UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA JOSÉ SIMEÓN CAÑAS UNIVERSIDAD DON BOSCO PROPUESTA DE PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PARA SOPLADORA DE ENVASE PET KRONES K12C3 UTILIZANDO RCM PARA LA REDUCCIÓN DE COSTOS DE OPERACIÓN DE LÍNEAS DE ENVASADO TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PREPARADO PARA LA FACULTAD DE POSTGRADO UCA Y FACULTAD DE INGENIERÍA UDB PARA OPTAR AL GRADO DE: MAESTRO EN GERENCIA DEL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL PRESENTADO POR: MAURICIO ARMANDO ROLDÁN MENA RODRIGO ERNESTO BAIZA CENTENO SAÚL ALEJANDRO RAMOS CORTEZ ASESOR: MTRO. MOISÉS MENDOZA ANTIGUO CUSCATLÁN, EL SALVADOR, C.A. OCTUBRE 2024 Rectores Mario Cornejo, S.J. Mario Rafael Olmos Argueta, SDB. Secretarias Generales Lidia Gabriela Bolaños Teodoro Yesenia Xiomara Martínez Oviedo Decano de Facultad de Ingeniería UDB Mario Guillermo Juárez Pérez Decano de Facultad de Ingeniería UCA Nelly Arely Chévez Reynosa Directores de la Maestría en Gerencia del Mantenimiento Industrial Diana Carolina Cruz UCA José Luis Martínez UDB RESUMEN La industria de envasado de bebidas enfrenta desafíos crecientes debido a la necesidad de optimizar procesos para reducir costos operativos en un entorno altamente competitivo. Para garantizar la continuidad operativa al menor costo posible, es esencial implementar programas de mantenimiento eficaces, basados en datos históricos y análisis de ciclos de operación. La selección incorrecta de estos programas puede comprometer la confiabilidad de los equipos, aumentando los costos por fallos y tiempos de inactividad. En este contexto, se propone un programa de mantenimiento para una sopladora de envases PET Krones K12C3, utilizando la metodología de Mantenimiento Centrado en Confiabilidad (RCM). Se propone la implementación de la metodología RCM para optimizar los planes de mantenimiento de la sopladora de botellas Krones K12C3. Describiendo modos de falla y su efecto (Metodología AMEF) en conjunto con el equipo natural y a través del análisis de indicadores clave como la disponibilidad operativa, frecuencia de fallas, el tiempo medio entre fallos (MTBF), y el tiempo medio de reparación (MTTR), basados en datos históricos extraídos del sistema ERP SAP, se podrá describir el estado actual del equipo y seleccionar las tareas de mantenimiento óptimas que mejoren los indicadores analizados y reduzcan los costos asociados a la inactividad y los costos de ejecución planes de mantenimiento ineficaces. El análisis de los indicadores de confiabilidad y la aplicación de la metodología de RCM confirman que los planes de mantenimientos propuestos mejoran la confiabilidad del equipo y reduce significativamente los costos operativos derivados de los tiempos de inactividad por fallas y costos por la ejecución de planes de mantenimiento preventivo que no aportan significativamente La implementación de la metodología RCM permite no solo describir el estado actual de operación de la sopladora Krones K12C3, además, permite priorizar a través del NPR las fallas que tienen mayor impacto en términos económicos y garantiza que la mayoría de recursos sean orientados a mitigar dichas fallas, así obteniendo mayores beneficios. Este enfoque puede ser replicado en otras industrias de envasado PET, contribuyendo a una mejora sostenible de los procesos de mantenimiento. 1 ÍNDICE DE CONTENIDO RESUMEN i ÍNDICE DE CONTENIDO ii ÍNDICE DE TABLAS v ÍNDICE DE FIGURAS vii SIGLAS viii NOMENCLATURA ix 1 CAPITULO I: INTRODUCCIÓN 1 1.1 Antecedentes y definición del problema 1 1.2 Justificación 6 1.3 Objetivos 7 1.3.1 Objetivo general..............................................................................................................7 1.3.2 Objetivo especifico......................................................................................................... 7 1.4 Alcance 7 1.5 Limitaciones 8 2 CAPITULO II: MARCO TEÓRICO 9 2.1 Industria de embotellado 9 2.1.1 Máquinas que conforman una línea embotelladora.......................................................11 2.2 Soplado de envase PET 17 2.2.1 Estados del tereftalato de polietileno (PET)................................................................. 18 2.2.2 Preformas...................................................................................................................... 18 2.2.3 Envase........................................................................................................................... 18 2.2.4 Proceso de moldeo por estirado y soplado de envase PET........................................... 20 2.2.5 Máquinas sopladoras.....................................................................................................22 2.3 Modelos de mantenimiento en la industria 24 2.3.1 Políticas de mantenimiento........................................................................................... 24 2.3.2 Actividades de mantenimiento......................................................................................24 2.3.3 Principales indicadores de mantenimiento....................................................................25 2 2.4 Mantenimiento centrado en confiabilidad (RCM) 26 2.4.1 Grupo de Revisión o Equipo Natural............................................................................27 2.4.2 Definición de Taxonomía..............................................................................................29 2.4.3 Análisis AMFEC (FMECA)......................................................................................... 