CASO DE ESTUDIO SOBRE EL ANÁLISIS DE LA FIABILIDAD EN UNA PLANTA DE TRITURADO DE MINERAL EN CHILE. Resumen

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1 CASO DE ESTUDIO SOBRE EL ANÁLISIS DE LA FIABILIDAD EN UNA PLANTA DE TRITURADO DE MINERAL EN CHILE Fredy Kristjanpoller, Adolfo Arata Andreani Departamento de Industrias, Universidad Técnica Federico Santa María, Valparaíso, Chile. Vicente González Díaz, Adolfo Crespo Márquez Organización Industrial y Gestión de Empresas, Escuela Superior de Ingenieros, Universidad de Sevilla, España. Resumen El presente caso de estudio tiene como objetivo analizar desde el punto de vista de la fiabilidad, el comportamiento de aquellos procesos de triturado y molienda de mineral que se llevan a cabo en una mina de cobre ubicada en el norte de Chile. La finalidad de este análisis será por tanto la identificación de factores de pérdida y equipos críticos considerando para ello las dimensiones de Fiabilidad, Mantenibilidad, Utilización y Productividad, lo cual permitirá determinar las causas de las pérdidas del sistema, así como definir las acciones de mejora posibles (mejoras por ejemplo en cuanto a planificación, equipos y prácticas operacionales). Con tal propósito, este artículo comienza con una breve introducción donde se definen conceptos como fiabilidad, disponibilidad, mantenibilidad y seguridad, mostrando con ello la importancia que supone el uso de casos de estudio para encontrar aplicaciones prácticas a desarrollos teóricos. Seguidamente, se presentarán las características generales de un análisis de fiabilidad y se describirá el contexto donde dicho análisis será aplicado. Para describir el escenario específico del caso estudio se va a utilizar una plataforma informática R-MES cuya aplicación permitirá desarrollar los diagramas lógico-funcionales de los procesos en estudio, y que serán agrupados en tres sistemas principales. La metodología utilizada corresponde a Diagramas de Bloques de Confiabilidad (RBD) a través de la mencionada plataforma informática R-MES, de modo que efectúe el cálculo sistemático de Indicadores Claves de Proceso (KPI), permitiendo así mismo identificar los equipos de mayor impacto en la planta y en los cuales se deberán enfocar las acciones de mejora. Una vez analizada la efectividad global de los procesos e identificados los equipos críticos, este artículo finaliza con las conclusiones donde se resumen sucintamente los resultados principales alcanzados en este estudio, proponiendo futuras mejoras en el caso de estudio planteado, así como otras aplicaciones en términos de gestión del mantenimiento y de la garantía de grandes plantas industriales. Palabras Clave: Análisis RAMS, Confiabilidad, Disponibilidad, Gestión de Activos, Mantenibilidad, Overall Equipment Efectiveness (OEE), Indicadores Claves de Proceso. 1 INTRODUCCIÓN Los equipos de cualquier complejo industrial deben tener en cuenta hoy en día una gran cantidad de restricciones y condiciones. Sus componentes o subsistemas presentarán, sin duda, rangos de modos potenciales de fallo que deben considerarse desde el estado inicial de diseño del sistema completo, teniendo en consideración su modo de operación, las condiciones medioambientales, los tiempos de fallo etc. El análisis RAMS ofrece una valoración aproximada del comportamiento de equipos que operan en condiciones severas, tales como aquellos elementos pertenecientes a sistemas complejos del sector aeroespacial, defensa, automoción, telecomunicaciones etc. así como sectores industriales tales como la minería o la extracción petrolífera [1], [2]. Los términos del acrónimo RAMS pretenden transmitir los siguientes conceptos: Página 1 de 15

