Históricamente, la ingeniería química ha abordado el diseño del proceso fijando su vida útil y llevando a cabo los análisis previos de rentabilidad, sin prestar la atención adecuada a la parte operacional del mismo.

Sin embargo, la calidad del producto y la disminución del costo de producción están estrechamente relacionados con la operación correcta de la planta y la utilización plena de su capacidad de diseño, la que depende fundamentalmente del control adecuado del proceso, la fiabilidad de los equipos y dispositivos y la adecuada organización de las facilidades auxiliares, que constituyen la sinergia del proceso.

El ahorro de energía, de materias primas y otros insumos está estrechamente ligado al funcionamiento eficiente, continuo y seguro del proceso, donde las facilidades del sistema constituyen un elemento esencial. Es obvio que las interrupciones por roturas inesperadas (además de su incidencia en relación con la seguridad del proceso) afecta los costos y la calidad del producto, aspectos que no han sido tratados de manera sistémica como una estrategia integrada para la industria, fundamentalmente dirigida a los países de menor desarrollo.⁵

El objetivo general que se persigue con la aplicación de la teoría y las técnicas de fiabilidad se logra diseñando bien, produciendo mejor, explotando dentro de las condiciones previstas y ejecutando un excelente servicio de operación y mantenimiento. ^10,16

De esto se desprende que es necesaria la toma de datos realizando un muestreo adecuado según se reporta por ⁹ para el estudio de los fallos en equipos reparables de la industria a través del cual se valora la calidad del mantenimiento preventivo.

Para alcanzar los mejores resultados con el estudio y aplicación de la teoría de la fiabilidad, uno de los primeros pasos a dar por el especialista es la completa clasificación de los fallos, de manera que la mayor atención se prestará a aquellos que sean dependientes, peligrosos y súbitos, ya que son los más problemáticos. Menor interés se le prestará a aquellos que sean independientes, no peligrosos y graduales.

Por esta razón, durante varias décadas, el estudio de los fallos asociados a los procesos en general y a los procesos de la industria química en particular, se le ha dedicado especial atención, debido entre otros factores, a la necesidad de hacer más confiable la operación de los mismos, lo que redunda en un mayor beneficio económico, ecológico y humano. Conceptos como seguridad, fiabilidad y riesgo por indisponibilidad, íntimamente relacionados han adquirido importancia en el análisis de los procesos para lograr mayor fiabilidad operacional, previéndose pérdidas económicas, ecológicas y humanas, debido a fallos no previstos y de consecuencias catastróficas. ^{(2,3,4 11,14}

Los estudios relacionados con la fiabilidad, disponibilidad y mantenibilidad operacional en el campo industrial han experimentado un desarrollo vertiginoso en los últimos años, llegándose a obtener metodologías y proyectos de análisis cada vez más integrados y eficaces. Entre estos últimos, podemos mencionar el análisis FDM (Fiabilidad, Disponibilidad, Mantenibilidad). ^5,8,12

El RCM (Reliability Centered Maintenance) es una de las tendencias de dirección del mantenimiento más atractivas de la actualidad. No en vano algunos autores lo clasifican como la tercera generación de mantenimiento. ^6,7,9,10,13)

La disponibilidad representa la probabilidad de que, en un momento dado de tiempo, el artículo: industria, línea de producción, equipo, etc., se encuentre en funcionamiento o al menos apto para su funcionamiento.^9,10 Puede utilizarse en la práctica su complementario: la indisponibilidad.

Se evidencia que en una primera fase se detectan los puntos débiles a través de los estudios de fiabilidad y en una segunda la intensidad de los mismos a través del análisis de riesgos por indisponibilidad para incidir en las modificaciones.

Teniendo en cuenta lo anterior se define como objetivo general del trabajo:

Evaluar la indisponibilidad operacional en la etapa de elaboración del mosto cervecero utilizando técnicas del análisis de procesos basadas en la determinación de la efectividad del mantenimiento para detectar los puntos débiles y las causas de mayores incidencias.

Se introducen en este estudio los procedimientos o algoritmos desarrollados por (9],[10] sobre fiabilidad e indisponibilidad en la industria de la caña de azúcar.

La disponibilidad puede ser medida de diferentes formas, las más sencilla y empleada en la práctica es la disponibilidad promedio, la cual se denota por A.

