planta de aguas residuales

8/15/2019 Planta de aguas Residuales

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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALESCOORDINACIÓN DE INGENIERÍA MECÁNICA

GESTION DE MANTENIMIENTO EN PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUASRESIDUALES DE PRODUCTOS EFE S.A.

Por:Eduardo Alejandro Benavides Frontado

Sartenejas, Febrero de 2009


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GESTION DE MANTENIMIENTO EN PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUASRESIDUALES DE PRODUCTOS EFE S.A.

Por:Eduardo Alejandro Benavides Frontado

Realizado con la asesoría de:Tutor Académico: Prof. Alfonso Quiroga

Tutor Industrial: Ing. Ada Díaz

INFORME DE PASANTÍAPresentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar

como requisito parcial para optar al título deIngeniero Mecánico

Sartenejas, Febrero de 2009


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Gestión de Mantenimiento en Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de ProductosEFE S.A.

RESUMEN

La pasantía consistió en el diseño de planes de mantenimiento para los equipos dPlanta de Tratamiento de Aguas Residuales de Productos EFE S.A. Para cumplir este objetsiguió una metodología cuyo primer paso fue el estudio detallado de las distintas fasetratamiento del agua. Seguidamente, se hizo un levantamiento de todos los equiposconformaban la línea del proceso, para entender las dimensiones del proyecto. Una vez hesto, se realizó un análisis de criticidad para conocer cuáles serían los equipos prioritariotrabajar y determinar además las políticas de mantenimiento a aplicar. Posteriormentconstruyeron los árboles de componentes de los equipos, haciendo un despiece de los m

para poder definir la conformación de las listas de repuestos necesitados en almacén para llcabo las estrategias de mantenimiento. Luego se hizo una identificación de las posibles fallapodían presentar los equipos, utilizando como apoyo manuales, historiales de fallas recodatas genéricas y opiniones de expertos. Con esto se efectuaron análisis de modos de faestudios de tasa de falla, confiabilidad y disponibilidad para cada uno de los equipos trabalos cuales sirvieron como guía para orientar las actividades que formarían parte de los planmantenimiento. La implantación de los planes ayudó a fomentar en la línea de aguas residuapremisa de pasar del mantenimiento correctivo al preventivo, haciendo ver la necesidacambiar las políticas de registro de fallas y de creación de materiales en almacén.

PALABRAS CLAVESMantenimiento, Criticidad, Componentes, Falla, Confiabilidad, Disponibilidad


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AGRADECIMIENTOS

En esta parte aprovecho la oportunidad para agradecer a todos aquellos que me

ayudado a ser la persona que soy hoy en día y que contribuyeron con la realización de este l

Primeramente a mis padres, por haber contribuido a mi formación inculcándome vaéticos y morales que me han hecho cada día mejor persona, y haber contribuido de mextraordinaria en la consecución de este éxito educativo.

A mi hermana, por ser esa persona que siempre ha estado allí para ayudarme a superobstáculos que me ha puesto la vida.

A mis compañeros de SIGEMA (Edgard, José, Catherine, Marcelo, Natacha y Marpor todo su apoyo durante el proyecto y por enseñarme a trabajar en equipo.

A mis tutores Alfonso Quiroga y Ada Díaz, por sus enseñanzas y guía en mi priexperiencia en el campo laboral.

Al personal de EFE (Marco, Eduardo, Lisbeth, Manuel, Jeremy y Jesús) que sieestuvieron dispuestos a prestar una mano solidaria y compartir sus conocimientos conmigo.

A la Universidad Simón Bolívar, por ser la casa de estudio que me ofreció

aprendizaje del que se encuentra en los libros.

Y a todos aquellos que no pude mencionar, pero que siempre recuerdo con afecto. Grpor hacer de esta meta una realidad.


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APÉNDICE G ....................................................................................................................... APÉNDICE H .......................................................................................................................


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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Organigrama Empresas Polar ..................................................................................

Figura 1.2 Diagrama de Flujo de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) ......Figura 1.3 Tanquilla D .............................................................................................................

Figura 1.4 Aereador del Tanque Buffer....................................................................................

Figura 1.5 Tanque de Neutralización .......................................................................................

Figura 1.6 Tanque de Mezcla Rápida .......................................................................................

Figura 1.7 Sistema Flotación / Cavitación Aire .......................................................................

Figura 1.8 Tanque y bomba de lodos .......................................................................................Figura 1.9 Tanque floculador y filtro-prensa............................................................................

Figura 1.10 Fase de Llenado y Mezcla .....................................................................................

Figura 1.11 Sistema de suministro de aire a reactores .............................................................

Figura 1.12 Fase de Llenado y Mezcla .....................................................................................

Figura 1.13 Fase de Reacción ...................................................................................................

Figura 1.14 Fase de Sedimentación ..........................................................................................Figura 1.15 Decantador de reactor biológico ...........................................................................

Figura 1.16 Tanque Digestor ....................................................................................................

Figura 2.1 Curva de la Bañera ..................................................................................................

Figura 2.2 Otras formas de la curva de tasa de falla .................................................................

Figura 2.3 Período de vida útil para tasa de falla de modelo 1.................................................

Figura 2.4 Afectación de función de distribución normal ante la variación de la desviestándar (σ ) ................................................................................................................................

Figura 2.5 Distribución acumulativa de falla normal ...............................................................

Figura 2.6 Análisis de Riesgo e Ingeniería de Confiabilidad (RARE) .....................................


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Figura 2.7 Formato de presentación de datos de OREDA .......................................................

Figura 2.8 Estructura de Árbol de Componentes .....................................................................

Figura 3.1 Formato Levantamiento de Equipos .......................................................................

Figura 3.2 Árbol de Decisiones para clasificación de equipos .................................................

Figura 3.3 Herramienta para obtener clasificación de árbol de decisiones ..............................

Figura 3.4 Transacción IH01 - Visualizar Estructura ...............................................................

Figura 3.5 Formato Árboles de Componentes ..........................................................................

Figura 3.6 Formato para introducir en SAP árboles de componentes ......................................

Figura 3.7 Transacción IW39 – Visualizar Órdenes de Mantenimiento ..................................

Figura 3.8 Lista de Órdenes de Mantenimiento .......................................................................Figura 3.9 Formato para montar en SAP Hojas de Ruta ..........................................................

Figura 4.1 Situación ítems levantados de PTAR ......................................................................

Figura 4.2 Situación de equipos en la estructura SAP después del Proyecto ...........................

Figura 4.3 Porcentaje de Equipos de acuerdo a Clasificación ..................................................

Figura 4.4 Estatus materiales Árboles de Componentes ..........................................................

Figura 4.5 Prueba de Bondad de Ajuste Aereador Buffer PTAR –Gráfica Normal .................Figura 4.6 Prueba de Bondad de Ajuste Soplador Sutorbilt GAEMDPA – Gráfica Weibull ...

Figura 4.7 Prueba de Bondad de Ajuste Bomba Flygt CP 3085.183 HT – Gráfica Weibull ...

Figura 4.8 Prueba de Bondad de Ajuste Bomba Netzsch NE40A – Gráfica Weibull ..............

Figura 4.9 Prueba de Bondad de Ajuste Preparador de Polímeros – Gráfica Weibull .............

Figura 4.10 Resultados distribución Normal del Aereador Buffer PTAR ...............................

Figura 4.11 Curva de tasa de falla del Aereador Buffer PTAR ................................................Figura 4.12 Curva de confiabilidad del Aereador Buffer PTAR ..............................................

Figura 4.13 Resultados distribución Weibull del Preparador de Polímeros .............................

Figura 4.14 Curva de tasa de falla del Preparador de polímeros ..............................................


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Figura H.6 Mantenimiento Tri anual Preparador de Polímeros (Figura 5) ..............................

Figura H.7 Mantenimiento Anual Soplador GAEMDPA (Figura 1) .......................................



Figura H.10 Mantenimiento Anual Soplador GAEMDPA (Figura 5) .....................................

Figura H.11 Mantenimiento Anual Soplador GAEMDPA (Figura 9) ......................................

Figura H.12 Mantenimiento Anual Bomba Sumergible Flygt (Figura 1) ................................



Figura H.15 Mantenimiento Bianual Bomba Netzsch NE40A (Figura 4) ...............................Figura H.16 Mantenimiento Bianual Bomba Netzsch NE40A (Figura 5) ...............................

Figura H.17 Mantenimiento Bianual Bomba Netzsch NE40A (Figura 8) ...............................

Figura H.18 Mantenimiento Bianual Bomba Netzsch NE40A (Figura 9) ...............................

Figura H.19 Mantenimiento Bianual Bomba Netzsch NE40A (Figura 13) .............................


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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2.1 Tabla para determinar parámetro de comparación Dn(α ) .............................................. 37

Tabla 3.1 Niveles de criterios para clasificación ......................................................................Tabla 3.2 Formato AMEF ........................................................................................................

Tabla 3.3 Formato de presentación de hoja de ruta ..................................................................

Tabla 4.1 Número de equipos de acuerdo a su criticidad .........................................................

Tabla 4.2 Árbol de componentes Bomba Sumergible Flygt CP 3068.180 ..............................

Tabla 4.3 Comportamiento tasa de falla y confiabilidad del Aereador Buffer en el tiempo ....

Tabla 4.4 Comportamiento tasa de falla y confiabilidad del Preparador de polímeros en el ti ..................................................................................................................................................

