Revista Mantenimiento 92

ISSN 1409-2980

PRECIO ¢2 000

Ahorre energía en su sistema de aire comprimido

Año 16, Nº 92 NOVIEMBRE-DICIEMBRE 2013

La importancia de la continuidad y puesta a tierra de un sistema de bandejas portacable tipo canasta

Adaptación del método Hill Rom para selección de sistemas de vacío grado médico en un hospital con demanda variable

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Publicación bimestral cuyo objetivo es vincular al profesional que se desempeña en el campo de la ingeniería de mantenimiento con los últimos avances tecnológicos y administrativos en su campo de acción, así como informarle de los nuevos productos y servicios que constantemente se mejoran y desarrollan.

Director Julio Carvajal Brenes Consejo Editorial Ignacio Del Valle Granados Marcela Guzmán Ovares Guillermo Marín Rosales Alberto Romero Rivas Revista.pdf

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10/04/13

Índice 5

Con los lectores

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Ahorre energía en su sistema de aire comprimido

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La importancia de la continuidad y puesta a tierra de un sistema de bandejas portacable tipo canasta

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Técnicas de fiabilidad aplicadas en el análisis de costo del ciclo de vida (ACCV) de un activo industrial Revisión de modelos básicos (Segunda parte)

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Enemigo del mínimo esfuerzo Ing. Rodrigo Meneses Obando suma casi 20 años en el A y A

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Adaptación del método Hill Rom para selección de sistemas de vacío grado médico en un hospital con demanda variable

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En otra cosa…

La vara y la aguja

13:53

Mercadeo y Ventas Conexión Mantenimiento Tel. 2292-1179 alejandra@conexionmantenimiento.com revistamantenimiento@ice.co.cr Edición gráfica e impresión GRAFOS S.A. Tel.: 2551-8020 / Telefax: 2552-8261 E-mail: info@grafoslitografia.com C

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Mantenimiento es el vocero oficial del Comité Panamericano de Ingeniería de Mantenimiento (COPIMAN) y de la Asociación Costarricense de Ingeniería de Mantenimiento (ACIMA).

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Cualquier reproducción debe citar la fuente Los autores de los artículos o los entrevistados son los responsables de sus opiniones.

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Con los lectores

editorial

Cumpliendo con la ley En acatamiento a lo que disponen los estatutos de la Asociación Costarricense de Ingeniería de Mantenimiento (ACIMA) el pasado 2 de octubre del 2013 se llevó a cabo la Asamblea General Ordinaria para conocer los informes anuales del Presidente, del Tesorero y del Fiscal y elegir a la nueva Junta Directiva.

Fue, como normalmente sucede, una noche de camaradería en donde se compartió con ingenieros amigos y conocidos que pocas veces coinciden en un solo lugar, profesionales con una visión de que grandes logros se pueden alcanzar con trabajo en equipo, con visión de progreso y con pasión por lo que se hace.

Tal y como se informó, durante este periodo se llevaron a cabo: • 20 actividades de capacitación, cursos nacionales e internacionales, para un total de 308 participantes.

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10 Foros Código Eléctrico, tema sumamente importante para nuestros agremiados, que implicó recorrer el país pues se brindaron en: Cartago, Guápiles (dos veces), Liberia, Pérez Zeledón, Herradura, Ciudad Neily, San José (dos veces) y San Carlos. En forma gratuita participaron 537 personas.

•

cuatro actividades en el ámbito estudiantil. Se contemplan aquí dos Premios ACIMA (diciembre 2012 y junio 2013, así como la bienvenida a estudiantes de nuevo ingreso a Ingeniería de Mantenimiento e Ingeniería Mecatrónica del TEC, y el apoyo en la celebración de la Semana Mantenimiento organizada por la Asociación de Estudiantes de Mantenimiento del Tecnológico de Costa Rica (TEC).

•

Se respaldó mediante becas totales o parciales la participación de agremiados en 11 actividades de educación continua, incluyendo una beca para pasantía en el Tecnológico de Monterrey a un estudiante de la escuela de Ingeniería Electromecánica del TEC.

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También se cumplió con los convenios y compromisos que sostiene ACIMA con sus socios: Cámara de Industrias de Costa Rica, Asociación Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME), Colegio de Ingenieros Tecnólogos (CITEC), Comité Panamericano de Ingeniería de Mantenimiento (COPIMAN), Escuela de Ingeniería Electromecánica del TEC

•

Igualmente se continuó con las entrevistas a nuestros profesionales, apoyando la edición bimensual de esta revista y las actividades culturales de fin de año.

•

Se informó también que ya se inició la organización del XI Congreso Internacional de Ingeniería en Mantenimiento–Costa Rica 2014, cuyo lema es Visión gerencial de la ingeniería en mantenimiento: una estrategia de negociación exitosa. A la fecha se ha llevado a cabo un focus group con profesionales y patrocinadores para definir temática y enfoques.

De esta forma, ACIMA continúa cumpliendo con su plan de trabajo y las tres áreas que lo conforman: Área de Proyección y Mercadeo, Área de Desarrollo Científico y Tecnológico y Área de Gestión y Desarrollo Organizacional.

Los asambleístas eligieron a los siguientes profesionales para dirigir la asociación en el periodo octubre 2013–octubre 2014: Ing. Randal Mora Delgado, Presidente; Ing. Julio Carvajal Brenes, Vicepresidente; Ing. Humberto Guzmán León, Tesorero; Ing. Geisel Mariela Madrigal Morales, Secretaria; Ing. José Guillermo Marín Rosales, Vocal; Ing. Juan Pablo Arias Cartín, Fiscal.

Gracias por su compañía.

Ing. Julio Carvajal Brenes Director

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Ahorre energía en su sistema de aire comprimido Ing. Gilberto Barrantes Gerente de Proyectos Central de Mangueras gbarrantes@centraldemangueras.com

• ¿Sabía usted que la producción de aire comprimido tiene una eficiencia del 12,5%?

• ¿Sabía usted que muchas empresas desconocen sus necesidades reales de aire comprimido?

• ¿Sabía usted que al modernizar su sistema de aire comprimido la inversión se paga sola?

Hoy día el aire comprimido es considerado el cuarto servicio de la industria en cuanto a costos se refiere, después de la energía eléctrica, el gas, los hidrocarburos y el vapor. A este fenómeno se le puede agregar el factor de ineficiencia del aire comprimido.

