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Mantención de un Compresor de tornillo Fiac V25
INDICE
1. Introducción
2. Objetivos
2.1 Objetivo General
3. Marco Referencial
3.1 Descripción de la empresa
3.2 Descripción del equipo
3.3 Diagrama funcional de bloques
4. Condiciones Actuales.
4.1. Condiciones de Operación
4.2. Condiciones de Mantención
5. Análisis de Modo de Falla
5.1 Árboles de Falla
6. Análisis de Costo de Falla
7. Análisis de Pareto
8. Planificación PERT para Plan Preventivo Completo del Equipo
9. Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad (RC M)
9.1. Constitución de Grupos
9.2. Etapas
9.2.1. Etapa I: Estudio de la planta
9.2.2. Etapa II: Análisis de fallas
9.2.3. Etapa III: Elaboración del plan técnico
9.2.4. Etapa IV: Optimización del Plan
10. Mantenimiento TPM
10.1. Hoja de Inspección
11. Recomendaciones y Conclusiones
11.1 Conclusiones
11.2 Recomendaciones
12. Bibliografía
1. Introducción.
Hoy en día las industrias en el mundo poseen gran cantidad de maquinaria, las cuales son
fundamentales para el proceso de producción. Por lo tanto se requiere que operen en todo
momento y de la manera más eficiente posible. Para ello se deben tener planes de
mantención adecuados que permitan a la máquina trabajar sin problemas.
En este trabajo se analizarán los procesos de operación y mantención de un compresor de
tornillo, para ello se utilizarán métodos aprendidos durante el curso que permiten entregar
un plan de mantención adecuado a la máquina, para así reducir las fallas y por ende
disminuir los costos que produce esta al encontrarse detenida.
2. Objetivos
2.1Objetivo General
Desarrollar un plan de mantención para la máquina a estudiar y aprender sobre la
metodología a seguir para lograrlo.
2.2 Objetivo Específico
Reconocer las partes de un compresor de tornillo FIAC V25 y aprender su
funcionamiento, para poder reconocer las fallas que puedan existir.
Reconocer la falla crítica del componente del compresor de tornillo FIAC V25.
3. Marco Referencial
3.1Descripción de la empresa.
Soinsa es una empresa que vende y arrienda equipos para construcción, tales como
andamios, encofrados, alzaprimas, apuntalamiento, moldajes y accesorios como
abrazaderas (fijas y giratorias), niveladores y tablones metálicos. Esta empresa tiene la
particularidad de fabricar gran parte de sus productos en Chile. Estos productos son
fabricados en una maestranza, y el material utilizado para poder fabricar los productos
corresponde a un acero SAE 1020 y es de origen Brasilero, Alemán y Argentino.
La maestranza se encuentra ubicada en la comuna de Renca, en la cual trabajan cerca de
30 personas, las cuales se dedican netamente a la fabricación. En esta fábrica existen
modernos sistemas de fabricación, tales como: maquinaria de ultima generación
(plegadoras numéricas, prensas, tornos, fresas, cortadoras de tubos de acero, etc.),
soldadura al arco tipo MIG y una moderna planta de pintura electrostática en polvo única
en el mercado de la construcción. En esta planta de pintura, se pinta todo el material
fabricado de un color azul brillante, el cual caracteriza a la empresa.
Esta empresa empezó a fabricar y a alquilar equipos de construcción hace
aproximadamente 17 años, y en estos momentos ellos pueden abastecer desde los
modelos más básicos para la industria o el taller, hasta la más compleja implementación
para obras de ingeniería.
A continuación se muestra en forma gruesa, las divisiones que tiene la fábrica en el trabajo
del material, desde que llega el acero hasta el despacho del producto:
Figura 1: Estructura de trabajo de la empresa
3.2Descripción del equipo.
La máquina a analizar corresponde a un compresor de tornillo marca Fiac modelo V25,
que se encuentra en la sección de pintura de la empresa.
La función del compresor es la de proporcionar aire a presión a las pistolas de pintura
electrostática de la planta de pintura. Sin el compresor las pistolas no funcionan y por ende
la planta debe dejar de funcionar, debido a que no existe en la fábrica otro compresor que
genere la presión necesaria para que funcionen las pistolas. Esto implica necesariamente
que no se puede despachar material, lo que interrumpe la línea de producción. Los datos
principales de la máquina se muestran en la siguiente tabla:
Tabla1: Datos principales del compresor FIAC V25.