2 La Fiabilidad (Reliability), como la capacidad de un sistema o componente para realizar aquellas funciones que se esperan de él, bajo condiciones establecidas durante un periodo de tiempo específico. La Disponibilidad (Availability), como el grado en el Anexo que un N sistema 4: Configuración o componente lógico puede funcional ser de los utilizado durante un intervalo de tiempo determinado. procesos Se suele productivos expresar en como estudio un ratio de tiempo. La Mantenibilidad (Maintenability), como aquella característica del diseño y la instalación de un elemento, en el que éste debe ser reinstaurado o sustituido tras un determinado periodo de tiempo, siendo el mantenimiento realizado de acuerdo a los procedimientos prescritos. La Seguridad (Safety), como la condición de estar protegido frente a fallos, errores, accidentes, daños o cualquier otro incidente que pueda ser considerado como no deseable. Los anteriores conceptos suelen ser expresados en términos de probabilidad y para su medida se tienen en cuenta las causas, los mecanismos (relación causa-efecto) y los modos de fallo del ítem motivo de análisis [3]. Estos conceptos suelen comprender las siguientes variables: Ratio de fallo del sistema (Failure Rate): λ Tiempo entre fallos del sistema (Mean Time Between Failure): MTBF Disponibilidad (Availability): A Indisponibilidad (Unavailability): UA Tiempo de Inactividad del Sistema (Mean Down Time): MDT Estas expresiones pueden desarrollarse en expresiones genéricas con las que, una vez aplicadas a aquellos bloques funcionales básicos en los que se componga el sistema motivo de estudio, puede obtenerse la función fiabilidad R(t). A tal efecto es de gran utilidad la aplicación de la norma ISO/DIS 14224, [4]. En dicha norma, el número de niveles para la subdivisión de un sistema depende de la complejidad del equipo en cuestión y del empleo y manipulación de datos usados en un análisis de disponibilidad y fiabilidad. En general, los estudios de casos concretos han sido normalmente utilizados para apoyar y ayudar a las materias teóricas tanto de la ingeniería como de otros campos de investigación. Durante el desarrollo de estos casos, generalmente se encuentra tal cantidad de información que puede o bien trivializar el estudio, o complicar éste más allá de un nivel razonable [5]. Por esa razón, la intención aquí será la de sintetizar un caso práctico que transmita con facilidad cómo un análisis de fiabilidad (tanto en la etapa de diseño como más adelante durante el periodo de operación del sistema) permite adoptar, por ejemplo, decisiones adecuadas sobre las acciones estratégicas en la selección de equipos, repuesto etc. de modo que un buen mantenimiento garantice la productividad esperada de una planta industrial, como es en nuestro caso el de una instalación minera [6]. 2 BASE TEÓRICA DE UN ANÁLISIS DE FIABILIDAD SEGÚN PLATAFORMA R-MES La metodología de diagramación utilizada es conocida como Reliability Blocks Diagrams (RBD) que busca representar la seguridad de funcionamiento de una planta industrial a partir de las configuraciones lógicas de los elementos básicos constituyentes del sistema productivo. Referencias en este sentido son por ejemplo [7], [8], [9]. El sistema R- MES contempla las siguientes posibilidades es sus diagramas lógicos funcionales: Serie: La configuración en Serie implica que el fallo de cualquier equipo o subsistema bajo este modelo provoca una detención total del sistema al que pertenecen. Tal como lo muestra la figura siguiente el sistema está compuesto de 3 equipos en serie (A, B, C). En este caso la detención (downtime) de cualquiera de ellos provoca una detención del sistema. El fallo de cualquier equipo provoca una detención del Sistema (figura 1). Figura 1. Configuración en Serie. Página 2 de 15

3 Paralelo: La configuración en Paralelo relaciona a dos o más equipos siendo cada uno de ellos capaz de soportar la carga total de la etapa del proceso. Tal como muestra la figura adjunta, un sistema Paralelo se encuentra indisponible solamente el tiempo en que coinciden en detención todos los elementos que lo conforman. Los fallos simultáneos de todos los equipos provocan una detención del Sistema (figura 2). Figura 2. Configuración en Paralelo. Stand By: La configuración de subsistemas en Stand By se compone de dos equipos, uno primario y otro secundario. El equipo primario opera hasta su falla y tras este evento lo reemplaza el equipo secundario, capaz de soportar en un 100% la capacidad del primario. El fallo en el subsistema se verifica cuando los equipos se encuentran en un estado de falla de manera simultánea. Los fallos simultáneos de todos los equipos provocan una detención del Sistema (figura 3). Figura 3. Configuración en Stand-By. Redundancia Parcial: El subsistema en configuración de redundancia parcial está compuesto por n equipos, de los cuales se requiere una fracción para la correcta operación del proceso productivo. Como se verá en nuestro caso de estudio se tendrán 3 equipos de los cuales se requerirá al menos 2 disponibles para que el sistema se encuentre en esta condición. Se requiere una fracción del total de equipos para un correcto funcionamiento del sistema (figura 4). Figura 4. Configuración en Redundancia Parcial. Fraccionamiento: La configuración en Fraccionamiento representa que dos o más equipos se reparten la carga total de trabajo según una ponderación general mente asociada a capacidad productiva de los equipos. A diferencia del sistema en paralelo el fallo de cualquiera de los equipos supone una pérdida de carga equivalente al impacto del equipo en el proceso de producción. En nuestro caso de estudio, a modo Página 3 de 15