Donde:

TT: es el tiempo que ha funcionado el sistema en un período de tiempo calendario.

TPT: es el tiempo perdido total debido a cualquiera de las causas de interrupciones en los diferentes sitios del sistema durante el mismo período

TC: es el tiempo calendario.

Algunos autores plantean que es más conveniente el trabajo con la indisponibilidad, la cual representa el evento complementario de la disponibilidad.

La indisponibilidad promedio se representa por U:

donde

TPT: es el tiempo perdido total debido a cualquiera de las causas de interrupciones en los diferentes sitios del sistema durante el mismo período

TC: es el tiempo calendario.

Teniendo en cuenta lo relacionado anteriormente se fracciona el proceso en caliente en tres zonas principales:

Zona 1: Recepción y preparación de la materia prima agrupando en ella todas las interrupciones dadas por el almacén de recepción de las materias primas fundamentales y la torre de grano.

Zona 2: Todas las facilidades auxiliares agrupando en ella todas las interrupciones relacionadas con los generadores de vapor, sala de máquinas y planta de tratamiento de agua.

Zona 3: Proceso en caliente de elaboración de cervezas y maltinas, considerando las interrupciones dadas desde la etapa de molinado hasta el enfriamiento del mosto para inyectar a los reactores.

La información necesaria para implementar los estudios de fiabilidad centrada en la efectividad del mantenimiento y el cálculo de la indisponibilidad se realiza período a período durante un tiempo prolongado ascendente a cinco cuatrimestres, utilizando los registros de incidencias sobre la población de fallos, sus causas y el tiempo perdido por interrupción.

La información se organiza de acuerdo a las zonas de fraccionamiento industrial detalladas anteriormente y se registran los aspectos que se reflejan en la (tabla 1).

Tabla 1

La clasificación de los fallos se realiza según las siguientes categorías, de acuerdo a la teoría de fiabilidad:

Según su interrelación De acuerdo al carácter de aparición

Dependientes 1. Súbitos

Independientes 2. Graduales

3. Intermitentes

Según sus consecuencias De acuerdo al ciclo de vida

Peligrosos 1. Diseño

No peligrosos 2. Tecnológico

3. De explotación

4. De envejecimiento normal

1. Análisis de los fallos. Su clasificación.

Se realizó el análisis de los fallos en las diferentes áreas del proceso de elaboración del mosto, relacionándose los ocurridos durante 20 meses dividiendo el análisis en cinco cuatrimestres y detallando sus principales causas. Resultando en este caso: independientes: 75 %, no peligrosos: 97 %, súbitos: 70 % y por explotación

De forma general en el período estudiado hubo 199 interrupciones, de ellas 69 constituyen fallos, lo que representa el 34, 69 %. Se realiza el cálculo de los indicadores de fiabilidad en las zonas en que se desarrollaron el mayor número de interrupciones, siendo estas la zona 1 de recepción y preparación de la materia prima con la torre de grano como componente más crítico y la zona 3 de fabricación con el mezclador-sedimentador (tina) y el enfriador de mosto como los más críticos.

2. Análisis de la efectividad del mantenimiento preventivo en las zonas más críticas y dentro de ellas los equipos o componentes de mayor conflicto.

Aplicando la metodología, en la (tabla 3) aparece la cantidad de fallos asociados a la torre de grano (considerada el componente más crítico en la zona 1) y su distribución en el tiempo.

Tabla 3

De esta forma se determinan los valores reales de N (t) por la siguiente ecuación: (3)

Obteniéndose los valores registrados en la tabla 4.

Tabla 4

donde

N (t): flujo de fallos, (fallos / unidad de tiempo).

Z: cantidad de cuatrimestres analizados (5), (adimensional).

m _z: número de fallos en cada cuatrimestre desde t = 0 hasta t = 120, (adimensional).

Con estos valores se realiza el ajuste a una distribución Weibull biparamétrica teórica, utilizando el software Curve Expert 1.3 en su versión V1.34, el cual es un sistema de ajuste para Windows con el siguiente registro: Copyright( 1995 - 1997 by Daniels Hyams, All Rights Reserved. Portions copyright Microsfot Corpration, 1993.