Tabla 4.5 Comportamiento de tasa de falla y confiabilidad de Soplador en el tiempo ............

Tabla 4.6 Comportamiento de tasa de falla y confiabilidad de Bomba Flygt en el tiempo ......

Tabla 4.7 Parámetros de Bayes y resultado de tasa de falla mejorada .....................................

Tabla 4.8 Comportamiento de tasa de falla y confiabilidad de la Bomba NE40A en el tiempo

Tabla 4.9 Disponibilidad de nodos de tratamiento físico-químico ...........................................

Tabla 4.10 Disponibilidad de nodos de tratamiento biológico .................................................

Tabla A.1 Levantamiento de la línea de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales .........

Tabla B.1 Clasificación de equipos de la PTAR .......................................................................

Tabla D.1 Árbol de componentes Bomba Dosificadora Prominent Sigma S2BA ...................

Tabla D.2 Árbol de componentes Bomba Sumergible Flygt CP 3085.183 HT .......................

Tabla D.3 Árbol de componentes Sistema Preparador de Polímeros .......................................

Tabla D.4 Árbol de componentes Aereador Buffer PTAR .......................................................

Tabla D.5 Árbol de componentes Soplador Sutorbilt GAEMDPA ...........................................

Tabla D.6 Árbol de Componentes Bomba Netzch NE40A ......................................................


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Tabla E.1 AMEF Bomba Dosificadora Prominent Sigma S2BA .............................................

Tabla E.2 AMEF Aereador Buffer PTAR ................................................................................

Tabla E.3 AMEF Preparador de Polímeros 302 Accurate........................................................

Tabla E.4 AMEF Bomba sumergible Flygt ..............................................................................

Tabla E.5 AMEF Bomba Nemo Netzsch NE40A ....................................................................

Tabla E.6 AMEF Soplador Sutorbilt GAEMDPA ....................................................................

Tabla G.1 Hoja de Ruta Trimestral Aereador Buffer PTAR .....................................................

Tabla G.2 Hoja de Ruta Quinquenal Aereador Buffer PTAR ...................................................

Tabla G.3 Hoja de Ruta Bimensual Preparador de Polímeros .................................................

Tabla G.4 Hoja de Ruta Semestral Preparador de Polímeros ...................................................Tabla G.5 Hoja de Ruta Anual Preparador de Polímeros .........................................................

Tabla G.6 Hoja de Ruta Tri anual Preparador de Polímeros ....................................................

Tabla G.7 Hoja de Ruta Quincenal Soplador Sutorbilt GAEMDPA ........................................

Tabla G.8 Hoja de Ruta Mensual Soplador Sutorbilt GAEMDPA ...........................................

Tabla G.9 Hoja de Ruta Trimestral Soplador Sutorbilt GAEMDPA ........................................

Tabla G.10 Hoja de Ruta Semestral Soplador Sutorbilt GAEMDPA .......................................Tabla G.11 Hoja de Ruta Anual Soplador Sutorbilt GAEMDPA .............................................

Tabla G.12 Hoja de Ruta Trimestral Bomba Dosificador S2BA .............................................

Tabla G.13 Hoja de Ruta Semestral Bomba Dosificadora S2BA ............................................

Tabla G.14 Hoja de Ruta Anual Bomba Dosificadora S2BA ..................................................

Tabla G.15 Hoja de Ruta Trimestral Bomba Sumergible Flygt ................................................

Tabla G.16 Hoja de Ruta Semestral Bomba Sumergible Flygt ................................................Tabla G.17 Hoja de Ruta Anual Bomba Sumergible Flygt ......................................................

Tabla G.18 Hoja de Ruta Quincenal Bomba Netzsch NE40A .................................................

Tabla G.19 Hoja de Ruta Semestral Bomba Netzsch NE40A ..................................................


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Tabla G.20 Hoja de Ruta Bianual Bomba Netzsch NE40A .....................................................


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se disminuyan las paradas no previstas para buscar una mayor continuidad de operareduciendo así las pérdidas económicas generadas por tales paradas.

Objetivo general

Realizar un análisis de modos, efectos de fallas y confiabilidad a los equipos de la Pde Tratamiento de Aguas Residuales, para luego aplicar metodologías de diseño, gestcontrol de mantenimiento acompañadas por la planificación de repuestos.

Objetivos específicos

• Conocer y entender el funcionamiento del proceso llevado a cabo en la PlantaTratamiento de Aguas Residuales (PTAR).

• Realizar el levantamiento de todos los equipos que integran la PTAR, exceptuandSistema de Control de la misma.

• Clasificar los equipos de la línea con una escala de criticidad que oriente la políticmantenimiento a seguir y establezca prioridades.

• Identificar los componentes requeridos como repuestos para los equipos más críticos

línea.• Realizar un levantamiento de las fallas que pueden presentar los equipos, así comcausas que las producen y los efectos de las mismas.

• Efectuar un análisis de confiabilidad y disponibilidad a los equipos trabajados de la Ppara guiar la política a seguir para los mantenimientos.

• Diseñar los planes de mantenimiento a aplicársele a los equipos más críticos de la lpara garantizar su correcto funcionamiento y la reducción del número de paradas por fallas.

• Montar en el Sistema SAP R/3 las políticas de mantenimiento creadas, para asegurpuntual aplicación dentro de la planta.


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CAPÍTULO 1MARCO EMPRESARIAL

1.1 Generalidades de la Empresa.

Productos EFE S.A. es una compañía que forma parte de la familia de empresaAlimentos Polar, dedicada desde hace más de 80 años a la elaboración de helados y sir

altamente reconocidos por su inigualable sabor y excelente calidad.

1.2 Historia de la Empresa.

La fábrica de helados EFE tuvo sus inicios en el año 1926, en la casa de habitación dfundadores los esposos Espinosa Fernández, de cuyas iniciales surgió la denominación Ubicados en el número 154 entre Ferrenquín y la Cruz, los esposos Espinosa Fernáelaboraban los helados en el garaje, con una sencilla batidora y varias docenas de moldes

se vertieron los primeros sorbetes de frutas naturales. Jacinto Rivas, quien trabajaba pafamilia, fue quien salió a la calle a ofrecer el novedoso producto. Tras recorrer dos cuadrprimer heladero de la empresa tuvo que devolverse sin un solo sorbete; el éxito fue totacomenzó la historia bajo la firma de “Fábrica de Helados EFE”, la cual tuvo su primera sePuente Brión desde el año 1941. La novel empresa se convertiría en el año 1946 en una SocAnónima.

A partir de los años 50 se incorporan otros accionistas y se incrementó el capital soci

la empresa de manera significativa, por lo que se inscribió a la misma en la Bolsa de ValoCaracas. En 1956, cuando EFE llegó a sus primeros treinta años, se inauguró la actual pubicada en la calle Adrián Rodríguez de Chacao, denominada en aquel entonces Marchantica”. Ésta se hizo altamente popular al incorporar camionetas con música de campque anunciaban su llegada.


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En Productos EFE, las aguas residuales se originan como consecuencia de los proceslimpieza de los equipos de las salas de cremas, mermeladas y producción, el lavado de cestcomo el efluente proveniente de la compactadora de basura. En total, la Planta de TratamienAguas Residuales (PTAR) recibe un caudal aproximado de 200 m3 /d a 400 m3 /d.

Con el objetivo de atenuar al máximo las cargas poluentes de las aguas vertidas eredes cloacales, que eventualmente desembocan en el Río Güaire, se les practica un tratamque consta de dos etapas claramente definidas: una físico-química y otra biológica.

La acción principal del tratamiento físico-químico es la separación de los sólidos delpor medio de la adición de productos químicos: coagulante y floculante (polímero). tratamiento comienza por la homogenización de las características del agua que entra al tbuffer, seguida por la neutralización del pH, la cual es vital para que funcionen eficientemen

químicos ya mencionados. El proceso de neutralización es también clave para asegursubsistencia de la vida orgánica empleada para efectuar el tratamiento biológico. El agua, yun pH establecido entre (7,5 y 8,5), pasa a un proceso de mezcla rápida (coagulación) dondla adición de coagulante y una agitación rápida se desestabiliza a la partícula, promovienremoción de los sólidos suspendidos o coloidales. Posteriormente, continúa el procesflotación, cuya función es la clarificación del agua mediante la separación de los sólidos, pcual se aplica floculante para formar cadenas de flóculos y se inyecta aire obligando a prec

los sólidos a la superficie, para luego enviarlos a un tanque de almacenamiento y despuéfase de prensado.

En el tratamiento biológico se lleva a cabo el proceso de degradación de la maorgánica presente en las aguas residuales, mediante la utilización de microorganismos aeróque subsisten en los reactores. Para efectuar el tratamiento se utilizan dos reactores biológioperación discontinua, cuyo funcionamiento se basa en la secuencia de seis fases cíclicas realizan automáticamente en el mismo reactor. El proceso involucra los siguientes tres básicos: llenado de los reactores, aporte del tiempo necesario para que las bacterias degradmateria orgánica presente en el agua, y finalmente la descarga del agua a la cloaca y purlodos al digestor.

Seguidamente, se presenta un Diagrama de Flujo del proceso de tratamiento de las aresiduales de Productos EFE (Ver Figura 1.2):


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1.6.1.3 Neutralización.