4 de ejemplo, se tendrán 3 equipos con impactos de 50%, 30% y 20% en el proceso, por lo tanto la detención de cualquiera de ellos va a tener un impacto parcial sobre el sistema dependiendo de la capacidad de procesamiento perdida. El fallo de un equipo provoca una pérdida de capacidad en el sistema proporcional a su nivel de impacto (figura 5). Figura 5. Configuración en Fraccionamiento. A continuación, vamos a concretar las principales variables para un análisis de fiabilidad y mantenibilidad en el siguiente cuadro resumen (tabla 1). Dos subsistemas en Serie (λ es el ratio de fallo) Dos subsistemas en Paralelo n subsistemas idénticos en paralelo; el sistema falla si m o más subsistemas fallan. (m_out_of_n) System Failure Rate System MTBF System Availability (A) λ! m m 1 λ m _ out _ of _ n = λ MDT λ series = λ 1 + λ 2 parallel = λ1 λ2 ( MDT1 + MDT2 ) MTBF series = MTBF1 MTBF2 MTBF + MTBF A series 1 2 MTBF parallel = MTBF1 MTBF MDT + MDT MTBF m _ out _ of _ n n ( n m)!( m 1)! m MTBF = n MDT ( n m)!( m 1)!! m 1 n! m!( n m)! = A 1 A 2 A parallel = A1 + A2 A1 A2 m A m _ out _ of _ n = 1 (1 A) System Unavailability (UA) System Mean Down Time (MDT) UA series = UA 1 + UA2 UA1 UA2 MDT series = MTBF1 MDT2 + MTBF2 MDT1 MTBF + MTBF 1 2 UA parallel n! m!( n m)! = UA 1 UA 2 m UAm _ out _ of _ n = UA MDT MDT2 MDT 1 MDT parallel = MDT1 + 2 MDT Tabla 1. Cuadro resumen de fórmula. m _ out _ of _ n = MDT m Otras referencias relevantes en esta área son [10], [11], [12]. 3 ESCENARIO DEL CASO Y CONFIGURACIÓN LÓGICO-FUNCIONAL DE LA PLANTA Una vez definida la base teórica para un análisis de fiabilidad, se va a proceder a su aplicación según la plataforma informática R-MES. Para ello, se va a describir simultáneamente el escenario de estudio conforme se construyen los diagramas lógico-funcionales de aquellos equipos que conforman los principales sistemas de la planta de triturado, también denominada planta de chancado. Ello implica identificar bajo qué configuración lógica se relacionan estos equipos en el interior de los sistemas y cómo impactan a la continuidad operacional del proceso global. Como se ha mencionado con anterioridad, uno de los objetivos del presente análisis será determinar la configuración lógica funcional más apropiada para cada etapa de los procesos de (en nuestro caso) triturado de mineral. Es decir, aquellas que mediante su integración, permitan obtener los indicadores a nivel agregado. De este modo, la ventaja que ofrece Página 4 de 15

5 esta metodología es que se pueden consultar los indicadores claves del proceso al nivel deseado por el usuario (equipo, subsistema, planta). Los procesos se van a agrupar según la lógica del propio proceso en tres sistemas principales: Sistema A: Triturado primario, Sistema de Transporte Correa A-7 y Pretriturado. Sistema B: Triturado Primario, Primario y Sistema de Transporte Correa Nº 5. Sistema C: Triturado Terciario / Cuaternario. El período de estudio corresponde al trimestre Octubre-Diciembre del año 2008 y para la configuración lógica de las plantas en el estudio se han realizado tres diagramas independientes que se mostrarán a continuación. Importantes contribuciones en este campo son las referencias [13], [14], [15]. 3.1 Diagrama 1: Esquema Lógico-Funcional del Sistema A El Sistema A es el que corresponde a la Planta de Triturado Primario (figura 6), el Proceso de Pretriturado (figura 7), y el Sistema de Transporte. Figura 6. Flujograma de la Planta Triturado Primario. Figura 7. Flujograma del Proceso de Pretriturado. Página 5 de 15

6 Este Sistema A se integra de acuerdo a una configuración lógico funcional en serie (figura 8). En el diagrama general se indica que el proceso de Pretriturado, tiene un impacto de 20% en la capacidad productiva del proceso. Sabiendo que el nivel de procesamiento normal de la Planta de Triturado Primario es de 2000 [Ton/Hr] con el proceso de Pretriturado Disponible, en caso de que este falle, la capacidad decae a 1600 [Ton/Hr]. Por otra parte las Plantas de Triturado Primario y Transporte, se encuentran en una configuración lógica (como se ha mencionado anteriormente) en Serie, lo cual implica que se requiere de la disponibilidad de ambos para que el sistema se encuentre en condiciones de operar. DIAGRAMA Nº 1 Proceso de Pretriturado Planta Triturado Primario BLOQUE SIN FALLA Sistema de Transporte Fraccionamiento 20% - 80% Serie Figura 8. DLF Plantas de Triturado 1, Pretriturado y Sistema de Transporte (General). Entrando en el detalle de estos procesos, los equipos constituyentes disponen de configuraciones redundantes en lo que respecta a los sistemas de Ventiladores, Alimentadores de Placas y en la Salida de la Planta, siendo los restantes elementos constituyentes en serie. En el caso del proceso de Pretriturado, los sistemas redundantes corresponden a los Ventiladores Inyección Planta, Ventiladores Enfriadores de Aceite Triturador, Sistema Colector de Polvo de la Correa Nº 54 y Salida a Tolvas SAG / Secundario con elementos en configuración Paralelo. 3.2 Diagrama 2: Esquema Lógico-Funcional del Sistema B El Sistema B corresponde a la Planta de Triturado Primario B1, Triturado Primario B2, de Triturado Secundario y el Sistema de Transporte B1 / B2 (figura 9). Figura 9. Flujograma de las Plantas de Triturado primario B1, B2, secundario y Sist. de Transporte. Esta Planta de Triturado Primario B1 / B2, Triturado Secundario y Sistema de Transporte, poseen las siguientes configuraciones lógico funcional (figura 10). Página 6 de 15