Veamos este ejemplo: para suministrar 1 HP de potencia de energía neumática productiva se requiere de 7 a 8 HP de energía eléctrica motriz para operar el compresor.

El motor neumático requiere 90 psig y un flujo de 30 scfm (pies cúbicos por minuto estándar), lo cual requiere de 6 a 7 HP en la flecha para producir este aire comprimido. Si asumimos un 95% de eficiencia en el motor, esto significa entre 7 y 8 HP para entregar un caballo de fuerza de aire comprimido; una relación de 1 a 8 resulta en una eficiencia neta del 12,5%.

Actualmente las empresas preocupadas del entorno ambiental buscan ser más eficientes en su consumo de energía. Por ello, deben conocer e implementar mejores sistemas donde tengan control total. En el mundo del aire comprimido lo básico es muy importante, por lo que se debe determinar con exactitud las necesidades del sistema.

Hay que tener claro lo siguiente: • ¿Qué volumen de aire requiere la planta?

• ¿Qué calidad de aire necesitan los equipos hoy día y a futuro?

• ¿Cuánta presión mínima requiere el sistema?

Contestando estas preguntas podemos empezar a trabajar…

Un buen inicio para ahorrar energía es analizar el mal uso de los sistemas de aire comprimido, localizar y eliminar fugas; minimizar las caídas de presión; definir científicamente la presión de operación del sistema; así como tener el debido control de los compresores de aire y todos sus accesorios.

Calcule sus costos con exactitud Para aterrizar en lo que nos atañe, es necesario analizar los altos costos energéticos de Costa Rica. El precio por kWh en Costa Rica ha subido significativamente en los últimos años duplicando su costo desde $0,089 kWh en el 2007, a una dolorosa cifra de $0,19 kWh en el 2013, según la gráfica presentada en el Foro de Energía por el señor Jack Lieberman.

Las empresas industriales hoy en día deben buscar cómo mantenerse competitivas en un entorno regional y mundial que ofrece al mercado costos energéticos operativos inferiores y el aire comprimido no es la excepción.

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Estudiemos el siguiente cálculo utilizando la fórmula más común para determinar el costo energético de operar un compresor de aire: BHP * 0.746

kw Horas * % de consumo * # * $kwh hp año Eff

• BHP a plena carga Horas kw • Factor de conversión de kW a HP 110BHP * 0,746 hp * 100% * 7 20 año * $0,19kwh • % de consumo: se refiere los BHP a plena carga según el porcentaje = $117 424,76 95,6% de capacidad de aire requerido • Cantidad de horas de trabajo en carga al año • $kW/h: costo energético por kW hora • Eff: eficiencia del motor eléctrico principal del compresor Horas kw kw Horas 110BHP *BHP 0,746 200 * 0.746 consumo # * $kwh año **$0,19kwh hp * 100%* *%7de hp año =$132 068,33 Analizando un compresor de 100 HP (110 potencia a freno) a plena 85% Eff carga el 100% del tiempo, a sábado, 50 semanas, kw 24 horas de lunes Horas obtenemos:BHP * 0.746 hp * % de consumo * # año * $kwh kw Eff Horas 110BHP * 0,746 hp * 100% * 7 20 año * $0,19kwh 95,6% Horas kw 110BHP * 0,746 hp * 100% * 7 20 año * $0,19kwh

= $117 424,76

424,76 Comparativamente, si analizamos un compresor de = la $117 misma especificación, pero fabricado en95,6% el año 2000 y asumimos algunas pérdidas Horas de110BHP eficiencia y algúnkw posible overhaul al motor eléctrico, obtenemos una * 0,746 hp * 100% * 7 200 año * $0,19kwh =$132 068,33 eficiencia conservadora del 85%: 85% Horas kw 110BHP * 0,746 hp * 100% * 7 200 año * $0,19kwh 85%

=$132 068,33

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Esto nos arroja una diferencia en el consumo eléctrico de $14 643,57, lo que representa un 12,4% de aumento en el costo energético de operar el compresor. Es importante recalcar que el cálculo se realiza al 100% del consumo, donde todos los compresores, con la excepción de los compresores operados con un variador de frecuencia, alcanzan su mayor eficiencia en porcentaje de potencia vs. porcentaje de capacidad. Lo anterior se justifica en la siguiente gráfica: Por lo tanto, en un sistema típico industrial los compresores no operan el 100% del tiempo al 100% de su capacidad, por lo que los valores de la gráfica se vuelven indispensables.

Típicamente, un compresor se dimensiona para trabajar cercano al 80% de su capacidad y como regla de dedo los compresores operan entre un 70% y un 90% de su capacidad. El porcentaje de consumo de un compresor con control de modulación al 80% de capacidad está alrededor del 95% de los BHP a plena carga.kwPor lo tanto, un compresor Horas de modulación con motor kw * 95,77% * 7 200 Horas * $0,19kwh 110BHP * 0,746 de alta eficiencia consume: 110BHP * 0,746 hp * 95,77% * 7 200 año * $0,19kwh 110BHP * 0,746

Fuente: adaptación de valores suministrados por CAGI, Copyright 2003, Compressed Air Challenge.

= $112 457,70 hp año = $112 457,70 kw Horas 95,6% 95,6% * 95,77% * 7 200 * $0,19kwh hp año = $112 457,70 95,6%

Con una eficiencia del motor del 85%: kw 110BHP * 0,746 kw * 95,77% * 7 200 110BHP * 0,746 hp * 95,77% * 7 200 hp kw 85% 85% * 7 200 110BHP * 0,746 * 95,77% hp

Horas Horas * $0,19kwh año * $0,19kwh = $126 481,83 año = $126 481,83 Horas * $0,19kwh año = $126 481,83

kw 110BHP * 0,746 kw * 82,66% * 7 200 110BHP * 0,746 hp * 82,66% * 7 200 hp kw 95,6% 95,6% 110BHP * 0,746 * 82,66% * 7 200 hp

Horas Horas * $0,19kwh año * $0,19kwh = $97 063,31 año = $97 063,31 Horas * $0,19kwh año = $97 063,31

Comparativamente, un compresor diseñado para ahorrar energía con 85% desplazamiento variable consume el 83% de BHP a plena carga al 80% de capacidad promedio anual.