30 2.4.4 Número de Prioridad de Riesgo NPR........................................................................... 32 2.4.5 El Diagrama de Decisión de RCM................................................................................34 2.4.6 Ingeniería de confiabilidad aplicada a RCM.................................................................37 2.5 Modelos para determinación de ciclos de mantenimiento 39 2.5.1 Optimización de Costos en Inspecciones y Reparaciones............................................ 39 2.5.2 Modelos para Minimización de Costos a Largo Plazo..................................................39 2.5.3 Planificación Global de Inspecciones y Costos Asociados...........................................40 2.5.4 Modelos Basados en Diagnóstico y Confiabilidad....................................................... 40 2.5.5 Modelos para Minimización de Tiempos de Inactividad y Tasas de Riesgo................ 40 2.6 Modelo Estadístico de Weibull 40 2.7 Mantenimiento industrial en líneas de envasado en El Salvador 41 2.7.1 Políticas de mantenimiento en industrias de envasado en El Salvador.........................42 2.7.2 Aplicación de RCM en industrias de envasado en El Salvador....................................42 2.7.3 Líneas de envasado en la industria salvadoreña............................................................42 3 CAPITULO III: MATERIALES Y MÉTODOS 43 3.1 Caracterización de sopladora Krones K12C3 43 3.1.1 Requisitos operacionales...............................................................................................44 3.1.2 Estructura del equipo.................................................................................................... 44 3.1.3 Ciclo de operación de sopladora Krones K12C3.......................................................... 45 3.2 Recolección de datos 48 3.2.1 Equipo para la recolección de datos..............................................................................48 3 3.2.2 Software para recolección de datos...............................................................................48 3.2.3 Extracción de datos....................................................................................................... 49 3.3 Análisis de RCM 49 3.3.1 Definición del equipo de trabajo...................................................................................49 3.3.2 Desarrollo de la metodología RCM.............................................................................. 51 4 CAPITULO IV: RESULTADOS 59 4.1 Resultados de análisis de RCM 59 4.2 Optimización de planes de mantenimiento 63 4.3 Mejora de disponibilidad y ahorro potencial. 64 5 CAPITULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 67 5.1 Conclusiones 67 5.2 Recomendaciones 69 6 REFERENCIAS 70 7 ANEXOS A1 Anexo A: Clasificación de componentes y definición de modos de falla de sopladora de botellas. A1 Anexo B: Evaluación de NPR y ejecución de Flujograma de decisiones de RCM. B1 Anexo C: Definición de tareas propuestas para cada modo de falla analizado. C1 Anexo D: Análisis de destrucción de negocio y ahorro potencial D1 Anexo E:Modos de falla que cuentan con un plan de capacitación/entrenamiento. E1 Anexo F:Plan de capacitación/entrenamiento considerando costos y proveedores. F1 Anexo G: Programación de mantenimiento anual. G1 4 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.1 Extracción de ranking de principales compañías de alimentos y bebidas a nivel mundial de 2022 según Ranking Forbes 2000. 3 Tabla 2.1: Propiedades del tereftalato de polietileno. 17 Tabla 2.2: Descripción y partes de un envase PET. 20 Tabla 2.3: Partes de un molde de soplado rotativo y soplado lineal. 24 Tabla 2.4. Principales actividades de mantenimiento. 27 Tabla 2.5: Principales indicadores de costo de mantenimiento. 28 Tabla 2.6: Descripción de rol para cada integrante del grupo natural. 30 Tabla 2.7: Consecuencias de fallas para análisis de RCM. 35 Tabla 2.8. Criterios de factor Gravedad – NPR. 36 Tabla 2.9. Criterios de factor Ocurrencia – NPR. 36 Tabla 2.10. Criterios de factor Detección – NPR. 36 Tabla 2.11. Categorización de Número de Prioridad de Riesgos (NPR) 37 Tabla 2.12: Clasificación de tareas de mantenimiento 39 Tabla 3.1: Condiciones de operación por suministro de aire comprimido seco y agua fría. 49 Tabla 3.2: Descripción de conjuntos y subconjuntos principales que conforman la sopladora. 51 Tabla 3.3: Clasificación de tiempos de paro según Suite 360. 53 Tabla 3.4: Sesiones realizadas en la empresa con el equipo natural y descripción de su alcance. 55 Tabla 3.5: Partición de sopladora Krones modelo C132 en ensamble, sub-ensamble y componente.56 Tabla 3.6. Análisis AMFEC en elemento mantenible, moldes de sopladora de botellas. 59 Tabla 3.7. Representación de diagrama de decisión de RCM para definición de tipo de tarea para un modo de falla de moldes de sopladora de botellas. 60 Tabla 3.8. Costo indisponibilidad por falla real debido a datos históricos para los moldes de una sopladora de botellas. 61 Tabla 3.9: Costo del plan de mantenimiento preventivo propuesto para los moldes de una sopladora de botellas. 