Esta fase comienza por el paso del agua al tanque de neutralización (Ver Figura donde se puede controlar el pH a través de la incorporación de soda cáustica (base) o clorhídrico (ácido), según se requiera para mantenerlo dentro del intervalo admisible para l

orgánica utilizada en los procesos aguas abajo. El agitador ubicado en el centro del tanque a remover la mezcla para asegurar la uniformidad de la misma. En el fondo del tanquencuentran un par de bombas sumergibles que se encargan de enviar el agua al tanque de mrápida para continuar con el tratamiento. El pH del agua a la salida del neutralizador debeentre 7,5 y 8,5. El volumen del tanque de neutralización es de 40 m3.

Figura 1.5 Tanque de Neutralización

1.6.1.4 Mezcla Rápida.

En la transición del agua del tanque de neutralización al tanque de mezcla rápiddosificado a través de una bomba de diafragma el coagulante (Lipesa 801). Para complemeadición del coagulante se requiere del mezclado para favorecer la colisión y postaglomeración de partículas.

El tanque de mezcla rápida utiliza un agitador mecánico (Ver Figura 1.6), cuyas aspgiro generan la turbulencia óptima para la mezcla del coagulante y el agua, permitienagrupación de los sólidos suspendidos y coloidales en pequeñas masas con peso espe


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superior al del agua, llamadas coágulos. A la salida de este tanque, un sistema dosifiadiciona el floculante o polímero (MQ140) que permitirá agrupar a los coágulos en unaformando puentes de una superficie a otra y enlazando las partículas individualeaglomerados, que son grumos pesados llamados flóculos. La salida del agua en este tanqu

través del rebose y es enviado al sistema de flotación.

Figura 1.6 Tanque de Mezcla Rápida

1.6.1.5 Flotación.

La flotación se utiliza para separar las partículas sólidas o grasas del agua. Dseparación se consigue introduciendo finas burbujas de aire en el agua a través de un sisteaireación, compuesto por un motor que acciona un agitador que está sumergido dentro delEste movimiento provoca la formación de burbujas de aire que se adhieren a las partísólidas, haciendo que éstas precipiten; consiguiendo así que partículas con mayor densidad agua asciendan y floten.

Los sólidos que suben a la superficie son los flóculos que se forman en el procescoagulación y floculación antes descrito; los mismos son removidos posteriormente porláminas barre lodos que los separan del agua. Luego, son desplazados por un tornillo sin flos lleva a un par de bombas que se encargan de enviarlos al tanque de almacenamiento de Mientras tanto, el agua clarificada que queda cae por gravedad a una fosa de bombeo, laconsta de dos bombas sumergibles que llevan el agua hasta los reactores para comenz


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tratamiento biológico. El proceso de flotación se realiza en un sistema de separación por flode aire cavitacional (CAF,Cavitation Air Flotation ) (Ver Figura 1.7).

Figura 1.7 Sistema Flotación / Cavitación Aire

1.6.1.6 Prensado de Lodos.

El prensado de lodos consiste en la deshidratación y secado de los sólidos removido

agua a través del sistema de flotación, y de los sólidos provenientes del tratamiento biológicmedio del trabajo de un filtro prensa. El objetivo principal de esta máquina es el de retimayor contenido de agua posible del desecho para poder disponer de él.

Los sólidos almacenados en el tanque de lodos son desplazados al tanque flocuprevio a su pase al filtro-prensa, mediante el uso de una bomba de desplazamiento positivofigura 1.8). Una vez en el floculador, se les agrega polímero floculante para deshidratarlomás y pasarlos al filtro prensa a través de una malla (Ver Figura 1.9), por donde se filtra el

que es enviada de regreso al tanque de neutralización. Por su parte, el lodo deshidratado ptravés de varios rodillos hasta que queda prensado como una galleta seca. El lodo prensadotravés de un bajante en bolsas, que son dispuestas junto con los desechos sólidos no peligroProductos EFE (basura común). Los lodos prensados de la PTAR de Productos EFconsideran desechos no peligrosos, en vista de los análisis que periódicamente se les practic


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Figura 1.8 Tanque y bomba de lodos

Figura 1.9 Tanque floculador y filtro-prensa

1.6.2 Etapas del Tratamiento biológico.

1.6.2.1 Fase de Llenado y Mezcla.

Cada reactor consta de dos equipos flotando en su interior: un mezclador que agitaguas del mismo y un decantador a través del cual sale el agua una vez tratada. Está fase se con la adición de agua proveniente de la fosa de bombeo al reactor, por lo cual la válvula afse mantiene abierta, además del mezclador estar encendido (Ver figura 1.10). En este punmezclan el lodo y el afluente. El lodo sedimentado es ahora puesto en suspensión y combcon la capa sobrenadante previamente separada, y con las aguas residuales crudas (afluent


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están entrando al reactor. Esta etapa tiene una duración aproximada de una hora, permitienpaso hacia la siguiente fase la señal enviada por el flotante de fin de llenado y mezcla.

Figura 1.10 Fase de Llenado y Mezcla

1.6.2.2 Fase de Llenado y Reacción.

Durante esta fase, las aguas continúan entrando al reactor, por lo que la válvula afluenmantiene completamente abierta y el flotante que puso fin a la fase anterior envía la seña

que se active el sistema de suministro de aire, conformado por un conjunto de sopladoresFigura 1.11). Estos dispositivos desplazan el aire y empiezan a entregar oxígeno para abastla vida orgánica del reactor.

Figura 1.11 Sistema de suministro de aire a reactores


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Entretanto, el mezclador continúa encendido desde la fase anterior, por lo que el ambcompletamente mezclado se mantiene (Ver figura 1.12). La introducción de oxígeno conviereactor en un ambiente aeróbico. Está fase tiene una duración de aproximadamente dos hcuando emite su señal el flotante de fin de llenado y mezcla.

Figura 1.12 Fase de Llenado y Mezcla

1.6.2.3 Fase de Reacción.

Una vez que el nivel del agua ha alcanzado el flotante de fin de llenado y mezcla, se ela señal que hace que el sistema de control cierre la válvula afluente para que las aguas residejen de entrar en el reactor. Esto marca el inicio de la fase de Reacción, en la cual el mezccontinúa operativo y el suministro de aire se mantiene encendido. En esta etapa, el resiempre está en una condición completamente mezclada y en un ambiente aeróbico (Ver F1.13). La ausencia de flujo y carga orgánica proporcionan una oportunidad única para la limde los contaminantes de las aguas residuales. Esto produce una reducción de material orgán

del nitrógeno total presentes en el reactor hasta concentraciones muy bajas en los eflueDebido que la mayoría de la remoción del fósforo biológico normalmente ya habrá tenidodurante la fase de Llenado y Reacción, la fase de Reacción no tiene un efecto mayor concentración del fósforo total en los efluentes. Está fase tiene una duración de una hora.


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Figura 1.13 Fase de Reacción

1.6.2.4 Fase de Sedimentación.

Durante esta fase, las aguas residuales no entran al reactor, por lo cual la válvula aflse mantiene cerrada. Por su parte, el mezclador y la aireación están apagados. La ausencflujo, mezclado y actividad de aeración produce un ambiente inmóvil en el reactor el cual espara la separación de sólidos y líquidos (Ver Figura 1.14).

Figura 1.14 Fase de Sedimentación

En este momento, las fases precedentes han logrado todos los objetivos del prorelacionados con la reducción de material orgánico, nitrógeno total y fósforo total. El reactúa como un clarificador estático. Está fase tiene una duración de una hora.


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1.6.2.5 Fase de Decantación.

En esta fase se remueve aproximadamente el mismo volumen de líquido que entró reactor, el cual es enviado a la red cloacal.

La configuración del decantador (Ver figura 1.15), suspendido bajo una estrucflotante, proporciona un punto de extracción de efluentes que se ubica debajo de la superficreactor. El posicionamiento de este punto de extracción proporciona efluentes de calidapermitir que cualquier escoria o espuma de superficie sea expulsado.

Figura 1.15 Decantador de reactor biológico

La fase de Decantación termina en un nivel de agua mínimo predeterminado en el reque es controlado por el flotante de fin de decantación. La señal eléctrica emitida, cambposición de los componentes del decantador cerrando la válvula de descarga de efluensellando el decantador contra el fondo de la estructura flotadora.

1.6.2.6 Fase Purga de Lodos.

Los reactores biológicos son dependientes del desarrollo de una cultura mixtamicroorganismos para lograr los objetivos de tratamiento. Como un resultado de la degradbiológica de la materia orgánica y la acumulación de material inerte presente en la mayoría aguas residuales, es necesario descargar ciertas cantidades de sólidos de los reactores


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mantener una concentración apropiada de sólidos suspendidos en el reactor, y para controedad del lodo. Esta fase operativa dentro del ciclo de tratamiento está diseñada comincremento de tiempo que ocurre simultáneamente en la fase de Decantación.

La Purga de lodos está programada durante los minutos finales de las fases

decantación. En este momento, el reactor está en una condición de reposo y una bsumergible succiona los lodos sedimentados en el fondo del reactor y los envía hacia el Dige

El Digestor (Ver figura 1.16) es un tanque en donde están los lodos de las puprovenientes de los reactores y donde se les suministra oxígeno, de tal manera quemicroorganismos se alimentan unos con otros. Estos lodos posteriormente son enviados hatanque de lodo del tratamiento físico-químico (ubicado luego del CAF) para su postdeshidratación y prensado.