Por consiguiente, si fuésemos 95,6%a analizar la factibilidad de una posible sustitución de un compresor que ya tenga más de 13 años de uso, se obtiene un posible ahorro de $29 418,52. La inversión para un equipo de alta eficiencia con controles inteligentes se puede conseguir en el mercado por un precio cercano a los US$55 000,00, con un retorno sobre la inversión simple de un año y 10 meses.

La industria camina hacia el ahorro energético En conclusión, tenemos un gran potencial de ahorro de energía en sistemas de aire comprimido. En los Estados Unidos de América, varios estados subsidian a la industria para actualizar los cuartos de compresores por nuevas tecnologías más eficientes. Dichosamente ya hay en el mercado nacional sistemas con mayor aprovechamiento, como por ejemplo los compresores de tornillo con control de desplazamiento variable y control por variador de frecuencia.

Vale recordar que la eficiencia neta del aire comprimido comparada con la energía eléctrica es del 12,5%, pues el restante 87,5% se pierde en calor.

Por lo tanto, tenemos un gran potencial de ahorro de energía y un gran potencial de recuperación térmica.

Literatura Puede encontrar artículos interesantes en Internet; por ejemplo: “Improving Compressed Air System Performance”, del Departamento de Energía, Eficiencia Energética y Fuentes Renovables.

Para los que prefieran un recurso en español: “Guía para Ahorrar Energía en Sistemas de Aire Comprimido”, de la Comisión Nacional para el Ahorro de Energía del Gobierno Mexicano.

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La importancia de la continuidad y puesta a tierra de un sistema de bandejas portacable tipo canasta • Asegurar la puesta a tierra y continuidad de los sistemas de bandejas portacables tipo canasta es una obligación.

Ing. Jorge Vargas Sánchez Gerente de Producto Bticino Costa Rica, S.A. jorge.vargas@bticino.com

Hoy en día, cuando los sistemas eléctricos se hacen cada vez más importantes, es necesario tomar en cuenta el desarrollo de los sistemas de transporte de cableado. Estos sistemas proporcionan la forma segura y eficiente de llevar alimentación eléctrica, sistemas de control y cableado para la transmisión de datos de un lugar a otro.

En este contexto, las bandejas portacables del tipo canasta se han vuelto uno de los sistemas preferidos por parte de los diseñadores e instaladores eléctricos. La facilidad de instalación, la flexibilidad en los diseños y su eficiencia, hace que muchas empresas las prefieran en sus sistemas.

Figura 1. Sistema de bandeja portacables tipo canasta.

Uno de los aspectos que se debe cuidar es la continuidad y la puesta a tierra de estos sistemas. En muchas ocasiones no se toma en cuenta que un sistema de bandeja portacables del tipo canasta es metálico; en nuestro código eléctrico se indica claramente que deben estar debidamente aterrizadas y tener continuidad eléctrica, para poder brindar seguridad a las personas y a los bienes de estas.

Puesta a tierra La red de puesta a tierra está formada por el conjunto de las partes metálicas de una edificación que se encuentran conectadas entre ellas, tales como vigas, canalizaciones, sistemas portacables metálicos, armazo-

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Figura 2. Red de puesta a tierra en una edificación.

nes metálicas de los equipos y cualquier otro elemento que deba estar conectado a tierra para asegurar el mismo potencial eléctrico para toda la red.

Las ventajas de una red de puesta a tierra equipotencial es que funciona como un sistema de canalización, que drena eventuales corrientes residuales y las corrientes parásitas hasta el punto de tierra, protegiendo con esto la vida de las personas y sus bienes; también mejora el rendimiento del sistema eléctrico por su nivel de compatibilidad electromagnético satisfactorio.

Para lograr la equipotencialidad del sistema de bandejas portacables tipo canasta deben estar conectados a red de tierras cada 15 metros.

Si el sistema es menor a esa longitud, es necesario que se conecte la bandeja a tierra en cada uno de sus extremos.

Para evacuar las corrientes residuales se requiere que el circuito eléctrico que forma el sistema portacables se cierre; para esto se debe medir la continuidad en toda la instalación.

Figura 3. Efectos de la continuidad y no continuidad en un sistema portacables tipo canasta.

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La continuidad eléctrica La continuidad eléctrica de un sistema es la aptitud de este para conducir la corriente eléctrica. Cada sistema se caracteriza por su valor de resistencia eléctrica (R). Si este valor es muy cercano a cero, el sistema es un excelente conductor, mientras que si el sistema tiene una resistencia muy alta o infinita, será un aislador muy bueno. Cuanto menor sea ese valor de R, mejor será la continuidad eléctrica; por lo tanto, en un sistema de bandejas portacables de tipo canasta, se requiere que las uniones en las bandejas estén bien hechas para garantizar esta característica.

La normativa internacional IEC 61537 establece que el valor máximo de la resistencia en un sistema portacables del tipo canasta no debe ser mayor a 5 mΩ.

En un sistema de bandeja portacable del tipo canasta, esto se logra asegurando la unión entre dos bandejas o más, así como en las inflexiones como curvas de amplio radio, ángulos rectos, derivaciones en T, etc. Si la instalación está bien unida se asegura que todos los elementos en el sistema se encuentran al mismo potencial eléctrico, lo que permite llevar a tierra todas las corrientes de fuga que puedan causar daños en el cableado, en las personas y evitar catástrofes a los inmuebles como los incendios.

La seguridad eléctrica es una prioridad en nuestro trabajo, en nuestro hogar o en el lugar donde nos encontremos. Asegurar la puesta a tierra y continuidad de los sistemas de bandejas portacables tipo canasta es una obligación.

Técnicas de fiabilidad aplicadas en el análisis de costo del ciclo de vida (ACCV) de un activo industrial Revisión de modelos básicos (Segunda parte) Carlos Parra** Universidad de Sevilla, España parrac37@yahoo.com www.confiabilidadoperacional.com Adolfo Crespo Universidad de Sevilla, España adolfo.crespo@esi.us.es

5. Evaluación del impacto de la fiabilidad en el proceso de análisis de costo de ciclo de vida (ACCV). Revisión de modelos básicos.