El funcionamiento de la máquina se puede apreciar en la siguiente figura:
Figura 2: Sistema motriz compresor de tornillo FIAC C25.
Todo este sistema se encuentra en una caja metálica, y en un costado de esta se
encuentra el estanque de 500 lt., el cual contiene el aire comprimido. En el otro costado
del compresor, se encuentra el secador de aire. Para tener una idea de cómo es la caja
que contiene al compresor, se muestra la siguiente figura:
Figura 3: Compresor de tornillo FIAC V25.
3.3 Diagrama funcional de bloques.
A continuación se muestra el diagrama funcional de bloques del compresor, que indica los
componentes y cómo funciona la máquina. Además permite ver los tipos de fallas que
puede tener, ya que cada flecha es una conexión y por ende si una de ´estas se corta, la
máquina falla.
Figura 4: Diagrama funcional de bloques.
Los sistemas de conexión como la correa de transmisión, el flexible y los tubos de cobre,
son de gran importancia debido a que en ellos se pueden producir fallas que produzcan
que algún fluido no llegue a una sección en particular. Esta máquina trabaja con dos
fluidos muy distintos como lo son el aceite y el aire, por ende los sistemas de conexión
deben ser distintos.
4. Condiciones Actuales
4.1Condiciones de Operación.
El compresor opera en la planta sin la necesidad de algún operario. Durante la semana, de
lunes a viernes, el compresor se enciende al inicio de la jornada y opera un total de 7
horas. Sin embargo, este nivel de funcionamiento puede cambiar debido a que la
producción fluctúa dentro del año, llegando a trabajar entre 3 a 4 días a la semana, dentro
de periodos de baja producción; como también existen jornadas en que el compresor
opera horas extras.
4.2Condiciones de Mantención.
En el compresor se realiza solamente mantención de tipo correctiva, existiendo un
procedimiento según el tipo de falla presente.
Este procedimiento tiene relación con quienes realizan la mantención, dividiéndose según
las siguientes categorías:
Técnicos de la planta, que actúan cuando las fallas son menores (cable termocupla
desoldado, falta de aceite, soldar aspa de ventilador). Generalmente, el tiempo que toma
el arreglo de la falla va entre 3 a 4 horas. Actualmente existe un equipo de 2 técnicos y 2
obreros para realizar esta labor.
Técnicos externos a la planta, los cuales son llamados cuando el compresor presenta
fallas por ruptura de flexibles o correas en malas condiciones. Generalmente, el tiempo
que toma el arreglo de la falla va entre 1 a 2 días.
Técnicos de empresa representante de compresor, que son llamados cuando el
compresor presenta un mal funcionamiento general, que no está asociado a algún aspecto
técnico común. Para este caso, la empresa representante se lleva el compresor por 1
semana, dejado uno de reemplazo.
Se resuelve el problema y además se realiza un chequeo general a todos los
componentes del compresor.
5. Análisis de Modo de Falla.
Se realizó un análisis de modo de falla del compresor a partir de la información recopilada
de operadores de la planta y del manual del equipo.
Para definir la gravedad de una falla presente en el compresor se tomó en cuenta la matriz
de criticidad, señalada en la siguiente figura:
Tabla 2: Matriz de Criticidad.
Para definir el índice de gravedad se normalizaron los tiempos de detención por el valor
más alto asociado a una falla del compresor. Luego, para obtener la escala de 1 a 5, se
multiplicaron los valores anteriores por 5 y se aproximaron al entero más cercano,
asociando los rangos de tiempos según corresponde a los tipos de fallas.
De manera análoga, para definir el ´índice de frecuencia se normalizó de la misma
manera. Para determinar el criterio, se tomó en cuenta que el compresor lleva operando
aproximadamente 27 meses, con lo que se calcularon las frecuencias de las fallas durante
este periodo, asociando los rangos de frecuencias según corresponde a los tipos de falla.
