Universidad de Chile

Facultad de Ciencias Fısicas y Matematicas

Departamento de Ingenierıa Mecanica

ME57A Mantencion de Maquinarias

Informe N◦3: Mantencion de un Compresor de

tornillo Fiac V25

Profesor: Rodrigo Pascual J.

Grupo Na 8

Pilar Henriquez

Pablo Saide

Arturo Searle

Juan Toro

12 de noviembre de 2006

Indice

1. Resumen 1

2. Introduccion 2

2.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

3. Descripcion de la empresa 3

4. Descripcion del equipo 4

5. Diagrama funcional de bloques 7

6. Condiciones Actuales. 9

6.1. Condiciones de Operacion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

6.2. Condiciones de Mantencion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

7. Analisis de Modo de Falla. 11

8. Arboles de Falla 14

9. Analisis de Costo de Falla 22

10.Analisis de Pareto 26

11.Diagrama λ-MTTR 29

11.1. Comentarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

12.Analisis Bibliografico 32

12.1. Resumen de Papers estudiados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

12.1.1. Resumen de “Control of wear applied to compressors: trends in lubricant analy-

sis”, ref:[1]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

1

12.1.2. Resumen de “Beyond air leaks - How to compressed air system analysis?”, ref:[2]. 32

12.1.3. Resumen de “Failure of a screw compressor shaft”, ref:[3]. . . . . . . . . . . . . 33

12.2. Comentarios y Utilidad de los Papers citados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

12.2.1. “Control of wear applied to compressors: trends in lubricant analysis”, ref:[1]. . . 33

12.2.2. “Beyond air leaks - How to compressed air system analysis?”, ref:[2]. . . . . . . 33

12.2.3. “Failure of a screw compressor shaft”, ref:[3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

13.Memoria de calculo de costo por modo de falla 35

13.1. Costo de falla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

13.2. Costo de intervencion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

13.3. Costo de almacenamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

13.4. Costos Globales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

14.Arbol de Mantenimiento. 38

14.1. Comentarios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

15.Modelo de Weibull para modo de falla Crıtico 40

15.1. Test de Kolmogorov-Smirnov para datos originales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

15.2. Estimacion con datos modificados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

15.3. Test de Kolmogorov-Smirnov para datos modificados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

15.4. Analisis de Sensibilidad del error cuadratico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

15.5. Comentarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

16.Curvas de Confiabilidad, MTBF y tasa de fallas 46

16.1. MTBF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

16.2. Curva de Confiabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

16.3. Curva de tasa de fallas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

16.4. Funcion de probabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

16.5. Comentarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

17.Overhauls y reemplazo 50

17.1. Comentarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

18.Definicion de estrategia optima de mantencion 53

18.1. Mantencion preventiva vs correctiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

18.2. Mantencion predictiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

18.3. Comentarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

2

19.Planificacion PERT para Plan Preventivo Completo del Equipo 56

19.1. Comentarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

20.Gestion de Repuestos 60

20.1. Comentarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

21.Redundancia optima 63

21.1. Comentarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

22.Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad (RBM) 66

22.1. Constitucion de Grupos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

22.2. Etapas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

22.2.1. Etapa I: Estudio de la planta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

22.2.2. Etapa II: Analisis de fallas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

22.2.3. Etapa III: Elaboracion del plan tecnico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

22.2.4. Etapa IV: Optimizacion del Plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

22.2.5. Ahorro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

22.3. Comentarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

23.Mantenimiento TPM 70

23.1. Hoja de Inspeccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

23.2. Indicadores TPM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

23.3. Comentarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

24.Comentarios finales y conclusiones 74

24.1. Comparacion antes despues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

24.2. Ahorros obtenidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

24.2.1. Comentarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

24.3. Conclusiones finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

25.Bibliografıa 77

A. Disponibilidad Optima para Maximizar Utilidades. 78

A.1. Comentarios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

A.2. Comentarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

Capıtulo 1

Resumen

Para llevar a cabo este proyecto, lo primero que se hizo fue seleccionar un equipo crıtico en la funcion

de produccion de una empresa. En el caso de la empresa Soinsa Ltda, los productos son terminados una

vez que se pintan. Por lo tanto la planta de pintura resulta crıtica en la lınea de produccion. A su vez

la planta de pintura cuenta con un sistema neumatico para las pistolas de pintura, por lo que el equipo

crıtico elegido fue el compresor de la planta de pintura

Una vez seleccionado un equipo critico en la lınea de produccion, se hizo la recopilacion de datos de

las fallas del compresor, mediante una entrevista con el operario a cargo.

Luego de la recopilacion de datos de falla, se analizaron los modos de falla, su efecto y su criticidad

en el equipo, definiendo los arboles de falla del equipo y finalmente los modos de falla crıticos. Los

modos de falla critico fueron identificados a traves de los analisis de Pareto y del diagrama λ - MTTR.

Luego de obtener el modo de falla critico, se ajusto el modelo de Weibull, obteniendose los parametros

β = 1,257 y γ = 16 [hr]. Este modelo fue validado a traves del Test de Kolmogrov-Smirnov.

A partir de lo anterior se determinaron las curvas de confiabilidad, el tiempo medio entre fallas y la

tasa de fallas.

Luego se definio la estrategia optima de mantenimiento, esto a partir de los costos de falla correctivos

y preventivos. Se obtuvo que la estrategia optima era hacer mantencion preventiva cada 8 dıas.

Luego se definio una gestion de repuestos para mantenimiento preventivo, la cual si es aplicada

correctamente, disminuye considerablemente los costos de falla.

Otra forma de minimizar costos de falla es la redundancia de equipos, obteniendose para este caso

que el mınimo costo se tenıa para dos equipos, considerando mantenimiento correctivo.

Finalmente se proponen dos alternativas para la empresa:

1. Se implementa un plan de mantenimiento preventivo con la gestion de repuestos

2. Se adquiere otro compresor de las mismas caracterısticas y se continua actuando correctivamente.

1

Capıtulo 2

Introduccion

2.1. Introduccion

Hoy en dıa las industrias en el mundo poseen gran cantidad de maquinaria, las cuales son funda-

mentales para el proceso de produccion. Por lo tanto se requiere que operen en todo momento y de la

manera mas eficiente posible. Para ello se deben tener planes de mantencion adecuados que permitan

a la maquina trabajar sin problemas.

En este trabajo se analizaran los procesos de operacion y mantencion de un compresor de tornillo.

Para ello se utilizaran metodos aprendidos durante el curso que permiten entregar un plan de mantencion

adecuado a la maquina, para ası reducir las fallas y por ende disminuir los costos que produce esta al

encontrarse detenida.

2.2. Objetivos

Reconocer las partes de un compresor de tornillo FIAC V25 y aprender su funcionamiento, para

poder reconocer las fallas que puedan existir.

Desarrollar un plan de mantencion para la maquina a estudiar y aprender sobre la metodologıa a

seguir para lograrlo.

Comparar el plan de mantencion actual de la empresa SOINSA S.A. con el realizado, y ası poder

apreciar si el plan realizado disminuye los costos.

2

Capıtulo 3

Descripcion de la empresa

Soinsa es una empresa que vende y arrienda equipos para construccion, tales como andamios, encofra-

dos, alzaprimas, apuntalamiento, moldajes y accesorios como abrazaderas (fijas y giratorias), niveladores

y tablones metalicos. Esta empresa tiene la particularidad de fabricar gran parte de sus productos en

Chile. Estos productos son fabricados en una maestranza, y el material utilizado para poder fabricar los

productos corresponde a un acero SAE 1020 y es de origen Brasilero, Aleman y Argentino.

La maestranza se encuentra ubicada en la comuna de Renca, en la cual trabajan cerca de 30

personas, las cuales se dedican netamente a la fabricacion. En esta fabrica existen modernos sistemas

de fabricacion, tales como: maquinaria de ultima generacion (plegadoras numericas, prensas, tornos,

fresas, cortadoras de tubos de acero, etc.), soldadura al arco tipo MIG y una moderna planta de pintura

electrostatica en polvo unica en el mercado de la construccion. En esta planta de pintura, se pinta todo

el material fabricado de un color azul brillante, el cual caracteriza a la empresa.

Esta empresa empezo a fabricar y a alquilar equipos de construccion hace aproximadamente 17 anos,

y en estos momentos ellos pueden abastecer desde los modelos mas basicos para la industria o el taller,

hasta la mas compleja implementacion para obras de ingenierıa.

A continuacion se muestra en forma gruesa, las divisiones que tiene la fabrica en el trabajo del

material, desde que llega el acero hasta el despacho del producto:

Figura 3.1: Estructura de trabajo de la empresa.

3

Capıtulo 4

Descripcion del equipo

La maquina a analizar corresponde a un compresor de tornillo marca Fiac modelo V25, que se

encuentra en la seccion de pintura de la empresa.

La funcion del compresor es la de proporcionar aire a presion a las pistolas de pintura electrostatica

de la planta de pintura. Sin el compresor las pistolas no funcionan y por ende la planta debe dejar

de funcionar, debido a que no existe en la fabrica otro compresor que genere la presion necesaria para

que funcionen las pistolas. Esto implica necesariamente que no se puede despachar material, lo que

interrumpe la lınea de produccion. Por lo tanto este compresor es fundamental en el area de produccion

dentro de la empresa.

Los datos principales de la maquina se muestran en la siguiente tabla:

Tabla 4.1: Datos principales del compresor FIAC V25.

Fecha inicio de operacion 16-01-2004

Largo/Ancho/Alto 825/720/1030 mm

Volt/Hz 400/50

Presion maxima 10 bar

Potencia de entrada 21,3 KW

Potencia de salida 18,5 KW

Peso 280 kg

Costo inicial US$ 12000

4

El funcionamiento de la maquina se puede apreciar en la siguiente figura:

Figura 4.1: Sistema motriz compresor de tornillo FIAC V25.

5

Todo este sistema se encuentra en una caja metalica, y en un costado de esta se encuentra el

estanque de 500 lt., el cual contiene el aire comprimido. En el otro costado del compresor, se encuentra

el secador de aire. Para tener una idea de como es la caja que contiene al compresor, se muestra la

siguiente figura:

Figura 4.2: Compresor de tornillo FIAC V25.

6

Capıtulo 5

Diagrama funcional de bloques

A continuacion se muestra el diagrama funcional de bloques del compresor, que indica los compo-

nentes y como funciona la maquina. Ademas permite ver los tipos de fallas que puede tener, ya que

cada flecha es una conexion y por ende si una de estas se corta, la maquina falla.

Figura 5.1: Diagrama funcional de bloques.

Los sistemas de conexion como la correa de transmision, el flexible y los tubos de cobre, son de gran

7

importancia debido a que en ellos se pueden producir fallas que produzcan que algun fluido no llegue a

una seccion en particular. Esta maquina trabaja con dos fluidos muy distintos como lo son el aceite y el

aire, por ende los sistemas de conexion deben ser distintos.

8

Capıtulo 6

Condiciones Actuales.

6.1. Condiciones de Operacion.

El compresor opera en la planta sin la necesidad de algun operario. Durante la semana, de lunes a

viernes, el compresor se enciende al inicio de la jornada y opera un total de 7 horas. Sin embargo, este

nivel de funcionamiento puede cambiar debido a que la produccion fluctua dentro del ano, llegando a

trabajar entre 3 a 4 dıas a la semana, dentro de perıodos de baja produccion; como tambien existen

jornadas en que el compresor opera horas extras.

