UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA DEPARTAMENTO 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
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Diseño de Un Plan de Mantenimiento Basado en Confiabilidad en La Empresa Papelera Schorr y Concha S.a. Autor Schorr Rivera, Jorge Ernesto
Tesis para optar al título de ingeniero civil industrial. El mantenimiento es un area muy importante a nivel industrial, es un factor de competencia y eficiencia, por ello se hace imprecindible contar con un adecuado plan de mantención de equipos y maquinaria y mitigar las detenciones imprevistas. En esta memoria de título se muestra como elaborar un plan de mantencion basada en confiabilidad para los equipos de una destacada empresa del rubro de la celulosa.
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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
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%
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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.
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• 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
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.
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.
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MANTENIMIENTO, RIL Editores, 2005.
ARATA, Adolfo y STEGMAIER, Raúl. Estrategias de Mantención. En: ARATA, Adolfo y
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INTRODUCCION AL MANTENIMIENTO BASADO EN CONFIABILIDAD, ALADON LTD,
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Carlos Orlando Donoso Ramírez. NUEVO LAYOUT PARA EMPRESA DE CARTONES
SCHORR Y CONCHA S. A. Memoria (Ingeniería Civil Industrial). Curicó. UTAL, Escuela
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Neira Neira Francisco Javier. DISEÑO LOGICO DE UN SISTEMA DE INFORMACION
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Memoria (Ingeniería Ejecución Mecánico). Curicó. UTAL, Escuela Ingeniería Mecánica,
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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.
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.