica la inversión.

Esta nueva alternativa permite el aumento de la producción anual en 11 toneladas de

papel.

6.4.4 política de mantención adecuada

Eliminando las fallas producto de la mala reparación obtenemos un comportamiento con

distribución de probabilidad exponencial negativa, con una tasa de falla constante

y esperanza de buen funcionamiento MTBF de 3360 [Hrs].

123

5,0% 90,0% 5,0%10,1% 87,7% 2,2%

0,36 12,84

-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16Values in Thousands

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Valu

esx

10^

-4

Fit Comparison for Dataset 4RiskExpon(3360)

Input

Minimum 358,4000Maximum 12835,2000Mean 3360,0000Std Dev 4522,3756Values 8

Expon

Minimum 0,0000MaximumMean 3360,0000Std Dev 3360,0000

Grafico 8: Distribución Exponencial de fallas Bomba de mezcladora, eliminando fallastempranas.

En el caso de la mantenibilidad de este componente, se observa que el componente tiene

una distribución normal de media 5,99 [Hrs] y una desviación estándar de 2,35 [Hrs].

124

5,0% 90,0% 5,0%20,0% 78,3% 1,7%

1,00 8,00

-4 -2 0 2 4 6 8 10

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

Fit Comparison for Dataset 5RiskNormal(2,9833;2,3558)

Input

Minimum 1,0000Maximum 8,0000Mean 2,9833Std Dev 2,3558Values 15

Normal

MinimumMaximum +Mean 2,9833Std Dev 2,3558

Grafico 9: Distribución Normal en tiempos de mantención de fallas Bomba mezcladora.

Para el caso de este componente presenta una tasa de falla constante por lo cual se

determinó que lo mejor sería aplicar políticas correctivas, es decir, operar hasta que el

elemento falle debido a que la falla es “impredecible” por estar asociada a fenómenos

casuales, además en este caso el tiempo de reparación MTTR es despreciable con

respecto al tiempo esperado de buen funcionamiento MTBF, por lo cual en caso de

presentarse una falla en el sistema principal, se podrá operar con el sistema que queda

en stand by mientras el sistema principal es reparado.

Ahora si bien es cierto que la falla puede ocurrir en cualquier momento producto del azar,

es posible determinar ciertas variables o señales de alarma que el componente pueda

entregar con un tiempo adecuado para que permita tomar acciones. Es por esto que se

recomienda revisar periódicamente que los caudalímetros y manómetros se encuentren

en buen estado, ya que permitirán reducir las fallas producto de la operación o anticiparse

125

a una falla producto del desgaste de las bombas, con esto se podría avanzar de

mantenimiento correctivo a mantenimiento basado en condición.

126

CONCLUSIONES

Del estudio realizado fue posible la creación de una base de datos de los equipos y

componentes del sistema productivo. Con la cual es posible determinar la mantenibilidad

y confiabilidad, y podrá ser utilizado por la empresa para analizar posibles mejoras en

instalaciones, buscando la redundancia de equipos o mejoras en los equipos ya

instalados. Una vez realizado el análisis de confiabilidad de los componentes, modelando

sus distribuciones de fallas se observa que existe una tendencia que se repite en todos

los componentes analizados, que es el importante porcentaje, sobre el 20%, de fallas

inmediatamente después de que el componente es reparado (menos de 24 horas), lo cual

da cuenta de la prácticamente nula planificación de las mantenciones. Realizando por lo

general una mantención de emergencia provisoria y posteriormente una mantención

planificada. Por otra parte la mantenibilidad de los componentes presenta una alta

desviación estándar, a veces incluso mayor que el promedio, por lo cual se corrobora el

análisis anterior. Con la creación de esta base de datos en donde se dispone del tiempo

esperado de buen los componentes de la línea, lo cual permitirá al departamento de

mantención planificar sus operaciones en base a estos tiempos. La información acerca de

la confiabilidad, mantenibilidad obtenidos a partir de la base datos obtenidas también

servirán a la empresa para conocer si el departamento de mantenimiento en el tiempo

mejora su respuesta y eficiencia lo cual se vera reflejado claramente en la reducción del

tiempo promedio y desviación estándar de las intervenciones, lo cual indicara si las

decisiones tomadas en esta área están en la dirección correcta.