62 Tabla 3.10. Costo de indisponibilidad por falla estimado con equipo natural y ahorro potencial por año. 62 Tabla 4.1. Cantidad de subconjunto, componentes mantenibles y modos de falla identificados en Sopladora de botellas. 65 Tabla 4.2. Distribución de tipos de tareas propuestas para cada categoría de falla de los modos de falla. 67 5 Tabla 4.3. Asignación de recursos en concepto de mano de obra, materiales, herramientas, capacitaciones de plan de mantenimiento preventivo. 68 Tabla 4.4. Comparativa de cantidad de planes, horas de mantenimiento preventivo requerido. horas hombre requeridas y costos de mantenimiento de plan de mantenimiento actual contra propuesta producto de RCM. 69 Tabla 4.5. Comparativa de reducción de horas de paro actuales contra propuestas por la implementación de RCM. 70 Tabla 4.6. Mejora propuesta de la disponibilidad de la sopladora de botellas producto de la implementación de RCM 70 Tabla 4.7. Propuesta de reducción de costos por improductividad debido a fallos (CIF) producto de la implementación de RCM. 70 Tabla 4.8. Resumen de ahorro potencial al año debido a reducción de costos de mantenimiento preventivo y reducción de costos de improductividad por fallas. 71 6 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1-1: Esquema con los pasos necesarios para implementar RCM. 2 Figura 2-1: Preparación de producto utilizando medidores de flujo. 10 Figura 2-2: Diagrama de una línea de envasado PET de bebidas carbonatadas. 11 Figura 2-3: Diagrama de Proceso de Envasado, sección de Soplado de Botellas. 12 Figura 2-4: Diagrama de Proceso de Proceso de Envasado, sección de Llenado de Botellas. 14 Figura 2-5: Diagrama de Proceso de Proceso de Envasado, sección de Empacado de Botellas 15 Figura 2-6: Alimentación de preformas. 21 Figura 2-7: Carga y transferencia de preforma 22 Figura 2-8: Acondicionamiento de preforma. 22 Figura 2-9: Conformado del envase en un molde de soplado. 23 Figura 2-10: Proceso de Implementación de RCM. 29 Figura 2-11: Integrantes de un Equipo Natural de Trabajo. 30 Figura 2-13:Pasos de proceso de FMEA 33 Figura 2-14: Diagrama de decisión RCM. 38 Figura 3-1: Sopladora de botellas PET Krones modelo K12C3. 48 Figura 3-2: Vista de planta de sopladora de botellas Krones K12C3. 50 Figura 4-1. Proporción de categorización de modos de falla acorde al NPR definido. 66 Figura 4-2. Proporción y costo de improductividad por falla (CIF) por categoría de falla definidas en modos de falla. 67 7 SIGLAS ATO: Autonomous Operations (Mantenimiento Autónomo) CIF: Coste de Indisponibilidad por Fallos CO2: Dióxido de carbono CSD: Carbonated Soft Drinks (Refrescos Carbonatados) FMEA: Failure Modes and Effects Analysis (Análisis de Modos de Falla y Efecto) FMECA: Failure Modes, Effects, and Criticality Analysis (Análisis de Modos de Falla, Efectos y Criticidad) FF: Frecuencia de Fallas MTBF: Mean Time Between Failures (Tiempo Medio Entre Fallas) MTTF: Mean Time to Failure (Tiempo Medio Hasta la Falla) MTTR: Mean Time to Repair (Tiempo Medio de Reparación) NOM: Norma Española sobre Terminología del Mantenimiento NPR: Número Prioritario de Riesgo OEE: Overall Equipment Effectiveness (Eficiencia General del Equipo) PET: Polyethylene Terephthalate (Tereftalato de Polietileno) RCM: Reliability Centered Maintenance (Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad) SAP: System Applications and Products (Software de Gestión Empresarial) USD: United States Dollar (Dólar Estadounidense) 8 NOMENCLATURA A: Disponibilidad β: Parámetro de forma o corrección de la curva de confiabilidad D: Índice de Detección Ec: Ecuación G: Índice de Gravedad I: Fallas Inaceptables m o θ (theta): MTTF n: Número de fallas O: Índice de Ocurrencia R(t): Función de confiabilidad establecida por Weibull R: Fallas Reducibles Deseables A: Fallas Aceptables ti: Tiempos productivos tr: Tiempos de duración de falla o reparación 9 1 CAPITULO I: INTRODUCCIÓN 1.1 Antecedentes y definición del problema La industria de manufactura trabaja 24 horas al día, los 7 días de la semana. Sin embargo, enfrenta cada vez mayores desafíos. Uno de los más importantes es la creciente relevancia de los costos asociados a los paros por fallas de origen operativo y/o electromecánicas (Inyiama & Oke, 2021). En 2018, esta industria representó más del 11% de la producción económica en Estados Unidos, situándose como la segunda más desarrollada a nivel mundial, solo superada por China (Ishola, 2019). Además de la significativa generación de empleos indirectos en sectores como la logística, la salud y el transporte, la industria manufacturera se caracteriza por requerir elevados ingresos de capital, lo cual también implica altos costos en materias primas, fuerza de trabajo y servicios logísticos (Ishola, 2019). Dentro de todas estas industrias, la industria de envasado cobra relevancia (Demartini et al., 2018), y la atención ha llegado a ella de igual manera que a las demás industrias, se deben disminuir todo tipo de perdidas (Inyiama & Oke, 2021). Los retos ambientales, el concepto de sustentabilidad y eficiencia energética se suman a los factores que exigen un cambio en la industria, no solo económico, sino una optimización sostenible de procesos que incluyen desde la compra de materiales, la salida de los productos relacionados y manejo de los desperdicios (Demartini et al., 2018). La industria de envasado representa un sector importante de la manufactura y al tener relación directa con el comportamiento de los consumidores debe evolucionar constantemente