7 DIAGRAMA Nº 2 Proceso de Triturado 1º Planta de Triturado Planta de Triturado 1º B1 Sist. Transporte B1 / B2 Fraccionamiento 83% - 63% Figura 10. DLF Plantas de Triturado primario B1 / B2, secundario y Sist. de Transporte (General). En este cuadro se indica que las Plantas de Triturado primario B1 y B2 se encuentran en configuración de fraccionamiento con capacidad ociosa sumando un 146% de capacidad respecto de la producción objetivo (aprox Ton/Hr de 2800 Ton/Hr). Los porcentajes asociados a esta configuración se desprenden de los antecedentes presentados en la tabla siguiente: Serie Sistema Capacidad [Ton / Hr] Demanda [Ton / Hr] Nivel Servicio [%] Planta Triturado primario B1 1, % Planta Triturado primario B2 1, % Total 2,800 1, % Tabla 2. Capacidad, Demanda y Nivel de Servicio de la Planta de Triturado primario B1 y B2. Por su parte la Planta de Triturado Secundario y el Sistema de Transporte B1 / B2 se encuentran en configuración Serie. 3.3 Diagrama 3: Esquema Lógico-Funcional del Sistema C Por último, el Sistema C que corresponde con la Planta de Triturado Terciario y de Triturado Cuaternario (figura 11). Figura 11. Flujograma de la Planta de Triturado Terciario y Cuaternario. Como se ha mencionado anteriormente, el Sistema C considera la diagramación lógico funcional de las Plantas de Triturado Terciario y Cuaternario en configuración Serie. El sistema de triturado terciario está compuesto por 4 secciones A, B, C y D, con capacidades de producción de 450, 550, 450 y 550 [Ton/Hr] respectivamente, lo cual asigna los porcentajes a la configuración de fraccionamiento. También se incluyen las Correas 8A, 8B, 8C y 8D en serie, además de las correas 8E y 8F que tienen un impacto parcial en el proceso. Destaca en el sistema de Triturado Cuaternario que las líneas de alimentación poseen una capacidad de 140% en relación a la producción requerida. De las tres líneas Triturador / Harneo cuaternario se requieren dos para el procesamiento normal de la carga, por lo tanto corresponde configuración de fraccionamiento / redundancia 3:2. Página 7 de 15

8 4 ANÁLISIS DE EFECTIVIDAD GLOBAL DE LOS PROCESOS En este apartado se presentan los resultados de disponibilidad y utilización de las plantas en estudio, primeramente se describen las métricas del sistema R-MES para posteriormente entregar los resultados de las plantas en estudio [16], [17]. Disponibilidad: Corresponde a la fracción de tiempo, del período en estudio, en el cual un equipo o sistema se encuentra en condiciones técnicas de operar. TC: Tiempo Calendario. TMP: Tiempo en Mantenimiento Programado. TMC: Tiempo en Mantenimiento Correctivo. Utilización: Corresponde a la fracción de tiempo, del período en estudio, en el cual el equipo o sistema se encuentra operando. TC: Tiempo Calendario. TMP: Tiempo en Mantenimiento Programado. TMC: Tiempo en Mantenimiento Correctivo. TDO: Tiempo en Detención Operacional. De acuerdo a las métricas definidas y basándose en las configuraciones lógico funcionales para el cálculo de los indicadores sistemático, se tienen los resultados para las plantas en estudio que se van a mostrar a lo largo de este apartado. El primer objetivo del análisis será determinar las causas principales de pérdidas de producción y su incidencia en el negocio. En este sentido, si bien es simple determinar la ruptura respecto los planes de producción, tanto en el caso de incumplimiento como sobrecumplimiento de los mismos, no es sencillo segmentar esta diferencia en sus causas básicas: Actividades de Mantenimiento, Detenciones Operacionales, Velocidad de Producción y Calidad del Producto. El análisis sistemático desarrollado con la plataforma R-MES permite aislar el efecto de cada causa, identificando los tiempos muertos de producción de cada una de ellas. Primeramente corresponde una definición de los tiempos asociados al análisis: Tiempo Nominal (TN): corresponde al tiempo calendario del período en análisis. Tiempo Disponible (TD): corresponde al tiempo durante el cual el proceso se encuentra disponible para operar. En este caso se descuenta del TN, el tiempo de ejecución de las actividades de Mantenimiento ya sean producto de averías imprevistas (Mantenimiento Correctivo) o actividades planificadas (Mantenimiento Preventivo). Tiempo Bruto de Operación (TB): es el tiempo real de operación del proceso, se obtiene descontando del TD las detenciones de tipo operacionales o reservas, estas últimas debido a causas externas a la Planta. Tiempo Neto de Operación (TE): es equivalente al tiempo efectivo de producción considerando una velocidad de procesamiento normal, previamente definida para el proceso. Se calcula como la razón entre la producción del período y el parámetro de productividad normal (velocidad) definido para la Planta. Para el Sistema compuesto por la planta de Triturado Primario, Pretriturado y Sistema de Transporte Correa A-7 asociado el estudio de tiempos arroja el siguiente resultado (figura 12). Página 8 de 15

