Apuntes de Curso Ingeniería de Plantas Industriales

INGENIERÍA DE PLANTAS INDUSTRIALES ICN-342

Prof. Fredy Kristjanpoller R. [email protected]

Contenidos 1. Introducción: unidades tecnológicas / unidades de servicio, etapas de un proyecto industrial

2. Costos: definición de costos, estimación de costos de plantas (inversión), costos de ejercicio (operacionales y de ineficiencia), relación costo de planta / costos de ejercicio.

3. Planificación de proyectos: introducción, definiciones, método de la ruta crítica (CPM), técnica de revisión y evaluación de proyectos (PERT).

4. Seguridad de funcionamiento: mantenibilidad, confiabilidad, disponibilidad, análisis de sistemas, consideraciones económicas. 5. Centralización y fraccionamiento: equipos de reserva, nivel de fraccionamiento. 6. Sistemas de generación: capacidad de generadores/estanques de acumulación. 2

Raúl Stegmaier B. - Fredy Kristjanpoller R.

INTRODUCCIÓN


ETAPAS DE UN PROYECTO INDUSTRIAL  Un

proyecto industrial debe ser analizado en su ciclo de vida (LCC).

4


ETAPAS DE UN PROYECTO INDUSTRIAL 

Un proyecto industrial se puede dividir en tres grandes etapas:   

Etapa de preinversión Etapa de ejecución Etapa de ejercicio.

 Estas

etapas no necesariamente deben realizarse en distintos instantes de tiempo. Algunas partes de ellas se pueden ir desarrollando en forma paralela a lo largo del proyecto.

5



La etapa de preinversión establece si la idea es viable o no desde los puntos de vista técnicos y económicos . Esta a su vez se divide en otras tres etapas : 

Perfil: La preparación de este estudio no demanda mucho tiempo o dinero.



Estudio de prefactibilida



d: este persigue disminuir los riesgos de la decisión ; dicho de otra manera, busca mejorar la calidad de la información que tendrá a su disposición la autoridad que deberá decidir sobre la ejecución del proyecto. Estudio de factibilida d: este estudio incluye, básicamente, los mismos capítulos que el de prefactibilidad, pero con una mayor profundidad y menor rango de variación esperado en los montos de los costos y beneficios.

6


ETAPAS DE UN PROYECTO INDUSTRIAL  La ejecución

del proyecto es todo el desarrollo de ingeniería y montaje de este. Esta a su vez se divide en:  



Ingen iería co nc eptu al ( o prelim inar ): Esta define el proceso a usar y la tecnología que

se vera involucrada en el. In g en ie r ía b ás ica : Esta etapa es fundamental en todo proyecto industrial. En líneas generales se puede decir que aquí se preparan todos los antecedentes necesarios para proceder más adelante a diseñar los equipos e instalaciones. Ing eni ería d e deta lles : En esta etapa se procede a efectuar cálculos y diseños finales de los equipos, completando los planos definitivos de fabricación y montaje de todos los elementos de la planta.

7



Etapa de ejercicio



Es el funcionamiento de la planta en manos del grupo de personas que fueron capacitadas en la etapa anterior para esto. El funcionamiento del proceso se ve marcado por una operación con parámetros de producción constantes o con leves cambios de ellos. En este periodo comienza el flujos de ingresos producto de la venta de los productos por ella producidos.

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ETAPAS DE UN PROYECTO INDUSTRIAL PERFIL

ESTUDIO DE PREINVERSIÓN

INGENIERÍA CONCEPTUAL

ESTUDIO DE PREFACTIBILIDAD ESTUDIO DE FACTIBILIDAD

INGENIERÍA BÁSICA INGENIERÍA DE DETALLE COMPRA DE MATERIALES

EJECUCIÓN DEL PROYECTO PROYECTO

INSTALACIÓN

INDUSTRIAL

CAPACITACIÓN PUESTA EN MARCHA INGENIERÍA DE RESULTADO

EJERCICIO DEL PROYECTO

9


ESTIMACIÓN DE COSTOS


INVERSIÓN CA PITA L TOTA L DE INVERSIÓ N

El capital total necesario para la instalación y puesta en marcha de una industria está compuesto de dos componentes principales: - Capital fijo. - Capital de trabajo.

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COSTOS DE CAPITAL FIJO CA PI TAL FIJO

En este caso hay que considerar partidas tales como: - Compra de terreno - Adquisición de equipos - Cañerías, instrumentación, aislamiento - Fundaciones - Estructuras - Edificios Además los costos y gastos relacionados con: - Costo de montaje - Ingeniería - Gastos de administración

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METODOS DE ESTIMACIÓN DE CAPITAL FIJO Estimació n por or denes de magnitud

Es una estimación muy preliminar para tener una id ea de la invers ión total . El método es de uso rápido pero muy aproximado, ya que requiere sólo el conocimiento de los costos actualizados de plantas iguales, tomados como referencia. Tiene un grado de exactitud de 30% - 60% . Estim ación Preliminar

Se realiza para estudios de p refa ctibilida d y como base para proseguir con investigaciones y desarrollo de mayor profundidad. Se requiere una mayor información, como: flow-sheet, balances de masa y de energía, además del dimensionamiento de los equipos principales. Tiene un grado de exactitud de 20% - 30% .

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METODOS DE ESTIMACIÓN DE CAPITAL FIJO Est im aci ón B ási ca

Es una estimación para el estudio de factibilidad y es básica para la elaboración de presupuestos, para el desarrollo de la ingeniería de detalles y para la localización de la planta. Además de los datos de la planta del caso anterior ( estimación preliminar ), es necesario desarrollar algunos cálculos de ingeniería, como fundaciones, edificios, estructuras, iluminación, etc.. Tiene un grado de exactitud de 10% - 20% .

Estim ación de Deta lle

Es una estimación para controlar el proyecto y prepara r un presupuesto definitivo para la construcción de la planta. Es necesario desarrollar la ingeniería de detalle pero sin la necesidad de preparar todos los planos de detalles y sus especificaciones finales. Tiene un grado de exactitud de 5% - 10% .

14


METODOS DE ESTIMACIÓN DE CAPITAL FIJO

Estimación Definitiva Para esta estimación es necesario el desarrollo de la ingeniería de detalles final, que incluye todas las especificaciones y todos los planos de detalles para la construcción de la planta. Tiene un grado de exactitud de 3% - 5% .

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METODOS DE ESTIMACIÓN DE CAPITAL FIJO Actualización y Escalamiento Industria de commodities Costo de Ca pital F ijo = f( Costo de los equip os )

Estimació n del costo

de los equipo

s y p la nta

A ctu aliz ació n, Esc ala m iento .

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METODOS DE ESTIMACIÓN DE CAPITAL FIJO Actualización  Este

proceso se realiza a través de la utilización de índices que permiten establecer equivalencias en la valoración de un bien entre dos fechas cronológicas distintas.

¿IPC?

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METODOS DE ESTIMACIÓN DE CAPITAL FIJO Actualización

Índices de Costo

Costo actual  Costo pasado 

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indice actual indice pasado



Indice de Mar shall & Swift (M&S) Este índice está dividido en dos categorías; el índice de todos los equipos industriales , entre los cuales incluyen 47 industrias dede todo tipo (M&S) y el índice calculado de acuerdo al tipo industria . En la revista Chemical Engineering son publicadas periódicamente las variaciones que van experimentando trimestralmente este índice. Este índice tiene como año base 1926.

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METODOS DE ESTIMACIÓN DE CAPITAL FIJO Actualización Índice de construcción de plantas de la Chemical Engineering (CE) El índice se basa en los porcentajes de los costos de los equipos, instalación, mano de obra, ingeniería y supervisión con la ponderación siguiente: 37% equipos generales, 14% equipos de proceso, 20% piping, 7% instrumentación y control de proceso, 7% bombas y compresores, 5% equipos eléctricos, 10% soportes estructurales, aislación y pintura, 22% mano de obra, 7% edificios, materiales y mano de obra, 10% ingeniería y supervisión. este índice tiene como año base 1957-1959.

20



21



22


METODOS DE ESTIMACIÓN DE CAPITAL FIJO Escalamiento Fa cto r d e e sc al am ie nto

C A  X A  n  C B  X B 

Donde CA : Costo de unidad A CB : Costo de unidad B XA : Capacidad del equipo A XB : Capacidad del equipo B n : exponente o factor de Williams En general n = 0,6 (Factor de los seis decimos)

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ESCALAMIENTO WILLIAMS Equipo Intercambiador de tubo y carcaza Enfriadores Estanques a presión Verticales Horizontales Compresores Aire Gas Bombas

Factor de escalamiento(n) 0,85 0.80 0,65 0,60 0,28 0,82

Centrifugas Reciprocas

0,52 0,70

Circulación Forzada Tubos Verticales Tubos Horizontales Est. enchaquetado

0,70 0,53 0,53 0,50

Evaporadores

Molinos Bolas Rodillo Martillo Calderas Industriales Secadores Aire Tambor Rotatorios Trituradores Cono Giratorios Pulverizadores

0,65 0,65 0,85 0,50 0,56 0,45 0,45 0,35 1,2 0,35

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METODOS DE ESTIMACIÓN DE CAPITAL FIJO Por Ordenes de Magnitud

n I A  XA   C  C    En donde : C : Costo de planta A ( Nueva planta ) A B IB  XB  C : Costo del planta B ( Conocido) A B

IA : Índice de costos actual IB : Índice de costos pasado (Indicado para planta B). XA : Capacidad de planta A XB : Capacidad de planta B n : exponente o factor de Williams o Lang.