para acompañar los cambios en las corrientes de estos (Pinna et al., 2018). Hoy en día son pocas multinacionales que se encargan de controlar los resultados de múltiples industrias embotelladoras más pequeñas (Pinna et al., 2018). Innovaciones tecnológicas, el incremento en estándares de calidad, los retos de las legislaciones locales, la alta competitividad debida a la multiplicidad de productos y empaques, el incremento en los costos de la materia prima y la creciente importancia del consumo de agua para la preparación de bebidas (Ghobakhloo, 2018; Pinna et al., 2018), además, la creciente habilidad de manejar mejores y más complejas bases de datos exige también que el departamento de mantenimiento forme parte de la estrategia de disminución de desperdicios y mejora en los procesos (Fitriana et al., 2020). Todos los procesos tecnológicos que van en auge y la alta competitividad de las compañías llevaron a industrias chinas a enfocarse en los equipos productivos y las máquinas, como una oportunidad muy grande para el desarrollo de una empresa rentable (Zeng et al., 2021). Los departamentos de mantenimiento como encargados del desempeño y del ciclo de vida de los activos, comenzaron a introducirse en estrategias que permitiesen incrementar ganancias; actualmente la práctica del mantenimiento es considerada como un aliado estratégico en el desarrollo de una empresa (Zeng et al., 1 2021). La operación de los equipos o subgrupos se vuelven relevantes y se llega al concepto de modos de falla para el incremento de la confiabilidad de los equipos (Yavuz et al., 2019). La fiabilidad en el mantenimiento en industrias de envasado se vuelve un tema crucial, e incrementarla es el objetivo de muchas estrategias de mantenimiento, las referencias mundiales incluyen análisis de los tiempos de intervención adecuados para la ejecución del mantenimiento (Zeng et al., 2021). Para la determinación de los tiempos adecuados se necesitan dos factores importantes: bases de datos confiables y herramientas estadísticas para el análisis, para la recolección de datos pueden utilizarse ingresos manuales en bases de datos y ser analizados por programas como MiniTab (Tsarouhas, 2018). El RCM (Mantenimiento Centrado en Confiabilidad, por sus siglas en inglés) permite identificar las acciones necesarias para mantener los equipos operando de la manera que se desea (Yavuz et al., 2019), además introduce el concepto de análisis modos de falla para aislar las posibles fallas y estudiarlas de una manera metódica (Zeng et al., 2021). El RCM en industrias de alimentos necesita cumplir con pasos específicos donde se considera desde la selección de equipos críticos hasta la selección de las estrategias de mantenimiento y su evaluación de confiabilidad, tal como se observa en la Figura 1-1 (Fuentes-Huerta et al., 2018). Figura 1-1: Esquema con los pasos necesarios para implementar RCM. Fuente: Adaptado de Fuente – Huerta, 2018. La salida de RCM es un plan de mantenimiento optimizado (Fuentes-Huerta et al., 2018) que ayude a encontrar también los periodos específicos para la correcta implementación de los programas de mantenimiento (Zeng et al., 2021). Para la evaluación de estos periodos y de la cantidad de data recolectada suele utilizarse modelos estadísticos como la distribución continua de Weibull. Esta se utiliza para modelar la vida útil de los componentes y sistemas, es especialmente útil para describir la tasa de fallos a lo largo del tiempo; la distribución de Gumbel-Hougaard se utilizan para modelar la distribución 2 de valores extremos en conjuntos de datos; método de máxima verosimilitud o método del máximo producto de probabilidades (Fuentes-Huerta et al., 2018). En RCM se examinan varios aspectos e indicadores relacionados con el rendimiento y la confiabilidad de los equipos. Los más relevantes a considerar en este estudio son: frecuencia de falla (FF), tiempo medio entre fallas (MTBF), tiempo medio de reparación (MTTR), calidad del producto, efectividad general del equipo (OEE), mano de obra de mantenimiento planificada y mano de obra de mantenimiento, esfuerzos de reparación de daños (Yavuz et al., 2019). En la Tabla 1.1 se muestra una parte del ranking “Forbes Global 2000” para el cierre del año 2022, donde se muestra la ubicación de las compañías de bebidas y alimentos que tienen mejor posición en dicho ranking, este ranking define la posición de cada compañía evaluando ventas, utilidades, activos y valor de mercado. Se muestra este ranking para indicar las empresas de alimentos y bebidas que mayor incidencia a tienen a nivel mundial, así como los métodos de mantenimiento y softwares utilizados para estos (Forbes 2023). Tabla 1.1 Extracción de ranking de principales compañías de alimentos y bebidas a nivel mundial de 2022 según Ranking Forbes 2000. RANK Nombre País Ventas (Billones de $) Ganancias (Billones de $) Activos (Billones de $) Valor de Mercado (Billones de $) 47 Nestle Suiza $95.25 $18.49 $152.71 $360.01 86 PepsiCo Estados Unidos $79.47 $7.62 $92.38 $238.13 93 Anheuser- Busch InBev Belgica $54.33 $4.66 $219.37 $118.52 114 Coca-Cola Estados Unidos $38.73 $9.77 $94.35 $282.86 Fuente: Adaptado de Forbes, 2023. Para esta investigación se hará énfasis en la compañía Anheuser-Busch InBev y Coca-Cola, ya que la sopladora de envase PET (Tereftalato de Polietileno) sobre la que se realiza la investigación se encuentra en una planta de