6.2. Condiciones de Mantencion.

En el compresor se realiza solamente mantencion de tipo correctiva, existiendo un procedimiento

segun el tipo de falla presente.

Este procedimiento tiene relacion con quienes realizan la mantencion, dividiendose segun las sigu-

ientes categorıas:

Tecnicos de la planta, que actuan cuando las fallas son menores (cable termocupla desoldado,

falta de aceite, soldar aspa de ventilador). Generalmente, el tiempo que toma el arreglo de la falla

va entre 3 a 4 horas. Actualmente existe un equipo de 2 tecnicos y 2 obreros para realizar esta

labor.

Tecnicos externos a la planta, los cuales son llamados cuando el compresor presenta fallas por

ruptura de flexibles o correas en malas condiciones. Generalmente, el tiempo que toma el arreglo

de la falla va entre 1 a 2 dıas.

9

Tecnicos de empresa representante de compresor, que son llamados cuando el compresor presenta

un mal funcionamiento general, que no esta asociado a algun aspecto tecnico comun. Para este

caso, la empresa representante se lleva el compresor por 1 semana, dejado uno de reemplazo.

Se resuelve el problema y ademas se realiza un chequeo general a todos los componentes del

compresor.

10

Capıtulo 7

Analisis de Modo de Falla.

Se realizo un analisis de modo de falla del compresor a partir de la informacion recopilada de

operadores de la planta y del manual del equipo.

Para definir la gravedad de una falla presente en el compresor se tomo en cuenta la matriz de

criticidad, senalada en la siguiente figura:

Tabla 7.1: Matriz de Criticidad.

Indice de gravedad Criterio Indice de frecuencia Criterio

1 detencion ≤ 1 horas 1 ≤ 1 vez cada 18 meses

2 detencion ≤ 4,5 horas 2 ≤ 1 vez cada 9 meses

3 detencion ≤ 6 horas 3 ≤ 1 vez cada 7 meses

4 detencion ≤ 8 horas 4 ≤ 1 vez cada 5 meses

5 detencion ≥ 9 horas 5 ≥ 1 vez cada 3 meses

Para definir el ındice de gravedad se normalizaron los tiempos de detencion por el valor mas alto

asociado a una falla del compresor. Luego, para obtener la escala de 1 a 5, se multiplicaron los val-

ores anteriores por 5 y se aproximaron al entero mas cercano, asociando los rangos de tiempos segun

corresponde a los tipos de fallas.

De manera analoga, para definir el ındice de frecuencia se normalizo de la misma manera. Para

determinar el criterio, se tomo en cuenta que el compresor lleva operando aproximadamente 27 meses,

con lo que se calcularon las frecuencias de las fallas durante este perıodo, asociando los rangos de

frecuencias segun corresponde a los tipos de falla.

El valor asociado a la gravedad de la falla, para el analisis FMECA se obtiene multiplicando el ındice

de gravedad con el ındice de frecuencia definidos.

En las siguientes tablas se senala el analisis FMECA de modos de falla del compresor.

11

Tabla 7.2: FMECA de modos de falla.

Subsistemas Funcion Modo de Causas Efectos Locales Efectos de Efectos Metodos de Acciones Gravedad

Falla Nivel Superior Finales Deteccion Correctivas (1 a 25)

Contactor Dar la Falla Suministro Compresor no Compresor no Compresor No se Revision 8

partida al electrica energıa, opera opera no opera enciende el completa a

compresor falla compresor sistema

interna electrico

del equipo

Motor Impulsar Falla motor Suministro Tornillo y Ruptura de Aire no se Compresor Reparacion 5

Electrico tornillo y energıa, ventilador no correas de comprime, se apaga del motor y

ventilador falla giran transmicion Radiadores correas

interna no se

ventilan

Sobrecarga Sobrecarga Motor se Ruptura de Aire no se Compresor Eliminar 5

del motor detiene correas de comprime, se apaga sobrecarga

transmicion Radiadores

no se

ventilan

Sistema Permitir la Ruptura de Desgaste, Tornillo y Sistema Compresor Compresor Reeplazar 2

transmision operacion correas de sobrecarga ventilador no electrico no opera no opera, se correas de

de tornillo transmision giran apaga el abre y se ven transmision

y ventilador motor correas

cortadas

Aflojamiento Desgaste, Correas se Sistema Compresor Compresor Reeplazar 2

de correas sobrecarga salen de las poleas electrico no opera no opera, se correas de

poleas apaga el abre y se ven transmision

motor correas fuera

de posicion

Tornillo Comprimir Falta de Ruptura Aumento To Termostato Compresor Registro de Cambio 20

el aire que lubricacion flexible, aire-aceite detecta falla no opera termocupla flexible,

ingresa al consumo y apaga rellenar con

compresor de aceite compresor aceite

Fractura del Fatiga Aire no se Deterioro del Aire no se Aire no se Cambio 5

tornillo material comprime filtro comprime comprime tornillo

separador

Valvula Controlar el Ruptura de Desgaste Descontrol de Dano en el Deterioro Mal Cambio de 3

Aspiracion flujo de sellos de sellos, flujo de aire motor, del funcionami- sellos de

entrada de valvula cumplimi- de entrada al Ruptura de compresor ento del valvula

aire al ento vida compresor correas de compresor

compresor util transmision

Filtro Aire Limpiar el Exceso de Saturacion Entrada de aire Dano en Deterioro Inspeccion Cambio de 5

aire que impurezas filtros, muy tornillo del periodica de filtro

ingresa al cumplimi contaminado al compresor filtros

compresor ento vida equipo

util

Filtro Aceite Limpiar el Exceso de Saturacion Entrada de Ruptura de Deterioro Inspeccion Cambio de 8

aceite que impurezas, filtros, aceite muy flexibles, del periodica de filtro

se utiliza fuga en el cumplimi- contaminado al dano en el compresor filtros

para filtro ento vida equipo tornillo

lubricar util

tornillo

Filtro Separar el Exceso de Saturacion Aire Ruptura de Aire Inspeccion Cambio de 5

Separador aire-aceite impurezas filtros, comprimido flexibles, comprimido periodica de filtro

compri- cumplimi- contaminado dano radiador no apto filtros

mido ento vida de aceite y para uso

util aire industrial

Termostato Controlar la Cable Vibracio- No hay registro Compresor no Compresor Compresor Soldar 2

temperatu- desoldado nes, de temperatura opera no opera se apaga y cable de la

ra del condicio- no existe termocupla

aceite para nes am- registro de

lubricar bientales To

tornillo

12

Tabla 7.3: FMECA de modos de falla (continuacion).

Subsistemas Funcion Modo de Causas Efectos Locales Efectos de Efectos Metodos de Acciones Gravedad

Falla Nivel Superior Finales Deteccion Correctivas (1 a 25)

Radiador Enfriar Precencia Corrosion Perdida de Aumento To Compresor Compresor Reparacion 5

Aceite aceite de aceite en el aire-aceite no opera se apaga y o cambio

proveniente perforacio- equipo existe fuga del

del filtro nes aceite en el radiador,

separador radiador rellenar con

aceite

Incrusta- Acumula- Circulacion Lubricacion Aumento de Se apaga el limpieza o 5

ciones cion de defectuosa de deficiente To y compresor y cambio

al interior partıculas aceite en el compresor se ve un radiador

equipo no opera aumento en

To aceite

Radiador Enfriar aire Precencia Corrocion Perdida de aire Aire Almacena- Fuga aire Reparacion 5

Aire de y presion comprimido a miento o cambio

perforacio- temperatura deficiente del radiador

nes elevada(sobre de aire

10o de la comprimido

temperatura en estanque

ambiente)

Incrusta- Acumula- Circulacion Aire Almacena- Aumento To Limpieza o 5

ciones al cion de defectuosa de comprimido a miento aire cambio del

interior partıculas aire en el temperatura deficiente comprimido radiador

equipo elevada de aire para

comprimido almacenar

en estanque

Ventilador Ventilar Ruptura de Fatiga por Operacion Ruptura de Compresor Aspas Reposicion 4

radiadores aspas vibracion, defectuosa del algun flexible, no opera destruidas de aspa

de aceite y Desbalan- ventilador Ventilacion

aire ceo defectuosa de

ventilador radiadores

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Capıtulo 8

Arboles de Falla

El Analisis por Arboles de Fallas, es una tecnica deductiva que se centra en un suceso de falla

particular y proporciona un metodo para determinar las causas que han producido dicha falla.

Para el tratamiento del problema se utiliza un modelo grafico que muestra las distintas combinaciones

de fallos de componentes, cuya ocurrencia simultanea es suficiente para desembocar en un suceso de

falla.

Consiste en descomponer sistematicamente un suceso complejo en sucesos intermedios hasta llegar

a sucesos basicos, ligados normalmente a fallos de componentes, errores humanos, errores operativos,

etc. Este proceso se realiza enlazando dichos tipos de sucesos mediante lo que se denomina puertas

logicas que representan los operadores del algebra de sucesos.

Cada uno de estos aspectos se representa graficamente durante la elaboracion del arbol mediante

diferentes sımbolos que representan los tipos de sucesos, las puertas logicas y las transferencias o

desarrollos posteriores del arbol.

En las figuras siguientes, se muestran los arboles de falla deducidos a partir del FMECA elaborado

para el compresor en estudio.

14

Figura 8.1: Arbol de Fallas Compresor.

Figura 8.2: Arbol de Fallas Contactor.

15

Figura 8.3: Arbol de Fallas Motor Electrico.

Figura 8.4: Arbol de Fallas Transmision.

16

Figura 8.5: Arbol de Fallas Tornillo.

Figura 8.6: Arbol de Fallas Valvula de Aspiracion.

17

Figura 8.7: Arbol de Fallas Filtro de Aire.

Figura 8.8: Arbol de Fallas Filtro de Aceite.

18

Figura 8.9: Arbol de Fallas Filtro Separador.

Figura 8.10: Arbol de Fallas del Termostato.

19

Figura 8.11: Arbol de Fallas del Radiador de Aire.

Figura 8.12: Arbol de Fallas del Radiador de Aceite.

20

Figura 8.13: Arbol de Fallas del Ventilador.

21

Capıtulo 9

Analisis de Costo de Falla

Para la obtencion del analisis de costo de falla se usaron los datos de mantencion de la estadıa

completa del compresor en la fabrica, desde que llego el 16 de enero del 2004 hasta la fecha.

El historial de fallas en este perıodo es el siguiente:

Tabla 9.1: Historial de fallas del compresor Fiac V-25 en el perıodo desde 16 de Enero del 2004 hasta julio del 2006.