El valor asociado a la gravedad de la falla, para el análisis FMECA se obtiene
multiplicando el índice de gravedad con el índice de frecuencia definidos.
En las siguientes tablas se señala el análisis FMECA de modos de falla del compresor.
Tabla 3: FMECA de modos de falla (continuación).
5.1Arboles de Falla
El Análisis por Arboles de Fallas, es una técnica deductiva que se centra en un suceso de
falla particular y proporciona un método para determinar las causas que han producido
dicha falla.
Para el tratamiento del problema se utiliza un modelo gráfico que muestra las distintas
combinaciones de fallos de componentes, cuya ocurrencia simultánea es suficiente para
desembocar en un suceso de falla.
Consiste en descomponer sistemáticamente un suceso complejo en sucesos intermedios
hasta llegar a sucesos básicos, ligados normalmente a fallos de componentes, errores
humanos, errores operativos, etc. Este proceso se realiza enlazando dichos tipos de
sucesos mediante lo que se denomina puertas lógicas que representan los operadores del
algebra de sucesos.
Cada uno de estos aspectos se representa gráficamente durante la elaboración del árbol
mediante diferentes símbolos que representan los tipos de sucesos, las puertas lógicas y
las transferencias o desarrollos posteriores del árbol.
En las figuras siguientes, se muestran los arboles de falla deducidos a partir del FMECA
elaborado para el compresor en estudio.
Figura 6: Árbol de Fallas Compresor.
Figura 7: Árbol de Fallas Contactor.
Figura 8: Árbol de Fallas Motor Eléctrico.
Figura 9: Árbol de Fallas Transmisión.
Figura 10: Árbol de Fallas Tornillo.
Figura 11: Árbol de Fallas Válvula de Aspiración.
Figura 12: Árbol de Fallas Filtro de Aire.
Figura 13: Árbol de Fallas Filtro de Aceite.
Figura 14: Árbol de Fallas Filtro separador.
Figura 15: Árbol de Fallas Compresor.
Figura 16: Árbol de Fallas Radiador de Aire.
Figura 17: Árbol de Fallas Radiador de Aceite.
Figura 18: Árbol de Fallas del Ventilador.
6. Análisis de Costo de Falla
Para la obtención del análisis de costo de falla se usaron los datos de mantención de la
estadía completa del compresor en la fábrica, desde que llegó el 16 de enero del 2004
hasta la fecha.
El historial de fallas en este período es el siguiente:
Tabla 4: Historial de fallas del compresor Fiac V-25 en el periodo desde 16 de Enero del
2004 hasta julio del 2006.
Con este historial de fallas, se pueden hacer gráficos de la cantidad de fallas por
componente, y de horas promedio de detención por cada falla, que se muestran en las
siguientes figuras:
Figura 19: Contador de fallas para cada modo de falla, en el periodo que lleva funcionando
el compresor, indicado anteriormente.
Figura 20: Horas de detención promedio para cada modo de falla.
Considerando despreciables los costos de intervención y almacenamiento, los costos
totales por falla son las horas totales por el factor 235.135 [pesos/hora], resultando el
siguiente gráfico de costos:
Figura 21: Costos totales asociados a cada modo de falla.
En este gráfico se ve claramente cuál es la falla crítica, que es la rotura de los flexibles. Es
crítica debido a que ocurre muy recurrentemente y además el tiempo que demoran en
reparar la falla no es despreciable, y en algunos casos puede llegar a parar la producción
por más de 1 día.
7. Análisis de Pareto
Este análisis busca encontrar las fallas críticas en las cuales hay que centrarse. Para esto
se confección o la siguiente tabla:
Tabla 5: Modos de falla junto a las horas de detención y frecuencia.
Con esto se puede confeccionar la siguiente tabla, que da origen al análisis de Pareto, que
se ve en la figura que sigue. El análisis se hizo con las horas totales de detención, debido
a que para pasar a los costos solo se debe multiplicar por un factor, con lo cual se
obtendría el mismo análisis de Pareto.
Tabla 6: Tabla de confección del análisis de Pareto.
Figura 22: Análisis de Pareto, los puntos están en orden creciente de i, para identificar
cada modo ver tablas anteriores.