9 Figura 12. Análisis OEE Sistema A. En este caso los tiempos muertos de producción se distribuyen de acuerdo a la siguiente estructura: Actividades de Mantenimiento 274 [Hr] (Programado 140 [Hr] y Correctivo 134 [Hr]); 328 [Hr] de tiempo disponible no utilizado y 138 [Hr] de pérdida equivalente de tiempo por baja velocidad del proceso. Esto último considerando una velocidad normal de [Ton/Hr] medida respecto del tiempo de utilización del proceso, siendo la real de [Ton/Hr] para el período. A modo de evaluar el efecto de los factores principales de detención del proceso, se calculan indicadores porcentuales en cada dimensión que son: Disponibilidad (A), la que incorpora el impacto de las actividades de mantenimiento sobre el proceso; Utilización Efectiva (Ue) que responde al porcentaje del tiempo disponible efectivamente utilizado y la Productividad (P) como indicador del rendimiento del proceso. En el caso del Sistema A los resultados de los factores son: Disponibilidad 87,6%, Utilización Efectiva 83,0% y Productividad 91,4%. Estos indicadores determinan el impacto de cada causa en el tiempo improductivo del proceso. Combinando los resultados se puede señalar que el indicador de la efectividad global del proceso es de un 66,5% (Disponibilidad x Utilización x Productividad). Figura 13. Disponibilidad, Utilización y Productividad Sistema A De manera complementaria se presenta en la figura 13 la evolución de los indicadores de Disponibilidad, Utilización Total y Productividad del Sistema A considerando una métrica semanal. A modo de resumen se tiene una brecha entre Disponibilidad y Utilización Total (UT) de la Planta de un 14,6% y una velocidad media de procesamiento de [Ton/Hr]. En el caso de las Plantas de Triturado Primario, Primario y Correa N 5, los resultados sistemátios indican 123 [Hr] de Mantenimiento Programado, 81 [Hr] de Reparación de Averías (204 Total en Mantenimiento), 256 [Hr] de Detenciones Operacionales y una pérdida equivalente a 277 [Hr] por baja velocidad del proceso, esto relativo a una producción normal de [Ton/Hr] respecto al tiempo de utilización de la Planta. Figura 14. Análisis OEE Sistema B (primario B1 / B2). Página 9 de 15

10 El estudio de los factores clave en este caso indica una Disponibilidad de 90,8%, Utilización Efectiva de de 87,2% y Productividad de 84,1% lo que indica que el factor de mayor incidencia en las pérdidas es la velocidad de producción, siendo la real de [Ton/Hr] y la definida cono Normal de [Ton/Hr]. Considerando los tres factores: Disponibilidad, Utilización Efectiva y Productividad el índice de efectividad global del proceso en este caso es de un 66,5%, de acuerdo al detalle presentado en el siguiente cuadro descriptivo (figura 14). Cabe destacar que ambas plantas presentan el mismo índice de rendimiento global (66,5%), sin embargo los factores de mayor incidencia en cada caso difieren: en el caso del Sistema A la utilización efectiva aparece como el factor de menor índice (83,0%) y en el Sistema B corresponde a la Productividad con un factor de 84,1%. Figura 15. Disponibilidad, Utilización y Productividad Sistema B. Respecto de la evolución de los indicadores en el período en estudio se presenta la figura 15, siendo los resultados globales de Disponibilidad de 90,8%, Utilización Total 79,2% y Productividad Media 1,581 [Ton/Hr] medidas respecto del tiempo de utilización de la Planta. La mejora en la eficiencia, obviamente pasa por el mejoramiento en las tres dimensiones observadas, partiendo por aquellas que presentan una eficiencia menor, estudiando las causas para minimizar los tiempos muertos de producción y la subutilización de la capacidad instalada. A modo de referencia la producción del trimestre fue menor a la meta planificada (del P0), siendo los resultados los siguientes (tabla 3). P0 [KTon] Real [KTon] Real/P0 [%] Sistema A ,8 Sistema B ,3 Tabla 3. Producción Real v/s Planificada y Cumplimiento Sistemas A y B. De acuerdo a estudios previamente desarrollados por medio del trabajo de consultoría, las principales causas que explican los tiempos de detención operativa en las Plantas de Triturado Primario, son las siguientes: Sin Alimentación Espera de Mineral (incidencia de 45% del tiempo en detención operacional): Se refiere a la falta de alimentación a Planta de Triturado Primario, por la naturaleza discontinua de traspaso de carga desde Mina o por una detención operativa o por mantenimiento en la misma. Detención Operacional Programada (incidencia de 30% del tiempo en detención operacional): En esta categoría los elementos de mayor incidencia corresponden a cambios de turno, setup de procesos, calibración, etc. Detención Operacional no Programada (incidencia de 7% del tiempo en detención operacional): Son eventos operacionales imprevistos que implican detención de la Planta, por ejemplo atollos, bloqueo de equipos, etc. Detención Proceso Aguas Abajo (incidencia de 14% del tiempo en detención operacional): Detenciones de Planta Aguas Abajo, que implican que el stock pile acumule su capacidad máxima, con la consecuente detención del proceso de Triturado Primario. Reserva por falta en suministro (incidencia de 4% del tiempo en detención operacional): Corresponde a detenciones por falta o falla en los sistemas de alimentación de energía eléctrica, agua u otros insumos del proceso. Página 10 de 15