Fecha Falla Horas de detencion

09/03/2004 3 Correas de transmision del motor cortadas 5

11/03/2004 Sueltan correas de transmision del motor 3

15/05/2004 Cambio flexible por rotura 9

14/06/2004 Cambio flexible por rotura 5

12/07/2004 Cambio flexible por rotura 23

14/02/2005 Falta de aceite(To alta) y aspas ventilador del ventilador destruidas 5

04/03/2005 Falla contactor del panel electrico 9

07/06/2005 Falta de aceite(To alta) 4

15/07/2005 Falla contactor del panel electrico 5

13/08/2005 Falla contactor del panel electrico 9

08/02/2006 Cambio flexible por rotura 5

14/02/2006 Falta de aceite(To alta) 3

15/02/2006 Fuga de aceite en el filtro 9

17/02/2006 Cambio flexible por rotura y Falla electrica(cables pelados) 9

20/02/2006 Falla electrica(cable de la termocupla dessoldado) 4

06/03/2006 Falta de aceite(To alta) 8

07/03/2006 Falla electrica(cable de la termocupla dessoldado) 1

07/03/2006 aspas ventilador del ventilador destruidas 3,5

08/03/2006 Cambio flexible por rotura 4

13/03/2006 Cambio flexible por rotura 2

17/03/2006 Falta de aceite(To alta) 1

12/04/2006 Cambio flexible por rotura 9

18/04/2006 Cambio flexible por rotura 2

11/05/2006 aspas ventilador del ventilador destruidas 2

22

Con este historial de fallas, se pueden hacer graficos de la cantidad de fallas por componente, y de

horas promedio de detencion por cada falla, que se muestran en las siguientes figuras:

Figura 9.1: Contador de fallas para cada modo de falla, en el perıodo que lleva funcionando el compresor, indicado

anteriormente.

23

Figura 9.2: Horas de detencion promedio para cada modo de falla.

Considerando despreciables los costos de intervencion y almacenamiento, los costos totales por falla

son las horas totales por el factor 235.135 [pesos/hora], resultando el siguiente grafico de costos:

24

Costo total de falla por componente

$ -

$ 2.000.000

$ 4.000.000

$ 6.000.000

$ 8.000.000

$ 10.000.000

$ 12.000.000

$ 14.000.000

$ 16.000.000

$ 18.000.000

Correa detransmición

Flexible Falta de aceite Contactor Filtro de aceite Cable termocupla Aspas ventilador

Peso

s

Figura 9.3: Costos totales asociados a cada modo de falla.

En estos grafico se ve claramente cual es la falla crıtica, que es la rotura de los flexibles. Es crıtica

debido a que ocurre muy recurrentemente y ademas el tiempo que demoran en reparar la falla no es

despreciable, y en algunos casos puede llegar a parar la produccion por mas de 1 dıa.

25

Capıtulo 10

Analisis de Pareto

Este analisis busca encontrar las fallas crıticas en las cuales hay que centrarse. Para esto se confec-

ciono la siguiente tabla:

Tabla 10.1: Modos de falla junto a las horas de detencion y frecuencia.

i Modo de Falla Horas de detencion Numero de detenciones

1 Flexible 68 9

2 Contactor 23 3

3 Falta de aceite 21 5

4 Aspas ventilador 10,5 3

5 Filtro de aceite 9 1

6 Correa de transmision 8 2

7 Cable termocupla 7,5 2

Con esto se puede confeccionar la siguiente tabla, que da origen al analisis de Pareto, que se ve en

la figura que sigue. El analisis se hizo con las horas totales de detencion, debido a que para pasar a los

costos solo se debe multiplicar por un factor, con lo cual se obtendrıa el mismo analisis de Pareto.

Tabla 10.2: Tabla de confeccion del analisis de Pareto.

i ci Fi

Pci

PFi (1/ct)

Pci (1/Ft)

PFi

1 68 9 68 9 46% 36 %

2 23 3 91 12 62% 48 %

3 21 5 112 17 76% 68 %

4 10,5 3 122,5 20 83% 80 %

5 9 1 131,5 21 89% 84 %

6 8 2 139,5 23 95% 92 %

7 7,5 2 147 25 100% 100 %

Total 147 25

26

Figura 10.1: Analisis de Pareto, los puntos estan en orden creciente de i, para identificar cada modo ver tablas anteriores.

Al analizar el grafico anterior se ve que tiene 2 cambios de pendiente. Se cree que el cambio

importante es el que ocurre en el 50 % de las fallas, que corresponde al 62 % de los costos. Estas fallas

corresponden a rotura de los flexibles y a fallas en los contactores.

Se ve que la curva resultante no es la esperada, ya que el 80 % de los costos deberıa reflejarce en el

20 % de las fallas. Se cree que una de las razones para que no se de esto es que si se analiza, la falla de

ruptura de un flexible acumula el 36 % de las fallas totales de la maquina, luego nunca voy a llegar al

punto de tener 20% de las fallas.

Otra razon es la distribucion de los datos. En general, los horas de perdida de produccion van de

unas pocas horas a maximo 2 dıas. Esto es debido a que si la falla es mayor, el compresor es reemplazado

por la empresa que hace la mantencion. Luego los costos no estan acumulados en pocas fallas, sino que

estan mas distribuıdos. Es por esto que no se ve un gran cambio en la pendiente en el grafico.

A pesar de no obtener resultados satisfactorios en el analisis de Pareto, se puede ver que las fallas

27

de ruptura de los flexibles y falla en los contactores siendo la mitad de las fallas, acaparan mas de la

mitad de los costos, luego son las fallas mas crıticas.

28

Capıtulo 11

Diagrama λ-MTTR

Para la confeccion de este diagrama se uso la siguiente tabla:

Tabla 11.1: Modos de falla con su respectiva informacion para la confeccion del diagrama λ-MTTR.

tipo de falla Modo de Falla cantidad total de fallas tpo total de detencion (hrs) MTTR (hrs)

1 Flexible 9 68 7,56

2 Contactor 3 23 7,67

3 Falta de aceite 5 21 4,20

7 Cable termocupla 3 14 4,67

4 Aspas ventilador 3 10,5 3,50

5 Filtro de aceite 1 9 9,00

6 Correa de transmicion 2 8 4,00

Con esta tabla se puede calcular lo siguiente:

MTTR promedio: Se calcula ası:

MTTRpromedio =∑

i Di∑i λi

= 5,9[hrs] (11.1)

λpromedio: Se calcula como el promedio de los λ de cada modo. Con esto se obtiene λpromedio =

3,71.

No Disponibilidad al 80 %. Para esto se ordenan los tiempos totales por orden decreciente, se

calcula el tiempo acumulado, y se ve en donde cae el 80 % de este tiempo. Luego se interpola

para obtener el tiempo al cual se cumplirıa la No disponibilidad del 80 %. Con esto se obtiene un

tiempo total de detencion de 17.5 horas.

Con estos datos, se puede construir el diagrama λ-MTTR, presentado en la siguiente figura:

29

Figura 11.1: Diagrama λ-MTTR en escala log-log.

Con este diagrama, se pueden determinar cuales son los modos de fallas mas crıticos dependiendo

del criterio que se use. Los resultados son presentados en la siguiente tabla:

Tabla 11.2: Modos de falla crıtico bajo los distintos criterios.

Confiabilidad Disponibilidad Mantenibilidad

Flexible Flexible Flexible

Falta de aceite Falta de aceite Contactor

Contactor Filtro de aceite

11.1. Comentarios

A partir del diagrama λ-MTTR se puede ver el modo de falla de rotura del flexible aparece en en

todos los criterios como un modo de falla crıtico. Ademas, en general es uno de los mas alejados de las

30

lineas trazadas en el grafico, lo que implica que es mas crıtico que los demas.

La falta de aceite y el problema del contactor aparecen 2 veces dentro de la tabla de modos crıticos,

luego tambien se puede decir que son modos de falla a tomar en cuenta.

31

Capıtulo 12

Analisis Bibliografico

12.1. Resumen de Papers estudiados

A continuacion se muestra un resumen de los 3 principales papers encontrados, que pueden ser

considerados como un aporte tanto para el plan de mantencion como para la mantencion directa del

equipo.

12.1.1. Resumen de “Control of wear applied to compressors: trends in lubricant analysis”,

ref:[1].

El normal funcionamiento del equipo produce una gran cantidad de partıculas de distintos tamanos,

como resultado de los distintos tipos de desgaste. Para controlar la cantidad de desgaste, el parametro

mas importante en el analisis del lubricante es la concentracion de partıculas. La tendencia en el analisis

de lubricantes es usada para optimizar la mantencion en los compresores. En este sentido, se pueden

disminuir los costos de mantencion, ahorrar dinero, y obtener una mejor descripcion del estado del

equipo. En el laboratorio, la tendencia al desgaste de los compresores de tornillo han sido comparadas

con el funcionamiento de compresores en una planta industrial. Esta comparacion puede ser usada para

obtener la disfuncion en el funcionamiento. En la siguiente investigacion se describen las partes que

contribuyen al desgaste total. Mas aun se ha desarrollado una simulacion aplicada considerando las

condiciones medioambientales de la zona. Este modelo nos permite saber la relacion entre la falla y el

ambiente. Ademas se pueden conocer las fallas secundarias a partir de las fallas de desgaste primarias.

12.1.2. Resumen de “Beyond air leaks - How to compressed air system analysis?”, ref:[2].

En el medio industrial, el aire comprimido es considerado un sistema esencial para la operacion de

varios equipos herramientas e instrumentos, pero la minorıa es entendida en terminos del costo real de

tener, operar y mantener este sistema. ¿Cual es el costo del ciclo de vida de un sistema de este tipo?

¿Cuanto cuesta operar un compresor?

Un enfoque del sistema es necesario para obtener una vision general. Este articulo resumira una

vision general que se usa fundamentalmente en un nuevo diseno de un sistema existente para mejorar la

32

operacion y reducir el costo del ciclo de vida de un sistema de aire comprimido en un escenario industrial

en que se utilizan compresores de tornillo rotatorio. Este enfoque es presentado desde un punto de vista

del proceso y del sistema ingenierıa.

12.1.3. Resumen de “Failure of a screw compressor shaft”, ref:[3].

Los compresores de tornillo que son utilizados para producir aire tienen dos rotores. Una de las

principales causas de falla de estos compresores es la fractura del rotor. En esta investigacion, se estudian

las causas de la fractura del rotor hembra de un rotor despues de solo 603 horas de trabajo. Los

experimentos muestran que la principal causa de esta falla fue la fatiga debida al defecto en el sistema

de refrigeracion del compresor, lo que causo la expansion termal, contacto entre los rotores y finalmente

la fractura.

12.2. Comentarios y Utilidad de los Papers citados.

Algo importante de resaltar es que mediante los 3 papers citados, se tocan distintos puntos relevantes

a la hora de elegir un compresor de tornillo, tales como el lubricante a utilizar, condiciones de operacion

y fallas tıpicas de los mismos.

12.2.1. “Control of wear applied to compressors: trends in lubricant analysis”, ref:[1].

Dado que el modo de falla critico es la ruptura del flexible, y ademas que en la visita a la empresa

se pudo notar que el compresor presentaba perdidas de aceite, es muy importante estar al tanto del

efecto de los lubricantes sobre el desgate de el equipo. Este paper presenta un estudio de laboratorio y

lo compara con una instalacion industrial, lo que significa un gran aporte para la reduccion de costos de

mantencion y operacion del compresor en la empresa, ya que tambien relaciona el funcionamiento del

equipo con las condiciones medioambientales en que trabaja. Otro punto importante y de vital utilidad

es que permite conocer las fallas secundarias que se pueden tener a partir del desgaste presentado por

mala lubricacion del compresor de tornillo. La principal utilidad de este paper entonces es que permite

la seleccion de un lubricante optimo tomando en cuenta los efectos de los lubricantes, del ambiente y

del desgaste del equipo.

12.2.2. “Beyond air leaks - How to compressed air system analysis?”, ref:[2].