El uso de las técnicas de ACCV se ha incrementado de forma notable debido principalmente al desarrollo de un gran número de metodologías.

Estas proponen métodos para evaluar distintos diseños o vías alternativas de acción, con el objetivo de poder escoger la mejor forma de emplear los recursos humanos y económicos disponibles en el momento de desarrollar un sistema de producción (Durairaj and Ong, 2002).

Algunas de las metodologías de ACCV propuestas en los últimos años (ver Asiedu and Gu, 1998) proponen análisis sencillos que permiten cuantificar el impacto económico que generan los fallos dentro de un sistema de producción. A continuación se describen tres de estos modelos de evaluación del impacto del factor “fiabilidad” en el ACCV de un activo.

5.1. Modelo de tasa de fallos constante En términos generales, el modelo de tasa de fallos constante propone el siguiente esquema para calcular el impacto de los costos de los fallos en el ACCV. (Ver detalles en Woodward, 1997; Woodhouse, 1993; y Riddell and Jennings, 2001).

1. Establecer las condiciones operacionales del sistema. Describir los modos de operación del sistema (carga completa, media carga, sin carga) y las capacidades de producción a satisfacer.

2. Establecer los factores de utilización. Estos factores deben indicar el estado de funcionamiento dentro de cada modo de operación.

3. Identificar las distintas opciones a ser evaluadas. Seleccionar las alternativas existentes que se pueden cubrir con las necesidades de producción exigidas.

4. Identificar para cada alternativa todas las categorías de costos básicos: inversión inicial, desarrollo, adquisición, mantenimiento planificado, reposición.

5. Determinar para cada alternativa los costos por fiabilidad. Identificar los principales tipos de fallos y la frecuencia de ocurrencia por año -la cual será un valor constante a lo largo del ciclo de vida del activo- (este aspecto se detalla más adelante).

6. Determinar los costos críticos. Identificar las categorías de costos de mayor impacto, y analizar los factores que propician los altos costos (proponer estrategias de control).

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7. Calcular todos los costos en valor presente (P) para cada alternativa. Definir el factor de descuento y el período de vida útil esperado y estimar los costos totales en valor presente por cada alternativa evaluada.

8. Seleccionar la alternativa ganadora. Comparar los costos totales de las alternativas evaluadas y seleccionar la opción que menor costo genere para el período de vida útil esperado.

En relación con la cuantificación de los costos por fiabilidad (punto 5), este modelo propone evaluar el impacto de los principales fallos sobre la estructura de costos de un sistema de producción, a partir de un proceso sencillo, el cual se resume a continuación: primero, se determinan los tipos de fallos más importantes; luego, se asigna a cada tipo de fallo un valor constante de frecuencia de ocurrencia por año (este valor no cambiará a lo largo de la vida útil esperada); posteriormente se estima el impacto en costos por año, generado por los fallos en la producción, las operaciones, el ambiente y la seguridad; y finalmente se estima en valor presente, a una tasa de descuento específica, el impacto total en costos de los fallos para los años de vida útil esperada.

A continuación se detallan los pasos a seguir para estimar los costos por fallos, según el modelo de tasa de fallos constante: 1. Definir los tipos de fallos (f). Donde f = 1… F para F tipos de fallos.

2. Definir la frecuencia de fallos esperada por año . Esta frecuencia se asume como un valor constante por año para el ciclo de vida útil esperado y se calcula a partir de la siguiente expresión:

cado, operaciones, etc.), se calcula el costo total en valor presente para la tasa de descuento seleccionada y los años de vida útil esperados y se compara el resultado obtenido con los costos totales de las otras opciones evaluadas.

5.2. Modelo de tasa de fallos determinístico El modelo de tasa de fallos determinístico propone una estructura de evaluación de costos que permite estimar de forma detallada las diferentes categorías de costos a lo largo del ciclo de vida útil esperado.

(Ver detalles en Fabrycky and Blanchard, 1993).

Los pasos a seguir para aplicar este modelo son: 1. Definir el proceso de producción a evaluar.

2. Identificar las posibles alternativas que cubrirán las demandas de producción–sistemas a evaluar.

3. Definir para cada alternativa la estructura detallada de costos. El método clasifica los costos en cinco categorías: • Costos de investigación y desarrollo • Costos de construcción y producción • Costos de mantenimiento preventivo • Costos de mantenimiento correctivo-costos por fiabilidad, causados por eventos de fallos imprevistos (este paso se detalla más adelante) • Costos de desmontaje–retirada 4. Cuantificar para cada alternativa los costos por cada una de las categorías definidas.

5. Identificar para cada alternativa los factores que más contribuyen en el incremento de los costos por categoría.

(3) 6. Proponer estrategias para cada alternativa que ayuden a minimizar los costos de mayor impacto–análisis de sensibilidad, incluyendo Donde: las recomendaciones propuestas para disminuir el impacto de los N = número total de fallos factores de mayor contribución a los costos.

T = número total esperado de años de vida útil 7. Cuantificar para cada una de las alternativas evaluadas, los costos totales en valor equivalente anual (A), para una tasa de descuento 3. Calcular los costos por fallos ($/fallo). Estos costos incluyen: (i) y un número de años de servicio esperado (t). costos de repuestos, mano de obra, penalización por pérdida de 8. Seleccionar la alternativa que genera los costos más bajos a lo producción e impacto operacional. largo del período de vida útil esperado.

4. Calcular los costos totales por fallos por año , que se calculan Este método es bastante similar al modelo de tasa de fallos consa partir de la siguiente expresión: tante y se diferencia básicamente en dos aspectos: • Los costos totales son estimados en valores anuales equivalen (4) tes (A).

• Las frecuencias de fallos pueden variar de forma determinística en los diferentes períodos de tiempo que conforman el ciclo de Donde: vida útil esperado. f = 1… F tipos de fallos diferentes, F = número total de tipos de fallos

En relación con la cuantificación de los costos por fiabilidad (punto = costo asociado al fallo f, en $/fallo 3), este modelo propone evaluar el impacto de los fallos de la siguiente = frecuencia del tipo de fallo f, expresada en fallos por año manera: 1. Identificar para cada alternativa a evaluar los principales tipos de 5. Calcular los costos totales por fallo en valor presente . fallos (f). Donde f = 1 F, para F tipos de fallos.