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METODOS DE ESTIMACIÓN DE CAPITAL FIJO Por Ordenes de Magnitud Plantas Químicas Acetona Ácido Acético Butaideno Oxido de Etileno Formaldehído Peróxido de hidrogeno

Factor de escalamiento ( n ) 0,45 0,68 0,68 0,78 0,55 0,75

Isopropano Ácido Fosfórico Polietileno Urea Acetano Vinílico Unidades de Refinería Alquilación Coking ( diferido ) Coking ( fluido ) Craking Catalítico Craking Térmico Destilación Atmosférica Destilación al Vacío Reformado Catalítico Polimerización

0,55 0,60 0,65 0,70 0,65 0,60 0,38 0,42 0,55 0,70 0,90 0,70 0,61 0,58

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METODOS DE ESTIMACIÓN DE CAPITAL FIJO Preliminar - Lang Método Lang - Tipo sólido - Tipo sólido liquido - Tipo liquido

Ítem Costo directo Equipos de proceso sin instalar Costo de instalación Instrumentación Cañerías Instalación Eléctrica Edificios Urbanización Instalaciones aux. Terreno Costo Indirecto Ingeniería y Super. Gastos de Construc. Total costo Directo e Indirecto Util. contratistas Contingencias Total Capital Fijo

% del valor Proceso Sólido

de

Equipos sin Proceso Sólido Fluido

instalar Proceso Fluido

100

100

100

45

39

47

9 16 10 25 13 40 6

13 31 10 29 10 55 6

18 66 11 18 10 70 6

33 39 336

32 34 359

33 41 420

17 34 387

18 36 413

21 42 483

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METODOS DE ESTIMACIÓN DE CAPITAL FIJO Preliminar - Lang y Chilton modificado Lang y Chi lton m odifica do

- Selección del proceso a usar - Capacidad de la planta - Flow-sheet preliminar - Balances de masa y energía - Dimensionamiento preliminar de los equipos - Análisis de localización de la industria 28


METODOS DE ESTIMACIÓN DE CAPITAL FIJO Preliminar - Lang y Chilton modificado I. Costo directo o depreciable 1. Costo actualizado de equipos en planta ........................................................US$ 2. Costo de equipos instalados a).- De referencias actualizadas ............................................US$ b).- Ítem 1*1,30 a 1,40...........................................................US$ (pueden obtenerse de literatura técnica o cotizaciones) 3. Cañerías de proceso Tipo Sólido 7-10% ítem 2 Sólido-fluido 10-30% ítem 2 Fluido 30-60% ítem 2...............US$ 4. InstrumentaciónIntensidad Poca Regular Intensa

3-5% ítem 2 5-12% ítem 2 12-20% ítem 2...............US$

5. Aislación Regular 10-15% ítem 3 Intensa 20-25% ítem 3...............US$ 6. Pintura y terminaciones 1-2% ítem 2...................US$ 7. Instalaciones Eléctricas 10-12% ítem 2...............US$ 8. Instalaciones de vapor: se calcula en base al suministro de vapor y costo de la caldera ( en base a los balances de masa ). 9. Instalaciones de agua: Se calcula en base al balance de masa y costo de la instalación . 10. Edificios: m2 *US$/m2 Zona de procesos...................................................................US$ Administración, oficinas y laboratorios................................US$ Bodegas y talleres..................................................................US$ 11. Total costo físico de la planta o costo depreciable suma de ítems 2+3+.........+10...............................................US$

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METODOS DE ESTIMACIÓN DE CAPITAL FIJO Preliminar - Lang y Chilton modificado

II. Costo indirecto o no depreciable 12. Valor del terreno: m2*US$/m2................................................................................................................................................US$ 13. Preparación del terreno urbanización: m2*US$/m2...............................................................................................................................................US$ 14. Ingeniería: Plantas de US$ 100.000 -1.000.000 17-22% costo total de la planta Plantas de US$ 1.000.000-10.000.000 10-17% costo total de la planta Plantas sobre US$ 10.000.000 7-10% costo total de la planta......................................................................................US$ 15. Construcción ( honorarios de contratistas) Generalmente 10% del valor de la obra.....................................................................................................US$ 16. Imprevistos y contingencias Oscila entre 20-30% del valor total de la planta según sea la confiabilidad de la estimación ..................US$ 17. Costo indirecto o no depreciable: suma de ítems 12+13+......+16.......................................................................................US$ III Costo Total de la Planta 18. Valor total de la planta o capital fijo: Suma de ítems 11+17....................................................................................................US$

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METODOS DE ESTIMACIÓN DE CAPITAL FIJO Básica Bauman

I = [Σ ( E + E1) + Σ( fx · Mx + fi · Mi ) + Σ fo ·MHo + Σ fd · D ] · ft En donde : I : Inversión total en capital fijo E : Costo de equipos sin instalar E1 : Costo de mano de obra en la instalación de los equipos fx : Factor de costo unitario de un material especifico Mx : cantidades de un material especifico en cantidades compatibles fi : Costo unitario por hora-hombre para la instalación de un material especifico Mi : Horas-hombre para la instalación de un material especifico fo : Costo unitario de ingeniería MHo : Horas-hombre de ingeniería fd : Costo unitario para preparar planos y especificaciones D : Numero de planos y especificaciones ft :factor de gastos de terreno.

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METODOS DE ESTIMACIÓN DE CAPITAL FIJO De Detalles     

Listado completo del total de los equipos y elementos, con sus correspondientes precios (cotizaciones). Costo de instalación en base a costos unitarios de cada uno de los equipos y elementos consultados en la planta. Costos detallados de la ingeniería final del proyecto. Costos detallados de los pagos que deben efectuarse a contratistas. Imprevistos y contingencias.

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METODOS DE ESTIMACIÓN DE CAPITAL FIJO Definitiva  



   

Listado completo del total de los equipos con sus correspondientes precios (cotizaciones). Listado completo del valor de los materiales de construcción, concreto, cañerías, instalaciones eléctricas, aislamiento, determinados a partir de planos y especificaciones finales. Cálculo detallado de mano de obra a emplear, tiempo y valor de ésta. Además de consideraciones de eficiencia en los trabajos a realizar. Cálculo detallado del tiempo de ingeniero en la supervisión y control de la obra . Información completa de los seguros, impuestos y gastos en tramites legales necesarios para el desarrollo del proyecto. Estudio completo de topografía y características del terreno. Cálculo detallado de los gastos a efectuar en el terreno. 33


CAPITAL DE TRABAJO Cálculo Preliminar  En muchos casos el capital se trabajo se estima en un 10-15% del capital fijo necesario para la instalación de la planta o también un 30% de las ventas totales anuales. Cálculo de Detalle  Existencia en Materias primas (contabilizadas a costo).  Existencias de materiales en proceso (contabilizadas al costo).  Existencias de producto terminado (contabilizados al costo).  Cuentas por cobrar (a precio de venta).  Disponible en caja (Considerando pago de sueldos, materias primas, etc., contabilizado al costo de producción).

34


COSTOS DE EJERCICIO 

Los costos de ejercicio son en los que se incurre durante la vida del proyecto estos se dividen en: 



Costos de operación Costo de ineficiencia

35



Además de la anterior existe otras dos formas de clasificar los costos:  Segú n s u atrib uc ió n : Esta forma los divide en directos e indirectos, analizando si participan en el proceso productivo mismo o no.  Por volum en de prod ucción : Esta forma los divide en fijos o variables; el criterio de selección esta basado en si son generados por el hecho de producir o por el hecho de poseer una infraestructura para la producción y el apoyo de esta.

36



El Costo total en el que incurre una empresa durante su operación posee diferentes componentes, estos se pueden agrupar según su relación con el proceso productivo.



Utilizando esta distinción se generan dos grandes grupos:





Gastos generales



Costos de producción.

Los gastos generales involucran la administración de la misma, la investigación y desarrollo de nuevas técnicas o productos y las ventas, propaganda y distribución de productos .