Figura 1.16 Tanque Digestor


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de los equipos. También resulta de gran ayuda la información suministrada por el fabricanreferencia a su equipo. [1]

Esta estrategia trae todas las ventajas del mantenimiento preventivo referentes operación de los equipos con una mejor confiabilidad, pero puede resultar poco rentable

sustitución de los componentes de los mismos es prematura. Por ello requiere de un seguimcontinuo que permita ajustar posibles deficiencias en la frecuencia con la que se realizamantenimientos.

2.2.2.2 Mantenimiento preventivo basado en condición (predictivo).

Es el mantenimiento que se lleva a cabo con base en condiciones conocidas del eq

que indican la presencia de fallas incipientes que pueden llevar a una pérdida futura de la fudel mismo. La estrategia se basa en un seguimiento a intervalos regulares de la operaciónmáquina, que permita vigilar parámetros claves que muestren la condición de la misdeterminen el momento más conveniente para realizar las labores de mantenimiento.parámetros indicadores deben ser variables medibles como temperatura, vibración, presiónotras, que puedan describir numéricamente la condición del equipo. A este tipo de mantenimse le conoce también como predictivo. [1]

La ventaja del mantenimiento predictivo es que puede detectar de manera rápiddeterioro de las condiciones de los equipos, lo cual le da tiempo al planificador de estructumantenimientos de manera más eficaz. Sin embargo, este tipo de estrategia suele ser más cque las demás por la necesidad de tener instrumentos especializados de medición, así personal más capacitado.

2.2.3 Mantenimiento de oportunidad.

Como su nombre lo indica, es el mantenimiento programado que se realiza cuandpresenta la ocasión, es decir, cuando el equipo se encuentra fuera de servicio por razones ajla gestión de mantenimiento, como paros generales programados del sistema. Se caracterizactividades donde se les hace mantenimiento a componentes predeterminados del equipo, qafectan la disponibilidad del mismo. Esta estrategia es adecuada para sistemas de costes elede inmovilización o indisponibilidad. [1]


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Previo a la aplicación de la metodología es indispensable haber realizado un estudio dactivos físicos existentes en la planta, para decidir cuáles de ellos serán sometidos al MCCtambién es conocido como análisis de criticidad, ya que define cuáles son los equipos qverdad justifican la aplicación del análisis. Una vez se definan los equipos, la metodo

impone la realización de las 7 preguntas claves del MCC [2]:• ¿Cuales son las funciones del equipo?

• ¿De qué forma puede fallar?

• ¿Cuál es la causa de la falla?

• ¿Qué sucede cuando falla?

• ¿Qué ocurre si falla, importa?

• ¿Se puede hacer algo para prevenir la falla?

• ¿Qué sucede si no se puede prevenir la falla?

De esta serie de preguntas, las primeras cuatro sirven como base para estructurar lo qconoce como el Análisis de modos y efectos de falla (AMEF), herramienta esencial paimplementación del mantenimiento centrado en confiabilidad.

2.5 Análisis de modos y efectos de fallas (AMEF).

El análisis de modos y efectos de fallas es un instrumento que busca reconocer las focomo un equipo puede fallar (modos de falla), poniendo en evidencia los efectos que pproducir las mismas. Esto sirve de base para diseñar acciones de control que permitan reduriesgo de ocurrencia de fallas y que servirán para luego generar los planes de mantenimiento

Los objetivos que debe cubrir un buen AMEF son:

• Conocer las funciones y los estándares de desempeño del activo en su contoperacional.

• Determinar las maneras como el equipo puede perder su función.

• Identificar los modos de falla potenciales y las causas vinculadas con el diseñoproducto.


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23

• Conocer los efectos de las fallas potenciales en la seguridad, medio ambiente y efuncionamiento del proceso.

• Determinar las medidas que reduzcan la probabilidad de ocurrencia de la falla potenc

A continuación se hace una descripción en profundidad de cada uno de los compondel análisis de fallas.

2.5.1 Función.

Se define como el desempeño esperado de un equipo, sub-sistema o sistema para llecabo un propósito específico. Todo equipo puede tener una o varias funciones, las cualclasifican de acuerdo a su tipo y rango de importancia para el proceso [2]:

• Funciones primarias: propósito fundamental del activo.

• Funciones subsidiarias: es la que ayuda al cumplimiento de la función primaria.

• Funciones secundarias: son propósitos auxiliares adicionales a la función principal.

• Funciones de protección: son realizadas por dispositivos que protegen al equipo antfalla, o al menos dan una señal de alarma ante la misma. Entre estos se pueden mencalarmas, válvulas de seguridad, guardamotores, entre otros.

• Funciones de control: son desempeñadas por dispositivos que evitan que el equipo fa

2.5.2 Falla funcional.

Es el incumplimiento por parte de un equipo, sub-sistema o sistema, de la función pacual es requerido. Cuando el activo tiene una imposibilidad completa de realizar su funciestá en presencia de una falla total. En caso de que el activo cumpla la función a medias s

en presencia de una falla parcial.

2.5.3 Modo de falla.

Los modos de falla se definen como los eventos que pueden ocasionar una falla funcSu identificación es de gran importancia para la construcción del AMEF, ya que es la raíz


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24

debe atacar el plan de mantenimiento. Los mecanismos más comunes por los que se generfallas son: corrosión, desgaste, deformación, fractura, suciedad, operación inadecuada, otros. En esta parte es necesario contar con un grupo de conocedores del equipo que aportevisión más amplia del mismo, como el operador, el diseñador, los mecánicos, entre otros. [2

Los modos de falla que deben registrarse dentro del AMEF son los que tengan mprobabilidad de ocurrencia, ya sea que se hayan presentado alguna vez o no. Así mismo, tomarse en cuenta los casos menos probables cuyas consecuencias sean catastróficas pseguridad, el proceso o el equipo.

2.5.4 Efecto de falla.

El efecto de falla contiene información sobre los eventos secuenciales que ocurren cuse da el modo de falla. Su objetivo principal es el de proporcionar datos que ayuden a deterlas consecuencias de las fallas, tanto para el proceso como de seguridad y ambiente, con lse definan las posibles tareas de mantenimiento.

2.6 Tasa de falla (λλλλ).

La tasa de falla es una función clave dentro del análisis de confiabilidad, dado

muestra la variación de la probabilidad de falla de un equipo o componente a lo largo de suMatemáticamente la tasa de falla viene dada por la siguiente expresión:

)()(

)()()(

t C t f

t C t F

t =′

=λ (Ecuación 2.1)

Donde: = función tasa de falla.

F(t) = función distribución acumulativa de falla.C(t) = función de confiabilidad.f(t)= función distribución probabilística de falla.


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25

Gráficamente, la función tasa de falla presenta diversos comportamientos dependiendtipo de equipo analizado. No obstante, su forma tradicional suele ser similar a la de una bpor lo que incluso es más conocida por este último nombre. La función inicia con una ftendencia decreciente que rápidamente se va estabilizando, para luego asumir un ma

comportamiento creciente. En base a esto, la curva de la bañera puede ser dividida enregiones bien definidas: arranque, vida útil y desgaste. A continuación se presenta en la figuuna representación de su gráfica:

Figura 2.1 Curva de la Bañera

• Arranque: esta etapa también se conoce como fase de infancia. En ella se obserelevados valores de tasa de falla, que pronto toman un fuerte comportamiento decrecLas fallas son producto de mal diseño, errores en la fabricación o montdesconocimiento por parte de los operarios o empleo de procedimientos inadecuados

• Vida útil: en esta parte se puede apreciar un descenso considerable de los valores dede falla si se compara con la etapa anterior. Además, el comportamiento de la curvmantiene prácticamente estable. Los fallos del equipo son producto de causas aleatexternas como accidentes fortuitos, condiciones inadecuadas, operación incorrecta, otros.


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26

• Desgaste: esta etapa se caracteriza por un crecimiento sostenido de la tasa de faldebido a factores como la degradación, envejecimiento y desgaste de los componentequipo.

Este modelo, con ciertas diferencias, aplica para la mayoría de los componentes d

sistema tecnológico. Las fallas en arranque se pueden combatir con pruebas previas operación. Las fallas en la fase de desgaste se pueden reducir con un plan adecuadreemplazos. En consecuencia, la mayoría de las evaluaciones de confiabilidad se refierperíodo de vida útil.

Las otras formas que puede presentar la curva de tasa de falla son: [3]

Figura 2.2 Otras formas de la curva de tasa de fallaGarcía, Javier. “Mejora en la confiabilidad operacional de Plantas de generación de energía eléctrica…”

• Modelo 1: no hay período de infancia, ya que la tasa de falla comienza con comportamiento estable de vida útil, que al llegar a la zona final de agotamiento preun brusco crecimiento. Este comportamiento suele asociarse al del envejecimiento, dun elemento va cumpliendo una función repetidamente hasta que llega un momentono puede continuar y comienza a fallar. Lo importante para equipos con este modehacer los mantenimientos justo antes de que comience el crecimiento de la tasa de fal


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Como se pudo apreciar anteriormente, para el estudio de la tasa de falla de equipoindispensable el uso de distribuciones de probabilidad. Las distribuciones más comunesExponencial, Weibull y Normal. De menor uso son la Gamma y Lognormal.

Las variables que siguen una distribución exponencial se caracterizan porque el nú

de ocurrencia de eventos por unidad de tiempo es aproximadamente constante. Por otro ladvariables que siguen una distribución Weibull poseen un número de ocurrencia de eventounidad de tiempo que no necesariamente permanece constante, lo cual le da un mayor ranaplicación. En el proyecto se trabajó con la distribución Weibull y la Normal, de las cualofrece una reseña a continuación.