11 Las recomendaciones en el caso particular de las Plantas de Triturado Primario, corresponden a las siguientes: Clasificar las detenciones operacionales de Planta acuerdo a la normativa ASARCO [xx], que diferencia entre detenciones externas (reservas) e internas; programadas y no programadas. Esto permite identificar de mejor manera los focos de pérdida, estudiarlos y reducir su impacto en el proceso. Establecer límites de control de la productividad horaria de la Planta, evitando en lo posible salir de la banda establecida, tanto por sobrecarga como subutilización. Además es recomendable considerar la productividad horaria del proceso como forma de determinar su influencia en el cumplimiento de los planes de producción. Los aspectos técnicos de esta medida se encuentran prácticamente abordados en el sistema PI System [yy], el que permite, entre otras funcionalidades, monitorear la velocidad instantánea del proceso, restando definir los límites aceptables. Considerando que es deseable obtener y mantener altos niveles de efectividad global de los procesos (OEE), es imprescindible un programa efectivo e integrado de Producción y Mantenimiento en y entre las distintas gerencias de proceso, de manera de considerar los procesos de manera integrada. En este sentido se considera importante evaluar y asimilar la filosofía de Total Quality Maintenance (TQM) para desarrollar los Planes de Producción / Mantenimiento de las plantas. A modo de simulación de los resultados, si se hubiera utilizado la capacidad de cada Planta a la velocidad definida como Normal (2000 [Ton/Hr] Sistema A y 1900 [Ton/Hr] Sistema B), el nivel de procesamiento para el período sería de: [KTon] para el Sistema A y [KTon] para el Sistema B. Esto implica un sobrecumplimiento de la meta para la Planta B1 / B2, sin embargo, en la Planta 1 se debería complementar con un aumento en la Disponibilidad y Utilización de la misma, para lograr el cumplimiento del P0. Alternativamente se recomienda estudiar posibles redefiniciones de los planes de producción de acuerdo a los resultados obtenidos en el estudio. Respecto de la Planta de Triturado Terciario / Cuaternario (Sistema C), los resultados sistemático del proceso indican 194 [Hr] de tiempo muerto de producción por causa de actividades de mantenimiento, 131 [Hr] por Detenciones Operacionales y una pérdida equivalente de 279 [Hr] por mayor velocidad del proceso respecto de la capacidad de la Planta (Nominal [Ton/Hr], Real [Ton/Hr]. Bajo este esquema el resumen de la efectividad global de los activos, es como se presenta en el siguiente cuadro (figura 16). Figura 16. Análisis OEE Sistema C (Planta 3 / 4 ) Se aprecia que el factor de mayor impacto es la Productividad con un índice de 85,2%, La Disponibilidad es de 91,2% y la Utilización Efectiva de 93,5% lo que entrega un resultado global (OEE) de 72,2%. Por otra parte, analizando el período en estudio, existe un incumplimiento de la meta de producción en 4 trimestre de 2008, de acuerdo a la tabla siguiente (tabla 4). P0 [KTon] Real [KTon] Real / P0 [%] Sistema C ,2 Tabla 4. Producción Real v/s Planificada y Cumplimiento Sistema C. Analizando el Plan de Producción P0 para la Planta de Triturado Terciario / Cuaternario, se concluye que para el cumplimiento de la producción planeada de [KTon] a una velocidad media planificada de [Ton/Hr] serían necesarias [Hr] de operación. En otras palabras una Utilización Total, medida respecto del Tiempo Nominal, de 76,3%, siendo el resultado del 4 trimestre de 2008 de 85,3%. La mejora en el rendimiento global del proceso para por un aprovechamiento mayor de la capacidad Página 11 de 15

12 instalada de la Planta de Triturado Terciario / Cuaternario, aspecto que depende en gran medida de la alimentación desde la Planta de Triturado Primario B1 / B2 (Proceso Aguas Arriba). Complementariamente para el Sistema C, se presenta la evolución de la Disponibilidad y Utilización Total para el período en estudio, en métrica semanal: Figura 17. Disponibilidad / Utilización Sistema C (Planta Triturado 3-4 ). En el caso de esta Planta se aprecia que la brecha entre disponibilidad y utilización es menor que en los casos anteriores (Sistemas A y B), lo que indica un aprovechamiento mayor del tiempo disponible de la Planta. Cuantitativamente para el período completo se tiene una Disponibilidad de 91,2% y la Utilización de 85,3% (Utilización Efectiva de 93,5%). Siendo la brecha de 5,9% entre ambos indicadores (figura 17). 5 IDENTIFICACIÓN DE EQUIPOS CRÍTICOS Aislando el efecto de las actividades de Mantenimiento sobre las Plantas, la metodología utilizada permite calcular el costo de la falta por la indisponibilidad de los procesos y distribuirlo entre los equipos constituyentes. Esto permite jerarquizar los equipos que generan mayor pérdida por los tiempos muertos de producción que generan en el sistema al que pertenecen. En el caso de las plantas en estudio se consideró un costo de la falta ficticio de [U.M/Hr], que de todos modos permite determinar, en términos relativos, los equipos que generan mayor impacto económico al negocio. Interesantes páginas webs que aportan contribuciones en este ámbito son por ejemplo las referencias [18], [19], [20]. 5.1 Equipos Críticos Sistema A Para la Planta de Triturado Primario, Pretriturado y sistema de transporte correa A-7, los resultados de la distribución del costo de la falta, indican lo siguiente (figura 18). Figura 18. Distribución de Costos de la Falta Sistema A. El cuadro anterior implica una alta concentración del costo de la falta en la Correa A-7, con un 46% del total observado en el período, siendo la disponibilidad del equipo de un 92,58%. Es posible constatar una evolución positiva del equipo en la dimensión de Confiabilidad, aspecto que queda validado con la Página 12 de 15