37


COSTOS DE EJERCICIO

DIRECTOS COSTOS DE PRODUCCIÓN INDIRECTOS COSTO EJERCICIO

GASTOS GENERALES

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COSTOS DE EJERCICIO

Materia Prima

Cuero Semillas Madera Cobre Mano de Obra

Supervisión Salarios Tiempo extra

Costos Directos

Materiales

Explosivos Catalizadores Empaque Servicios

Energía Combustibles Lubricantes Vapor Agua

Mano de Obra

Salarios Tiempo extra Mantenimiento Seguridad Control de Calidad

Costos de Operación

Materiales

Costos Indirectos

Reactivos de Lab. Útiles de oficina Transportes Benefi cios empleados

Gimnasio Guardería Casinos Otros Costos

Comunicaciones Luz Limpieza Administrativos

Salarios Gerencia Asesorías Cargos Fijos

Imp. a la propiedad Seguros

Gastos Generales

I&D

Nuevos Productos Nuevas Gastos de Venta

Sueldo Comisiones Publicidad

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ESTIMACIÓN - Costos de Ejercicio 

Los de difícil estimación: 

Gastos Generales:

Administración

40-60% de la mano de obra directa

Distribución, Promoción, Ventas, etc.

2-20% de los costos totales anuales

I&D

2-5% de las ventas



Gastos externos a la planta (Seguridad, protección contra incendios, recreación, etc.): 50-70% del valor de la mano de obra directa

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ESTIMACIÓN - Costos de Ejercicio

Peters & Timmerhaus TIPO DE OPERACIÓN PROCESOS QUÍMICOS SIMPLES PROMEDIO, CON CONDICIONES OPERATIVAS NORMALES PROCESOS COMPLEJOS, CON CONDICIONES OPERATIVAS SEVERAS

COSTO ANUAL DE MANTENIMIENTO COMOPORCENTAJE DE INVERSIÓN EN CAPITAL FIJO SALARIOS MATERIALES TOTAL 3 - 1

3 - 1

4 - 2

5 - 3

5 - 3

6 - 4

6 29 - 5 11 - 7

Reducciones de costo de mantenimiento debido a operación de la planta bajo capacidad de diseño 75% de la capacidad de diseño: Factor de corrección 0,85 80% de la capacidad de diseño: Factor de corrección 0,75

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COSTOS DE EJERCICIO  Costo 

de ineficiencia

Este costo esta referido al hecho de sufrir una detención imprevista en el normal funcionamiento del proceso productivo. En otras palabras es lo que dejo de ganar por no producir. Se debe dejar claro que una detención presupuestada, como por ejemplo un paro de mantención, no cae dentro de este concepto

Donde: C i Ci = Costo de ineficiencia F´ = Lo que se deja de facturar Cv = Costo variable.

 F   Cv

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ADMINISTRACIÓN DE PROYECTOS


ADMINISTRACIÓN DE PROYECTOS

 Definición 

La Planificación, dirección y control de recursos (personas, equipo, materiales) para cumplir con las restricciones técnicas, costos y tiempo para el proyecto

 Términos    

Proyecto / Programa Tarea Subtarea Paquete de trabajo 44


ADMINISTRACIÓN DE PROYECTOS / TÉCNICAS DE RUTA CRITICA

 Técnicas 

de dirección orientadas al tiempo

PERT - Program evaluation and review technique



CPM - Critical path method

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ADMINISTRACIÓN DE PROYECTOS / TÉCNICAS DE RUTA CRITICA  Características relevantes 

Deben tener tareas o trabajos bien definidos, cuya conclusión marque el final del proyecto



Las tareas o trabajos son independientes; deben iniciar, detenerse y llevarse a cabo por separado, de acuerdo con una secuencia Las tareas deben seguir una secuencia determinada



46


ADMINISTRACIÓN DE PROYECTOS / TÉCNICAS DE RUTA CRITICA  Etapas 

Identificación de actividades Secuencia de actividades y construcción de la



red Determinar la ruta critica



47



 Elementos

para la determinación de la ruta

critica    

Tiempo de inicio mínimo ES Tiempo de terminación mínimo EF Tiempo de inicio máximo LS Tiempo de terminación máximo LF

48



 Cálculo

de la holgura

 Tiempo de inicio máximo - Tiempo de inicio

mínimo (LS - ES)

 Tiempo de terminación máximo - Tiempo de

terminación mínimo (LF - EF)

49



B, 5 A, 2

D, 3 C, 4

50


EJEMPLO

Actividad

Diseño Construccióndelprototipo Evaluación del equipo Pruebas del prototipo Elaboracióndelinformedeequipo Elaboracióndelinformedemétodos Elaboracióninformefinal

Designación Predecesores Inmediatos

B C D E F G

51

A

A A B C,D C,D E,F

Tiempo Semanas

5 7 2 5 8 2

21


EJEMPLO

ES=21 LS=21 ES=0

ES=28 LS=28

C, 7

ES=36

F, 8

LS=0

LS=36

A,21

G, 2 B, 5

D, 2

E, 5

ES=21 LS=21

ES=26 LS=26

ES=28 LS=31

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 PERT 

- Estimación aleatoria de tiempos

Análisis en base a tres estimaciones de tiempo • Optimista (1) • Esperado (4) • Pesimista (1)

53


ADMINISTRACIÓN DE PROYECTOS / PERT ESTIMACIÓN ALEATORIA DE TIEMPOS  Pasos

del análisis



Identificar cada actividad que se realizara en el



proyecto Determinar secuencia y construcción de la red Desarrollar las estimaciones de tiempo



• a: Tiempo optimista • m: Tiempo probable • b: Tiempo pesimista

54


ADMINISTRACIÓN DE PROYECTOS / PERT ESTIMACIÓN ALEATORIA DE TIEMPOS 

Calculo del tiempo esperado ET

ET



a  4m  b

6

55


ADMINISTRACIÓN DE PROYECTOS / PERT ESTIMACIÓN ALEATORIA DE TIEMPOS 

Determinar la ruta critica • Se calcula de igual forma que el caso determinista con los tiempos esperados (ET)



Calcular las varianzas



2 b  a    6 

56

2


ADMINISTRACIÓN DE PROYECTOS / PERT ESTIMACIÓN ALEATORIA DE TIEMPOS  Evaluar

la probabilidad de terminar el proyecto en una fecha determinada Fecha de termino esperada Fecha de termino deseada

Z



(ruta Critica)

D  Te



2 cp

Suma de las varianzas a lo largo de la ruta critica

57


ADMINISTRACIÓN DE PROYECTOS / PERT ESTIMACIÓN ALEATORIA DE TIEMPOS

La desviación estándar de una secuencia de sucesos es la raíz cuadrada de la suma de las varianzas de cada suceso Z

G(Z)

Pr obabil idad

58


DISTRIBUCIÓN NORMAL Ej: z=0,310

59


PERT - ESTIMACIÓN ALEATORIA DE TIEMPOS EJEMPLO

Actividad Diseño Construccióndelprototipo Evaluacióndelequipo Pruebasalprototipo Elaborarinforme Elaborarinformedemétodo Elaborarinformefinal

Designación actividad A B C D E F G

60

Estimación de tiempo a

10 4 4 1 1 7 2

m

22 4 6 2 5 8 2

b

28 10 14 3 9 9 2


EJEMPLO LAVAR S.A.

lavalozas con la que piensa revolucionar el mercado. Para instalar la nueva línea de producción maneja dos alternativas en distintos lugares geográficos. Las datos de los tiempos de cada etapa y los costos correspondientes se presentan a continuación:

 La fábrica multinacional “Lavar S.A.”, proyecta lanzar una nueva línea de

1. Obtención de Permisos 2. Construcción planta 3. Instalación maquinaria 4. Reclutamiento de personal 5. Capacitación mano de obra 6. Marcha Blanca 7. Lanzamiento Producto

Alternativa A Alternativa B m a b Costo(US$) m a b Costo(US$) 57 42 90 10000 41 30 46 15000 118 100 148 30000 130 105 155 25000 78 70 98 25000 73 68 90 20000 85 65 105 10000 89 75 109 10000 115 111 119 30000 115 110 120 30000 64 36 68 15000 64 36 68 15000 30 25 35 10000 30 25 35 10000

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EJEMPLO LAVAR S.A.  



Por razones estratégicas la empresa ha decidido no comenzar ninguna tarea hasta obtener los permisos correspondientes. El reclutamiento de personal y la capacitación de la mano de obra serán realizados por una empresa externa. la construcción de la planta y la instalación de las maquinarias son realizadas por personal externo, distinto al del área de operaciones. La empresa espera terminar el proyecto en un plazo de 315 días. El atraso de la obra significa para la empresa pérdidas de US$ 2.200 diarios.



a)



b)

Determine la malla PERT y la ruta crítica para cada una de las alternativas. (b) ¿Cuál alternativa recomendaría?. Justifique. Un estudio de abogados ofrece disminuir a un 50% el tiempo necesario para la obtención de permisos en cada una de las alternativas. ¿Afecta la decisión inicial?. ¿Cuánto estaría dispuesto a pagar por dicho estudio?