2.7 Distribución Weibull.

La distribución Weibull se caracteriza por tener un amplio rango de aplicaciones ddel análisis de confiabilidad, debido a que cubre una gran variedad de formas. Esta flexibilidla descripción de tasas de falla es la que permite representar las tres partes de la curva bañera con dicha distribución y la mayoría de los modelos alternos de falla.

Weibull es una distribución apropiada para sistemas complejos, cuyas fallas egobernadas por los más severos defectos de sus componentes o partes. Su versatilidad hacen la práctica sea una de las distribuciones más utilizadas para determinar el tiempo de vtiempo para la falla de componentes mecánicos.

Esta distribución está conformada por dos parámetros, Forma () y Escala (), cuyasecuaciones para su cálculo se presentan a continuación:

( )=

=n

iiTEF n 1

ln1 β (Ecuación 2.2)

Donde:= Forma

TEFi= tiempo que transcurre el equipo operando entre la falla (i-1) y la falla (i).n= números de valores del TEF de la muestra.


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29

Cuando el valor deβ se encuentra entre 0 y 1, la distribución Weibull arroja una tasa

falla decreciente con lo cual puede describir a un equipo en fase de arranque (infancia). Parβ=1el modelo de Weibull se convierte en una distribución exponencial, presentando tasa deconstante (vida útil). Con esto se puede ver que la distribución Weibull contiene a la expone

Paraβ>1 Weibull presenta una tasa de falla creciente, que podría describir a un equipo en de desgaste o degradación.

( ) ( ) β β β α

1

11

+

= ==n

TC TEF w

k k

n

ii

(Ecuación 2.3)

Donde:= Escala.= Forma

TEFi= tiempo que transcurre el equipo operando entre la falla (i-1) y la falla (i).TCk= tiempo de operación desde la última falla.n= números de valores del TEF de la muestra.w= número de valores del TC de la muestra

La tasa de falla para la distribución Weibull viene dada por la siguiente expresión:

1

)(−

= β

α α β

λ t

t , , , t > 0 (Ecuación 2.4)

Donde: = función tasa de falla = escala = forma

t = tiempo


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no cambia. Lo que si tiene es un parámetro que interviene en el aspecto de la curva, que

desviación estándar (σ). Su acción se puede observar en la figura 2.4, donde se aprecia qu

medida que el valor deσ se incrementa, el pico de la curva disminuye y la misma se hace mancha en su parte inferior. [4]

Función distribución normal

00,005

0,010,015

0,020,025

0,030,035

0,040,045

0 50 100 150 200

Tiempo

f ( t

) µ=100 σ=10

µ=100 σ=30

Figura 2.4 Afectación de función de distribución normal ante la variación de la desviación estándar (σ)

La confiabilidad para la distribución normal viene dada por la siguiente expresión:

dt t

t C t

−−Π

=∞ 2

*21exp*

*2*1)(

σ µ

σ (Ecuación 2.7)

Donde:C(t) = función de confiabilidad

σ = desviación estándar

µ = mediat = tiempo


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Sin embargo, resulta bastante difícil obtener el valor de confiabilidad a travéexpresiones matemáticas, por lo que se han ideado métodos alternativos basados en el utablas o evaluaciones numéricas. Dichas evaluaciones permiten obtener la probabilidad dedel equipo, con lo que se puede determinar la confiabilidad a través de:

)(1)( t F t C −= (Ecuación 2.8)

Donde:C(t)= función de confiabilidadF(t) = función distribución acumulativa de falla

Según las evaluaciones realizadas a la función, la distribución acumulativa de fall

equipo será de 0,50 para la estimación en un tiempoµ, por lo que si se desea trabajar en un rangoalto de confiabilidad es conveniente que los mantenimientos sean aplicados antes de

tiempo. Asimismo, para un tiempo igual a (µ−σ) el valor de la función distribución acumulativ

de falla es 0,159 y para un tiempo igual a (µ+σ) es 0,841. Esto quiere decir que con la desviacióestándar y la media puede construirse la gráfica de la distribución acumulativa de fallaluego determinar el comportamiento de la confiabilidad. A continuación se presenta la curdistribución acumulativa de falla normal (Figura 2.5):

Figura 2.5 Distribución acumulativa de falla normal“Reliability Engineering and Risk Analysis”, pp (112)


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Por su parte, la tasa de falla viene dada por la siguiente ecuación:

)(1)()(t F

t f t

−=λ (Ecuación 2.9)

Donde:

λ(t) = función tasa de fallaf(t) = función distribución probabilística de fallaF(t) = función distribución acumulativa de falla

2.9 Prueba de Bondad de Ajuste.

La Prueba de bondad de ajuste es un instrumento que permite determinar si la distribque se propuso como hipótesis se ajusta bien a los datos de muestra. Dicha prueba se sustela determinación de la diferencia entre la frecuencia de ocurrencia de una variable alecaracterizada por una muestra observada, y la frecuencia esperada obtenida de la distribhipotética.

Existen dos procedimientos para realizar la Prueba de bondad de ajuste: la Prueba de

Cuadrado y la Prueba de Kolmogorov-Smirnov/Anderson Darlin. Ambos procedimientobastante similares, radicando su diferencia en que la prueba de Kolmogorov se ajusta fácilmdatas estadísticamente poco robustas, para las cuales la Prueba de Chi Cuadrado no aplica.

2.10 Prueba de Kolmogorov.

En el marco de esta prueba, los componentes individuales de la muestra son tratadoagruparlos en intervalos, es decir, la variable de análisis es continua. Similar a la prueba dcuadrado, una distribución acumulativa hipotética se compara con su estimado calcuconocida también como función distribución acumulativa empírica. Para ello se hace usestadístico de contraste K – S, que mide la máxima diferencia entre la Sn(t) (función dedistribución acumulativa observada) y la F(t) (función de distribución acumulativa hipotéticexpresión matemática se muestra a continuación: [5]


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{ })()(,)()(max 1−−−=− iniinii t S t F t S t F S K (Ecuación 2.10)

Donde:

Sn(ti) = función distribución acumulativa para un tiempo i-ésimo.F(ti) = función distribución acumulativa hipotética.Sn(ti-1) = función distribución acumulativa para un tiempo i-ésimo -1.

Los pasos que componen la prueba son los siguientes:

• Escoger una distribución acumulativa hipotética F(t) para la muestra recogida.

• Seleccionar el nivel de significación de contrasteα , para establecer una tolerancia para elvalor del estadístico de contraste.

• Definir el parámetro de comparación Dn(α ) que establece el límite para decidir el correctajuste de la distribución hipotética. Para definir dicho parámetro se puede hacer us

tablas donde sólo se necesitan los valores deα , el modelo de distribución que se estáempleando y el número de datos (n). A continuación se muestra un modelo de tabla

determinar Dn(α ):

Tabla 2.1 Tabla para determinar parámetro de comparación Dn(α)

αModelo 0,1 0,05 0,01General 1,224 1,358 1,628Normal 0,819 0,895 1,035Exponencial 0,990 1,094 1,308Weibull n=10 0,760 0,819 0,944Weibull n=20 0,779 0,843 0,973Weibull n=50 0,790 0,856 0,988Weibull n= 0,803 0,874 1,007

• Si K-S>Dn(α) se rechaza la distribución hipotética, concluyendo que F(t) no se ajustadata. En caso contrario, la distribución no es rechazada y su utilización es válida.


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2.11 Análisis de Riesgo e Ingeniería de Confiabilidad (RARE)

Este software vino incorporado al libro Reliability Engineering and Risk Anáelaborado por M. Modarres, M. Kaminskiy y V. Krivtsov, y su objetivo es suministrarherramienta que ayude a efectuar los cálculos para realizar el análisis de confiabilidad.

Dicho software permite realizar la Prueba de bondad de ajuste para determinadistribución que mejor se ajusta a la data de fallas con la que se cuenta. Asimismo, otorgparámetros, según sea la distribución seleccionada, para determinar el comportamiento de lde falla en el tiempo. Con esto, ya se pueden calcular los valores de confiabilidad de los eqen el tiempo. Escrito en Visual Basic, RARE tiene una amigable interfase para el usuariocompatible con MS Excel (Ver Figura 2.6).

Figura 2.6 Análisis de Riesgo e Ingeniería de Confiabilidad (RARE)

2.12 Bases de datos de fallas genéricas.

En el análisis de confiabilidad la fuente de información más importante es la evidencdecir, tiempos entre fallas recolectados para los equipos de la planta con los que setrabajando. Sin embargo, cuando no se dispone de un registro de fallas de los equipos, o lque se tiene es poco confiable, se debe recurrir a la utilización de bases de datos genéricarealizar estimados de tasa de falla y confiabilidad.


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Una de las datas más conocidas y confiables es la Offshore Reliability Data (OREque se recogió con la compilación de varias compañías de la industria petrolera a nivel muque aplicaron análisis de confiabilidad para orientar las políticas de mantenimiento haciinstalaciones. Debido a la heterogeneidad de las muestras analizadas para la construcció

banco de información, la misma es presentada en forma de distribuciones de probabilidad tasas de falla y reparación dadas para distintos modos de fallas. El formato en el cual se prela información puede verse en la Figura 2.7:

Figura 2.7 Formato de presentación de datos de OREDA

Para tomar los resultados de OREDA, la data especifica la clase de equipo, su tipofluido con el que trabaja. Por ejemplo: bomba centrífuga para agua contra incendios. Dforma, se pueden buscar patrones y características similares a las de los equipos que se tieplanta y trabajar con los valores de tasa de falla que muestra la data.