En este paper se presenta una vision general para mejorar la operacion y reducir el costo del ciclo de

vida del compresor. Dado que no existe un plan de mantenimiento y operacion definido en la empresa, este

paper puede ser de gran utilidad para realizar el diseno del sistema del compresor, obteniendose ademas

una planeacion optima de mantenimiento y reduciendo ası los costos de mantenimiento y operacion.

33

12.2.3. “Failure of a screw compressor shaft”, ref:[3].

Esta publicacion sirve para alertar al usuario del compresor de los posibles efectos que puede tener una

mala mantencion del sistema de refrigeracion. Los problemas de refrigeracion se deben principalmente a la

falta de aceite en el sistema, y como se menciono anteriormente, el modo de falla crıtico del compresor

es la rotura del flexible, con lo cual se tiene una gran perdida de aceite, presentando problemas de

refrigeracion en el tornillo. Ademas otra falla que se presenta en el equipo es la rotura o desbalanceo

del ventilador, esto implica indirectamente un aumento en la temperatura de operacion del tornillo pues

el aceite no se enfrıa optimamente y se empieza a acumular temperatura en el fluido, y posteriormente

en el tornillo. Por lo tanto la utilidad de este paper es advertir al usuario del compresor que ante alguna

falla que altere el sistema de refrigeracion se debe detener el equipo, para que no se fracture el tornillo.

34

Capıtulo 13

Memoria de calculo de costo por modo de falla

13.1. Costo de falla

Es la perdida producida por el hecho de que la maquina no esta operando por mientras se le hace

el mantenimiento.

En este caso si se considera que el sistema de produccion es un flujo en lınea, luego se ve que cuando

el compresor falla, la estacion de pintura falla, con lo cual se detiene la produccion.

El gerente comercial de la empresa proporciono el dato que el material se vende a 600 pesos el kilo.

El costo total para la empresa es de 180 pesos el kilo, luego cada kilo deja un excedente de 420 pesos.

Tambien se obtuvieron datos de produccion mensual, que en promedio es de 90 toneladas al mes en

promedio. Considerando que se trabaja 20 dıas al mes, 8 horas cada dıa, se obtiene una produccion

media de 562.5 [kilos/hora]. Considerando un margen de 420 [pesos/kilo] se obtiene una ganancia de

236.250 [pesos/hora]. Luego si el compresor esta detenido esta es la plata que deja de percibir la empresa

por hora de mantencion del compresor.

Ingresos no percibidos = 236,250[pesos/hora] (13.1)

La materia prima no utilizada serıa solo la electricidad, que tiene un costo de 50[pesos/kW hr]. El

equipo consume 21.3 [kW], luego se tiene que la materia prima no utilizada tiene un costo de 1065

[pesos/hora](casi despreciable al lado de los ingresos no percibidos).

Luego el costo de falla es:

Costo de falla = 235,185[pesos/hora] (13.2)

Este costo de falla es igual para todos los modos.

13.2. Costo de intervencion

Para las siguientes fallas es necesario llamar a un tecnico para que venga a hacer la reparacion, el

cual cobra 1UF la hora, equivalente a 18.000 [pesos/hora]

35

Ruptura de flexible

Falla del contactor

Filtro de aceite

Correa de transmision

Las demas fallas son reparadas por los operarios de la empresa y no representa un costo adicional,

esto debido a que si la fabrica no esta operando entonces los obreros no estan haciendo nada, luego no

lo saco del puesto de trabajo para que repare la maquina.

Para los costos de los repuestos de cada falla se obtuvieron los siguientes datos:

Correa de transmision: 5.000 pesos

Flexible nuevo: 8.000 pesos

Contacot: 4.000 pesos

Filtro de aceite 8.000 pesos

Aspas del ventilador: No tiene costo, ya que toman un trozo de acero sobrante y le dan la forma,

y luego lo soldan.

Cable de la termocupla: Solo se dessuelda, luego lo vuelven a soldar, lo que no tiene costo.

Como se puede ver, los costos de repuesto son despreciables al lado de los 230.000 pesos por hora

que se pierde por mantencion de la maquina.

13.3. Costo de almacenamiento

No se guardan repuestos para el compresor. Lo Unico que se guarda es una botella con aceite la cual

a veces existe y a veces hay que mandar a comprarla. Luego el costo de almacenamiento es despreciable.

Con respecto al costo de almacenamiento de la materia prima se puede decir que es despreciable.

Esto debido a que se hacen pedidos 2 veces al ano, y si el compresor falla entonces no hay costo adicional

de tener esta materia prima guardada.

13.4. Costos Globales

Se obtienen los siguientes costos globales:

36

Tabla 13.1: Costos globales de mantencion por falla para el compresor.

Horas detenido Costo intervencion Costo de falla Costo total por falla

Correa de transmicion 4 72000 940000 1012740

Flexible 7,56 136000 1776000 1912000

Falta de aceite 4,2 0 987000 987000

Contactor 7,67 138000 1803000 1941000

Filtro de aceite 9 162000 2116000 2278000

Cable termocupla 3,75 0 881000 881000

Aspas ventilador 3,5 0 823000 823000

37

Capıtulo 14

Arbol de Mantenimiento.

Se realizo el arbol de mantencion para el modo de falla crıtico, el cual consiste en dar una pauta de

como se debe proceder en el caso de una inspeccion y posterior reparacion.

Para disenar el arbol de mantenimiento en el compresor, se considero el modo de falla mas crıtico

determinado del diagrama λ - MTTF. Este modo de falla crıtico corresponde a la ruptura de flexible.

Del diagrama funcional de bloques (figura 4.1), se observa que el aceite del compresor circula al

interior de flexibles, en un circuito cerrado que une el Filtro separador-Radiador de aceite-Filtro aceite-

Tornillo. Todo los sistemas estan protegidos por una carcasa, la cual se puede destapar facilmente.

Considerando que el la ruptura de los flexibles ocurre en las zonas donde se acopla los distintos

equipos, se propone el siguiente arbol de mantenimiento:

38

Figura 14.1: Arbol de Mantenimiento, Falla Flexible.

El arbol consiste en realizar un chequeo al final de cada semana. Se comienza retirando la tapa

de la carcasa para luego continuar con la revision de todas las uniones de los flexibles a los distintos

componentes nombrados anteriormente. Si se detecta ruptura en alguno de los flexibles, se realiza el

reemplazo de este.

14.1. Comentarios.

La idea de realizar este chequeo en forma semanal esta basado en la tasa de falla de flexible,

correspondiente MTBF = 14 dıas, aproximadamente.

El chequeo es conveniente realizarlo a final de la jornada del dıa viernes, dado que el tiempo de

destapar, revisar y volver a tapar es de aproximadamente 10 minutos. Ası, si se encuentra algun flexible

defectuoso, se puede dejar programado el reemplazo con anticipacion para realizarse al inicio de la

jornada del lunes siguiente, ahorrando tiempo de detencion del equipo.

39

Capıtulo 15

Modelo de Weibull para modo de falla Crıtico

El modo de falla crıtico para el compresor en analisis es la ruptura del flexible. Esto debido a que en

la gran mayorıa de los Test hechos (analisis de costos, diagrama λ-MTTR, analisis de Pareto) aparece

como el modo de falla mas problematico.

Para la confeccion del modelo se usaron los tiempos entre fallas del mismo tipo de modo. Son en

total 9 fallas, con lo cual se obtienen 8 intervalos. Estos fueron ordenadas de forma ascendente, y se

ven en la siguiente tabla:

Tabla 15.1: Intervalos entre fallas para el modo de falla del flexible.

No intervalo entre fallas [hrs]

1 40

2 48

3 72

4 101,8

5 157,8

6 165,8

7 165,8

8 3270,3

Sobre estos datos se aplico el modelo de Weibull para γ 6= 0. Este consiste en escribir la funcion

acumulada real y una estimacion (fue ocupado el metodo de los rangos medianos para la estimacion).

Luego se obtiene el error cuadratico medio sobre la funcion real y la estimada, y se ajustan los parametros

de la funcion de Weibull de tal forma que el error sea mınimo. Para la resolucion numerica fue ocupado

el Solver de Excel. Los resultados son expresados en la siguiente tabla:

40

Tabla 15.2: Parametros de Weibull que mejor se ajustan a los intervalos de tiempo del modo de falla crıtico.

β 0,72

γ [hrs] 38

η [hrs] 110,7

Haciendo un cambio de variable t − γ → t′, y definiendo X = ln(t′) y Y = ln (ln(1/(1− Fi)))

donde Fi es la estimacion de la funcion de Weibull, y se grafica Y vs X, se obtiene el siguiente grafico:

Figura 15.1: Grafico X vs Y para la funcion estimada de Weibull.

15.1. Test de Kolmogorov-Smirnov para datos originales

Aplicando este Test para la distribucion de Weibull, se llega a los siguiente resultados:

41

Tabla 15.3: Resultados del Test Kolmogorov-Smirnov.

No intervalo entre fallas [hrs] Freal Festimada Dni

1 40 0,053 0,111 0,058

2 48 0,160 0,222 0,062

3 72 0,345 0,333 0,012

4 101,8 0,488 0,444 0,044

5 157,8 0,653 0,556 0,098

6 165,8 0,670 0,667 0,004

7 165,8 0,670 0,778 0,107

8 3270,4 1,000 0,889 0,111

Para Festimada se uso el modelo de rangos medios. Se ve que el mayor de los Dni es 0.111. Al ver la

tabla del Test se ve que para un tamano de muestra de n=8, el valor crıtico de Dni maximo es de 0.457

para un nivel de confianza de α = 0,05. Debido a que 0.111 es menor a este valor el test se acepta.

Por lo tanto, se puede decir que estadısticamente los datos se pueden representar correctamente por

la distribucion de Weibull proporcionada.

15.2. Estimacion con datos modificados

Al ver los tiempos entre mantenciones de se ve que hay uno que es un dato atıpico. El intervalo

3270.4 [hrs] es muy amplio comparado con los demas. Al revisar el historial de fallas se ve que hubo un

perıodo cercano a 1 ano donde no se tenıan datos sobre mantenciones. Conversando con el encargado

se llego a la conclusion que en este tiempo no se habıa llevado un registro delo las mantenciones.

Es por esto que existe este dato atipico, que se atribuye al intervalo de tiempo donde no se llevo reg-

istro. Para poder obtener un modelo mas representativo de la realidad, se disidio sacar este dato, y hacer

el ajuste de la distribucion con los demas datos.

De esta forma, realizando el mismo procedimiento explicado anteriormente, se llega a los siguientes

resultados:

Tabla 15.4: Parametros de Weibull que mejor se ajustan a los intervalos de tiempo modificados.

β 1,257

γ [hrs] 16,92

η [hrs] 108,07

42

Figura 15.2: Grafico X vs Y para la funcion estimada de Weibull con datos modificados.

15.3. Test de Kolmogorov-Smirnov para datos modificados

Siguiendo los mismo procedimientos mencionados anteriormente, se llega a los siguientes resultados:

Tabla 15.5: Resultados del Test Kolmogorov-Smirnov para datos modificados.

No intervalo entre fallas [hrs] Freal Festimada Dni

1 40 0,133 0,125 0,00855

2 48 0,188 0,25 0,0618

3 72 0,348 0,375 0,0266

4 101, 0,521 0,5 0,0219

5 157,8 0,752 0,625 0,127

6 165,8 0,776 0,75 0,026

7 165,8 0,776 0,875 0,0989

Luego, Dni maximo es 0.127. Para un nivel de confianza α = 0,05 el valor crıtico para Dni es 0.486.