Dado un valor anualizado , se estima la cantidad de dinero 2. Definir de forma determinística para cada tipo de fallo, la frecuencia en el presente (hoy) que necesita comenzar a ahorrar, para poder de ocurrencia esperada por período de tiempo . La frecuencia pagar dicha anualidad durante el número de años de vida útil espede fallos por año se considera determinística, ya que se define a rada (T), para una tasa de descuento (i). La expresión a utilizar para partir de historiales de fallos, bases de datos y experiencia de perestimar los en valor presente se muestra a continuación: sonal de mantenimiento y operaciones. En este caso, el diseñador tiene que realizar una búsqueda de información relacionada con la frecuencia con que ocurren al año, cada uno de los tipos de fallos (5) definidos.

3. Calcular los costos por fallos ($/fallo). Estos costos incluyen: Posteriormente, a los costos calculados por fiabilidad se les adiciocostos de repuestos, mano de obra, penalización por pérdida de nan el resto de los costos evaluados (inversión, mantenimiento planifiproducción e impacto operacional.

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4. Calcular los costos por tipo de fallo por año

.

(6) 5. Convertir a valor presente los costos por tipo de fallo por año .

Dado un valor futuro se calcula el valor presente para cada año (t) a una tasa de descuento (i).

(7) 6. Calcular los costos totales por tipos de fallos en valor presente .

Todos los costos por tipo de fallos por año en valor presente son sumados hasta el número de años de vida útil esperado (T).

(8) 7. Calcular el costo total equivalente anual (A)ETC. Dado un valor presente , calcular su costo total equivalente anual para el número de años de vida útil esperado (T) y la tasa de descuento definida (i).

(9) En el caso de que existieran más de un tipo de fallo, el procedimiento a seguir es el mismo, es decir, se repetirían los pasos explicados anteriormente y al final se sumarían todos los costos generados por

TRANSAIR Tubería para aire comprimido Disponible en diámetros de 1/2" a 6".

los distintos tipos de fallos en un costo total anual equivalente. El valor anual equivalente obtenido reflejará el costo anual promedio que se va a necesitar para solventar los problemas de fiabilidad ocasionados por los distintos tipos de fallos, a lo largo del ciclo de vida analizado y con el factor de descuento utilizado. Posteriormente, a los costos calculados por fiabilidad se les adicionan el resto de los costos evaluados (inversión, mantenimiento planificado, operaciones, etc.), se calcula el costo total en valor equivalente anual y se compara el resultado obtenido con los costos totales de las otras opciones evaluadas.

5.3. Modelo de tasas de fallos por distribución de Weibull En términos de estructura de análisis de costos, el modelo de tasas de fallos por distribución de Weibull, es similar al método de tasas de fallos constante; la principal diferencia radica en el proceso de estimación de los costos por fiabilidad, ya que estos se estiman con frecuencias de fallos calculados a partir de la distribución probabilística de Weibull. (Ver detalles en Zohrul Kabil, 1987; Ebeling, 1997; and Willians and Scott, 2000).

En relación con el proceso de cuantificación de los costos por fiablidad, este modelo propone evaluar el impacto de los fallos de la siguiente manera: 1. Identificar para cada alternativa a evaluar los principales tipos de fallos. Así para un equipo determinado habrá f = 1 … F tipos de fallos.

2. Determinar para cada tipo de fallo los tiempos entre fallos esperados (tiempos operativos) . Esta información será recopilada por el diseñador a partir de historiales de fallos, bases de datos y experiencia de personal de mantenimiento y operaciones.

3. Calcular los costos por fallos ($/fallo). Estos costos incluyen:

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costos de repuestos, mano de obra, penalización por pérdida de producción e impacto operacional.

4. Determinar de forma probabilística la frecuencia de fallos esperados

con la distribución de Weibull. Este proceso se realiza a partir de los tiempos entre fallos registrados por tipo de fallo: Notación: = frecuencia de fallos = fallos/tiempo = tiempo entre fallos MTBF = mean time between failures-value of expected time between failures = tiempo promedio entre fallos-valor de tiempo esperado entre fallos = tiempo/fallos. El MTBF es el inverso de la frecuencia: Γ = función Gamma (ver en Kececioglu, 1991) los valores tabulados de la función Γ α = vida característica, tiempo/fallos, se calcula a partir de los tiempos entre fallos β = parámetro de forma, se calcula a partir de los tiempos entre fallos Si la variable aleatoria tiene distribución de Weibull de parámetros α > 0 y β > 0, su función de densidad es:

≥ 0

(10)

La media μ es:

, para

(11)

La varianza es:

(12)

En nuestro caso, la variable aleatoria está representada por el tiempo que el sistema funciona sin que se produzca un fallo, donde el MTBF es el valor esperado de la variable aleatoria es igual la media μ.

(13) Los parámetros α y β se fijan a partir de las siguientes expresiones, recopiladas por Navas (1997):

14

(14)

(15)

Donde,

(16)

En las expresiones 14, 15 y 16, f es el número del evento de fallo específico, F es el número total de fallos evaluados y es el tiempo medido entre fallos en cuestión. Con los valores de los parámetros α y β se obtiene la frecuencia de fallos: (17) 5. Calcular los costos totales por fiabilidad por año , generados por los diferentes tipos de fallos en la producción, las operaciones, el ambiente y la seguridad, con la siguiente expresión:

El costo total anual equivalente obtenido, representa el valor probable de dinero que se va a necesitar cada año para solventar los problemas de fiabilidad ocasionados por fallos, durante los años de vida útil esperada.

6. Calcular los costos totales en valor presente . Dado un valor anualizado , se estima la cantidad de dinero en el presente (hoy) que se necesita comenzar a ahorrar para poder pagar dicha anualidad durante los próximos años de vida útil esperada (T), para una tasa de descuento (i). La expresión a utilizar para estimar los

en valor presente se muestra a continuación: (19) El valor presente , representa la cantidad de dinero–hoy, que se necesita para poder cubrir los gastos anuales esperados por los fallos durante (T) años. Posteriormente, a los costos calculados por fiabilidad se les adiciona el resto de los costos evaluados (inversión, mantenimiento planificado, operaciones, etc.), se calcula el costo total en valor presente para la tasa de descuento seleccionada y los años de vida útil esperados y se compara el resultado obtenido con los costos totales de las otras opciones evaluadas.