Al analizar el gráfico anterior se ve que tiene 2 cambios de pendiente. Se cree que el
cambio importante es el que ocurre en el 50% de las fallas, que corresponde al 62% de los
costos. Estas fallas corresponden a rotura de los flexibles y a fallas en los contactares.
Se ve que la curva resultante no es la esperada, ya que el 80% de los costos debería
reflejarse en el 20% de las fallas. Se cree que una de las razones para que no se dé esto
es que si se analiza, la falla de ruptura de un flexible acumula el 36% de las fallas totales
de la máquina, luego nunca voy a llegar al punto de tener 20% de las fallas.
Otra razón es la distribución de los datos. En general, las horas de perdida de producción
van de unas pocas horas a máximo 2 días. Esto es debido a que si la falla es mayor, el
compresor es reemplazado por la empresa que hace la mantención. Luego los costos no
están acumulados en pocas fallas, sino que están más distribuıdos. Es por esto que no se
ve un gran cambio en la pendiente en el gráfico.
A pesar de no obtener resultados satisfactorios en el análisis de Pareto, se puede ver que
las fallas de ruptura de los flexibles y falla en los contactores siendo la mitad de las fallas,
acaparan más de la mitad de los costos, luego son las fallas más críticas.
8. Planificación PERT para Plan Preventivo Completo del Equipo
En base al árbol de mantenimiento del modo de falla crítico del compresor, se realizará la
planificación PERT para las tareas de mantención preventivas.
A continuación se muestran las diferentes tareas a realizar en la mantención preventiva de
la ruptura del flexible:
Chequear presencia fuga de aceite (A)
Chequear sistema separador (B)
Cambiar unión separador (C)
Chequear sistema radiador (D)
Cambio unión radiador (E)
Chequear sistema filtro de aceite (F)
Cambio unión filtro de aceite (G)
Chequear sistema tornillo (H)
Cambiar unión tornillo (I)
En la tabla siguiente, se muestran las tareas señaladas, con sus costos asociados,
tiempos de realización y tareas predecesoras:
Tabla 7: Tareas, tareas predecesoras, tiempos y costos asociados
Los costos fueron calculados a partir del costo de falla (235185 pesos/hora), de repuesto
(8000 pesos/flexible) y de intervención (18000 pesos/hora), para el caso de los cambios de
flexible y en el caso de los chequeos, el costo sería únicamente el de intervención, ya que
la máquina no se detiene en ese caso.
A partir de la tabla anterior, se obtiene el siguiente diagrama PERT y su correspondiente
ruta crítica, marcada en rojo:
Figura 23: Diagrama PERT y ruta crítica.
Según el árbol de mantenimiento, en cada caso de chequeo existen dos posibilidades, una
es que se cambie el flexible dado que hay fuga de aceite o que no se cambie dado que no
existen problemas en esa zona. Sin embargo, si en una zona se cambia el flexible, las
otras zonas estarían arregladas inmediatamente. Por lo tanto la ruta crítica indicaría que
uno de los subsistemas esté dañado y que por ende se cambie, pero luego que está
cambiado, el técnico simplemente debe irse por le línea punteada y el proceso de
mantención se acaba. En la figura solo está marcada una sección como la ruta crítica, sin
embargo, esta puede estar en cualquiera de las secciones del flexible.
En el caso de no cambiar el flexible, esta tarea no tiene un tiempo ni un costo asociado,
esto es porque no requiere de tiempo, dado que es solo una posibilidad que puede ocurrir
en el caso de que la zona evaluada no este dañada. Esta opción está marcada por la línea
punteada.
Con esto se obtiene una ruta crítica, que corresponde al tiempo mínimo de mantención, de
0,307 horas.
Los tiempos obtenidos de cada tarea se estimaron según la expresión de tiempo esperado
dada por Bata:
Donde To, Tr y Tp corresponden al tiempo optimista, real y pesimista respectivamente.
Con esto se obtiene la siguiente tabla de tiempos por cada tarea:
Tabla 8: Tiempos de mantención por tarea.
Los tiempos por cambiar el flexible son iguales en cada caso, ya que es la misma
operación, solo que en otro lugar, al igual que los chequeos.
9. Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad (RCM)
El RCM es una estrategia holística que permite establecer un programa de mantenimiento,
considerando disponibilidad, seguridad, calidad de producción o costo de mantenimiento.
El plan de mantención que entrega el modelo, es una recopilación de lo que se ha hecho
en capítulos anteriores de este informe, por lo que se requiere nada más que de
referencias a estos.
En este capítulo se desarrollaran los puntos necesarios para elaborar un plan de
mantenimiento RCM.
9.1Constitución de Grupos
Existen tres grupos inter-disciplinarios dentro de la empresa, estos son:
Grupo de gestión: En este grupo se evalúan las tareas a realizar, se determinan los
miembros de los grupos y evalúa los resultados de los otros grupos. Está liderado
por el jefe del proyecto RCM.
En el caso de la empresa, existe un jefe en cada ´área que es el encargado de
todas estas tareas.
Sin embargo, no posee el conocimiento necesario para realizarlas, ya que no está
debidamente capacitado para ello.
Grupo de análisis: Este grupo prepara en detalle los análisis a realizar. En la
empresa son los técnicos los que debieran realizar esta tarea.
Grupo de información: Este grupo se encarga de recolectar datos en terreno. Esta
labor puede ser realizada por los operarios de las maquinas, ya que conocen bien
las máquinas y están constantemente trabajando en ellas.
En general la empresa para implementar un sistema RCM, deberían contratar un personal
capacitado, ya que en la zona de producción y mantención, se cuenta con tan solo un
ingeniero, el cual no es capaz de llevar a cabo todas las tareas.
9.2Etapas
La implementación del programa de mantención requiere de 4 etapas detalladas a
continuación:
9.2.1 Etapa I: Estudio de la planta
En este caso se tiene una sola planta y la idea de esta etapa es estudiar el conjunto
de equipos y encontrar los equipos críticos dentro de la planta, con respecto a
criterios como seguridad, calidad y disponibilidad.
Dado que en la planta existen varios equipos importantes, en este informe se
estudió uno en particular que corresponde al más crítico y es el compresor de
tornillo Fiac V25 utilizado en la planta de pintura, en donde se forman los cuellos de
botella en la fábrica. Esta máquina no proporciona muchos problemas de seguridad,
sin embargo sí causa estragos en la disponibilidad y calidad de los productos.
9.2.2 Etapa II: Análisis de fallas
Esta etapa corresponde a la más delicada del estudio y envuelve a todo el personal
de la planta. En ella se busca:
- Realizar un análisis funcional del equipo
- Realizar análisis de modo de falla (FMECA).
- Definir arboles de falla del equipo.
- Definir modos de falla crítico.
9.2.3 Etapa III: Elaboración del plan técnico
Todas las etapas anteriores permitieron recopilar información acerca del equipo. Es en
esta etapa donde se utiliza esta información, realizando:
- Arboles de mantenimiento.- Estos se utilizaron para obtener una ruta a seguir en
una mantención preventiva del equipo, indicando el orden de las tareas a seguir.
En este caso solo se realizó para el modo de falla crítico.
- Creación de un plan de mantenimiento técnico.- En donde se incluye el tipo de
mantención, periodo de intervenciones, calificación y número de personal y tipo
y número de repuestos.
- Planificación de tareas.- Para ello se realizó un diagrama PERT en base al árbol
de mantenimiento del modo crítico.
En la figura siguiente se muestra la matriz equipo vs modo de falla en base al FMECA. En
esta tabla se relaciona el modo de falla con el sistema que pudo generarla:
Figura 24: Matriz Equipo vs Modo de Falla.
9.2.4 Etapa IV: Optimización del Plan
Esta etapa se realiza luego de haber realizado el plan especificado por las otras
etapas. Se recomienda usar indicadores para lograr una buena optimización. En
este caso sería recomendable usar el indicador de disponibilidad, debido a que el
costo de falla es muy alto en comparación al costo de intervención y por ende lo
más rentable es que la empresa posea la máquina funcionando el mayor tiempo
posible.
10.Mantenimiento TPM
El Mantenimiento Productivo Total (TPM) se puede definir como un programa para mejorar
la efectividad global de los equipos, con la participación de los operadores.