envasado de bebidas carbonatadas no alcohólicas de un grupo cervecero internacional, a continuación, se describen brevemente ambas compañías. Anheuser-Busch InBev (también conocida como AB Inbev) es una empresa cervecera multinacional belga-brasileña con sede en Lovaina, Bélgica. Se destaca como el mayor fabricante mundial de cerveza, 3 con una cuota de mercado cercana al 25% a nivel global. La compañía cuenta con aproximadamente 120.000 empleados distribuidos en más de 30 países en América, Europa, Asia y África. La empresa AB InBev surgió a raíz de la adquisición de la cervecera estadounidense Anheuser-Busch por parte de la compañía belga-brasileña InBev. Esta última se formó a partir de la fusión entre AmBev e Interbrew. La consolidación de estas empresas se llevó a cabo el 18 de noviembre de 2008, dando origen a la cervecera más grande del mundo (ABInBev 2023). Por otro lado, The Coca Cola Company. se encuentra en un proceso de transformación de su cartera, implementando medidas como la reducción de azúcar añadida en sus bebidas y el lanzamiento de productos innovadores en el mercado. Su objetivo es generar un impacto positivo en la vida de las personas, las comunidades y el medio ambiente. Para lograrlo, se enfocan en acciones como la reposición de agua, el reciclaje de envases, las prácticas de abastecimiento sostenible y la reducción de emisiones de carbono en toda su cadena de valor. Junto con sus socios embotelladores, la compañía emplea a más de 700,000 personas, brindando oportunidades económicas a diversas comunidades locales alrededor del mundo (The Coca-Cola Company 2023). Estas compañías por encontrarse en la búsqueda constante de la mejora buscan la forma de optimizar sus procesos, entre ellos los distintos procesos de mantenimiento, para ello utilizan en sus plantas comúnmente el sistema SAP (Proveniente de las siglas para “Systemanalyse Programmentwicklung”, nombre de la empresa que lo desarrollo) (SAP 2023), para el registro de históricos de la información, como lo hacen en las plantas del grupo Bakus de Perú, parte de AB Inbev (Epiquien y Villena 2021). Así también para un estudio de Coca Cola Femsa en Bogotá estima que los ahorros tras la implementación de RCM y otras medidas de mejora para la gestión de mantenimiento, que radica en la reducción de 40% de fallas, lo que implica una reducción de costos en $18,000 USD aproximadamente. (Delgadillo, González y Nuñez 2018) La planta de Coca Cola Company en El Salvador es perteneciente al grupo Anheuser-Busch InBev (AB Inbev), esta planta tiene su propio modelo de gestión, donde requiere la utilización de RCM dentro de la gestión de mantenimiento, la planta cuenta con un sistema ERP SAP en el cual se valida la información de los procesos de materiales y servicios necesarios para mantener la confiabilidad de los activos. Además, se utiliza el módulo de mantenimiento preventivo y se establece la estructura de las líneas de producción para garantizar un seguimiento adecuado en la gestión de avisos y órdenes de trabajo requeridas. (Gestoni 2021) La utilización de RCM como metodología de gestión de planes de mantenimiento y SAP como software para la administración de información en El Salvador abarca otros rubros, como por ejemplo la industria 4 del plástico, donde se ha evidenciado la mejora de los procesos de mantenimiento tras la implementación de RCM y su utilización con SAP (Ordóñez, Rodríguez y Velasco 2017) Detallando el impacto, la novedad y la relevancia del tema de investigación, y el hecho descrito antes sobre como principales empresas de bebidas, como AB InBev y Coca Cola, utilizan RCM y tiene SAP como software para recopilación de información en distintas plantas, se propone la siguiente hipótesis: “Los planes de mantenimiento a partir de la implementación de RCM para una maquina sopladora K12C3 darán como resultado la disminución de costos operativos netos de la máquina”. Para los procesos operativos de las máquinas de envasado en PET, la sopladora es uno de los equipos que representa los mayores paros electromecánicos y costos por inactividad de la línea de producción. Según los datos analizados de los años 2022 y 2023, el 90% de las fallas de la línea son de carácter mecánico y la sopladora representa el 17.54% de esas fallas, siendo la segunda máquina que registra el mayor tiempo de inactividad por fallas. Además, se caracteriza por tener un tiempo promedio entre fallas de 33 horas y un tiempo promedio de solución de fallas de 0.46 horas ó 27 minutos; esto vuelve a la sopladora como el equipo con menor disponibilidad de toda la línea de producción, donde los elementos o subconjuntos a priorizar deben ser los moldes y la rueda de soplado por presentar el mayor número ponderado de riesgo. La creación de la botella es un proceso no negociable dentro de la compañía; sin embargo, es un proceso similar para los diferentes tipos de máquinas sopladoras y por esa razón el modelo de trabajo presentado puede replicarse a toda industria de envasado PET y sus máquinas sopladoras. (Roldán, y otros 2022). En la industria de envasado en El Salvador, específicamente en la planta de CSD de AB-Inbev, parte de La Constancia S.A., se ha puesto un énfasis significativo en la optimización de los procesos de mantenimiento como parte de un sistema de gestión integral implementado en los últimos dos años. Reconociendo la importancia crítica de esta área para mejorar