(18)

15

Entrevista

Enemigo del mínimo esfuerzo Ing. Rodrigo Meneses Obando suma casi 20 años en el A y A Luis Castrillo Marín Para Revista Mantenimiento

La imagen estereotipada del funcionario público, que se limita a cumplir con lo que dicta el manual de puestos, está muy lejos del plan de vida de un ingeniero que se acostumbró a predicar con el ejemplo.

En casi 20 años de ejercer cargos de liderazgo en el Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados (AyA), el ingeniero Rodrigo Meneses Obando se echó al hombro responsabilidades que derivaron en proyectos pioneros como el de ahorro de energía eléctrica, los sistemas de comunicación digital para el monitoreo de activos o el desarrollo de una estrategia de compras “verdes”.

Por eso, es muy común encontrarlo con la “camiseta bien puesta”, más allá del cargo de jefe de gestión de Equipamiento Operativo del AyA en el plantel de La Uruca, el más grande que tiene esa institución en todo el país.

“Uno en la función pública entra como ingeniero, se desarrolla como administrador y quisiera ser abogado porque tiene que lidiar con tantas leyes y reglamentos que para comprar un simple bombillo debe seguir todo un trámite; sin embargo, hay muchas satisfacciones cuando las cosas salen bien. Hacer más de lo que uno está obligado implica siempre el riesgo de equivocarse, pero también la posibilidad de crecer profesionalmente”, indicó este josefino de Zapote, que ahora reside en San Ramón de Alajuela.

Formado en las aulas de mecánica de precisión en el Instituto Técnico Don Bosco, salió de las aulas de ese semillero en 1984, junto con otros 20 compañeros, quienes al año siguiente saltaron a las aulas del Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC).

“Uno como trabajador de la empresa pública se puede quedar haciendo lo mínimo, pero la verdad siempre me ha gustado desarrollar iniciativas. Por ejemplo, llevamos a cabo un plan de ahorro de energía que permitió economizar muchos millones al año y que nos valió dos premios de la Cámara de Industrias y de la Compañía Nacional de Fuerza y Luz. Más recientemente implementamos medidas para reducir las emisiones de dióxido de carbono (CO2); eso permitió reducir la emisión de CO2 al ambiente y así reducir la huella de carbono para contribuir al esfuerzo por combatir el calentamiento global”.

En la actualidad, como líder del grupo de equipamiento operativo del AyA tiene bajo su responsabilidad la tarea de prestar asistencia a las cuadrillas del plantel donde laboran 500 trabajadores y ayudar en la comunicación eficiente para mejorar el servicio de suministro del agua potable en toda la Gran Área Metropolitana (GAM), entre otras tareas claves.

Generación de transición El paso por las aulas de la Escuela de Ingeniería de Mantenimiento Industrial del TEC lo ubicó como parte de una camada que estuvo marcada por “el antes y el después” de la llegada de la informática a las aulas.

“La verdad, en mi caso nunca hubo dudas, siempre mi prioridad fue entrar al TEC; ahí llegamos 20 compañeros del Don Bosco de modo que no sentí mucho el cambio, aunque tuvimos que disciplinarnos para lograr salir adelante. Las computadoras las vinimos conociendo ya en el último año, cuando hicimos la primera fiesta de Mantenimiento para recoger dinero y poder comprar dos computadoras de escritorio”.

16

En 1992 se egresó del TEC para empezar a hacer carrera en el AyA donde realizó la práctica profesional en el edificio central del Paseo de los Estudiantes; desde allí brindaba asistencia electromecánica a todas las zonas del territorio nacional.

Posteriormente llegó al Plantel de la ciudad de Limón, donde tomó el cargo de jefe del Área Electromecánica de la Región Huetar Atlántica, un desafío que asumió sin temor a pesar de las dificultades propias de la época.

“En ese entonces acababa de pasar el terremoto de Limón, de manera que teníamos mucho trabajo para mejorar el servicio a varias comunidades y que volvieran a tener continuidad en el suministro de agua potable; aparte, por esos días todos los materiales y repuestos tenían que mandarlos desde San José”.

Pasado el capítulo limonense de la primera responsabilidad en el mundo laboral, llegó al Plantel de La Uruca hace 16 años, donde carga buena parte de la responsabilidad de asegurar un suministro continuo de agua potable a casi un millón de usuarios desde Orosi de Cartago hasta Ciudad Colón en San José y desde Desamparados a una parte de la provincia de Heredia.

“Uno sale de la Universidad creyendo que lo sabe todo, pero poco a poco se va dando cuenta de que se necesita mucha inteligencia emocional para salvar los obstáculos en la administración pública; ese es uno de los peores problemas que tiene el país: la burocracia y la inercia para la toma de decisiones. Por dicha, pienso que haber estudiado en el Tecnológico fue una gran escuela para trabajar en equipo, algo que resulta vital en las instituciones gubernamentales”.

El amor por la profesión se extendió a la segunda generación de la familia porque su hija Fabiola estudia el segundo año en la misma carrera y Escuela donde se graduó el padre. Un golpe del destino que se encargó de validar su máximaRevista.pdf sentencia:1“Mi10/04/13 mayor logro 13:53 es que mis hijos me firmen una carta diciendo que me aman”.

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Adaptación del método Hill Rom para selección de sistemas de vacío grado médico en un hospital con demanda variable Ing. Gustavo Richmond Navarro Instituto Tecnológico de Costa Rica grichmond@itcr.ac.cr

Resumen Se estudió la red de vacío grado médico de un hospital, con el objetivo de seleccionar un nuevo sistema que reemplazara al actual y fuese funcional en el largo plazo. Al aplicar el método Hill Rom para determinar los parámetros requeridos, se encontraron inconsistencias debidas a la gran fluctuación en la cantidad de equipos disponibles para el uso de la red de vacío entre los servicios del hospital. Lo anterior evidenció una necesidad futura que el nuevo sistema deberá ser capaz de afrontar, a la vez que tiene que responder al sistema actual con excelentes parámetros de rendimiento. Al combinar y analizar los resultados obtenidos mediante dos escenarios, se decidió seleccionar un sistema de tres bombas de 10 HP cada una y configurarlas de modo que en la actualidad solamente funcione una a la vez y cuando la carencia de equipos de vacío se solvente, operen simultáneamente dos de las tres bombas, situación que está acorde con la normativa vigente según NFPA 99 [3].