13 tendencia creciente en el MTBF (27,2 [Hr] a 56,4 [Hr]). Sin embargo la mantenibilidad del equipo presenta una tendencia a detenciones más agudas (mayor duración), con un MTTR de 1,68 [Hr] en Octubre llegando a 3,38 [Hr] en Diciembre. El segundo factor de mayor incidencia corresponde a Detenciones Generales de la Planta con un 28,6% estas son generalmente actividades de mantenimiento programado imputadas al proceso y que no es posible descomponer en los tiempos de ejecución asociados a cada equipo. 5.2 Equipos Críticos Sistema B (primario B1 / B2). En el caso de la Planta de Triturado B1 / B2 y sistema de transporte asociado, los resultados del análisis son los siguientes (figura 19). Figura 19. Distribución Costo de la Falta Sistema B. La Correa N 5 del sistema de transporte Planta primario B1 / B2, es la que concentra un 27,83% del costo de la falta asociado al Sistema B (Planta de Triturado primario B1 / B2 y Sistema de Transporte). Un análisis más detallado indica una mejora de la confiabilidad del equipo en el período en estudio con un MTBF de 28,86 [Hr] en octubre a 84,69 [Hr] en Diciembre. Adicionalmente los tiempos en detención por falla son bajos, lo que implica un bajo impacto de las averías en la indisponibilidad del equipo. Aquí el cuidado apunta a la ejecución eficiente de las actividades de Mantenimiento Programado considerando la dotación adecuada y apoyo logístico que permitan optimizar la disponibilidad del equipo. 5.3 Equipos Críticos Sistema C (Terciario / Cuaternario) El análisis desarrollado para la Planta de Triturado Terciario / Cuaternario arroja la jerarquización siguiente (figura 20). Figura 20. Distribución Costos de la Falta - Sistema C. En este caso el equipo de mayor impacto en el proceso corresponde al Harnero Vibratorio Nº 4, concentrando un 13,2% de impacto en el costo de la falta. Le supera eso si la categoría de Detenciones Generales de la Planta con un 14,7%, en las cuales no es posible identificar los equipos intervenidos. Para el período en estudio se tiene en el Harnero Vibratorio Nº 4 una disminución de su Confiabilidad, Página 13 de 15