Como 0.127 es menor que este valor el test se acepta.

15.4. Analisis de Sensibilidad del error cuadratico

Para los 3 parametros de Weibull se hizo analisis de sensibilidad del error cuadratico. Este analisis se

hizo para el modelo con los datos modificados. Los resultados obtenidos son expresados en los siguiente

graficos:

43

Figura 15.3: Analisis de sensibilidad para el parametro η.

Figura 15.4: Analisis de sensibilidad para el parametro γ.

44

Figura 15.5: Analisis de sensibilidad para el parametro β.

Se ve que para la variacion de los 3 parametros el error cuadratico no tiene una gran variacion. De

esta forma se puede inferir que si cambiamos un poco los parametros de modelo, el ajuste igual va a

seguir siendo valido, debido a que no se comete un gran error.

15.5. Comentarios

La primera funcion de Weibull obtenida tiene β menor que 1. Esto significa que la tasa de fallas es

decreciente en el tiempo. Este caso se da solamente cuando se esta en la fase de infancia del equipo, el

cual no es el caso. Es por esto que se dudo que este ajusto fuera el adecuado, y se llego a la conclusion

que existıa un dato atıpico.

La funcion obtenida en la segunda parte tiene β mayor a 1, lo que es mas coherente con el problema.

Esta va a ser la funcion que va a ser usada en los ejercicios posteriores.

Todo este analisis demuestra la importancia de tener un buen inventario de fallas, y tambien el hecho

de que hay que analizar los datos antes de empezar a calcular para obtener ajustes.

45

Capıtulo 16

Curvas de Confiabilidad, MTBF y tasa de fallas

Una vez encontrada la mejor curva que se ajusta a los datos, se pueden obtener las curvas de

confiabilidad, el MTBF, y la curva de tasa de fallas.

16.1. MTBF

Es el tiempo medio entre fallas. Para una distribucion de Weibull se calcula de la siguiente manera:

MTBF = γ + ηΓ(

1 +1β

)(16.1)

Recordemos que los parametros de Weibull que mejor se ajustaban son β = 1,257, gamma = 16,92

[hrs]y η = 108 [hrs]. Con esto se obtiene:

MTBF = 117[hrs] (16.2)

Este tiempo, considerando dıas de 8 horas equivale a 15 dıas. Ası se ve que este tipo de falla es

bastante recurrente.

16.2. Curva de Confiabilidad

La curva de confiabilidad para el modelo de Weibull esta definido mediante la siguiente expresion:

R(t) = e−( t−γ

η)β

(16.3)

La expresion anterior es para t > γ, para t < γ R vale 1. Ocupando esta ecuacion y los valores de

los parametros se obtiene el siguiente grafico:

46

Figura 16.1: Curva de confiabilidad.

16.3. Curva de tasa de fallas

Para el modelo de Weibull, se define de la siguiente manera:

λ(t) =β

η

(t− γ

η

)β−1

(16.4)

Aplicando esta formula con los parametros obtenidos se llega al siguiente grafico:

47

Figura 16.2: Tasa de fallas en funcion del tiempo para el modelo de Weibull obtenido.

Se ve que se obtiene una tasa creciente de fallas (β > 0). Este crecimiento no se queda estancado,

sino que tiende a tener un comportamiento asintotico creciente.

16.4. Funcion de probabilidad

La funcion densidad de probabilidad se define de la siguiente forma:

f(t) = λ(t)R(t) (16.5)

Con R(t) la confiabilidad. Aplicando esta ecuacion se llega al siguiente grafico:

48

Figura 16.3: Funcion densidad de probabilidad en funcion del tiempo para el modelo de Weibull obtenido.

16.5. Comentarios

Una vez obtenido el modelo para las fallas, que en este caso es el modelo de Weibull, se pouede

empezar con el analisis de costos. Esto debido a que ya se tiene identificado cual es la funcion de

probabilidad en la cual esta basado el modelo. En este capitulo se describieron estas funciones y se

calculo el tiempo medio entre fallas.

El tiempo medio entre fallas resulto ser medio mes. Con esto se ve que la falla crıtica es bastante

recurrente y que es imprecindible que halla una estrategia de mantencion preventiba.

49

Capıtulo 17

Overhauls y reemplazo

Para el caso del modo de falla crıtico, no tiene sentido hablar de un Overhaul, debido a que corre-

sponde a un flexible, por lo que solo existe un reemplazo de este cuando cumple cierto ciclo de tiempo.

Por lo tanto, se hablara de un reemplazo del componente crıtico y no de un Overhaul de este.

Se debe obtener por ende una minimizacion de costo global, para obtener el tiempo de realizar una

mantencion preventiva optimo. Para ello se tienen los siguientes costos a considerar:

Costo de realizar una mantencion preventiva (Cp): Corresponde al costo de reemplazar el com-

ponente crıtico (flexible), antes de que falle, adquiriendo uno nuevo. Se supone que el recambio

del flexible se realiza fuera del tiempo de produccion, lo cual es factible considerando que en la

empresa se trabaja 8 horas diarias y solo 5 dıas a la semana. Por lo tanto existen dos costos

asociados a Cp, el valor del flexible, que es de 8000 [pesos] y el costo de intervencion, que es

de 18000 [pesos/hr]. Se considera que el recambio del flexible tarda 1 [hr], por lo tanto se tiene

Cp = 8000 + 18000 = 26000 [pesos/hr]

Costo de realizar una mantencion correctiva (Cc): Este costo corresponde al costo de intervencion

y de falla que se tiene por parar la maquina y reemplazar el componente. Esto se estima como

sigue:

Cc = MTTR · cf + Cp (17.1)

Donde cf corresponde al costo de falla por el reemplazo, debido a que el equipo no esta siendo

utilizado, el cual esta estimado en 235185 [pesos/hr] , por lo que Cf = 235185 [pesos/hr] y Cp

es el costo de realizar la mantencion preventiva. Este costo se incluye, ya que el flexible se compra

igual y alguien tiene que instalarlo. Por lo tanto Cc = 1803998 [pesos/hr].

Luego, se debe estimar el costo global. Esto se hace mediante la siguiente expresion obtenida de los

apuntes de claes y que es utilizada para estimar los costos globales preventivos en funcion del tiempo:

50

cg(Tp) =CcF (Tp) + Cp(1− F (Tp))

(∫ Tp0 tf(t)dt)F (Tp) + Tp(1− F (Tp)) + ∆tm

(17.2)

Al resolver la integral que se encuentra en el denominador de la expresion anterior, usando una dis-

tribucion de Weibull, se obtuvo como resultado un numero complejo, por lo que no se pudo minimizar

la funcion. Por ello, finalmente se utilizo una tasa de falla constante mediante una distribucion expo-

nencial. La tasa de falla ocupada se calculo promediando el numero de fallas en el tiempo estudiado.

Sin embargo se utilizo el tiempo del caso 2 explicado en la seccon de la distribucion de Weibull. Este

caso no incluye 1 ano en donde no se registraron fallas, por lo que el tiempo es de solo 1 ano. Con esto

se obtuvo una tasa de fallas λ = 0,0043 [fallas/hr].

En la expresion del costo global se tiene F(Tp) = 1 − e−λTp , que es la probabilidad de falla de

la distribucion exponencial. f(t) = λe−λt, que corresponde a la densidad de probabilidad en la dis-

tribucion exponencial. ∆tm es la esperanza del tiempo de reparacion, el cual es distinto para cada tipo

de mantencion (preventiva o correctiva), ya que en la mantencion preventiva, el tecnico que llama la

empresa viene con el flexible listo para cambiarlo, por el contrario, en la mantencion correctiva, se

debe evaluar primero cual es la falla y luego conseguir el flexible para instalarlo. Por lo tanto se tiene

∆tm = TrcF (Tp) + Trp(1−F (Tp)). Donde Trc = MTTR = 7,56 [hr], que corresponde al tiempo de

reparacion de la falla en mantencion correctiva. En mantencion preventiva se tiene Trp = 1 [hr], que

corresponde a lo que se demora en instalar el flexible.

Luego a traves de MAPLE se minimiza la funcion cg, y se obtiene el siguiente grafico:

51

Figura 17.1: Grafico cg vs Tp.

En el grafico se puede apreciar que existe un mınimo en la funcion cg. Este mınimo corresponde a

un Tp = 38 [hr], lo cual implica una mantencion preventiva del flexible cada 5 dıas de trabajo. Con esto

se obtiene un costo global de 8578 [pesos/hr], que equivale a un costo anual de 17842240 [pesos].

17.1. Comentarios

Los resultados obtenidos indican que se deberıa realizar una mantencion preventiva al flexible cada

5 dıas, lo que indica lo importante de la maquina para la empresa, debido a que el tiempo entre

intervenciones es muy pequeno. La explicacion para esto es que los costos de falla del equipo son muy

elevados en comparacion a los costos de intervencion, por lo que es muy grave que la maquina se

detenga y por ende conviene cambiar el flexible en un corto tiempo. Esto es bajo el supuesto de que la

intervencion se realiza fuera del tiempo de produccion.

El costo global que se obtiene en un ano es de 17842240 [pesos], lo que no es elevado pensando en

los ingresos que posee la empresa gracias a que la maquina esta operando adecuadamente. Los ingresos

se estiman en 235000 [pesos/hr] aproximadamente, por lo tanto el costo de la mantencion preventiva

es ınfimo al lado de este numero.

52

Capıtulo 18

Definicion de estrategia optima de mantencion

En este capıtulo se decidira cual es la estrategia optima de mantencion para el compresor, esta puede

ser: corresctiva, preventiva o sintomatica. Si la estrategia optima es la preventiva, se debera calcular el

tiempo entre intervenciones para minimizar los costos.

Para los calculos se deben considerar dos tipos de costos:

Costos de intervencion (Ci): Estos costos incluyen repuestos y mano de obra y tiene un valor de

136000 [pesos/intervencion]. En este caso se consideran los costos de intervencion preventivos y

correctivos iguales, debido a que, independiente de la falla, se requiere igual cantidad de insumos

y de trabajadores, es decir, se considera insignificante la diferencia que pudiera haber. La empresa

no ha realizado nunca mantenciones preventivas en el equipo.

Costo de falla (Cf ): Este costo incluye la perdida de produccion y el costo de oportunidad de haber

producido dicha cantidad de no haber sido porque la maquina se encuentra detenida. Se encuentra

estimado en la seccion de costos globales del capıtulo de memoria de calculo y corresponde a

1776953 [pesos/falla].

18.1. Mantencion preventiva vs correctiva

Mediante las expresiones vistas en clases, se obtuvo el cuociente entre el costo de una mantencion

preventiva y correctiva, para ası compararlas. Esto entrego el siguiente grafico:

53

Figura 18.1: Grafico cg,p/cg,c vs xs.

Luego de minimizar la expresion que representa al cuociente entre el costo global preventivo y

correctivo, se obtiene un xs∗ = 0, 4, el cual viene del cambio de variable:

xs =Ts − γ

η⇒ Ts = 60[hr] = 7, 5[dias] (18.1)

Considerando γ y η del Weibull estudiado anteriormente.