Figura 1. Despiece de un regulador de succión.

18

Introducción El centro médico estudiado contaba con una bomba de vacío de más de 15 años de antigüedad. La red que suministra este gas médico ha sido objeto de alteraciones y ampliaciones en muchas ocasiones, de suerte tal que la capacidad máxima de las bombas de vacío que estaban instaladas no cubría la carga pico que se podía presentar en la red.

La demanda del hospital contempla muchas variables, por tanto, es necesario hacer un buen estudio de la realidad del sistema y conocer las posibilidades de futuros cambios a sus características con el fin de adquirir un equipo que pueda desempeñarse correctamente en el hoy y en el mañana del nosocomio.

Este artículo presenta la manera en la cual se afrontó el problema presente en el hospital. Se espera que esta manera de solucionar una situación tan compleja y a la vez tan usual en los hospitales públicos sea de provecho para futuras necesidades de sistemas de vacío a nivel nacional o regional.

Se enfatiza en la metodología seguida para la obtención del producto final, donde se detalla cada paso que se dio dentro del Hospital para conocer el panorama real del sistema de vacío. Luego se presenta el método convencional para el cálculo de este tipo de redes y se incluyen las variantes que fueron necesarias para adaptarlo a la realidad del caso en estudio.

Posteriormente se presentan los resultados de la aplicación directa del método y se pasa a discutir el porqué son necesarios algunos ajustes al procedimiento estándar, en función de la demanda compleja del hospital.

Figura 2. Esquema de uso del sistema de vacío.

Finalmente se sugiere una solución a la situación actual y futura con un único sistema de vacío grado médico, el cual se diferencia de los sistemas de vacío industriales por ser libre de aceite.

Metodología Se hizo una visita al centro médico, donde primeramente se verificaron los planos mecánicos de las instalaciones en cuanto a existencia de bombas de vacío, tuberías de distribución y puntos de utilización del vacío grado médico. (Conocidos como tomas de pared).

Luego de la observación en escritorio de los pocos planos existentes, se procedió a recorrer todo el nosocomio para verificar en la realidad lo indicado en los planos. Se visitó cada piso del hospital y se ingresó a cada servicio, ahí se hizo un inventario de la cantidad de equipos que requieren del vacío y también de la cantidad de tomas de pared disponibles por cada habitación.

El trabajo anterior requirió de mucho tiempo pues, dada la naturaleza de las labores en un hospital, no es posible ingresar a cualquier sitio en cualquier momento, sino que en muchos casos fue necesario esperar e incluso ponerse trajes estériles para el ingreso a ciertas zonas del edificio.

Para cada equipo usuario del sistema de vacío se tomaron sus datos en cuanto a consumo de caudal en litros por minuto, presión de trabajo en milímetros o pulgadas de mercurio, existencia de filtros bacteriológicos, disponibilidad de trampas de vacío para el equipo y estado general del dispositivo.

Además, se consultó con el jefe de turno de cada servicio sobre la necesidad de ampliar la red según la demanda de los usuarios.

Una vez ordenada la información de la cantidad de equipos y sus características, se calcularon las características de la bomba necesaria en el Hospital.

MEDAES (1998) expone un método de cálculo para dimensionar centrales de producción de vacío, denominado método Hill-Rom. Este consiste en realizar los siguientes pasos: a. Revisar la norma NFPA 99 antes de proceder al dimensionamiento del sistema de vacío grado médico. b. Dimensionar basándose en la carga pico del sistema. c. Usar la información de la tabla “Demanda estimada para vacío médico” (disponible en [1]) para calcular la máxima demanda. d. Determinar el número de habitaciones, camas y tomas de succión. e. Aplicar los factores de uso o simultaneidad [2], así como los valores de caudal sugeridos [1] en caso de no conocer el caudal real de los equipos. f. Realizar las sumas correspondientes para obtener la carga máxima; considerar además las posibles futuras expansiones.

19

g. Tomar en consideración el ajuste en los cálculos de caudal debido a que la altura sobre el nivel del mar influye en la presión atmosférica.

En cuanto a lo descrito en el paso (e), se consideraron los caudales según los catálogos de los equipos y la aplicación de estos: intermitente, pediátrico, continuo, adulto y regulable. Para cada servicio se consideró la marca predominante. Adicionalmente, solo se tomaron en cuenta los equipos en buen estado.

Otro factor que se consideró en el estudio de la red, es la cantidad de veces que la bomba de vacío enciende durante el día. Para esto se utilizó un dispositivo lógico programable LOGO!, de la marca Siemens, el cual registró una cantidad alarmante de arranques por día del sistema.

Resultados Según los planos y lo observado en campo, el sistema de vacío se sustenta en una bomba tipo dúplex (dos motores idénticos), marca RIETSCHLE, con cada motor de 10 HP. El sistema tiene un vacuostato de trabajo y otro de seguridad o respaldo. Normalmente, el sistema de bombeo se conecta a una presión de vacío de 17” de Hg y se desconecta a 22” de Hg. En caso de mal funcionamiento del vacuostato principal, los parámetros son 16” de Hg y 23” de Hg para la conexión y desconexión respectivamente.

Producto de la visita a los servicios del hospital, se determinó que existe una gran diferencia entre la cantidad de equipos disponibles para usar la red de vacío en comparación con el tamaño de la red misma (en cuanto a tomas de pared). Adicionalmente, los jefes de cada departamento indicaron que los reguladores de succión son compartidos por varios servicios, de suerte tal que si se realizara un levantamiento en otro momento se podrían encontrar resultados distintos El comportamiento observado mediante el dispositivo lógico programable demuestra que la carga de vacío no es variable durante el día.

Solamente disminuye durante las horas de la noche.

Dadas estas condiciones no fue posible aplicar directamente el método Hill Rom, sino que se realizaron los cálculos mediante dos escenarios: el primero partiendo de los equipos existentes a la fecha, con lo cual resultó que el hospital necesita un sistema duplex de 10 HP. El segundo fue usando las tomas de pared existentes y aplicando

Figura 3. Sistema de triplex de 10 HP para generación de vacío.