Con los datos de confiabilidad, mantenibilidad y disponibilidad de los equipos, fue posible

evaluar distintas alternativas para analizar una serie de equipos críticos, utilizando la

metodología de buscar el menor costo global. Si bien realizar inversiones en equipos

completos en algunos casos disminuye los costos globales, existe también otros casos en

que la inversión en capital fijo es demasiado alta que no es rentable en el en el mediano

plazo, por lo cual se deben buscar otras mejoras mas acorde con la realidad de la

empresa. Se analizaron distintas situaciones, tales como remplazar el equipo por uno más

eficiente con lo cual se disminuirían los costos operacionales y mejorara la disponibilidad

de estos. También realizar mejoras a equipos ya instalados que permitan disminuir los

costos operacionales y de ineficiencia. Por ultimo la redundancia total de un equipo por

127

otros de iguales características buscando disminuir los costos de ineficiencia. Con el

análisis de posibles cambios en los equipos críticos, es posible que la empresa aumente

su producción en cerca de 100 toneladas de papel al año, lo cual representa un 2% de la

producción anual. Cabe destacar que el análisis solo se realizo a 4 equipos críticos, que

representaban mas del 25% del total de las horas de ineficiencia de la empresa, pero que

es extensible a todos los equipos de la línea de producción pudiendo ser aun mayor el

aumento de producción y disminución de los costos globales de la empresa en su

conjunto.

Es importante también que los equipos cuenten con la instrumentación adecuada y que

esta sea conocida y controlada por los operarios de las instalaciones. La inversión en

instrumentación es despreciable en comparación con la inversión en los equipos y

permiten la correcta operación de estos, el aumento de la vida útil y el buen

funcionamiento global de la empresa.

Por ultimo para que estos proyectos de mejora se realicen es necesario contar con un

departamento de mantención mecánica eficaz y eficiente, que permita a su gente

distribuirse en equipos multidisciplinarios de trabajo. Lo cual permitirá el normal

funcionamiento de la empresa, realizando mantenciones de emergencia necesarias,

mientras además se realizan trabajos de mejora en las instalaciones y disminución de

costos globales. Lo cual permitirá a mediano plazo producir mas y de mejor manera.

128

BIBLIOGRAFÍA.

ARATA, Adolfo y FURNALETTO, Luciano. MANUAL DE GESTION DE ACTIVOS Y

MANTENIMIENTO, RIL Editores, 2005.

ARATA, Adolfo y STEGMAIER, Raúl. Estrategias de Mantención. En: ARATA, Adolfo y

FURNALETTO, Luciano. MANUAL DE GESTION DE ACTIVOS Y MANTENIMIENTO, RIL

Editores, 2005.

CAMPBELL, Jhon. MANUAL DE CONFIABILIDAD, PRICEWATERHOUSECOOPERS.

INTRODUCCION AL MANTENIMIENTO BASADO EN CONFIABILIDAD, ALADON LTD,

2001.

Carlos Orlando Donoso Ramírez. NUEVO LAYOUT PARA EMPRESA DE CARTONES

SCHORR Y CONCHA S. A. Memoria (Ingeniería Civil Industrial). Curicó. UTAL, Escuela

Ingeniería Civil Industrial, 2003.

Neira Neira Francisco Javier. DISEÑO LOGICO DE UN SISTEMA DE INFORMACION

PARA EL APOYO DE LA MANTENCION DE LA INDUSTRIA SCHORR Y CONCHA S. A.

Memoria (Ingeniería Ejecución Mecánico). Curicó. UTAL, Escuela Ingeniería Mecánica,

2002.

Francisco Antonio Sepúlveda González. PLANIFICACION DEL MANTENIMIENTO EN

COMPAÑÍA PAPELERA DEL PACIFICO S. A. APOYADO POR MPX MANTEC. Memoria

(Ingeniería Ejecución Mecánico). Curicó. UTAL, Escuela Ingeniería Mecánica, 2006.

http://www.solomantenimiento.com/

http://www.fi.uba.ar/materias/7153/pub/06Compras%20y%20Mantenimiento/06-teo-

mantenimiento-030813.doc

129

ANEXOS

Anexo 1: Datos obtenidos para Hidropulper

Fecha Turno Maestro Componente Duración Observaciones27/01/2005 Pulper 3:05:0028/01/2005 Pulper 3:00:0022/03/2005 Pulper 1:2507/04/2005 Pulper 1:5525/04/2005 Pulper 4:1507/10/2005 Pulper 2:3521/03/2006 Pulper 3:0022/03/2006 Pulper 3:0026/04/2006 Pulper 312:00:00 Falla Estructural04/09/2006 Pulper 1:3005/09/2006 Pulper 2:0006/01/2007 2 2 Pulper 2:00 Panne de Pulper25/02/2007 1 2 Pulper 7:1021/03/2007 2 3 Pulper 2:00 Rejilla12/05/2007 Pulper 2:3030/06/2007 1 5 Pulper 4:4009/07/2007 1 1 Pulper 5:10 Mantención10/07/2007 2 5 Pulper 8:00 Mantención23/04/2008 2 5 Pulper 1:50 Problemas eléctricos en el Pulper