El modelo indica que las mantenciones preventivas se deben realizar cada 7,5 dıas entre interven-

ciones. Ademas el cuociente entre el costo preventivo y correctivo evaluado en xs∗ es igual a 0,859, lo

que indica que la mantencion preventiva es mas barata que la correctiva en un 14%. Por lo tanto todo

indica que la mantencion preventiva es favorable con respecto a la correctiva, sin embargo, el modelo

no considera el costo de falla por detencion de la maquina al realizar la mantencion preventiva, por lo

que se debiera hacer cuando no se este produciendo.

54

18.2. Mantencion predictiva

La empresa nunca realizo mantencion sintomatica o predictiva, por lo que se desconoce su costo.

Por lo tanto se debe calcular el valor maximo que este costo pueda tomar. Esto se realiza mediante la

siguiente expresion vista en clases:

cg,p

cg,c<

1 + Cs/Ci

1 + αr(18.2)

Donde αr corresponde al cuociente entre el costo de falla y el costo de intervencion y Cs es el costo

sintomatico o predictivo.

Con esto se puede obtener el costo de una mantencion predictiva, puede ser a lo mas 21333 [pe-

sos/intervencion]. Teniendo en cuenta que MTBF es igual a 117,45 [hr], se tiene que el presupuesto

anual del mantenimiento predictivo es de 1591184 [pesos/ano].

Este presupuesto se encuentra adecuado considerando el costo del equipo y de sus mantenciones.

Ademas que es factible apreciar cuando el flexible esta en mal estado y poder cambiarlo en ese momento.

18.3. Comentarios

Dados los resultados obtenidos, se debe realizar un mantenimiento predictivo, debido a que el pre-

supuesto disponible es alto en comparacion con la inversion que se tiene en la maquina y los costos

de falla son muy elevados. Ademas que no es complejo apreciar cuando el flexible se encuentra en mal

estado, debido a que estos se desgastan y se puede apreciar desde fuera cuando esto ocurre. Por lo tanto

es factible realizar una mantencion predictiva.

55

Capıtulo 19

Planificacion PERT para Plan Preventivo Completo del Equipo

En base al arbol de mantenimiento del modo de falla crıtico del compresor, se realizara la planificacion

PERT para las tareas de mantencion preventivas.

A continuacion se muestran las diferentes tareas a realizar en la mantencion preventiva de la ruptura

del flexible:

Chequear presencia fuga de aceite (A)

Chequear sistema separador (B)

Cambiar union separador (C)

Chequear sistema radiador (D)

Cambio union radiador (E)

Chequear sistema filtro de aceite (F)

Cambio union filtro de aceite (G)

Chequear sistema tornillo (H)

Cambiar union tornillo (I)

En la tabla siguiente, se muestran las tareas senaladas, con sus costos asociados, tiempos de real-

izacion y tareas predesesoras:

56

Tabla 19.1: Tareas, tareas predesesoras, tiempos y costos asociados.

Tarea Predesesora Tiempo (horas) Costos (pesos)

A - 0,03 540

B A 0,057 1026

C B 0,22 63700

D C 0,057 1026

E D 0,22 63700

F E 0,057 1026

G F 0,22 63700

H G 0,057 1026

I H 0,22 63700

1,138 259444

Los costos fueron calculados a partir del costo de falla (235185 pesos/hora), de repuesto (8000

pesos/flexible) y de intervencion (18000 pesos/hora), para el caso de los cambios de flexible y en el caso

de los chequeos, el costo serıa unicamente el de intervencion, ya que la maquina no se detiene en ese

caso.

A partir de la tabla anterior, se obtiene el siguiente diagrama PERT y su correspondiente ruta crıtica,

marcada en rojo:

Figura 19.1: Diagrama Pert y ruta crıtica.

Segun el arbol de mantenimienton, en cada caso de chequeo existen dos posibilidades, una es que

se cambie el flexible dado que hay fuga de aceite o que no se cambie dado que no existen problemas

en esa zona. Sin embargo, si en una zona se cambia el flexible, las otras zonas estaran arregladas

inmediatamente. Por lo tanto la ruta crıtica indicarıa que uno de los subsistemas este danado y que por

ende se cambie, pero luego que esta cambiado, el tecnico simplemente debe irse por le lınea punteada

y el proceso de mantencion se acaba. En la figura solo esta marcada una seccion como la ruta crıtica,

sin embargo, esta puede estar en cualquiera de las secciones del flexible.

En el caso de no cambiar el flexible, esta tarea no tiene un tiempo ni un costo asociado, esto es

porque no requiere de tiempo, dado que es solo una posibilidad que puede ocurrir en el caso de que la

zona evaluada no este danada. Esta opcion esta marcada por la lınea punteada.

57

Con esto se obtiene una ruta crıtica, que corresponde al tiempo mınimo de mantencion, de 0,307

horas.

Los tiempos obtenidos de cada tarea se estimaron segun la expresion de tiempo esperado dada por

Bata:

T =To + 4Tr + Tp

6(19.1)

σ =Tp − To

6(19.2)

Donde To, Tr y Tp corresponden a el tiempo optimista, real y pesimista respectivamente.

Con esto se obtiene la siguiente tabla de tiempos por cada tarea:

Tabla 19.2: Tiempos de mantencion por tarea.

Toptimista (horas) Treal (horas) Tpesimista (horas) Tesperado (horas) σ

Chequear presencia fuga de aceite (A) 0,01 0,03 0,05 0,03 0,0067

Chequear sistema separador (B) 0,02 0,04 0,08 0,057 0,01

Cambiar union separador (C) 0,1 0,2 0,4 0,22 0,05

Chequear sistema radiador (D) 0,02 0,04 0,08 0,057 0,01

Cambio union radiador (E) 0,1 0,2 0,4 0,22 0,05

Chequear sistema filtro de aceite (F) 0,02 0,04 0,08 0,057 0,01

Cambio union filtro de aceite (G) 0,1 0,2 0,4 0,22 0,05

Chequear sistema tornillo (H) 0,02 0,04 0,08 0,057 0,01

Cambiar union tornillo (I) 0,1 0,2 0,4 0,22 0,05

Los tiempos por cambiar el flexible son iguales en cada caso, ya que es la misma operacion, solo que

en otro lugar, al igual que los chequeos.

En la figura siguiente se muestra la carta Gantt asociada a la realizacion de las tareas en mantencion

preventiva, para el modo de falla principal

Figura 19.2: Carta Gantt mantencion preventiva modo crıtico.

58

19.1. Comentarios

La planificacion de tareas permite saber el orden correcto de las tareas y el tiempo que demora

realizar todo el trabajo, incluyendo tareas en paralelo. En este caso se realizo este analisis para el modo

de falla crıtico, el cual es el que le produce mas perdidas a la empresa.

Se puede apreciar que los tiempos de cada tarea son realmente pequenos, ya que son solo tareas

de chequeos y de cambio de flexibles, los cuales son faciles de remover. Sin embargo, como se ha

mencionado en todo este informe, los costos de falla son muy elevados, por lo que parar la maquina

para cambiar el flexible tiene un costo elevado.

En este caso se tiene una mantencion en lınea, en donde se va inspeccionando cada componente,

para ver donde ocurre la perdida de aceite. Por lo que la carta Gantt muestra un mantenimiento en

secuencia, analizando cada componente.

Dado que la empresa no realiza una mantencion preventiva a la maquina, no se tiene un punto de

referencia, sin embargo, no cabe duda de que el proceso de mantencion es corto segun la carta Gantt

(1.2 horas).

59

Capıtulo 20

Gestion de Repuestos

En este capıtulo se analizara tanto el tamano optimo de pedido como el tiempo entre pedidos, para

los repuestos del modo de falla crıtico, el cual es la ruptura del flexible.

Para realizar este analisis se usara el modelo de gestion de repuestos considerando el costo de falla

y sin demora, pues es un repuesto relativamente facil de conseguir.

El flexible es un repuesto que se debe comprar en una empresa externa, es decir, no se puede

fabricar en la maestranza. Conm esto se tienen los siguientes datos a partir de informacion recopilada

en la empresa y del historial de fallas:

1. El costo por pedido es C[ad] = 3000[$/pedido], que incluye los costos de envio.

2. La demanda de flexibles es λ = 17,42 [flexibles/ano]

3. El precio unitario del flexible es pu = 8000[$]

4. La tasa de descuento anual entregada por la empresa es i = 10%

5. El costo de falla es cf = 235,185[$/hora]] = 1,881,480[$/dia]

Para el modelo elegido se tiene que el costo global esperado por unidad de tiempo es:

cg(α, q) = λpu +λ

qC[ad] +

12α2qpui +

12(1− α)2qcf

En el optimo se tiene que

α∗ =cf

cf + pui(20.1)

y

q∗ =

√1α

2λC[ad]pui

(20.2)

60

Reemplazando los datos obtenidos se tiene:

α∗ =1,881,480

1,881,480 + 8,000 · 0,10= 0,9996 ≈ 1 (20.3)

Por lo tanto q∗ = q[wi] y se tiene

q∗ = q[wi] =

√2λC[ad]

pui=

√2 · 17,42 · 3000

8000 · 0,10= 11,43 (20.4)

Con esto se tiene que el pedido debe ser de 12 unidades de flexibles por pedido.

El periodo entre pedidos en anos sera entonces

T[wi] =q[wi]

λ=

1217,42

= 0,7 (20.5)

El periodo entre pedidos es equivalente a 8 meses o 252 dıas.

61

20.1. Comentarios

Los resultados obtenidos indican que se deben pedir 12 flexibles cada 8 meses. Con esto se tiene un

costo global por mantener el inventario de 107678 [$/ano].

Como el costo de fallas es mucho mayor que el costo de unitario por la tasa de descuento, se

llega naturalmente al modelo de Wilson sin considerar costos de falla. Como el pedido es planificado se

considera ademas sin demora, pues es facil de conseguir en el mercado.

Si se implementa correctamente esta gestion de repuestos, teniendo el repuesto disponible y cam-

biando el flexible antes de que falle y ademas si este cambio se efectua en el tiempo en que el compresor

esta detenido, se evitarıan los costos de falla de 19 [millones/ ano] (considerando una disponibilidad

actual del 96 %).

62

Capıtulo 21

Redundancia optima

El modelo ocupado sera el de Redundancia optima a costo global mınimo considerando costo de

falla, para equipos de 1 etapa. Esto debido a que el compresor de la empresa cumple con las condiciones

requeridas para aplicar este modelo, que son:

Equipo de 1 etapa, debido a que se esta analizando solo el compresor

Es posible tener varios componentes en paralelo, ya que si llegara a fallar uno mediante un ac-

cionamiento de valvulas se puede cambiar el suministro de aire comprimido.

Requiere solo de 1 para operar, ya que la capacidad de 1 compresor es suficiente para alimentar

a las pistolas de pintura por aire comprimido.

Al incrementar la redundancia se reducen los costos de falla.

Es necesario un balance entre el costo de los componentes y el costo de falla.

Hay un solo punto que no se cumple, que es que los costos de operacion no aumentan con mas

maquinas. Esto se debe a que la maquina no requiere operarios para trabajar, ası que el unico costo

de operacion es la electricidad. Las maquinas que esten en Stand-by no ocupan electricidad, luego al

aumentar la redundancia los costos de operacion permanencen contantes.