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Planta Gas Licuado Considere que usted está a cargo de gestionar la ejecución del proyecto de instalación de una planta de gas licuado, la cual consta de las siguientes 9 actividades, indicado su tiempo esperado y variabilidad asociada a cada una de ellas. Se le informa que en el caso de terminar la instalación en menos de 26 semanas, un premio de $2.000, en caso contrario el resultado seráobtendrá una de pérdida de $500. Tiempo (semanas) Actividad A B C D E F G H I

Actividad Predecesora A A B, C C C E E, F D, G, H 63

TE

Varianza

4 5 3 6 5 3 7 5 8

1 1 3 2 1 4 6 2 9 Raúl Stegmaier B. - Fredy Kristjanpoller R.

Planta Gas Licuado

•Estime probabilidad de cumplir con el tiempo y beneficio esperado. •No quedando conforme con los resultados, continúa con su búsqueda de hacer más eficiente el proyecto. Para este efecto obtiene un presupuesto de hasta $300, que le permitirá reducir semanas a un costo de $75 por cada semana de reducción por actividad, en las actividades F, G y H. ¿Determine en cuál(es) actividades invertirá y cuánto para tener el mayor beneficio?

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ANÁLISIS COSTO GLOBAL


ETAPAS DE UN PROYECTO INDUSTRIAL

 Un

proyecto industrial debe ser analizado en su ciclo de vida (LCC).

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COSTOS DE EJERCICIO – COSTO DE INEFICIENCIA

Costo Global M odelo Donde: As: H: Ci: Fa:

 Inversión  Ejercicio  (1  As )  H  Ci  Fa Equipos + Infraestructura

Costos de ineficiencia + Costos de operación

Disponibilidad del Sistema Tiempo de operación en cada período de evaluación Costo de ineficiencia por unidad de tiempo Factor de actualización de los flujos operacionales

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MODELO DE EVALUACIÓN DE COSTO GLOBAL

H

H

H

H

H Tiempo

Inversión Costo Ineficiencia Costo ejercicio (operación)

68

(1  i) n  1 Fa  (1  i) n  i



 Disponibilidad

: A

UT

(UT  DT ) 



UT (up-time) representa el tiempo en que el sistema está realmente disponible para el funcionamiento. DT (down-time) representa el tiempo fuera de servicio imputable a causas técnicas.

69



 Disponibilidad :

A

 

MTBF ( MTBF  MTTR)

MTBF es la esperanza en tiempo de buen funcionamiento. MTTR es la esperanza en tiempo de mantención.

70


RCM BASE CONCEPTUAL


EVOLUCIÓN DEL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

 La capacidad productiva de una industria se puede ver fuertemente

afectada por un estado deficiente de los equipos.  Esto podría provocar una detención inesperada de la producción.  El mantenimiento comienza a presentarse más que un departamento

cuya funciónenesun dar un servicio a producción, a una convertirse departamento cuya funciónpasando es la de ahora producir mayor disponibilidad de equipos e instalaciones al menor costo posible.

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MANTENIMIENTO BASADO EN CONFIABILIDAD

El RCM es un enfoque sistemático del mantenimiento, que analiza los componentes dentro de un sistema, para clasificarlos según sea su criticidad, creando una lista válida de tareas de mantenimiento preventivo más riguroso en las máquinas cruciales, y dando tanta atención a los otros componentes del sistema como sea necesario para proveer operaciones con un costo y eficacia uniformes.

73



 Un beneficio del RCM es que los esfuerzos de

mantenimiento se concentran en los pocos vitales.  Es un diagrama de Pareto de los componentes,

usando como indicador el producto del costo de ineficiencia por la disponibilidad del componente.

 No debe olvidarse que el RCM es sólo una

herramienta.

74



d a d i c it ir C

Pocos vitales

Causas

75


DISPONIBILIDAD V/S COSTOS

Disponibilidad · Confiabilidad · Mantenibilidad Criticidad de las instalaciones

· Directos · De oportunidad

Costos 76


NIVEL DE ÓPTIMO DE CONFIABILIDAD

Costo

Costo Mínimo

Costos Totales Nivel de Inversión

Costos de Mantención Nivel de Confiabilidad Optimo 77

Confiabilidad


RCM

Estrategias de análisis

Disponibilidad

Diseño maduro y robusto Redundancia

LCC

Costos de diseño - fabricación y Costos Operacionales

Confiabilidad

Mantenibilidad

Capacidad de diagnóstico Intervención por mantención

78


RCM: KPI

Indicadores de seguridad de funcionamiento

Confiabilidad del elemento Mantenibilidad= =Vida Reparación Disponibilidad = Proporción de tiempo utilizable

79


COSTO GLOBAL

Costo Global

 Inversión  Ejercicio  (1  As )  H  Ci  Fa

Modelo Donde: As: H: Ci: Fa:

Equipos + Infraestructura



80


DISPONIBILIDAD

A

UT

(UT  DT ) 



UT (up-time) representa el tiempo en que el sistema está realmente disponible para el funcionamiento. DT (down-time) representa el tiempo fuera de servicio imputable a causas técnicas. 81


DISPONIBILIDAD - ESPERADA

A

MTBF

( MTBF  MTTR)  

MTBF es la esperanza en tiempo de buen funcionamiento. MTTR es la esperanza en tiempo de mantención.

82


FUNDAMENTOS CONFIABILIDAD

No es posible describir en términos deterministas el tiempo que un componente o sistema funcionará sin fallar

83


FUNDAMENTOS CONFIABILIDAD

 Confiabilidad de un elemento es la probabilidad de que dicho elemento funcione sin fallas durante un tiempo " t" determinado bajo

condiciones ambientales dadas  Para cuantificarla es necesario que :

fijado funciona en forma oinequívoca el criterio que determina si el  Sea elemento no.  Sean establecidas exactamente las condiciones ambientales y de

utilización.  Sea definido el intervalo de tiempo durante el cual se requiere

que el elemento funcione.

84


FUNCIONES DE CONFIABILIDAD



Probabilidad de falla instantánea :

f (ti )  Dti



Probabilidad de fallas acumulada :

F(ti)



Confiabilidad :

R(ti )

85


FUNCIONES DE CONFIABILIDAD 

Donde :

f (ti )  Dti 

ni No i

 ni

i

0

F ( ti ) 

 f (ti) Dti 0

R(ti ) 

Ni No

 No

1

Ni No

 1  F (ti )

Notación  No : Número de elementos buenos al instante to (instante inicial)  Ni : Número de elementos buenos al instante ti  ni : Número de elementos que fallaron entre it y t(i+1), equivalente a DNi.  Dti: Intervalo de tiempo observado igual a (i+1) t - ti. 86


TASA DE FALLA 

l (t)

Es la probabilidad de tener una falla del sistema o del elemento entre los instantes t y (t+Dt) a condición de que el sistema haya sobrevivido hasta el tiempo "t".

(t) Tasa de fallas de una población homogénea en función de su edad

Rodaje

Vida Útil

Desgaste

t 87


TASA DE FALLA. ANÁLISIS DISCRETO Histograma de falla (frecuencia de f alla).

Es un diagrama que relaciona el número de fallas obtenidas al tiempo,

(calendario

o de funcionamiento) de ocurrencia.

88

Raúl Stegmaier B. - Fredy Kristjanpoller 88 R.

PROBABILIDAD DE FALLA f(t) Probabilidad de falla (función de densidad de falla) (f). La probabilidad que un componente o sistema falle dentro de un instante predefinido ( ahora, día,...) a partir del instante cuando de inicio del servicio ("as good as new”).

f(t) = Ng(t) / Total

89


PROBABILIDAD ACUMULADA DE FALLA.F(t) Probabilidad acumulada de Falla (F) Es la probabilidad que el componente o sistema falle dentro de un instante establecido, es decir, no sobreviva en funcionamiento correcto hasta ese instante.

F(t) = ∑ f(t)

90


CONFIABILIDAD R(t) Es la probabilidad que el componente o sistema funcione correctamente (sin fallar) bajo determinadas condiciones: + Por un determinado periodo de tiempo. + Bajo una condición ambiental determinada.

R(t) = 1 – F(t)

91


TASA DE FALLA

l (t)

Tasa de falla - Es la probabilidad que el componente o sistema que haya funcionado hasta un instante predefinido, falle en el periodo de tiempo inmediatamente sucesivo. - Es una medida de riesgo inmediato de falla de un componente o sistema dentro de un tiempo estimado.