la eficacia y la eficiencia operativa, se han adoptado enfoques reconocidos como el Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad (RCM) y el Mantenimiento Autónomo (ATO), integrándolos como elementos esenciales del sistema implementado desde 2019 (Gestoni, 2021). La planta de CSD ha destacado fortalezas en el análisis de causas raíz y la documentación detallada de soluciones aplicadas, respaldando así su compromiso con la mejora continua. Además, se han realizado aplicaciones exitosas de RCM en máquinas sopladoras de botellas en otras industrias en El Salvador, demostrando su eficacia para optimizar procesos y reducir costos de mantenimiento. Estas estrategias evidencian el potencial de RCM como una herramienta poderosa para la gestión estratégica y financiera, respaldando su continuación en equipos críticos identificados (Roldán et al., 2022). 5 1.2 Justificación En general, el mantenimiento centrado en confiabilidad (RCM) tiene un inmerso potencial para aumentar la confiabilidad de un sistema, mejorar el tiempo de actividad de una máquina, minimizar las averías del equipo y mejorar la eficiencia de las plantas de producción a bajos costos de operación (Ben et al., 2021). Todas las actividades del programa de mantenimiento deben tener como finalidad aumentar la disponibilidad y confiabilidad de una máquina, así se garantiza la reducción de fallas, lo que permite que máquina funcione correctamente durante un periodo especifico en condiciones definidas y al menor costo posible (Zeng et al., 2021). Es común que los planes de mantenimiento de la industria de envasado salvadoreña no estén fundamentados en datos históricos y/o ciclos de operación de las máquinas, lo cual compromete la confiabilidad de los equipos y aumenta los costos asociados al proceso productivo. Una tasa de mantenimiento baja implica un alto riesgo de fallas, mientras que una tasa más alta genera gastos significativos en términos de tiempo y costos de intervención. Por lo tanto, el área de optimización de planes de mantenimiento utilizando análisis de confiabilidad ha recibido una creciente atención (Yavuz et al., 2019). De esta manera, la aplicación de estos modelos de mantenimiento a los diferentes equipos de una línea de envasado PET, permitiría optimizar las tareas de mantenimiento planificadas, lo que aumentaría su disponibilidad y reduciría los costos por inactividad, garantizando así la continuidad operacional del negocio. 6 1.3 Objetivos 1.3.1 Objetivo general Proponer un nuevo programa de mantenimiento de una sopladora de envase PET Krones K12C3 utilizando RCM para la reducción de costos de operación de líneas de envasado. 1.3.2 Objetivo especifico 1. Presentar las políticas y la gestión de mantenimiento utilizadas en la industria de envasado de bebidas no alcohólicas a nivel mundial, con el fin de identificar oportunidades de mejor en los procesos de mantenimiento. 2. Evaluar el modelo de optimización de RCM para detallar los indicadores técnicos y económicos en la optimización de programas de mantenimiento. 3. Describir modelos estadísticos utilizados en la actualidad para funciones de confiabilidad y definición de frecuencias de intervención para establecer un marco de referencia en la toma de decisiones de tareas propuesta para mantenibilidad del equipo analizado. 4. Comparar el plan de mantenimiento propuesto con el plan de mantenimiento actual para identificar mejoras en la disponibilidad y reducción de los costos operativos. 1.4 Alcance Esta tesis se centra en proponer un programa de mantenimiento para una sopladora de botellas PET, debido a que este es el equipo es el que tiene menor disponibilidad en el área de envasado de la planta en cuestión, utilizando las herramientas de mantenimiento centrado en confiabilidad para reducir costos de operación por indisponibilidad. La tesis consta principalmente de dos partes para establecer los métodos necesarios para implementar un programa de mantenimiento basado en confiabilidad. La primera parte hace referencia a la descripción y caracterización de los ciclos de operación de la máquina sopladora para definir los diferentes sistemas y elementos mantenibles que garantizan su continuidad operacional aplicando la herramienta de análisis de modo de falla y efecto (AMEF) y análisis ponderado de riesgo. Además, en la segunda parte, se determinan los indicadores de mantenimiento referentes a la operación del equipo (disponibilidad operacional, tiempo promedio entre fallas, tiempo de inactividad y costos asociados por mantenibilidad e indisponibilidad) y se realiza la comparación entre el programa propuesto de mantenimiento basado en confiabilidad y el programa actual. 