Para poder utilizar el modelo, es necesario modificarlo. Debido a que los costos de operacion son

contantes, entonces no se toman en cuenta, ası la funcion a minimizar es la siguiente:

cg(n) = ncc + cfqn (21.1)

Los datos para ocupar el modelo son los siguientes:

Costo de Falla (cf ): Se obtiene de la seccion “Overhauls y Reemplazo” donde el costo de falla fue

calculado. Ası cf = 235185 [pesos/hora].

63

Disponibilidad de un componente: La disponibilidad fue calculada en la seccion “Disponibilidad

optima para maximizar utilidades”, ya que para estimar parametros del modelo se calculo la

disponibilidad historica del compresor, que es igual a A=96 %. Ası p = 0,96 y q = 0,04.

Costo de Capital (cc): Equivale a la compra de un compresor nuevo que son 12000 dolares. Ademas,

hay que tomar en cuenta que durante los 6 anos de vida util del compresor el dinero invertido

podrıa ser usado en la mejor oportunidad. Ası aplicando una tasa de descuento i = 10% se llega

a que el valor del copresor es 21258 dolares. Con los 6 anos de vida util del compresor, se puede

calcular el costo de capital por unidad de tiempo, tomando en cuenta 8 horas de trabajo diarias,

5 dıas a la semana. Ası cc = 500 [pesos/hr]

Costo de operacion por componente: El compresor no necesita de un operario, ya que funciona

solo. El unico costo de operacion es el de electricidad, que fue calculado en la seccion “Memoria

de calculo de costo por modo de falla” y es co = 1065 [pesos/hora]. Este dato no se ocupa

finalmente.

Ası, resolviendo para costo global mınimo por unidad de tiempo usando el modelo dicho anteri-

ormente, se obtiene que cg mınimo se obtiene para n=2. En el siguiente grafico se puede apreciar

esto:

Figura 21.1: Costo global por unidad de tiempo para dinstintos numero de compresores.

En la siguiente tabla se muestran los costos y las disponibilidades para cada caso:

64

Tabla 21.1: Tıtulo de la Tabla.

n cg A

1 10337 0,9600

2 2236 0,9984

3 2805 0,9999

4 3721 1,0000

21.1. Comentarios

Como fue dicho en las secciones anteriores, es muy necesario que exista redundancia para el com-

presor, lo que se debe a los altos costos de falla que tiene el sistema. En el grafico se puede ver la gran

diferencia en costo que trae tener 2 compresores en vez de 1. La disponibilidad alcanzada es muy cercana

a 1, lo cual concuerda con lo obtenido en la seccion de “Disponibilidad optima para maximizacion de

utiliades”, ya que debido a la estructura de costos del sistema, para obtener los menores costos las

disponibilidades deben ser necesariamente muy cercanas a 1.

Aplicando la estrategia de comprar un nuevo compresor de las mismas caracterısticas para tenerlo

en caso de que falle el primero, se puede llegar a ahorrar cerca de 8100 [pesos/hr], lo que equivale a

16,9 millones de pesos anuales.

65

Capıtulo 22

Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad (RBM)

El RBM es una estrategia holıstica que permite establecer un programa de mantenimiento, con-

siderando disponibilidad, seguridad, calidad de produccion o costo de mantenimiento.

El plan de mantencion que entrega el modelo, es una recopilacion de lo que se ha hecho en capıtulos

anteriores de este informe, por lo que se requiere nada mas que de referencias a estos.

En este capıtulo se desarrollaran los puntos necesarios para elaborar un plan de mantenimiento RBM.

22.1. Constitucion de Grupos

Existen tres grupos inter-disciplinarios dentro de la empresa, estos son:

Grupo de gestion: En este grupo se evaluan las tareas a realizar, se determinan los miembros de

los grupos y evalua los resultados de los otros grupos. Esta liderado por el jefe del proyecto RBM.

En el caso de la empresa, existe un jefe en cada area que es el encargado de todas estas tareas.

Sin embargo, no posee el conocimiento necesario para realizarlas, ya que no esta debidamente

capacitado para ello.

Grupo de analisis: Este grupo prepara en detalle los analisis a realizar. En la empresa son los

tecnicos los que debieran realizar esta tarea.

Grupo de informacion: Este grupo se encarga de recolectar datos en terreno. Esta labor puede ser

realizada por los operarios de las maquinas, ya que conocen bien las maquinas y estan constante-

mente trabajando en ellas.

En general la empresa para implementar un sistema RBM, deberıan contratar un personal capacitado,

ya que en la zona de produccion y mantencion, se cuenta con tan solo un ingeniero, el cual no es capaz

de llevar a cabo todas las tareas.

22.2. Etapas

La implementacion del programa de mantencion requiere de 4 etapas detalladas a continuacion:

66

22.2.1. Etapa I: Estudio de la planta

En este caso se tiene una sola planta y la idea de esta etapa es estudiar el conjunto de equipos y

encontrar los equipos crıticos dentro de la planta, con respecto a criterios como seguridad, calidad y

disponibilidad.

Dado que en la planta existen varios equipos importantes, en este informe se estudio uno en particular

que corresponde al mas crıtico y es el compresor de tornillo Fiac V25 utilizado en la planta de pintura,

en donde se forman los cuellos de botella en la fabrica. El detalle se encuentra en los capıtulos 3 y 5.

Esta maquina no proporciona muchos problemas de seguridad, sin embargo sı causa estragos en la

disponibilidad y calidad de los productos.

22.2.2. Etapa II: Analisis de fallas

Esta etapa corresponde a la mas delicada del estudio y envuelve a todo el personal de la planta. En

ella se busca:

Realizar un analisis funcional del equipo, el cual se realizo en el capıtulo de Diagrama Funcional

de Bloques de la maquina (4).

Realizar analisis de modo de falla (FMECA), desarrollados en el capıtulo 6 de Analisis de Modo

de Falla.

Definir arboles de falla del equipo, realizados en el capıtulo 7 de Arboles de Falla.

Definir modos de falla crıtico, desarrollados en el capıtulo 9 de Analisis de Pareto.

22.2.3. Etapa III: Elaboracion del plan tecnico

Todas las etapas anteriores permitieron recopilar informacion acerca del equipo. Es en esta etapa

donde se utiliza esta informacion, realizando:

Arboles de mantenimiento (13). Estos se utilizaron para obtener una ruta a seguir en una man-

tencion preventiva del equipo, indicando el orden de las tareas a seguir. En este caso solo se

realizo para el modo de falla crıtico.

Creacion de un plan de mantenimiento tecnico. En donde se incluye el tipo de mantencion, perıodo

de intervenciones, calificacion y numero de personal y tipo y numero de repuestos.

Planificacion de tareas. Para ello se realizo un diagrama PERT en base al arbol de mantenimiento

del modo crıtico.

67

En la figura siguiente se muestra la matriz equipo vs modo de falla en base al FMECA. En esta tabla

se relaciona el modo de falla con el sistema que pudo generarla:

Figura 22.1: Matriz Equipo vs Modo de Falla.

22.2.4. Etapa IV: Optimizacion del Plan

Esta etapa se realiza luego de haber realizado el plan especificado por las otras etapas. Se recomienda

usar indicadores para lograr una buena optimizacion. En este caso serıa recomendable usar el indicador

de disponibilidad, debido a que el costo de falla es muy alto en comparacion al costo de intervencion y

por ende lo mas rentable es que la empresa posea la maquina funcionando el mayor tiempo posible.

22.2.5. Ahorro

La empresa no posee un modelo ası, de hecho solo posee mantencion correctiva, por lo tanto se

evaluara el ahorro de implementar este plan. Del diagrama PERT se obtuvo que el tiempo esperado de

la mantencion preventiva es de 1,14 horas. Asumiendo que la mantencion se hace fuera del horario de

produccion de la empresa, esto es el fin de semana o luego de la jornada laboral, esto implica que no

hay costo de falla al realizar la mantencion.

68

Se asume tambien que se utilizaran 2 personas para realizar el mantenimiento. Con esto se tiene

Costo = 2cit + cr = 2 · 18000 · 1, 14 + 8000 = 49040 [pesos/intervencion].

En la seccion de tipo de mantenimiento, se decidio realizar mantenciones preventivas cada 8 dıas,

esto implica que se tiene un costo anual por realizar las mantenciones de 6375200 pesos/ano.

Inicialmente se estimo que el costo global del modo crıtico para la empresa en estos momentos es

de 9225333 pesos/ano. Por lo tanto se obtiene un ahorro de 2850133 pesos/ano.

22.3. Comentarios

Para poder realizar un sistema RBM en la empresa, primero se deben realizar capacitaciones y/o

contratacion de personal calificado para realizarla, ya que este tema es desconocido para ellos y se

requiere de todo el personal disponible para lograr un buen desempeno del plan.

Claramente este plan de mantenimiento es rentable para la empresa y se obtienen ahorros significa-

tivos con respecto a la situacion inicial, esto es principalmente debido a lo elevados que son los costos

de falla en la empresa, y es por esto mismo que el indicador principal es la disponibilidad del equipo.

69

Capıtulo 23

Mantenimiento TPM

El Mantenimiento Productivo Total (TPM) se puede definir como un programa para mejorar la

efectividad global de los equipos, con la participacion de los operadores.

El objetivo inmediato del TPM es la eliminacion total de las perdidas de produccion, esto es que de

0 perdidas de produccion implica 0 fallas y 0 defectos de calidad. Ello mejora la efectividad del equipo,

se reducen costos y se incrementa la productividad. Este sistema ademas promueve la idea de que los

sistemas productivos son sistemas hombre-maquina, que deben ser optimizados como conjunto.

Para que el programa tenga exito se deben trabajar 5 actividades fundamentales, tomando en cuenta

las caracterısticas de la industria, el metodo de produccion, el estado del equipo y los problemas mas

habituales.

1. Mejorar la efectividad de cada equipo, eliminando las grandes perdidas.

2. Implementar el mantenimiento autonomo por lo operadores, promoviendo que realicen trabajos

de mantencion mediante el metodo de checklist.

3. Implementar un buen sistema de administracion de mantenimiento, que tenga bajo control todas

las funciones y establezca los trabajos periodicos de mantencion preventiva y sintomatico.

4. Definir e implementar programas de capacitacion para mejorar las destrezas de operadores y

personal de mantencion

5. Establecer sistema para disenar y producir equipos o componentes que permita llevar a la practica,

mejoras que se propongan confiabilidad, mantenibilidad y ciclo economico de vida.

70

23.1. Hoja de Inspeccion

Una forma de ayudar a que el metodo sea correctamente implementado y de que el operario se

involucre con el equipo, es el uso de un checklist periodico, el cual sea una ayuda a las inspecciones

generales del equipo a traves de un metodo de inspeccion visual, pudiendo ası prever y reacondicionar

los defectos menores del equipo y avisar al area de mantencion en caso de no poder corregir la falla.

A continuacion se muestra el checklist para este equipo a partir de los arboles de mantencion:

Figura 23.1: Checklist para el modo de falla crıtico del compresor.

Esta revision se harıa semanalmente, dado que el numero optimo entre inspecciones para realizar

mantenimiento preventivo fue de 8 dıas, determinado en las secciones anteriores.

71

23.2. Indicadores TPM

A continuacion se muestran los indicadores TPM, los cuales sirven para medir las perdidas de tiempo

en forma normalizada. Estos se muestran en las siguientes tablas:

Tabla 23.1: Tabla de tiempos usados para determinacion de Indicadores TPM.