λ(t) = f(t) /R(t-1) La tasa de falla se calcula como la relación entre el número de fallas en tiempo y

un el

intervalo número

de de

elementos funcionan

que todavía al principio del

período considerado

92


RESULTADOS AJUSTE DE DISTRIBUCIONES DE PROBABILIDAD DE FALLA

Tasa de falla de chancadores 0.018 0.016 a 0.014 ll 0.012 a f e 0.010 d a 0.008 s a 0.006 T

Equipo 1 Equipo 2 Equipo 3 Equipo 4

0.004 0.002 0.000 10

0 11

0 21

0 31

0 41

0 51

0 61

Tiempo en horas

93


CONFIABILIDAD A NIVEL CONTINUO Por hipótesis : l ( t ) dt



F t( dt  )Ft ( ) R( t )



dF ( t ) 1  F (t )

Integrando : t

 0

t

t

l ( t ) dt 

 0

dF( t ) 1  F( t )

0



 l ( t )dt  ln(1  F( t ))

94


CONFIABILIDAD A NIVEL CONTINUO Aplicando exponencial : t



 l ( t ) dt

e

0

= 1 - F( t )

Formalizando : t

t



 l ( t ) dt

R( t )  e



 l ( t ) dt

0

F t  1 e 95

0


CONFIABILIDAD A NIVEL CONTINUO

96


MODELOS DE CONFIABILIDAD EXPONENCIAL NEGATIVA

f (t )  l e  l t

R( t )  e  l t l (t)

f (t)

l

0

0

t

97

t


MODELOS DE CONFIABILIDAD NORMAL

1



( t )2 2 2

t

R ( t )  1  f ( t ) dt



f ( t)   2 e l(t)

f(t)

0



0

t

98

t


MODELOS DE CONFIABILIDAD - WEIBULL f(t)

 = 0,5

f (t) 

= 3

  t     1

    

e

 

t  

  

= 1

  t     1 l ( t )      

t

0

l (t) = 0,5

= 3 = 1

R( t )  e 0

 

t  

 



t 99


CONFIABILIDAD A NIVEL CONTINUO  MTBF (Mean Time Between Failures) 



MTBF  0 t  f (t )dt  0 R(t )dt





Período en el ciclo de vida de sistemas reparables

M.T.B.F

M.T.T.R.

100


MANTENIBILIDAD

Mantenibilidad es la probabilidad de que la intervención de mantenimiento se lleve a cabo dentro del tiempo definido tr.

La distribución normal logarítmica es la que mejor representa la aleatoriedad de tr. Su explicación más científica se basa en la separación del proceso de reparación individual en dos tiempos en esencia distintos:  Tiempo asociado a factores accidentales en la reparación.  Tiempo usual de la reparación propiamente tal

101


MANTENIBILIDAD

m(tr)

Distr ibu ción n or m al log arítm ica para tr

tr

102


CASO FORMULA 1

103


CASO TUERCAS

104


CONFIABILIDAD DE SISTEMAS



Es importante para el estudio de sistemas complejos, establecer la relación que existe entre el sistema y la confiabilidad de los componentes individuales, en otras palabras se trata de definir una función tal como:

Rs  f( Ri ) i  1,,2 3,.., n

105


CONFIGURACIONES RBD  Serie: Dependencia total del equipo. Si falla se cae el sistema.  Redundancia Total (paralelo): Caso especial de Redundancia Parcial. Cada equipo que

compone el sistema es capaz de tomar de forma independiente el 100% de la carga del proceso. Por lo general operan los n equipos a un fracción de la carga total. (óptimo) No se puede operar si no es al 100%. (n sobre 1)  Stand by: Cada equipo que compone el sistema es capaz de tomar de forma independiente

el 100% de la carga. Sólo funciona un equipo al 100% de la carga total (capacidad óptima).  Fraccionamiento: n equipos se reparten de forma proporcional o no la carga de trabajo.

Pueden tener capacidad ociosa. Se puede operar a una fracción de la carga total.  Redundancia Parcial: Se requiere de una fracción del total de equipos para operar a la carga

total. No se puede operar si no es al 100%. (n sobre r)

106


DIAGRAMA LÓGICO

a

Sistema en Paralelo :

A B

C

Sistema en Serie :

b

A

B

107

C



 Sistemas

en serie A

B

C

Rs(t )  R1(t ) R2(t )........ Rn(t ) 

n

 Ri(t ) i 1

n

Rs(t )  e

 ls t

 e

li t

i 1

donde ls(t ) 

n

 li(t ) i 1

MTBFi  1 li

MTBFs  1 ls 108



 Sistemas

en paralelo

A

B

A 1.- Funciona 2.- Funciona 3.- No funciona

Rs  RA

 RB  RA RB

B Funciona No funciona Funciona

Probabilidaddelsistema Funciona RA RB Funciona RA (1-RB) Funciona (1-RA) RB

Generalizando Rs (t )  1  Fs (t )  1 

n

 Fi(t ) i 1

109



 Sistemas

en paralelo redundancia parcial

n j n j   Rs  P ( r  j  n ) j  r  j R (1  R )  n

Caso avión configuración 4/2  4 2  4  4 R (1  R) 2   R 3 (1  R)   R 4  2  3  4

Rs  

110



 Sistema

Stand-by

Conmutador

A B

1.-

A funciona

t

2.-



1. R A (t )

t

2. f A ( )(R B t   )d 0

A funciona  B funciona t t

Si lA = lB = l  cte :

RS (t )  R A (t ) 

f

A

( )(RB t   )d

0

Rs ( t )  e  l t (1  lt ) 111


SISTEMA STAND BY

 En

el caso de una confiabilidad del conmutador Rc menor a 1, la confiabilidad del sistema resulta ser : Confiabilidad del conmutador

R’s (t) = Rs (t) · Rc (t) Confiabilidad del sistema

Confiabilidad del sistema

con conmutador

sin conmutador

112


DISPONIBILIDAD DE SISTEMAS

 Sistemas

en Serie : As 

 Sistemas

 Ai

en Paralelo : As

 1   (1  Ai )

113


EJEMPLO / SISTEMAS Estanque 6 Bomba 7 Bomba 2

Estanque 1

Nº de grupo Equipo Tasa de falla x10-6

Itercambiador Bomba 3

4

1 2 Estanque Bomba

3 Bomba

1,5

135

135

114

Estanque 5

4 5 6 7 Int. de Estanque Estanque Bomba calor 150 1,5 1,5 135


EJERCICIO DE DISEÑO LÓGICO

El proceso comienza con un buzón de finos y alimentadores, que cumplen la función de almacenar y repartir el material a 12 líneas de procesos, cada una compuesta por tres alimentadores, una correa, un molino, una bomba y un hidrociclón. Posterior a la molienda unitaria sigue el proceso de Flotación. Según lo informado, de los tres alimentadores disponibles, se utilizan sólo dos

115


RCM DECISIONES DE DISEÑO


EL MANTENIMIENTO DESDE LA ETAPA DE DISEÑO

TIPO DE OPERACIÓN PROCESOS QUÍMICOS SIMPLES PROMEDIO, CON CONDICIONES OPERATIVAS NORMALES PROCESOS COMPLEJOS, CON CONDICIONES OPERATIVAS SEVERAS

COSTO ANUAL DE MANTENIMIENTO COMOPORCENTAJE DE INVERSIÓN EN CAPITAL FIJO SALARIOS MATERIALES TOTAL 3 - 1

3 - 1

4 - 2

5 - 3

5 - 3

6 - 4

6 29 - 5 11 - 7

Este porcentaje fijo perjudica alternativas de inversión altas, que podrían ser mejores desde el punto de vista de la mantención

117


EL MANTENIMIENTO DESDE LA ETAPA DE DISEÑO

Nivel Optimo de Confiabilidad Costo

Costo Mínimo

Costos Totales Nivel de Inversión

Costos de Mantención Nivel de Confiabilidad Optimo

118

Confiabilidad


EL MANTENIMIENTO DESDE LA ETAPA DE DISEÑO  Los

costos de ineficiencia

Ci = F´- Cv

Donde: Ci= Costos de ineficiencia F´= Facturación perdida Cv= Costos variables

119


ALTERNATIVAS DE MEJORAMIENTO DE LA SEGURIDAD DE FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA

Mejorar el diseño de los equipos Redundancia Aumentar la mantenibilidad

Aumentar la disponibilidad esperada

¿Qué pasa con los costos globales?

120


ANÁLISIS DE REDUNDANCIA

Inversión Aumentar la redundancia

Impacto en los Costos Operación

121


COSTOS DE EJERCICIO Costo de ineficiencia

Costo Global M odelo Donde: As: H: Ci: Fa:

 Inversión  Ejercicio  (1  As )  H  Ci  Fa

Equipos + Infraestructura



122


MODELO DE EVALUACIÓN DE LA SEGURIDAD DE FUNCIONAMIENTO

123


MODELO DE REEMPLAZO DE EQUIPO COSTO ANUAL EQUIVALENTE CAE CAE = Inversión * frc (i;n) + costos operacionales + Costo de la falla+ VP valor residual * frc(i;n)

Donde: i: Tasa anual de Interés n: número de años VP = Valor presente.