Este software brinda la posibilidad de ajustar diferentes tipos de curvas, dentro de ellas la función potencial de estructura:

4

De esta forma por analogía se pueden obtener los valores de los parámetros de Weibull, una vez determinados por el ajuste a y b. Los resultados aparecen a continuación:

a = 0,3126 b = 0,5200

Así entonces los valores de θ y β se determinan por:

5

En la (tabla 5) se presentan los valores teóricos del flujo de fallos N (t)

Tabla 5

Obteniendo por el ajuste:

θ = 9,39, β = b = 0,5209

Con estos resultados se procede al cálculo de los indicadores de fiabilidad para la evaluación del mantenimiento preventivo, los cuales según la bibliografía consultada se determinan como sigue. ^9,10 Ver (tabla 6).

Tabla 6

Aplicando la misma metodología se procede al cálculo de los indicadores de fiabilidad para la evaluación del mantenimiento preventivo en los puntos débiles de la Zona 3: el enfriador de mosto y la tina. Ver las (tablas 7 y 8).

Tabla 7

Tabla 8

Se detecta de acuerdo al comportamiento de la frecuencia de fallos en flujo no homogéneo de Poisson creciente, según ¹¹ al mezclador - sedimentador (tina) como punto crítico y de gran influencia en el sistema por ser la etapa intermedia entre el proceso en caliente y el proceso en frío, éste resultado aparece la (fig. 1).

Fig. 1

3. Clasificación y determinación de la indisponibilidad del proceso de elaboración del mosto (proceso en caliente)

La indisponibilidad en una industria se puede clasificar según ¹⁰. Esta clasificación fue elaborada para el proceso azucarero por lo que para clasificar en la industria objeto de estudio se adicionaron dos nuevas categorías a la indisponibilidad externa, que sería por falta de capacidad en zonas receptoras, denominándose zona receptora a los reactores del proceso en frío y por falta de insumos.

La indisponibilidad industrial ocupa un 42 % del tiempo total perdido y el 58 % corresponde a la indisponibilidad externa. Ver (fig. 2).

Fig. 2

Se infiere la necesidad de estudiar a profundidad estos factores externos ajenos al control del sistema en estudio (etapa en caliente) ya que representan más del 50 % de la indisponibilidad.

Fig. 3

En la indisponibilidad industrial (fig. 3) el mayor por ciento lo ocupan las roturas industriales (fallos), siguiéndole las interrupciones operativas con un 24 %, las cuales deben valorarse ya que normalmente están influenciadas por la vigilancia tecnológica. El mantenimiento y la limpieza representan solo el 17 % no existiendo correspondencia entre ellos, debido a que se espera que el por ciento de mantenimiento debería ser mayor a las roturas e interrupciones operativas, de esta forma se evidencia su falta de programación.

4. Cálculo de la indisponibilidad industrial promedio en las zonas de mayor conflicto.

Como se ha referido anteriormente en el proceso de elaboración del mosto cervecero, se detectaron dos áreas de gran conflicto, el área o zona 1, que es la zona de recepción y preparación de la materia prima, dentro de ella se encuentra la torre de grano como el equipo o componente de mayor número de fallos o averías y la otra zona de conflicto la constituye la zona 3 de fabricación reportándose con problemas el mezclador-sedimentador (la tina) y el enfriador de mosto. En la (tabla 9) aparecen los resultados de la indisponibilidad para las zonas o puntos débiles y los componentes de mayor conflicto.

Tabla 9

Se observa que está entre 0 y 1 y se considera un valor lógico, interpretándose que existe un 2,2 % de indisponibilidad dada por la zona 1 y a su vez por la torre de granos como el componente más crítico dentro de la zona objeto de análisis, lo mismo sucede en la zona 3 de elaboración del mosto donde la indisponibilidad promedio asciende a 4,2 % señalando como componentes de mayor conflicto al mezclador-sedimentador (la tina) y el enfriador de mosto.

5. Evaluación económica.

Considerando la elaboración de los cocimientos como 10^o 70/30 y que un cocimiento con esta formulación concluye el proceso con 760 hL como promedio con un precio de 23 $/hL y que la sala de cocción fabrica 6 cocimientos como promedio diario, serían 4 560 hL/d. Los resultados por indisponibilidad se reflejan en la (tabla 10).

Tabla 10

En el proceso de elaboración del mosto cervecero, los fallos resultan ser clasificados de acuerdo a las diferentes categorías establecidas por la teoría de la fiabilidad.