MTTR 19:31 HorasMTBF 65,6666667 Días

Disponibilidad 98,69%

130

Anexo 2: Datos obtenidos para Bombas de Vacío

Fecha Turno Maestro Componente Duración Otros

21/02/2005Bomba Voith(vacio) 0:20

05/04/2005Bomba Voith(vacio) 6:40

06/04/2005Bomba Voith(vacio) 17:15

09/08/2005Bomba Voith(vacio) 1:00

31/08/2005Bomba Voith(vacio) 0:55 Correa

01/09/2005Bomba Voith(vacio) 24:00:00 Se quebró el eje

03/09/2005Bomba Voith(vacio) 0:20 Se revisa

11/11/2005Bomba Voith(vacio) 16:00 Se revisa y después se corta el eje

12/11/2005Bomba Voith(vacio) 1:30

21/11/2005Bomba Voith(vacio) 0:15 Se pierde succión

21/11/2005Bomba Voith(vacio) 0:25 Se pierde succión

01/06/2006Bomba Voith(vacio) 0:20 Arreglar Correas

07/06/2006Bomba Voith(vacio) 8:35 Panne motor

08/09/2006Bomba Voith(vacio) 6:00

24/01/2007 2 2Bomba Voith(vacio) 1:50 Se cambia

25/01/2007 1 3Bomba Voith(vacio)

Se cae el térmico en 3oportunidadesBomba de vacio sobredimensionada.

26/01/2007 1 3Bomba Voith(vacio) 1:15 se quiebra bomba de remplazo

27/01/2007 1 3Bomba Voith(vacio)

Se cae el térmico en 3oportunidadesBomba de vacio sobredimensionada.

131

29/01/2007 1 5Bomba Voith(vacio) 6:15

Cambio de correas de la bomba yPreparar maquina

19/02/2007 2 2Bomba Voith(vacio) 8:30 Se cortan las correas

15/03/2007 2 5Bomba Voith(vacio) 0:25

03/04/2008 1 2Bomba Voith(vacio) problemas

MTTR 5:21 HorasMTBF 54,1428571 DíasDisponibilidad 99,56%

132

Anexo 3: Datos obtenidos para Fiberizer

Fecha Turno Maestro Componente Duración Otros29/11/2006 Fiberizer 3:10 Se tapo05/02/2007 1 1 Fiberizer 4:50 Panne de fiberizer05/02/2007 3 5 Fiberizer 5:0520/02/2007 3 3 Fiberizer 0:15 Se cortan las correas08/04/2008 1 5 Bomba Bajo Pulper 4:55 Se revisa También el Fiberizer

MTTR 3:39 HorasMTBF 124 DíasDisponibilidad 99,87%

133

Anexo 4: Datos obtenidos para Bomba Mezcladora

Fecha Turno Maestro Componente Duración Otros

28/01/2005BombaMezcladora 3:00 Revisar

07/02/2005BombaMezcladora 8:00 Se cambia

18/02/2005BombaMezcladora 1:20 se revisa

08/03/2005BombaMezcladora 1:35

15/03/2005BombaMezcladora 1:30 Revisar

14/04/2005BombaMezcladora 2:00 revisar

21/04/2005BombaMezcladora 1:00 Destapar

11/05/2005BombaMezcladora 1:00 Se aprovecha de revisar por falta de material.

16/05/2005BombaMezcladora 1:30 Se cambia

08/08/2005BombaMezcladora 1:35

04/03/2007 1 3BombaMezcladora 1:45 Se tapo, junto con depuradores y molinos.

11/02/2008 1 1BombaMezcladora 8:00

Mantención Cambio de Bomba, Cambio depaño secador superior.

12/05/2008 1 2BombaMezcladora 4:45

28/05/2008 1 1BombaMezcladora 4:40

09/07/2008 3 5BombaMezcladora 3:05

MTTR 2:59 HorasMTBF 89,8571429 DíasDisponibilidad 99,85%