20

Figura 4. Toma de pared, regulador de vacío (con filtro bacteriológico) y trampa de vacío.

factores de simultaneidad, lo cual resulta en un sistema de una bomba de 25 HP. Discusión De acuerdo con NFPA 99, en un sistema de vacío de bombas múltiples debe ser posible satisfacer la carga máxima con la bomba de mayor capacidad fuera de servicio. Considerando esto y la realidad del hospital, se procede a analizar la información disponible.

En los salones del hospital se dan muchas inconsistencias en la red de vacío; por citar un ejemplo, en el servicio de Cirugía 4 solo se encontró un regulador de vacío, pero hay diez tomas de pared. En este caso el factor de uso simultáneo sería de 10%, pero según MEDAES (1998) el factor para esta aplicación (patient room-surgical) es del 50%.

Por tanto, dimensionar el equipo nuevo, según la cantidad de reguladores existentes, sería un error, pues en el momento en que se reparen los equipos dañados y se adquieran otros nuevos, el sistema será insuficiente para llevar la carga de vacío que tendrá el hospital en una condición de operación óptima. De modo que un sistema dúplex de 10 HP es una solución inadecuada.

Por otra parte, utilizar los factores de uso sobre los equipos sería un cálculo inexacto debido a que el método se diseñó pensando en cantidad de tomas de succión y no en el número de reguladores.

Además, considerando que los reguladores son escasos, el factor de uso de estos debe rondar el 100% en muchos servicios, sin que esto sea una regla general aplicable en todos los casos. Por ejemplo, en Cirugía 1 disponen de nueve reguladores y trece tomas de pared, según MEDAES (1998) el factor de uso para esta aplicación es de 50%. En este caso sí es razonable que se utilicen siete de las trece tomas de succión (aproximadamente la mitad), pues sí hay equipos para lograr esta condición.

El cálculo por equipos no es un valor confiable pues se aplica un método diseñado para la cantidad de reguladores, pero, se puede tomar como un valor mínimo de la demanda real.

El cálculo por tomas de pared, que indica la necesidad de una bomba de 25 HP, es muy conservador dado que se asume el valor de consumo máximo para todos los equipos y condiciones de uso elevadas. Este dato se puede considerar como el máximo posible de la demanda.

El hospital está gestionando la compra de más reguladores de vacío. Cuando esto se concrete la carga aumentará considerablemente.

Además, si se realizaran las ampliaciones necesarias en la red, la carga

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Figura 4. Toma de pared para vacío.

sería aún mayor. Esto es muy poco probable a corto o mediano plazo, sin embargo, es una posibilidad que se debe considerar para no dejar ninguna variable por fuera de análisis.

Utilizar una bomba de 25 HP en la red actual sería contraindicado porque representaría un alto consumo energético, pues con una de 10 HP se satisface la demanda. Además, al tener una capacidad de más del doble de la necesaria, el tiempo de operación sería muy corto y se presentaría el problema de muchos picos de corriente de arranque en la red eléctrica, así como posibles daños a la bomba y el motor por ciclado corto.

Conclusión La solución propuesta, que responde a las necesidades actuales y futuras y que a la vez satisface las exigencias de las normas NFPA es utilizar un sistema triplex (tres bombas idénticas) de 10 HP, se puede sacar provecho de tener la potencia distribuida en tres motores y no en dos. Además de que en total se adquieren 30 HP y no 50 HP, lo que es más económico.

Este resultado surge de aplicar el Método Hill Rom dos veces, para obtener una valor mínimo y un valor máximo, al considerar los equipos disponibles y las tomas de pared respectivamente. Luego se consideraron las variables particulares del centro médico y se determinó que: • Para satisfacer la demanda actual se utilizará un solo motor a la vez, como si fuese un sistema duplex, sólo que cada motor tendrá más tiempo de enfriamiento entre cada ciclo de operación.

• Cuando se realicen las ampliaciones necesarias y la carga aumente, se utilizarán dos motores simultáneamente, por cada ciclo de operación.

De esta manera, se satisface la demanda actual sin gasto de energía innecesario y será posible asumir la carga ampliada con sólo reprogramar la operación de las bombas disponibles, lo cual no representará una inversión adicional y la respuesta a la nueva demanda será inmediata.

Asimismo se satisface el requisito impuesto por NFPA 99 en cuanto a que el sistema de bombas múltiples debe ser posible satisfacer la carga máxima con la bomba de mayor capacidad fuera de servicio.

Referencias [1] NFPA 99 (National Fire Protection Association) Standard for Health Care Facilitiees. 1999 Edition. 1 Batterymarch Park, Quincy, MA 022699101 [2] Hill-Rom MEDAES (1998). Piped Medical Gas System: Design Guide. Hill-Rom Inc. 1998.

[3] Diario Oficial La Gaceta Nº 11, La Uruca, San José, Costa Rica, lunes 17 de enero de 2005

22

La vara y la aguja

(*)

Existía en la antigüedad un famoso poeta chino. Aunque sus poesías recibían grandes alabanzas por su sentido de la belleza y su infinita inspiración, cierto día, el poeta dejó de escribir.

Cuando su familia y sus allegados le preguntaban qué le había sucedido, él les respondía que su inspiración se había agotado.

Ya no se sentaba más en su mesa de trabajo y pasaba los días deambulando por el campo, visitando lugares cercanos.

En una de sus caminatas llegó hasta un río. En la orilla, una anciana lijaba una gruesa vara de metal sobre una piedra. El poeta se sentó a observarla durante largo rato.

Cuando la anciana se levantó, él la siguió intrigado y le preguntó qué hacía.

La anciana le contestó: “Una aguja para tejer”. El poeta asombrado le preguntó: “Pero anciana, ¿cómo esperas que una vara tan gruesa se transforme en una fina aguja de tejer? Es una tarea casi imposible de lograr”.

La anciana lo miró con infinita paciencia y le respondió: “Joven, tal vez no consiga hacerlo en un solo día, pero si trabajo todos los días estoy segura de que finalmente lo lograré”.

El poeta comprendió lo que la anciana trataba de decirle. Regresó de prisa a su casa y retomó su trabajo con alegría.

* Tomado de La Estrategia del Dragón, de Analía Labbate y Karina Qian Gao. V & R editoras.

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