VP = Valor Futuro / (1+i)n

frc = Factor Payment. Payment = VP * frc

 1  i n  i  n   1  i   1 

frc  

124

Raúl Stegmaier B. - Fredy Kristjanpoller124 R.

EJEMPLO PRÁCTICO REEMPLAZO DE EQUIPOS 

La compañía está estudiando el reemplazo de la Correa D123.



Actualmente la Correa tiene un MTBF de 40 horas y un MTTR de 10 horas. Sus costos anuales de operación son de $1.200.000.- Hoy la correa puede ser vendida en $400.000.-Se espera que la correa pueda continuar en operaciones por 4 años más, en ese entonces su valor residual será de $50.000.-



La alternativa es la Correa D123x, que tiene la misma capacidad que la actual. Su valor es de $7.000.000.con una vida útil de 10 años. Después de ese período su valor residual será de $200.000.-. Se proyecta que durante su vida útil la correa tenga un MTBF de 90 horas, un MTTR de 10 horas y cotos anuales de operación de $600.000.-.-



La compañía trabaja 5.000 horas al año y evalúa sus inversiones con una tasa del 10% anual. El costo de la falta es de 1.600 $/hora.



Determine si es conveniente el reemplazo de la Correa D123.

125



Escenario 1: Conservar la actual correa



A:



Inversión:



Costos anuales operación:

-$1.200.000



Costos de la Falta anuales:

(1-80%)*-$1.600*5.000 = -$1.600.000

 

VP valor residual: frc (10%;4):

$50.000 /(1+10%) = $34.151 0,31457



CAE Escenario 1 = -$1.200.000 -$1.600.000 + $34.151*0,31547 = -$2.789.226.-

40 / (40+10) = 80% $0

4

126



Escenario 2: Vender la correa actual y comprar la nueva



A:



Inversión:



Costos anuales operación:

-$600.000



Costos de la Falta anuales:

(1-90%)*-$1.600*5.000 = -$800.000

 

VP valor residual: frc (10%;10):

$200.000 /(1+10%) = $77.109 0,16275



CAE Escenario 2 = - $6.600.000 * 0,16275 -$600.000 -$800.000 + $77.109*0,16275 = -$2.461.571.-

90 / (90+10) = 90% -$7.000.000

(correa nueva)

+ $400.000

(correa actual)

10

127


EJEMPLO EMPRESA PERFUMES Una empresa de perfumes en Francia, elabora sus propios envases, e incluso lo que les sobra se los vende a su competencia. Ella trabaja ocho horas diarias cinco días a la semana. Los antecedentes que se tienen de esta empresa son los siguientes: Diagrama de bloques en el tiempo: 

Donde: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Recepción y clasificación de esencias y materias primas. Transformador de esencias en líquidos (perfumes) Producción de frascos. Producción y ensamble de atomización. Filtrado de perfume. Llenado. Etiquetación y empaquetación. Los procesos 2,3,4,5 duran lo mismo.

128


EJEMPLO EMPRESA PERFUMES 

Cada perfume tiene un costo de U$ 10 (2/3 fijos) y su precio es de U$ 15. Se producen 40.000 perfumes cada día de trabajo (8 horas). La forma de evaluación de los proyectos de la empresa son a 10 años y una tasa de interés del 7% anual. Cada etapa tiene un robot que representa el proceso completo. Nº Equipo 1 Robot clasificador 23 4 5 6 7

  



Tasa de falla MTTR Precio (x 10^-5 horas) (horas) miles U$ 200 11 1000

Robot frascos químico Robot atomizador Robot filtrador Robot llenador Robot etiquetador

450 150 80 80 80 120

13 10 15 15 5 20

2000 750 500 500 600 750

1. Represente en forma lógica el proceso de los perfumes.(5puntos) 2. Calcule costos globales 3. Si se ofrece un robot químico que tiene una tasa de falla de la mitad actual y el mismo MTTR. ¿Cuánto estaría dispuesto a pagar la empresa, vendiendo el antiguo a U$ 1.000 ? 4. Analice la factibilidad de aumentar la confiabilidad de la planta vía redundancia de robot llenador y etiquetador (c/u por separado en paralelo)

129


EJEMPLO CERRAJERIA 

Una empresa dedicada al pintado de cerrajería posee un sistema productivo que se caracteriza por la recepción y transporte de la pintura y elementos a pintar a través de una correa transportadora (1). Luego la pintura se agita en el mezclador (2) durante 1 hora mientras que la cerrajería es acabada en la pulidora (3). Posteriormente se pulveriza (4) la pintura para ser añadida a la cerrajería. Por último, el elemento pintado es llevado a un horno (5), donde se seca. El diagrama físico de distribución en planta es :



La empresa trabaja en dos turnos, y cada uno de ellos trabaja el número de horas que establece la legislación laboral chilena. Se producen 20.000 piezas por hora, correspondiendo a cada una de ellas 150 [c.c.] de pintura. El cobro que se realiza por el servicio es de US$ 0.008 por pieza, siendo los costos totales equivalentes al 75% del precio de venta y los costos variables 50% de los costos totales. La siguiente tabla presenta algunas de las características de los equipos. Nº

Equipo

1 2 3 4 5

Correa transportadora Mezclador tradicional Pulidora Pulverizador Horno

Tasa de falla (*10-5) [1/hora] 100 400 300 150 50 130

MTTR [horas] 6 11 4 5 3 Raúl Stegmaier B. - Fredy Kristjanpoller R.

EJEMPLO CERRAJERIA a) Represente en forma lógica el proceso de pintado. b) ¿ Qué probabilidad existe de realizar mantención correctiva, si se practica mantención preventiva cada 100 horas ? Existe la posibilidad de cambiar el mezclador por un nuevo modelo hecho en Malasia, ya que el existente tradicional se puede vender a otra fábrica en US$5.000, la mitad de su precio actual. Se cuenta con una cotización de uno de estos mezcladores de Malasia, donde se observa un costo de US$ 16.000 para un equipo de una capacidad de 2.000 litros/h. Se sabe que la tasa de falla igual a 300 *10-5 [1/hora] y el índice de W illiams genérico para los mezcladores es de 0,65 c)

Para reemplazar el mezclador existente hay tres posibilidades factibles :

3 mezcladores de Malasia, en paralelo. El conjunto de 3 mezcladores posee un MTTR igual a 8 horas • 2 mezcladores de Malasia en serie, con un MTTR igual a 6 horas. • 2 mezclador tradicionales en serie. •

¿Qué decisión tomaría ? Considere el horizonte de 7 años y una tasa de descuento de 12 % anual.

131


EJEMPLO CASO CHOCOLATE 

Charles y su fábrica de chocolates ha subsistido a lo largo del tiempo, actualmente se desenvuelve en el mercado tradicional, pero a través de un estudio de mercado ha determinado que a sus clientes no les basta con los productos tipo, por lo que ha decidido implantar dos nuevas variedades de chocolate producto 1 y producto 2. Los beneficios que reportan para la empresa son 200 [UM/u] y 170 [UM/u] respectivamente. Los costos fijos de producción son un 35% de los beneficios en cada producto. La secuencia de fabricación comienza con la producción típica, hasta el proceso A, después se separa por línea de producto como se ve en el diagrama adjunto. C B

1 C

A

E



F

G

2

Además se tiene los siguientes datos de cada equipo: Equipo A B C E F G

Tasa de falla [1/h] MTTR [h] 0,083 0,067 0,16 0,043 0,125 0,005

0,5 0,1 1 0,2 1,5 0,3

132

Precio [UM/u] 174.000 95.000 100.000 98.000 20.000 150.000

Capacidad [u/h] 150 60 60 70 70 70


EJEMPLO CASO CHOCOLATE Considere que el equipo C está en configuración paralelo de redundancia total y que la empresa trabaja a tres turnos de 8 horas diarias con 4 semanas laborales de 5 días cada una al mes 1. 2.