2.13 Cálculo de tasa de fallas con datos genéricos.

El teorema de Bayes es un instrumento estadístico con el que se puede combinformación de tasas de falla provenientes de bases de datos genéricos con la evidencia oben la planta en estudio, con el objetivo de obtener una data más confiable para el análisis.


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La información obtenida de los registros de fallas recogidos en planta sueleestadísticamente poco robusta, pero tiene la fortaleza de representar la realidad. Por su pardatos genéricos se sustentan en grandes registros estadísticos que suelen ser bastante confLa idea es combinar las ventajas de ambas fuentes de información y obtener una data mej

La tasa de falla actualizada se obtiene de la siguiente manera aplicando el teorema de Bayeeste caso específico [6]:

21 1

2

2

)(

))()((

OREDA

OREDAr

i

r N

j ji

OREDA

OREDA

A ACTUALIZAD

tct

r

σλ µλ

σλ µλ

λ

++

+=

=

−

=

(Ecuación 2.11)

Donde:

µ OREDA = media de la distribuciónλOREDA

σλ OREDA = desviación estándar de la distribuciónλOREDA ti = tiempo de operación hasta fallatc = tiempo de operación de equipos que no han fallador = número de equipos que han falladoN = datos de equipos propios o similares

2.14 Disponibilidad.

La disponibilidad está definida como la probabilidad de que un equipo o un grupequipos funcionen satisfactoriamente y puedan ser comprometidos al desempeño de una mcuando la misma es requerida en un instante aleatorio. Para este caso, el tiempo total considincluye el tiempo de operación, tiempo activo de reparación, tiempo inactivo, tiempmantenimiento preventivo y tiempo logístico. La disponibilidad es una medida útil para cuse deben tomar decisiones para elegir un equipo entre varias alternativas.

La disponibilidad viene dada por la siguiente expresión:

lTiempoTotaUptime

A = (Ecuación 2.12)


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Actualmente, una de las necesidades más urgentes de las empresas es contar consistema confiable que les permita disponer de la información con rapidez y facilitcomunicación entre empresas hermanas. Este es uno de los aspectos que cubren los sistinformáticos diseñados por SAP.

El Sistema SAP R/3, con el que se trabajó durante el proyecto, puede gestionar de maintegrada y en línea diversas áreas funcionales de una empresa como: finanzas, gestiómateriales, logística, planificación de mantenimiento, entre otras. El significado de la “procesamiento en tiempo real”, en tanto que el número 3 está referido a las tres capas arquitectura de proceso: bases de datos, servidor de aplicaciones y cliente. SAP R/3 conformado por funciones integradas en los siguientes módulos:

• Módulo de Producción (Production Planning) PP.

• Módulo de Ventas (Sales & Distribution) SD.

• Módulo de Reportes (Controlling) CO.

• Módulo de Materiales (Material Management) MM.

• Módulo de Recursos Humanos (Human Resources) HR.

• Módulo de Calidad (Quality Assurance) QA.

• Módulo de Activos Fijos (Asset Management) AM.• Módulo de mantenimiento (Plant Maintenance) PM.

• Módulo de Finanzas (Financial Accouting) FI.

2.17.1 SAP R/3 PM - Planificación de Mantenimiento.

Este módulo se ocupa del mantenimiento completo de los equipos de una planta. Inc

soportes para disponer de representaciones gráficas de las plantas de producción, así csoportes para gestión de problemas operativos y de mantenimiento, costos y solicitudecompras de equipos.


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2.17.2 SAP R/3 MM – Módulo de Materiales.

Este módulo cubre todas las actividades y funciones logísticas relacionadas coadquisición, aprovisionamiento (compras) y control (inventario, almacenes, facturas) de la cde suministro de repuestos o materiales.

2.18 Árboles de componentes.

Los árboles de componentes son herramientas empleadas para definir la estructura dequipos y de sus listas de repuestos en el sistema SAP.

Para la realización de un árbol de componentes se debe empezar por la búsquedainformación en catálogos, manuales y SAP, que permita obtener planos y listas de parte

equipo. Una vez conseguido esto, puede realizarse un despiece del mismo para determinaconjuntos y materiales (repuestos) que lo componen. La estructura con la que se trabajó proyecto puede apreciarse en la figura 2.8:

Figura 2.8 Estructura de Árbol de Componentes

• Equipo: es un objeto físico e individual con una función dentro del proceso productique debe recibir mantenimiento de forma independiente. Como ejemplos de equpueden mencionarse: sistemas de bombeo, tanques, sistemas dosificadores, entre otro

• Conjunto: es un componente del equipo o un elemento que tiene una función directamasociada al mismo. Los conjuntos pueden ser elementos como: motores o bombas.


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• Materiales (Repuestos): son las partes que conforman a los equipos o a sus conjuntodiferencian de los conjuntos en que no son mantenibles, es decir, una vez que fallan dser sustituidos. Algunos materiales son: rodamientos, chumaceras, anillos “empacaduras, estoperas, entre otros.

Finalmente, se debe definir cuáles repuestos necesitan ser creados en el almacén, luego colocarlos en la estructura del sistema SAP asociados a equipos o conjuntos.

2.19 Planes de mantenimiento.

Los planes de mantenimiento se componen de un conjunto de actividades diseñadas garantizar la confiabilidad de los equipos, aumentar su disponibilidad y prolongar su vida

Los detalles de las operaciones de mantenimiento, repuestos requeridos y periodicidaespecifican en hojas de ruta, las cuales agrupadas conforman el plan de mantenimientointroducción de los planes en el sistema SAP permite al planificador preparar las operaciorealizar y disponer del personal y repuestos requeridos para las mismas.


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CAPÍTULO 3MARCO METODOLÓGICO

Para la consecución de los distintos objetivos planteados al inicio del proyecto se siun programa de trabajo conformado por varias fases. El diseño de los planes de mantenimienlos equipos de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) tuvo como preámburecolección de información de diversas fuentes, para así orientar la escogencia de la políticaidónea para cada equipo. El levantamiento y registro de información tuvo tres fuentes principmanuales elaborados por fabricantes de los equipos, data extraída de campo y opinión dexpertos de planta.

Las fases del proyecto de sistema de gestión de mantenimiento fueron:

• Levantamiento de los equipos de la línea de tratamientos de aguas residuales.

• Asignación de criticidad a los equipos de la línea para orientar la política

mantenimiento a aplicar.

• Elaboración de los árboles de componente de los equipos considerados más críticos fase de clasificación.

• Recolección e identificación de fallas para la elaboración del análisis de modos y efede fallas y estudio de confiabilidad y disponibilidad.

• Diseño de los planes de mantenimiento para los equipos.

3.1 Levantamiento de la línea.

Esta fase consistió en definir y documentar todos los equipos que conformaban la línetratamiento de aguas residuales, para de esta forma conocer el número de planesmantenimiento por hacer y tener una idea del alcance del proyecto.


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El levantamiento de la línea se inició validando en campo los planos con los qucontaba. Para ello se realizó un recorrido por las diferentes etapas de la línea, tomando nota equipos presentes y recolectando sus datos de placa. También se observaron los distaccesorios e instrumentos que constituían los equipos. De esta manera se pudieron desc

equipos presentes en los planos que no estaban instalados, e incorporar equipos operativplanta que no aparecían en los planos.

Una vez realizado esto, se procedió a hacer una revisión de la lista de los equcolocados en el sistema SAP para compararla con la data tomada del levantamiento hechcampo. De esta manera, se pudieron agregar al sistema equipos faltantes, así como solicieliminación de equipos no instalados.

Seguidamente, con la información tomada de las dos etapas anteriores se procedió a e

una lista definitiva con todos los equipos instalados en planta hasta ese momento, así comestatus de aquellos que estaban montados en el sistema SAP. Para mostrar los resultados defase se usó un formato que se presenta a continuación en la figura 3.1:

Figura 3.1 Formato Levantamiento de Equipos


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Adicionalmente al nombre del equipo y sus datos básicos, en el formato se incorinformación levantada que facilitaría la planeación de las labores de mantenimiento:

• Ubicación técnica: en el sistema SAP se organizan las estructuras de los equipoubicaciones técnicas, las cuales diferencian las líneas en los distintos procesos de la p

y mantienen un orden de los equipos.

• Código SAP: es el número que identifica a un equipo en el sistema SAP, siendo la fomás expedita para poder ubicarlo dentro del mismo.

• Fabricante: permite buscar información sobre el equipo a través de Internet y contacpara solicitud de repuestos y sugerencias de políticas de mantenimiento.

• Mantenible: indica si el equipo tendrá política de mantenimiento o si al fallar

sustituido por otro.• Manual: saber si se cuenta con los datos del manual del equipo es fundamental pa

inicio de las tres últimas fases de la metodología del proyecto.

• Estructura propuesta: especifica si el dispositivo debe ser creado como equipo o conju

• Estatus: indica si el equipo necesita ser incluido en el sistema o si por el contrario debexcluido por ya no encontrarse instalado en planta.

• Observaciones: información extra que ayuda a aclarar cualquier detalle del equipo.