Tiempo min/dia

Jornada 480

Parada planificada 0

Configuracion 0

Perdido 90

Bajo cap. nominal 60

Reprocesar por fallas 0

Parada por fallas 60

Operativo bruto 480

Oprrativo neto 420

Operativo usable 270

Productivo neto 270

RT 480

Tabla 23.2: Indicadores TPM.

Indicadores %

EU 33,3

PA 100,0

PE 64,3

RQ 95,8

UT 87,5

A 87,5

OEE 53,9

TEEP 18,0

NEE 53,9

En el calculo de la razon de calidad (RQ), se considero una produccion promedio de 143 unidades/dıa

y que se reprosesaban 6 unidades diarias, recordando que todo producto que sale del proceso necesari-

amente debe pasar por el pintado, que utiliza el compresor para alimentar las pistolas. Para determinar

el tiempo perdido, se consideraron tanto los tiempos muertos en la lınea de proceso como los propios

del compresor.

72

23.3. Comentarios

El indicador que senala la productividad por equipo (TEEP) es bajo, basicamente por el turno que

tiene la empresa, utilizandose un tercio de lo que dura un dıa, por lo que no es relevante aumentarlos

bajo estas condisiones.

A pesar de que el compresor es encendido en cada inicio de jornada y apagado al termino de esta,

el tiempo de configuracion es cero ya que el compresor opera con el modo ON-OFF, por lo que no es

necesario settiar cada vez que se va a operar. Este hecho hace que los indicadores de efectividad neta

del equipo y efectividad global del equipo (OEE), en este caso, sean iguales.

El indicador que resulta importante de mejorar es el relacionado con la efectividad global del equipo

(OEE). Para ello es necesario potenciar la eficiencia de operacion del compresor(PE), disminuyendo los

tiempos muertos en la lınea por falta de insumos, o los tiempos en que este opera fuera de la capacidad

nominal. Otra manera de mejorar el OEE es aumentando el tiempo de operacion efectivo del equipo,

aplicando por ejemplo, un stock de flexibles que permita realizar el reemplazo lo mas breve posible, dado

que es una de las fallas recurrentes y que toma bastante tiempo repararla. Todo ello complementado

con la capacitacion de los operadores de la planta, de modo de terminar con el llamado de tecnicos

externos.

73

Capıtulo 24

Comentarios finales y conclusiones

24.1. Comparacion antes despues

Tal como la empresa esta funcionando ahora, no tiene un plan de mantencion. La empresa solo

aplica amntenciones preventivas, sin tener un inventario de los repuestos del compresor y contratando

mano de obra externa para realizar las mantenciones necesarias. Esta estrategia no fue pensada por la

gerencia de la empresa, sino que es simplemente la forma natural de operar.

Mediante este trabajo se realizo un plan de mantencion de la maquina, centrandose en la falla

crıtica. Se obtuvieron resultados que sugieren una estrategia de mantencion totalmente distinta a la

que es ocupada en estos momentos. El plan de mantencion sugerido es de mantenciones preventibas,

con cambios de los flexibles todas las semanas. Ademas se establece una estrategia de inventarios para

poder suministrar esta demanda de flexibles usando un modelo de Wilson, del cual se obtiene que

se debne hacer pedidos cada 5 meses de 19 flexibles. Tambien se sugiere capacitar a algunos tecnicos

pertenecientes a la empresa, de tal forma ahorrar el tiempo en que se demora en venir el tenicos, ademas

de lo que cobra.

Otra estrategia que se propone, que tambien es capaz de producir una gran disminucion en los costos

es la de comprar otro compresor, el cual querıa redundante en caso que fallara el otro. Con esta estrategia

la empresa podrıa seguir con su mantenimiento correctivo y aun ası tener una alta disponibilidad, con

lo cual se obtienen grandes ahorros.

24.2. Ahorros obtenidos

La elaboracion del proyecto entrego algunos ahorros que se obtendrıan realizando algunos cambios

en el plan de mantencion de la empresa.

Se concluyo que la empresa posee dos posibiles soluciones que entregan ahorros muy parecidos para

la empresa. Estas son:

Quedarse con un compresor y realizar un mantenimiento preventivo cada 8 dıas.

74

Comprar otro compresor y seguir con el mismo plan de mantenimiento correctivo que poseen

actualmente.

Para el primer caso se considero una gestion de repuestos que incluye un tamano de pedido de

19 flexibles con un tiempo entre pedidos de 5 meses. El costo de inventario se estimo en 400.000

[pesos/ano], mientras que el de falla tiene un valor de 235.000 [pesos/hora] y la disponibilidad es de un

96 %, que corresponde a la que posee actualmente la empresa. Esto entrega un ahorro de 18.600.000

[pesos/ano].

En el segundo caso se consideran 2 compresores y se obtienen ahorros de 16.900.000 [pesos/ano] y

una disponibilidad de 99,84 %.

Existen otros ahorros que se podrıan lograr, como por ejemplo realizando un plan de RBM, en donde

se obtendrıan ahorros de 2.850.000 [pesos/ano], realizando un mantenimiento preventivo.

24.2.1. Comentarios

Claramente el plan de mantencion que posee la empresa actualmente no es el adecuado y las perdidas

son elevadas debido al alto costo de falla. Es por esto mismo que se debe tener en cuenta la disponibilidad

del equipo para obtener un plan de mantencion adecuado.

Otra posibilidad es que la empresa compre otro compresor y realize mantencion preventiva. Sin

embargo para evaluar esa situacion se debe hacer todo el analisis nuevamente y con ello se obtendrıan

los ahorros respectivos.

Las soluciones propuestas para la empresa proporcionan grandes ahorros y se demostro que pueden

ser implementadas dentro de la empresa. Sin embargo, este analisis se basa en el modo de falla crıtico

y es recomendable relizarlo tambien para todos los modos de falla.

24.3. Conclusiones finales

Se pudo identificar mediante diferentes metodos la falla crıtica, correspondiente a la ruptura de

los flexibles que conducen el aceite.

Se nota la gran importancia de la existencia o no de un plan de mantencion, debido a los grandes

costos que genera la detencion del compresor. Se puede ver que en promedio por cada falla que

ocurre se pierden cerca de 1.5 millones de pesos solo en terminos de material no manufacturado.

Ası se piensa que si se pudieran evitar estas fallas mediante planes de mantencion preventiva la

empresa tendrıa mayores utilidades.

Se ve la importancia se tener un buen historial de fallas de la maquina. Mientras mejor sea el

historial mas aportes se pueden hacer mediante un buen plan de mantencion. Es por esto que

debe existir conciencia de este aspecto dentro de la empresa.

75

Los costos de intervencion son muy bajos con respecto a los costos de falla. Por lo tanto es

preferible programar la mantencion para evitar los costos de falla, pues estas se hacen en tiempos

muertos de la maquina. Ası se pueden llegar a disponibilidades cercanas a 1.

Los datos del historial del equipo se ajustan correctamente al modelo de Weibull con β > 1.

A traves de los papers consultados, se indica el cuidado del equipo con respecto de los lubricantes,

sistema de refrigeracion y diseno del sistema de aire comprimido para disminuir los costos de

mantencion.

Se deben efectuar mantenciones preventivas al modo de falla crıtico debido a los elevados costos

de falla asociados la maquina detenida. Se recomienda programar estas mantenciones cuando la

maquina no este operando, esto puede ser fuera de horas de trabajo o en los fines de semana.

Aplicando un modelo de inventarios, se puede ver que no se puede admitir que haya falta de

repuestos, debido a el gran costo de fallas. Aca se ve la gran diferencia que hay en relacion a lo

que se hace actualmente en la empresa, donde no existe inventario de repuestos para el compresor.

Considerando que en la empresa se sigue haciendo un mantenimiento correctivo, entonces la mejor

opcion es tener otro compresor redundante. De esta forma se pueden llegar a ahora cerca de 17

millones anuales.

Es factible realizar un mantenimiento RBM en la empresa, lo cual minimizarıa de gran manera los

costos. Pero para esto hace falta capacitacion para todos los empleados ya que ene stos momentos

no existe conciencia de lo importante que es llevar un registro de fallas de las maquinas.

En terminos del manetenimiento TPM, se puede decir que podrıa ser beneficioso debido a que

se pierde mucho tiempo de produccion en que el tecnico llegue a reparar el compresor. Ası,

capacitando a algunos empleados para realizar esta tarea los tiempos se falla disminuirıan de gran

manera, y debido al alto costo de falla la empresa se verıa altamente beneficiada.

76

Capıtulo 25

Bibliografıa

[1] Carnero MC, La Torre E, Alcazar MA, Conde J: “Control of wear applied to compressors: trends

in lubricant analysis”: Wear 229: 905-912 Part 2, April 1999.

[2] Parekh PS: “Beyond air leaks - How to compressed air system analysis?”: Energy Engineering 95

(6): 7-+ 1998.

[3] Shahrivar A, Abdolmaleki AR: “Failure of a screw compressor shaft”: Engineering Failure Analysis

13 (4): 698-704 JUN 2006

77

Apendice A

Disponibilidad Optima para Maximizar Utilidades.

Para realizar la optimizacion se recopilaron los siguientes datos:

Inversion equipo: 10.000.000 pesos

Vida util: 25 anos

Horas de operacion al ano: 8 h* 5 dıas* 51 semanas = 2040 h/anos

Costo fijo: Cfx= 196.078 pesos/h

Ganancia neta pu= 420 pesos/kg

No existe salario asociado a operacion del equipo

Tasa de produccion λr= 562.5 kg/h

La optimizacion de las utilidades se realiza maximizando la siguiente ecuacion:

U = λr ∗ pu ∗A− Ciα ∗Aβ − Cfx (A.1)

78

Para determinar los parametros β y Ciα se considera la informacion del historial de falla y la fecha

de inicio de operacion del compresor (marzo-2004). De esta manera se tienen dos perıodos para obtener

dos pares de datos (Disponibilidad A, Costo de intervencion Ci).

Perıodo 1

A1= 96 %, Ci1= 71.57 pesos/h

Perıodo 2

A2= 97 %, Ci2= 101.96 pesos/h

Parametros calculados

β= 34.15, Ciα= 288.56 pesos/h

Realizando los calculos con solver en Excel, se tiene que las utilidades son U=235765.364 pesos, con

una disponibilidad optima A=1.

A.1. Comentarios.

Los resultados obtenidos son coherentes considerando que la disponibilidad observada del compresor

hasta ahora es muy alta (96% y 97 %), por lo que es logico que una disponibilidad del 100 % en este

equipo proporciona las utilidades maximas.

Por otra parte, se observa que las utilidades obtenidas de la optimizacion son practicamente las

mismas que se tienen actualmente.

79

La poca diferencia de los resultados optimizados a los que actualmente maneja la planta se deben

que los contos de intervencion, que incluyen el reemplazo del flexible mas las horas de trabajo del tecnico,

son muy inferiores a los ingresos que percibe la empresa, como se ilustra en el siguiente grafico:

Figura A.1: Grafico de Utilidad-Ingresos-Costos v/s Disponibilidad.

Las curvas de Utilidades e Ingresos esta practicamente superpuestas y la curva de Costos casi no se

observa, dado que es muy inferior.

A.2. Comentarios

Mediante este calculo se pudo ver que es realmente necesario que el compresor opere el mayor tiempo

posible debido al costo de falla.

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