14 manteniendo prácticamente constante su nivel de mantenibilidad, esto implica una reducción en la Disponibilidad del Equipo que hace que lidere el ranking de costos de la falta para la Planta de Triturado Terciario / Cuaternario, para el período en estudio. 6 CONCLUSIONES Los resultados obtenidos a partir de los parámetros de fiabilidad y mantenibilidad, sirven para deducir tanto frecuencias de fallo (y consecuentemente las frecuencias de revisiones periódicas de mantenimiento), la confección de una lista preliminar de repuestos recomendados, así como la previsión en futuras plantas de elementos críticos a los que contractualmente se les deberá exigir una mayor fiabilidad en su comportamiento para garantizar la operatividad de la instalación. El análisis de las actividades de mantenimiento en el caso de estudio expuesto se refiere principalmente al reemplazo de correas de transmisión; otras actividades menos frecuentes corresponden a cambio de módulos rotos y reparación de vigas (sistema estructural). Respecto de los equipos críticos identificados es importante determinar si las mejoras consistirán en una mejora de la fiabilidad, mantenibilidad o de ambas dimensiones. En el caso de la fiabilidad, las mejoras pasan por ser evaluaciones de diseño de los equipos, calidad de los repuestos, componentes y reparaciones, definir y controlar los límites aceptables de velocidad de procesamiento y en general todas aquellas acciones tendentes a reducir la tasa de fallo de los equipos. En el ámbito de la mantenibilidad la influencia directa responde a una evaluación de la dotación de personal de mantenimiento, sistemas de abastecimiento y logística de repuestos y herramientas, así como el hecho de que la información técnica de los equipos se encuentre disponible y sea fácil el acceso a equipos y componentes críticos. Es relevante señalar que los equipos críticos de las Plantas de Triturado Primario corresponden a correas de los sistemas de transporte, siendo dos factores los esenciales en este resultado: 1. La configuración lógico funcional en Serie implica una relación 1-1 con las detenciones del proceso. 2. La indisponibilidad presentada por los equipos (Correa A-7 = 7,42% y Correa 5 = 3,74%). Respecto a las actividades de mantenimiento desarrolladas sobre los equipos, corresponden principalmente al cambio o revisión de polines y rodillos, cambio de planchas y actividades de vulcanización. En este sentido se recomienda desarrollar un análisis detallado del síntoma, causa y parte objeto asociados al fallo en los componentes. En definitiva, de este análisis se puede determinar de una forma jerarquizada cuales son los elementos de la planta con mayor fiabilidad. De este ranking a su vez, es posible definir una lista de repuestos recomendados, permitiendo deducir como se ha mencionado anteriormente, la frecuencia de fallo y, en consecuencia, la frecuencia de las revisiones periódicas necesarias, a fin de que estas sean contempladas en el plan de mantenimiento [21]. Además, estos resultados pueden ser de utilidad al Departamento de Compras con el fin de gestionar la adquisición de los equipos exigiendo contractualmente a las empresas proveedoras, garantizar un mínimo en la fiabilidad de sus componentes [22], [23]. La justificación de este análisis es principalmente la de obtener un punto de partida para conocer, de una manera más o menos aproximada, el posible comportamiento de los elementos que componen un complejo industrial como es en nuestro caso, una planta de triturado de mineral. No obstante, es evidente que a mayor experiencia, precisión y conocimiento detallado de los sistemas, más refinado serán los valores considerados en el análisis y más ajustado a la realidad serán los resultados, dando por consiguiente conclusiones más acertadas. Otras interesantes contribuciones en esta área son por ejemplo [24], [25]. Referencias [1] David J. Smith. Reliability, maintainability, and risk: practical methods for engineers". Newnes ISBN [2] Carlos Parra Marquez, Adolfo Crespo Marquez, Pablo Cortés Achedad, S. Fygueroa. On the Consideration of Reliability in the Life Cycle Cost Analysis (LCCA). A Review of Basic Models". Safety and Reliability for Managing Risk. Londres, Reino Unido. Taylor & Francis Pag ISBN: [3] American Institute of Chemical Engineers Center for Chemical Process Safety. Guidelines for Process Equipment Reliability Data, with data tables" ISBN [4] ISO/DIS 14224/2004. Petroleum, petrochemical and natural gas industries - Collection and exchange of reliability and maintenance data for equipment". International Standard Página 14 de 15

15 [5] V. González Díaz, J. F. Gómez & A. Crespo. Case study: warranty costs estimation according to a defined lifetime distribution of deliverables. World Congress on Engineering Asset Management, WCEAM 2009, Athens. ISBN [6] V. González Díaz, A. Crespo, P. Moreu, J. Gómez, C. Parra. Availability and reliability assessment of industrial complex systems: A practical view applied on a bioethanol plant simulation, Safety and Reliability for Managing Risk. London, UK Taylor & Francis Group. ISBN Pag [7] Arnljot Høyland, Marvin Rausand. System Reliability Theory, Models and Statistical Methods". J. Wiley. Universidad de Michigan ISBN [8] Adolfo Crespo Márquez, Benoit Iung. A Estructured Approach for the Assessment of System Availability and Reliability Using Montecarlo Simulation". Journal of Quality in Maintenance Engineering Vol. 13. Núm. 2. Pag [9] Pham H., Handbook of Reliability Engineering, Springer, London, [10] Ernest J. Henley, Hiromitsu Kumamoto. Probabilistic Risk Assesment, Reliability Engineering, Design and Analysis". IEEE Press ISBN [11] M. Vintr. Reliability Assessment for Components of Complex Mechanisms and Machines". Brno University of Technology, Czech Republic. 12th IFToMM World Congress, Besançon (France), June 18-21, [12] SINTEF Technology and Society. Offshore Reliability Data Handbook". 4th Edition, (OREDA 2002). ISBN [13] Arata A, Furlanetto L. Manual de Gestión de Activos y Mantenimiento, c. 3, p , [14] Arata A. Ingeniería y gestión de la confiabilidad operacional en plantas industriales, c. 2-3, p , [15] Roy Billinton, Ronald N Allan. Reliability Evaluation of Engineering System. Concept and Techniques. [16] Birolini, A. Reliability engineering: theory and practice. Berlin: Springer-Verlag; [17] O Connor, P., Practical Reliability Engineering, John Wiley, [18] [19] [20] [21] Hongzhou Wang. Warranty Cost Models Considering Imperfect Repair and Preventive Maintenance. Bell Labs Technical Journal 11(3), (2006) Lucent Technologies Inc. Published by Wiley Periodicals. [22] DNP. Murthy. Product warranty and reliability Springer Science+Business Media, Inc. Ann Oper Res (2006) 143: [23] DNP Murthy and N Jack: Warranty and Maintenance, in Reliability Engineering Handbook, H Pham [Editor], Springer-Verlag, London, 2002, pp [24] K Lyons and DNP Murthy: Warranty and Manufacturing, in Integrated Optimal Modelling in PIQM: Production Planning, Inventory, Quality and Maintenance, MA Rahim and M. Ben- Daya [Editors], Kluwer Academic Publishers New York, 2001, pp [25] DNP Murthy, T Osteras and M Rausand, Component reliability specification, Reliability Engineering & System Safety, 94 (2009), Página 15 de 15