3.2 Clasificación de los equipos.

Una vez levantados todos los equipos de la línea de tratamiento de agua residuaprocedió a clasificarlos. Para la realización de la clasificación de los equipos se siguieron cetapas bien diferenciadas, cuyo cumplimiento permitió la jerarquización de los mismos establecimiento de prioridades en las actividades.

3.2.1 Definición de clases de criticidad.

Preliminarmente, se partió de la premisa de que todo equipo podía caer bajo una declases de criticidad: “A”, “B” o “C”, lo cual orientó la escogencia del paquete de mantenimmás adecuado para cada uno de ellos. Las razones que definieron a cada clase fueron:


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• Criticidad A: la falla del activo tiene repercusiones significativas en la seguridad, calproceso productivo o genera fuerte impacto ambiental.

• Criticidad B: la falla del activo afecta parcialmente al proceso productivo, pudiecomprometer la calidad o volumen producido.

• Criticidad C: la falla del equipo no trae consecuencias relevantes para el proceso.

En base a esto, se estableció que los equipos con criticidad “A” y “B” se tratarían planes de mantenimiento preventivos basados en tiempo, combinados con planesmantenimiento predictivos. Los equipos con criticidad “C” se trabajarían con planemantenimiento correctivos, puesto que una falla en alguno de ellos no debía traer consecueinadmisibles.

3.2.2 Definición de criterios para determinar criticidad.

Para asignar a cada equipo de la línea una criticidad, se tomaron en cuenta sparámetros:

• Seguridad: este factor considera la forma cómo un incidente con un equipo podría afla seguridad del personal y las instalaciones, así como causar daños al medio ambient

• Calidad / Inocuidad: considera si la falla de un equipo puede perjudicar la calidadproducto.

• Utilización: toma en cuenta de manera porcentual el grado de utilización del eqdentro de la línea.

• Continuidad operativa: se refiere a la manera como una falla en un equipo puede afectoperatividad de la línea.

• Tiempo medio para reparar: es una medida del período de tiempo que dura la reparade un equipo, definido como tiempo muerto por reparación entre el número de fallas.

• Tiempo medio entre fallas: indica la relación de la cantidad total de horas operables dequipo entre el número total de paradas.

• Costo: considera los costos de reposición del equipo.


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3.2.3 Definición de los niveles de los criterios.

Una vez establecidos los criterios se les dio un orden de 3 niveles, los cuales puapreciarse en la tabla 3.1:

Tabla 3.1 Niveles de criterios para clasificación

Criterio 1 2 3Seguridad La falla del equipo

provoca riesgos sobreel hombre o el medioambiente, y gravesefectos sobre lasinstalaciones

La falla del equipo causariesgos para las instalaciones

La falla del equipo norepresenta un riesgo para elhombre, las instalaciones oel medio ambiente

Calidad/inocuidad La falla del equipoafecta la inocuidad del

producto

La falla del equipo afecta lacalidad del producto y la

facturación de la empresa

La falla del equipo no tieneefectos sobre el producto o

la facturación de la empresaUtilización El equipo está entre el

20% de equipos másutilizados de la línea

El equipo está entre el 20%y el 80% de los equipos másutilizados de la línea

El equipo está entre el 20%de los equipos menosutilizados de la línea

Continuidadoperativa

La falla del equipoprovoca la interrupcióntotal del procesoproductivo

La falla del equipo provocala interrupción de un sistemao unidad importante oreduce la producción

Existe equipo de reserva oes más económico repararel equipo después de la falla

Tiempo mediopara reparar

El equipo está entre el20% de equipos conmayor TMPR

El equipo está entre el 20%y el 80% de los equipos conmayor TMPR

El equipo está entre el 20%de los equipos con menorTMPR

Tiempo medioentre fallas

El equipo está entre el20% de equipos conmenor TMEF

El equipo está entre el 20%y el 80% de los equipos conmenor TMEF

El equipo está entre el 20%de los equipos con mayorTMEF

Costo El costo de reposicióndel equipo es mayor a$200.000

El costo de reposición delequipo está entre $50.000 y$200.000

El costo de reposición delequipo es menor a $50.000

3.2.4 Definición de metodología de clasificación.

Finalmente, se hizo uso del árbol de decisiones (Figura 3.2) para determinar la prioridrelación entre los criterios definidos para obtener la criticidad de los equipos.


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Seguridad

TMEF Costo

Cal. / Ino. Utilización Cont.Operativa

TMPR

TMEF CostoTMPR

A

B

C

1 1 1 1

1 1 1

2, 3 2, 3 2, 3 2, 3 1, 2 1, 2

3 3

1

2, 3

2, 32, 32, 3

Figura 3.2 Árbol de Decisiones para clasificación de equipos

Adicionalmente, se utilizó una herramienta de Excel que recogió el comportamientoárbol de decisiones (Ver figura 3.3) en la medida en que se rellenaban los niveles de cada criarrojando el resultado de criticidad sugerido por el modelo.

Figura 3.3 Herramienta para obtener clasificación de árbol de decisiones


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Para asignar el nivel a cada criterio se convocó una reunión con expertos de la placuya opinión permitió obtener la criticidad sugerida, que es la que se ubica en la penúlcolumna de la figura anterior. En la parte final de la reunión, este índice de criticidad fue revpor los mismos expertos para corregir posibles fallas en el modelo, asignándosele entonces a

equipo su criticidad definitiva, siendo esta la que aparece en la última de las columnas.

3.3 Construcción de árboles de componentes.

La elaboración del árbol de componentes de un equipo sienta la base para la creación estructura del mismo y de sus listas de materiales en SAP. El proceso también se realizó en vfases, empezando por la búsqueda de información.

3.3.1 Búsqueda de información.

Los manuales y catálogos de los fabricantes de los equipos fueron la primera fuentinformación empleada, caracterizándose además por ser la más completa y confiable. De forma, la información contenida en SAP resultó de ayuda para esta fase. Para tener accedespiece del equipo en SAP se empleó la transacción IH01 Visualizar estructura (Ver figura

Figura 3.4 Transacción IH01 - Visualizar Estructura


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Para completar la información recolectada se realizaron entrevistas con operadorsupervisores de línea, cuyo conocimiento contribuyó de manera decisiva cuando la informde las otras dos fuentes era poco abundante.

3.3.2 Definición de estructura y documentación.

Una vez obtenidas las fuentes de información fue necesario definir cuáles eranconjuntos y materiales (repuestos) que conformaban cada equipo. Para esto se utilizó como alas indicaciones del fabricante y los conocimientos de los expertos de la planta. Como crpara plantear la diferenciación, se estableció que la instrumentación y periferia de los eqfueran consideradas como conjuntos del mismo.

Para presentar los resultados del despiece de los equipos en conjuntos y materi(repuestos), se empleó un formato en Excel (presentado a continuación en la figura 3.5)permitiera mantener la uniformidad necesaria para comparar equipos de diferentes líneas.

Figura 3.5 Formato Árboles de Componentes


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3.3.3 Definición de materiales a crear en SAP.

Luego de estructurar el árbol de componentes de los equipos, se procedió a validarexpertos los materiales (repuestos) que requerían una planificación de inventario en almgarantizando su creación en el sistema SAP.

Además, se le dio a cada repuesto la clasificación de estratégico (E), para aquellas pque normalmente no sufren desgaste y que podrían tenerse o no en almacén dependiendo impacto en el proceso; o de recambio (R), para aquellos repuestos que sufren desgaste con epor lo que suelen reemplazarse y necesitan una política de inventario en almacén. Ejemplorepuestos estratégicos pueden ser: ejes, carcasas, hélices, mientras que repuestos de recambirodamientos, sellos, anillos “O”, empacaduras, entre otros.

3.3.4 Creación de materiales y estructura.

Por último, se procedió a realizar la solicitud de creación de los materiales (repuestoconjuntos requeridos, así como la revisión de aquellos que ya lo estaban. Para que el procecreación fluyera de forma efectiva se recogieron una serie de especificaciones de los repunecesitadas por el personal de almacén, como por ejemplo: dimensiones, material de elaboranúmero de pieza del fabricante, entre otros.

Una vez recibidos los códigos de los repuestos y conjuntos creados, estos fuintroducidos en la estructura del equipo dentro del sistema SAP, para lo cual se hizo uso dformato en Excel diseñado por el equipo de Sistema Gestión de mantenimiento (SIGE(Figura 3.6) que permitió la colocación rápida de las listas de materiales:

Figura 3.6 Formato para introducir en SAP árboles de componentes


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Este formato reunió la información que requiere SAP para armar la estructura deequipo, empezando por la definición de si el dispositivo es un conjunto (I) o es un repuestLuego se especifica su código SAP y la cantidad de cada uno que lleva el equipo. Finalmendetalla si la pieza se adquiere por separado o como parte de un juego de piezas.

3.4 Elaboración de análisis de modos y efectos de fallas (AMEF), confiabilidaddisponibilidad.

Después de realizados los árboles de componentes de los equipos seleccionados coanálisis de criticidad, la metodología aplicada llevó a la recolección de fallas para el desadel AMEF, análisis de confiabilidad y estudio de disponibilidad, teniendo como apoyo la tde mantenimiento basado en confiabilidad (MCC). Para llevar a cabo esto se dividió el pren tres etapas:

3.4.1 Búsqueda de información en manuales y SAP.

Para la recolección de fallas de los equipos se tomó como primera fuente de informalos manuales y catálogos suministrados por los fabricantes. En esta parte el sistema SAP tamresultó de ayuda, al llevar un registro de las órdenes de mantenimiento correctivo (PM0

correctivo planificado (PM02), que tenían los equipos en cuestión desde su incorporacisistema. Normalmente, dentro de las órdenes estaban avisos que indicaban la causa raíz defalla, aunque de no ser así se procedía a la determinación de la misma con la colaboracióexpertos, quiénes también ayudaron a depurar el registro de órdenes correctivas.