El objetivo inmediato del TPM es la eliminación total de las pérdidas de producción, esto
es que de 0 pérdidas de producción implica 0 fallas y 0 defectos de calidad. Ello mejora la
efectividad del equipo, se reducen costos y se incrementa la productividad. Este sistema
además promueve la idea de que los sistemas productivos son sistemas hombre-máquina,
que deben ser optimizados como conjunto.
Para que el programa tenga éxito se deben trabajar 5 actividades fundamentales, tomando
en cuenta las características de la industria, el método de producción, el estado del equipo
y los problemas más habituales:
1. Mejorar la efectividad de cada equipo, eliminando las grandes pérdidas.
2. Implementar el mantenimiento autónomo por los operadores, promoviendo que
realicen trabajos de mantención mediante el método de checklist.
3. Implementar un buen sistema de administración de mantenimiento, que tenga
bajo control todas las funciones y establezca los trabajos periódicos de mantención
preventiva y sintomática.
4. Definir e implementar programas de capacitación para mejorar las destrezas de
operadores y personal de mantención
5. Establecer sistema para diseñar y producir equipos o componentes que permita
llevar a la práctica, mejoras que se propongan confiabilidad, mantenibilidad y ciclo
económico de vida.
10.1 Hoja de Inspección
Una forma de ayudar a que el método sea correctamente implementado y de que el
operario se involucre con el equipo, es el uso de un checklist periódico, el cual sea una
ayuda a las inspecciones generales del equipo a través de un método de inspección
visual, pudiendo así prever y reacondicionar los defectos menores del equipo y avisar al
área de mantención en caso de no poder corregir la falla.
A continuación se muestra el checklist para este equipo a partir de los árboles de
mantención:
Figura 25: Checklist para el modo de falla crítico del compresor.
Esta revisión se haría semanalmente, dado que el número óptimo entre inspecciones para
realizar mantenimiento preventivo fue de 8 días, determinado en las secciones anteriores.
11.Conclusiones y Recomendaciones
11.1 Conclusiones
Se pudo desarrollar un plan de mantención para la máquina a estudiar y sobre la
metodología a seguir para lograrlo.
Se reconoció las partes de un compresor de tornillo FIAC V25 y el funcionamiento
del mismo, para poder reconocer las fallas que podían haber existido.
Se reconocer la falla crítica del componente del compresor de tornillo FIAC V25 con
la ayuda del grafico de costos total de falla por componente.
11.2 Recomendaciones
Claramente el plan de mantención que posee la empresa actualmente no es el
adecuado y las pérdidas son elevadas debido al alto costo de falla. Es por esto
mismo que se debe tener en cuenta la disponibilidad del equipo para obtener un
plan de mantención adecuado.
Otra posibilidad es que la empresa compre otro compresor y realice mantención
preventiva. Sin embargo para evaluar esa situación se debe hacer todo el análisis
nuevamente y con ello se obtendrían los ahorros respectivos.
Se deben efectuar mantenciones preventivas al modo de falla crítico debido a los
elevados costos de falla asociados la máquina detenida. Se recomienda programar
estas mantenciones cuando la máquina no esté operando, esto puede ser fuera de
horas de trabajo o en los fines de semana.
Es factible realizar un mantenimiento RCM en la empresa, lo cual minimizaría de
gran manera los costos. Pero para esto hace falta capacitación para todos los
empleados ya que en estos momentos no existe conciencia de lo importante que es
llevar un registro de fallas de las máquinas.
En términos del mantenimiento TPM, se puede decir que podría ser beneficioso
debido a que se pierde mucho tiempo de producción en que el técnico llegue a
reparar el compresor. Así, capacitando a algunos empleados para realizar esta
tarea los tiempos se falla disminuirían de gran manera, y debido al alto costo de
falla la empresa se vería altamente beneficiada.
12.Bibliografía
Carnero MC, La Torre E, Alcazar MA, Conde J: “Control of wear applied to compressors: trends
in lubricant analysis”: Wear 229: 905-912 Part 2, April 1999. [2] Parekh PS: “Beyond air leaks - How to compressed air system analysis?”:
Energy Engineering 95. [3] Shahrivar A, Abdolmaleki AR: “Failure of a screw compressor shaft”: Engineering
Failure Analysis