Determinar la lógica de falla Se tiene la posibilidad de obtener un contrato exclusivo con un importante distribuidor para entregar 27.200 unidades de “P1” al mes, si no se satisface el pedido la multa es de un 10% sobre los beneficios obtenidos ¿le

3. 4.

conviene suscribir el contrato? Se evalúa la posibilidad de colocar un equipo F en Stand-by en la línea de producción de “P2”, para poder implementar el sistema se dispone de un conmutador con tasa de falla 0,0083 [1/min] y MTTR 0,5 [h]. ¿Cuánto paga por implementar esta configuración? Se le ofrece la posibilidad de mejorar la mantenibilidad del equipo crítico de cada proceso en un 20% a un costo de $50.000 cada uno. Analice

133


Pack Producto X Para el proceso de producción de un “pack” de producto X se cuentan con una cantidad limitada de máquinas para producirlo. El primer proceso corresponde a la medición del peso de la materia prima para ver si este es acorde a las necesidades del mercado, proceso que se realiza con la máquina A. Posteriormente, la materia prima se hace circular por correas donde a través de la máquina B se realiza el moldeado de esta. Una vez realizado el molde se procede a añadirle el color respectivo a través de 7 máquinas: 2 máquinas para color azul (C1), 3 máquinas para color blanco (C2) y 2 máquinas para color negro (C3). Por lo tanto, la cantidad de producto se debe dividir en partes iguales. Considere que cada producto X debe tener un solo color y que cada pack cuenta con 1 producto X de cada color. A continuación se le entrega información detallada de las máquinas. Equipo

Cantidad

Tasa de falla x10-5 [1/min]

MTTR [h]

A B C1 C2 C3

2 3 2 3 2

20 15 12 10 14

6 10 12 10 12 134

Capacidad normal [unidades/ h] 45 30 30 10 15

Capacidad máxima [unidades/h ] 90 45 30 15 15

Costo equipo [$]

$ 1.500.000 $ 1.750.000 $ 4.000.000 $ 3.000.000 $ 3.750.000


Pack Producto X  Se posee también información detallada que se resumen a continuación:  Se trabajan 3 turnos de 6 horas, 5 días a la semana las 52 semanas del

año.  El proceso está destinado a que se obtengan, y por ende a trabajar, a 30

“packs” por hora, donde el precio por pack es de $250.  Hint: para trabajar a 30 pack por hora, las máquinas A y B deben trabajar

a 90 unidades por hora.  Los costos fijos corresponden al 50% del precio, mientras que las

utilidades corresponden al 42%.  El horizonte de evaluación son 10 años con una tasa de descuento de

13%.

135


RCM: POLITICAS DE MANTENIMIENTO


Políticas de Mantención

Una de las aplicaciones interesantes de la teoría de confiabilidad en el ámbito de la gestión tiene relación con la definición de políticas de mantención.

137


El Proceso del Mantención

Identificación

Planificación

Programación

Proceso habitual de Mantenimiento

Mejoramiento Continuo

¿Dónde están las oportunidades de negocio? Análisis

Ejecución

138

Asignación


Evolución del Mantenimiento Industrial

AÑOS

E D S A IC T I L O P

N O IC N E T N A M

E D S O T P E C N O C

N O I C N E T N A M

1955

1965

1975

1985

MANTENCION CORRECTIVA

MANTENCION BASADA EN EL TIEMPO

MANTENCION SEGUN CONDICION

MANTENCION PREVENTIVA + MEJORA CONTINUA

MANTENCION DEBIDO A ROTURA MANTENCION PREVENTIVA MANTENCION PRODUCTIVA

139


Estrategias de Mantención Clasificación -A la falla : (OTF) correctiva

accidental -Preventiva: Edad constante (FTM) Según Condición (CBM) Predictiva

-Mejorativa (DOM) -Productiva: Preventiva + Mejorativa 140


Mantención a la Falla Correctiva Llevar la máquina o componente a condiciones de

Intervención de reparaciones después de falla.

funcionamiento aceptables.

Es la forma más básica y antigua de mantener. La acción está definida exclusivamente al evento de la falla. Prevalecen las capacidades técnicas individuales. Escaso control de costos, nivel del servicio y capacidad organizacional.

141


Mantención Preventiva Cíclica Edad Constante Sustituciones por falla

K

K

K

Sustituciones Preventivas K = constante

142


Mantención Cíclica Características -Requiere conocimiento estadístico del fenómeno de la falla. -El momento de intervención está definido por la vida esperada. ’

-Forma de mantención de los años 70. -Implica un crecimiento cultural y organizacional. -Tiene sentido su aplicación -Según comportamiento de la tasa de falla. -Cuando el costo preventivo es menor al correctivo.

143


Mantención Preventiva Bajo condición Sustituciones por falla Pronóstico de Falla

Sustituciones Preventivas K = variable

144


Mantención Según Condición Características Es un tipo de Mantenimiento preventivo que planea las intervenciones basándose, a través de inspecciones o monitoreo, de las reales condiciones de funcionamiento. o

Ella permite así intervenciones más dirigidas y oportunas, con la ventaja de aumentar la disponibilidad del sistema. o

o

Se basa en la medida de señales débiles emitidas y en la consiguiente interpretación del estado del deterioro. Se asume como discriminante para decidir la intervención, la que ocurre por la superación del umbral de la variable controlada. o

-Tiene sentido aplicarla cuando: El costo preventivo es menor que el correctivo. El costo de la inspección es menor del costo preventivo. El costo de la inspección es menor de la diferencia entre el correctivo y el preventivo.

145


Mantención Según Condición

Falla funcional

Valor límite tolerable

Tiempo residual

Falla potencial

límite área de monitoreo

Tiempo

146


Mantención Preventiva Predictiva Sustituciones por falla Pronóstico de Falla Estadístico

Sustituciones Preventivas K = variable

147


Mantención Predictiva Características . • Es

análoga a la Mantenimiento según condición.

• Se basa en la medida instrumental de las señales débiles y su modelación.

• Presupone la existencia de una relación pseudo-determinístico entre el valor de la señal emitida y la vida residual del componente. • En condiciones de funcionamiento no correcto, las máquinas emiten señales

("emisiones“), clasificables en cuatro categorías: • emisiones acústicas y vibratorias. • emisiones térmicas. • emisiones relativas a los fluidos (Lubricación y Refrigeración). • emisiones relativas al producto.

148


Mantención Predictiva

Trend de largo plazo

previsión de largo plazo

previsión de corto plazo

aceleración del deterioro

trend de corto plazo

previsión de largo correcta con aquella di corto

Tiempo

149


Mantención Mejorativa

Intervenir el equipo e instalaciones para mejorar la seguridad

Modificar las Condiciones genéticas de los equipos e instalaciones

de funcionamiento -Es el conjunto de las acciones de mejoras o pequeñas modificaciones que no

incrementan necesariamente el valor patrimonial. -Superación de la concepción de la mantención entendida sólo como reparación y/o

prevención de la falla. - Incremento del productividad y orientación hacia el mejoramiento continuo. - Desarrollo y fortalecimiento de la función de Ingeniería de Mantención.

150


Mantención Productiva Es el conjunto de acciones orientadas a la prevención, al mejoramiento continuo y a la transferencia de funciones elementales y rutinarias de mantención al operador de la máquina, basándose en la captura sistemática de datos y del diagnóstico precoz. -Representa el punto más avanzado del desarrollo de la mantención. -Requiere soluciones organizacionales innovadoras, en términos de: -prevención a través del monitoreo de señales débiles. -mejoramiento continuo. -mantención autónoma. -grupos interfuncionales de mejoramiento. -responsabilidad global. -gestión participativa.

151


Elección de la Estrategia de Mantención

.

La elección de la estrategia de mantenimiento queda determinada por tres criterios básicos: - La factibilidad técnica de la inspección. - La criticidad de la falla (relación entre frecuencia e impacto). - La relación entre tasa de falla y los costos: • Costo global de la intervención a la falla. • Costo global de la intervención preventiva. • Costo de la particular inspección.

152


Elección de la Política de Mantención Según la criticidad de la falla

Impacto de la Falla

Mejorativa

Preventiva On Condition

Preventiva Cíclica

A la Falla

Frecuencia de la Falla

153


Elección de políticas de Mantención. Según estado del ciclo de vida Tasa de Falla Tiempo

Correctiva

Correctiva

Correctiva

CGC

 CGP

Correctiva

Correctiva

Preventiva Cíclica

CGC

 CGP

Predictiva

Preventiva Cíclica o Predictiva

Predictiva

CI

 (CGC  CGP ) CGC

CI

 CGP

 (CGC  CGP )

CGC : Costo global de mantención correctiva

CGP : Costo global de mantención preventiva C

: Costo de inspección I

154


Comportamiento de la tasa de falla Componentes de United Airlines 11% estos componentes pueden tener beneficios al ser intervenidos de forma preventiva o a edad fija.

4%

Casos en que existe un aumento real en la tasa de falla después de una determinada edad.

2% 5%

7% 89%

En este caso, típico de motores a turbina, no existe una edad en la cual la tasa de falla

14%

comience a crecer rápidamente. Es común que exista un límite de edad para la cual sea posible implementar mantención preventiva.

para estos 89% componentes, la mantención preventiva no agrega valor.

68%

En estos casos no es aplicable ningún tipo de intervención de mantención preventivo.