En el caso en que el equipo no tuviera registro de fallas en SAP, las mismas se buscrevisando los cuadernos de novedades que se llevaban en la planta de tratamiento de aresiduales, donde se reportaba diariamente cualquier eventualidad ocurrida con los equipos

línea.Para tener acceso al registro de órdenes de mantenimiento de SAP se empleó

transacción IW39 (ver figura 3.7), con la cual se obtuvo un listado de las órdenes correcsufridas por los equipos en los últimos 8 años.


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Figura 3.7 Transacción IW39 – Visualizar Órdenes de Mantenimiento

En la figura 3.8 puede apreciarse el listado de órdenes en SAP, de donde una depurada la lista, se obtuvieron los tiempos entre fallas para utilizarlos en el cálculoconfiabilidad:

Figura 3.8 Lista de Órdenes de Mantenimiento


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3.4.2 Generación del AMEF.

Una vez elaborado el registro de fallas se efectuaron las preguntas necesarias para genel AMEF, utilizando el asesoramiento de los expertos de la planta. Con este análisiidentificaron las fallas funcionales del equipo, los modos de falla y sus efectos. Para docum

la información se utilizó un formato que se presenta con un ejemplo en la tabla 3.2:

Tabla 3.2 Formato AMEF

CONJUNTO FUNCIÓN FALLAFUNCIONALMODO DE

FALLA EFECTO DE LA FALLA

AereadorBuffer

1) Aerear lasaguas del tanquebuffer a travésdel giroconstante de suhélice a 1745RPM

A) El aereador no giray no aerea las aguasdel buffer

1) Avería en elmotor porsobrecarga.

El motor no mueve la hélice del aereadorasí que las aguas del buffer no recibenaereación y liberan malos olores. Si no seactivó el guardamotor el daño del motorserá grave. Se detiene el proceso físico-químico por no poder homogenizar.

2) Homogenizaruniformementelas aguas delbuffer

A) Homogeniza lasaguas de manerairregular

1) Avería enacople de la hélice

La hélice desliza sobre el eje por lo que nohomogeniza uniformemente.Eventualmente se desprenderá del ejemotriz. Se detiene el proceso físico-químico, liberando malos olores alambiente.

3.4.3 Análisis de confiabilidad y disponibilidad.

Para la elaboración del análisis de confiabilidad de cada equipo se siguió este esquem

• Tomando la lista de fallas documentada previamente, se extrajeron cada uno detiempos entre fallas.

• Se hizo un listado de los tiempos entre fallas y se ordenó de menor a mayor en direcdescendente. A partir de allí se trabajó con el software de Análisis de Riesgo e Ingende Confiabilidad (RARE), planteando la hipótesis de las distribuciones paramétricas.

• Se plantearon los “parámetros” para cada una de las distribuciones hipótesis contiempos entre fallas que se tenían documentados.

• Se realizó la Prueba de bondad de ajuste graficando las curvas de las distribuciohipótesis teóricas, con el histograma de los datos de muestra. La prueba arrojó para


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distribución el llamado “valor del test” y el “valor crítico”. Aquellas pruebas dondvalor del test era mayor que el crítico indicaban que la hipótesis escogida era rechazEn caso contrario, la distribución se consideraba como un ajuste aceptable.

• Se escogió, de las distribuciones no rechazadas, aquella cuyo valor del test fuera el

bajo, ya que esta representaba la de mejor ajuste. Para el caso donde la mejor distriburesultó ser la Lognormal, se trabajó con Weibull por falta de datos para calcular la tasfallas (λ). Esto siempre y cuando Weibull no hubiera sido rechazada.

• Una vez seleccionada la distribución que mejor se ajustaba a los datos, se calcularotasa de falla y la confiabilidad de cada equipo a lo largo de un año.

Para los casos de equipos donde no se contaba con data suficiente, se decidió empleadatos genéricos de OREDA (Data Confiabilidad Costa Afuera) y el teorema de Bayes para de obtener una tasa de falla mejorada, que pudiera ser comparada con las tasas obtenidas covalores de planta.

Adicionalmente, se decidió realizar un análisis de disponibilidad a los equipos componían la línea, para lo cual se siguieron estos pasos:

• Se dividió el proceso en los dos tratamientos practicados al agua: físico-químicbiológico, de tal manera que para cada uno de ellos se realizó un diagrama, donde

equipo era representado por un bloque.• Se trasladaron los diagramas de bloques al software RAPTOR 5.0, introduciendo

parámetros de tasa de falla de cada uno de los equipos colocados, dependiendo ddistribución que mejor ajuste tuvo durante el análisis de confiabilidad. En el casoequipos sin registro de fallas, se introdujeron parámetros tales que sus confiabilidadeel tiempo resultarían de 100%.

• Luego correspondió introducir los valores de tasa de reparación de los equipos. Com

se dispuso de data de tiempos de reparación, se introdujeron los mismos valores para uno de los bloques, siendo estos los que el software establecía por defecto.

• Se realizó la simulación para un tiempo de un año y mil iteraciones, para los dos procEntonces, el software ofreció los valores de disponibilidad de los nodos a la salida de una de las etapas de los diagramas.


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• Texto explicativo: en esta parte se hace una descripción detallada, paso por paso de tlas actividades que se iban a realizar dentro del mantenimiento.

• Frecuencia: periodicidad con la que debe realizarse la actividad de mantenimiento.

• Repuestos requeridos: materiales necesitados para realizar el mantenimiento.

• Puesto de trabajo – cantidad: personal necesitado para efectuar el mantenimientnúmero de cada uno.

• Duración de la actividad: estimado del tiempo que llevará realizar el mantenimiento.

• Herramientas especiales requeridas: herramientas que no se encuentran normalmenttalleres que son necesarias para la actividad.

• Estado de la instalación: especifica si el mantenimiento se realiza con el equipooperación o fuera de servicio.

Para los efectos de la presentación del proyecto, se utilizó por razones de espacioformato alternativo con esta información (Tabla 3.3):

Tabla 3.3 Formato de presentación de hoja de ruta

Nombre de la Hoja de RutaEquipo: Ubicación técnica:Frecuencia: Estado de Instalación:Personal: Tiempo estimado:Herramientas especiales:Repuestos:

Cantidad Código SAP Nombre

Nombre de la Operación

TEXTO EXPLICATIVO


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CAPÍTULO 4RESULTADOS Y ANÁLISIS

4.1 Levantamiento de la línea.

La información que se recogió de los planos existentes en la planta, del sistema SAP recorrido en campo se transfirió a una tabla (Ver Apéndice A, Tabla A.1), donde se mue

todos los equipos de la Planta de tratamientos de aguas residuales (PTAR), junto conconjuntos e instrumentación, exceptuado el sistema de control. Para cada ítem se coloccorrespondiente código, estructura y ubicación técnica en SAP, así como una breve descripde sus características. La validación en campo permitió determinar los equipos que debíaexcluidos de SAP, incluidos y modificados. Una correcta estructura en SAP es necesaria paéxito del proyecto, ya que es lo que permite la asignación de los planes de mantenimiento y de repuestos a cada uno de los equipos. En la figura 4.1 se pueden apreciar los resultadolevantamiento hecho al principio del proyecto:

Levantamiento PTAR

57; 35%

89; 56%

2; 1%

13; 8%

Items en sistema

Items no incluidos

Items por modificar

Items por eliminar

Figura 4.1 Situación ítems levantados de PTAR


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Después de realizado el levantamiento de los equipos de la línea, se pudo apreciar qudata del sistema SAP necesitaba de actualizaciones, ya que había ciertas incongruencias entequipos instalados en planta y los que estaban colocados en el sistema. Esto se aprecia figura 4.1, donde menos de la mitad de los equipos, conjuntos e instrumentación de la

(35%) estaban colocados en SAP. Faltaban por incluir un 56% de los ítems y había un 8ítems por excluir del sistema. Por último, un 1% de los ítems de la línea necesitabamodificaciones de su nombre o de cambios de la ubicación técnica en la cual estaban colocad

Para el término del proyecto, se logró mejorar la estructura de la PTAR en SAP, yasólo resta un 30% de ítems por agregar, de los cuales la gran mayoría son dispositivos qmanejan con una política de mantenimiento correctivo. No obstante, estos deben ser colocadel sistema para llevarles registros de falla y asignarle sus listas de repuestos. A continuaci

presenta la situación de la estructura al final del proyecto:

Estructura SAP luego del Proyecto

91; 60%45; 30%

2; 1%

13; 9%

Items en sistema

Items no incluidos

Items por modificar

Items por eliminar

Figura 4.2 Situación de equipos en la estructura SAP después del Proyecto

4.2 Clasificación de los equipos.Una vez finalizada la fase de levantamiento, se procedió a hacer la clasificación de

equipos. Los resultados se registraron en la Tabla B.1 (Apéndice B), donde se observanvalores asignados a cada uno de los criterios propuestos, lo cual dio origen a la criticidad sugpor el árbol de decisión presentado en el capítulo anterior (Figura 3.2). Asimismo, se presecriticidad definitiva decidida por los expertos, después de uti

planta de aguas residuales

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