1.5 Limitaciones La tesis enfrentó diversas limitaciones relacionadas con el tiempo disponible, el tipo de industria, la cantidad y calidad de los datos analizados, y el enfoque metodológico seleccionado. Los datos utilizados, 7 correspondientes a un periodo de dos años, aunque adecuados para los objetivos del estudio, podrían no reflejar de manera precisa todas las tendencias a largo plazo. La naturaleza altamente variable del entorno industrial estudiado, dependiente de múltiples factores, añadió una complejidad considerable al análisis. Otra limitante importante se presentó durante la etapa de análisis de datos. Inicialmente, los datos estaban desorganizados, y el proceso de limpieza fue llevado a cabo por el equipo formado en la planta, compuesto en su mayoría por personal con poca experiencia en el modelo RCM. En un esfuerzo por mantener la veracidad de los resultados, muchas de las decisiones fueron tomadas por este equipo, lo que pudo haber influido en la precisión del análisis final. Adicionalmente, la limitada disponibilidad de bibliografía específica sobre la aplicación de modelos de RCM en la industria salvadoreña representó un desafío en términos de acceso a referencias locales. Esto dificultó la posibilidad de comparar de manera directa los resultados obtenidos con otros estudios realizados en el mismo contexto geográfico. Por último, fue necesario asumir que el proceso productivo estudiado se mantendría relativamente estable. En las primeras reuniones con el equipo de la planta, se acordó que las ventanas de mantenimiento futuras seguirían la tendencia observada en los dos años anteriores, manteniendo una periodicidad semanal, incluso durante festivos y temporadas de alta demanda. Esta premisa fue clave para el desarrollo del análisis, pero introduce un margen de incertidumbre ante posibles variaciones operativas en el futuro. . 8 2 CAPITULO II: MARCO TEÓRICO 2.1 Industria de embotellado Para comprender adecuadamente el proceso de soplado de envases PET, es esencial familiarizarse primero con el proceso de envasado en general. El proceso de envasado incluye varias etapas, que comienzan con la preparación del material y culminan con el empaque final del producto. Es fundamental considerar desde la selección del material adecuado hasta la aplicación de técnicas específicas de llenado y sellado, ya que cada paso desempeña un papel crucial en la protección y presentación óptima del contenido. En este contexto, el proceso de soplado de envases PET (tereftalato de polietileno) se destaca como una fase crucial, desempeñando un papel fundamental en la fabricación de envases de plástico ampliamente utilizados en diversas industrias (Yugsi, 2021a). El proceso de manufactura de bebidas no alcohólicas empieza en la sala de jarabe en donde en la preparación tradicional del jarabe, se mezclan productos en una proporción de aproximadamente 1 parte de jarabe (volumen) con entre 3 y 6 partes de agua (volumen). Esto permite hacer un lote concentrado de jarabe, que luego se mezcla con agua para formar el producto final. Para un producto a base de azúcar, el jarabe generalmente contiene azúcar con una concentración de 67 grados Brix, ácido cítrico, sabores, colorantes, conservantes y agua. Los ingredientes se pesan cuidadosamente y se agregan al recipiente de mezcla. El jarabe se prepara y se prueba completamente antes de enviarlo al carbonatador para mezclarlo con agua y carbonatarlo (Ashurst, 2005). Este proceso se realiza en la sala de jarabe como un proceso por lotes, lo que permite atender a la variedad de sabores de bebidas. Existen varios métodos para proporcional jarabe y agua de manera precisa, siendo el sistema más popular el uso de medidores de flujo. El jarabe generalmente se dosifica mediante un medidor de flujo de masa, y el agua se dosifica volumétricamente utilizando un medidor de flujo de inducción magnética. Esto permite tener en cuenta las variaciones de densidad dentro del jarabe para obtener el Brix requerido en el producto final. La última tecnología de estos carbonatador permite que el producto final se recoja en grandes recipientes de al menos 30,000 litros o se alimente directamente en línea al carbonatador, con el jarabe proporcionado individualmente como una premezcla y dosificación en línea de azúcar, ácido cítrico y otros componentes (Ashurst, 2005). La precisión de los medidores de flujo de masa garantiza que el producto se produzca con el Brix requerido, asegurando así la conformidad con las especificaciones, un control estricto de costos y un desperdicio mínimo (Ashurst, 2005) . La Figura 2-1 describe el procedimiento descrito para la formulación de la bebida antes de ser enviado a las líneas de envasado. 9 Figura 2-1: Preparación de producto utilizando medidores de flujo. Fuente: Adaptado de Ashrut, 2005. El envasado de bebidas no alcohólicas abarca diversos procesos, y las líneas de envasado se adaptan según el material del envase. Aquí se describen brevemente los procesos comunes asociados a distintos tipos de envases (Steen & Ashurst, 2006): ● Envasado en botellas PET: las botellas de plástico PET son populares para bebidas como refrescos y aguas. En esta línea, se incluye el transporte de las botellas, el enjuague para garantizar la higiene, el llenado del líquido deseado y el sellado de las tapas. ● Envasado en latas: las bebidas carbonatadas a menudo se envasan en latas de aluminio. Las líneas automáticas completan el llenado y sellado de las latas, asegurando un proceso rápido y eficiente. ● Envasado en botellas de vidrio: para bebidas premium o gourmet, las botellas de vidrio son preferidas. El proceso implica enjuagar las botellas, llenarlas con el líquido correspondiente y sellarlas adecuadamente. ● Envasado en bolsas o pouches: bebidas como jugos y bebidas isotónicas pueden envasarse en bolsas o pouches. Las líneas semiautomáticas permiten el llenado de estas bolsas, a menudo con intervención manual para ciertos pasos. ● Envasado en envases Tetra Pak: utilizada para leche y jugos, esta línea implica el llenado y sellado de envases compuestos de cartón, aluminio y plástico. 