155


Lógica para definición de política de mantenimiento

156


Políticas de mantenimiento

157


Políticas de mantenimiento  Para que las políticas de mantención preventiva sean

económicamente convenientes se deben satisfacer dos condiciones:  La tasa de fallas debe ser creciente  Los costos de la intervención de emergencia deben ser

mayores que la intervención preventiva

158


Políticas de mantenimiento  Caso 

de un solo componente: Dos alternativas: edad constante / fecha constante

 Condiciones   

Estado del componente El componente después de la intervención se considera nuevo Efecto de la falla = anulación de la productividad

159


Modelo - Costos

Costo por unidad de tiempo vs tiempo

o p m ie t e d d a d i n u r o p o t s o C

Costo Mínimo de Mantención

Costo de Mantenciones Preventivas

Costo de Mantenciones Correctivas

Tiempo, t

160


Modelo 1 Reemplazo a Edad Constante Restricciones –

Para que las actividades planificadas de mantención preventiva sean económicamente convenientes se deben satisfacer dos condiciones: •La tasa de fallas debe ser creciente. •Los costos de la intervención de emergencia deben ser mayores que

la intervención preventiva.

161


Modelo 1

–

Reemplazo a Edad Constante

La efectividad del mantenimiento de tiempo fijo en términos de costos depende de la predecibilidad del tiempo de falla, es decir, de la dispersión del tiempo de falla.

162


Modelo 1

–

Reemplazo a Edad Constante

Con este tipo de mantención se dispone que el componente se sustituya cuando falla o cuando alcanza cierta edad T EC = [CE F(T) + CP R(T)] / [MTBMT + MTTRT] MTBMT=R(T) T+F(T) MTBFT MTTRT=R(T) MTTRP+F(T) MTTRE CE : Costo total de cada intervención en emergencia CP : Costo total de cada intervención preventiva R(T): Confiabilidad al tiempo T F(T): Probabilidad de falla al tiempo T 163


Modelo 1 Reemplazo a Edad Constante –

Costo Costo Total

Cp Cc

MC

MP

EC

=

C P ×R( tp) + C E ×(1 R( tp)) MTBMtp + MTTRtp 164


Modelo 1 Reemplazo a Edad Constante –

EC = [CE F(T) + CP R(T)] / [MTBMT + MTTRT] T

Donde: Ec

ò t × f ( t ) dt MTBF

=

0

T

F (T)

Tiempo

tp 165


Modelo 1– Reemplazo a Edad Constante Ejemplo Un equipo en etapa de desgaste tiene una curva de confiabilidad determinada por una distribución Weibull con parámetros alfa = 100 y beta = 2. El costo de mantención preventiva del equipo es de $10,000 mientras que el costo de mantención de emergencia es de $100,000. Evalúe, desde el punto de vista de los costos, la programación óptima de mantención para el equipo.

F (t )  1  e

 t     100 

2

; R (t )  e

tp

MTBFtp



 t     100 

2

 MTBF  88,62 [hrs.]

tp

 t  f (t )dt  F (t )  F (t 0

F (tp )



i

0

i 1

) (ti  ti 1 ) 2  





F (tp )

166


Modelo 1– Reemplazo a Edad Constante Ejemplo t F(t) R(t) MTBFtp 0 ,00%0 100,00% 0,00 5 0,25% 99,75% 2,50 10 1,00% 99,00% 6,25 15 2,22% 97,78% 9,70 20 3,92% 96,08% 13,08 25 6,06% 93,94% 16,40 30 8,61% 91,39% 19,69 35 11,53% 88,47% 22,93 40 14,79% 85,21% 26,14 45 18,33% 81,67% 29,31 50 22,12% 77,88% 32,42 55 26,10% 73,90% 35,49 60 30,23% 69,77% 38,49 65 34,46% 65,54% 41,44 70 38,74% 61,26% 44,32 75 43,02% 56,98% 47,12 80 47,27% 52,73% 49,85 85 51,45% 48,55% 52,50 90 55,51% 44,49% 55,07 95 59,44% 40,56% 57,54 100 63,21% 36,79% 59,92 105 66,80% 33,20% 62,21 110 70,18% 29,82% 64,39 115 73,35% 26,65% 66,47 120 76,31% 23,69% 68,45

MTBM(tp) 0,00 4,99 9,96 14,88 19,73 24,48 29,11 33,61 37,95 42,12 46,11 49,91 53,50 56,88 60,05 63,01 65,75 68,28 70,61 72,73 74,67 76,42 77,99 79,40 80,66 167

Ec 2.047,50 1.093,64 806,50 685,76 631,27 609,58 606,28

614,13 629,07 648,60 671,11 695,53 721,04 747,10 773,24 799,15 824,55 849,24 873,05 895,85 917,55 938,07 957,35 975,38 Raúl Stegmaier B. - Fredy Kristjanpoller R.

Modelo 1– Reemplazo a Edad Constante Ejemplo

h / $ [ o d a r e p s e o t s o C

2.000 1.800 1.600 1.400 1.200 1.000 800 600 400 200 -

Beta = 2 Beta = 1

5

15

25

35

45

55

65

75

85

95 105 115

Tiempos de reemplazo [hrs]

168


Modelo 2– Reemplazo a Edad Constante Confiabilidad Mínima

Determine la frecuencia de reemplazos de un componente para que al final de la vida del elemento tenga al menos una confiabilidad del x% Sea: T: la longitud del intervalo de tiempo en que se aplicará el mantenimiento. R(t): es la confiabilidad sin mantenimiento. RM(t): es la confiabilidad con mantenimiento. TV: es el tiempo de vida útil del sistema.

169



Para 0 ≤ t < T, es claro que RM(t) = R(t). Para T

≤

t < 2T, y suponiendo que el mantenimiento deja al

sistema nuevo, la probabilidad de que funcione enpor el tiempo t como es la probabilidad de que funcione en el tiempo T la probabilidad de que funcione en el tiempo t-T, luego RM (t) = R(T) R(t-T).

170



Para 2T ≤ t < 3T, la probabilidad de que funcione en el tiempo t es la probabilidad de que funcione en el tiempo 2T por la probabilidad de que funcione en el tiempo t-2T, luego

RM(t) = RM(2T) R(t-2T) = R(T) R(2T-T) R(t-2T) RM(t) = R2(T) R(t-2T)

171


Modelo 2– Reemplazo a Edad Constante Confiabilidad Mínima En general, aplicando el mismo argumento se tiene que: RM (t) = RN(T) R(t-NT) para NT

≤

t < (N+1)T, y

N = 0,1,2, 3,…

Si se quiere un incremento en la confiabilidad se debe tener que RM(t) > R(t) o lo que es lo mismo, RM(t)/R(t) > 1

172


Modelo 2– Reemplazo a Edad Constante Confiabilidad Mínima En particular, para la distribución Weibull se tiene que para NT < t < (N+1)T

R (t )  e

t     

N

  T     t  NT   RM (t )   e      e        luego

RM (t )  e

T   N    

173

e

 

t  NT     


Modelo 2– Reemplazo a Edad Constante Confiabilidad Mínima Ahora, si el sistema tiene un tiempo de vida de Tv, y se harán N reemplazos preventivos.

T = Tv/N, Tv=NT

Entonces la confiabilidad del sistema en el tiempo Tv=NT es:

R(Tv )  e RM (Tv)  e

Tv     

T   N    

e

e

 

 

NT     

Tv  NT     

174

e e

T  N      



T   N    


Modelo 2– Reemplazo a Edad Constante Confiabilidad Mínima Entonces:

RM (Tv) R(Tv)



e e

T   N    

T   N     

 T  N  T        

N 



RM (Tv ) R (Tv )

e

    

N

 T   N  T          

    



1

0 ; N  1  0,   1

e 175

  Tv    1  N 1             


Modelo 2– Reemplazo a Edad Constante Ejemplo Ejemplo: Un componente cuya ley de vida es una Weibull con  =3 y =2 (años), determine la frecuencia de Reemplazos para que al final de la vida del elemento (8 años) tenga al menos una confiabilidad del 90%

RM (Tv )  RM (8)  0.9 R(Tv )  R(8)  e RM (8) R(8)

e

8   2

3

3     8  1 N 1 3   2    

176

 1.604  1028  5.612  1027 Raúl Stegmaier B. - Fredy Kristjanpoller R.

Modelo 2– Reemplazo a Edad Constante Ejemplo Ejemplo: El valor de N que cumple la condición anterior es N=25, luego La frecuencia de reemplazo preventivo adecuada para cumplir La condición de confiabilidad es:

T



Tv N



8  3.84 meses  0.32 años 25

177


Ejemplo

Suponer un sistema cuyo tiempo (en horas) para fallar sigue una distribución Weibull con β= 2,5 y = 15.450.- . Determinar el intervalo de tiempo que se le debe dar mantenimiento preventivo al sistema para lograr que tenga al final una confiabilidad por lo menos del 85%, considerando una vida útil de 6 años.

178


INGENIERÍA DE PLANTAS INDUSTRIALES ICN-342


Apuntes de Curso Ingeniería de Plantas Industriales

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