10 Cada tipo de línea de envasado se adapta a las características del envase, ofreciendo eficiencia y precisión en el proceso. El objetivo es asegurar la calidad del producto, la higiene y la presentación adecuada en el mercado. 2.1.1 Máquinas que conforman una línea embotelladora En el área de embotellado, el jarabe concentrado experimenta varias etapas clave. Primero, se diluye con agua para lograr la concentración deseada. En casos de bebidas carbonatadas, se introduce dióxido de carbono para proporcionar efervescencia. Las botellas se llenan de manera precisa, herméticamente y se etiquetan con información relevante. Posteriormente, las botellas llenas y etiquetadas se agrupan en paquetes secundarios y se paletizan para facilitar el transporte eficiente. Finalmente, las paletas se almacenan temporalmente antes de su distribución a centros y puntos de venta. Este proceso asegura que las bebidas se envasen de manera eficiente y cumplan con los estándares de calidad y seguridad alimentaria (Ashurst, 2005). El proceso descrito se esquematiza para una línea típica de envasado PET en la Figura 2-2, donde los recuadros negros representan las diferentes máquinas, los recuadros azules las entradas y el recuadro rojo la salida. Figura 2-2: Diagrama de una línea de envasado PET de bebidas carbonatadas. Fuente: Adaptado de Ashrut, 2005. El proceso de envasado de una línea PET se puede dividir en tres subprocesos o secciones. A continuación, se presentan los diagramas de proceso y una descripción de cada máquina que lo conforman, tal como se pueden observar en las Figura 2-3, Figura 2-4 y Figura 2-5. 11 Figura 2-3: Diagrama de Proceso de Envasado, sección de Soplado de Botellas. Fuente: Elaboración propia. Sopladora de botellas: el proceso de soplado en la industria de alimentos, específicamente en envases PET, implica varias etapas o subprocesos clave las preformas, la cual es la materia prima para este proceso, se transforman en envases finales. A continuación, se muestran las siguientes: 1. Alimentación de preformas: el proceso comienza con la alimentación de preformas de PET en la máquina sopladora. Las preformas son pequeñas botellas de PET con forma tubular y cuellos roscados que se han fabricado previamente mediante un proceso de moldeo por inyección de aire, de forma a granel en totes se dejan caer las preformas en una tolva para estas sean elevadas y colocadas en un transporte que hará ingresar las preformas en el horno de calentamiento de preformas (Barros, 2018). 2. Horno para calentamiento de preforma: las preformas se introducen en un horno, donde son calentadas a una temperatura específica acorde a las especificaciones del material y el producto final. El calentamiento suave y uniforme es crucial para lograr una distribución homogénea del material y evitar deformaciones no deseadas (Barros, 2018). 3. Soplado: después de salir del horno, las preformas calientes se transfieren a la sección de soplado de la máquina. Aquí, las preformas se colocan en moldes que tienen la forma final del envase deseado (Barros, 2018). Un sistema de soplado utiliza aire comprimido, en un rango de presiones pueden variar entre 7 Bar y 40 Bar para expandir las preformas calientes contra las paredes del molde, tomando su forma definitiva. Este proceso se conoce como estirado-soplado (Barros, 2018). La presión del aire y la temperatura controladas con precisión aseguran la formación adecuada del envase y evitan defectos como burbujas de aire o paredes irregulares. 4. Enfriamiento: después de soplado, los envases recién formados se enfrían para que mantengan su forma. Esto suele hacerse mediante sistemas de enfriamiento controlados(Barros, 2018). Etiquetadora: en una etiquetadora rotativa, los envases llegan y son separados por un tornillo sinfín. La estrella de entrada lleva los envases a una mesa giratoria donde se fijan y centran para el proceso de etiquetado. En cada conjunto de etiquetado, un rodillo encolador aplica una fina capa de adhesivo sobre paletas encoladoras revestidas de goma. Estas paletas encoladas extraen las etiquetas del cargador y las 12 colocan con precisión en los envases en la mesa porta envases. Cepillos o esponjas fijan y alisan las etiquetas en los envases, que luego son recogidos por la estrella de salida y entregados al transportador. Este proceso asegura un etiquetado preciso y eficiente de los envases (Balcázar, 2016; Krones, 2023). Transporte Neumático (Aéreo): el transporte neumático para botellas PET se utiliza después de la sopladora y etiquetadora, se centra en garantizar la higiene, evitar la contaminación y preservar la calidad de las botellas antes de llenarlas con el fluido necesario. Estos transportadores neumáticos aprovechan el bajo peso de las botellas para conducirlas a través de rieles, utilizando el cuello de la botella. El funcionamiento se basa en la creación de una diferencia de presión en dos puntos del transportador. Se instala un ventilador de aire que sopla aire desde un extremo, generando un flujo de aire que impulsa las botellas de un tramo a otro. Dado que las botellas están vacías y pronto serán llenadas, el aire circula a través de filtros para prevenir la contaminación. La ventaja clave de estos transportadores es que son aéreos, lo que significa que no ocupan espacio en la planta, contribuyendo a una solución eficiente y compacta (Huamán, 2018). Enjuagadora de botellas: es una máquina especializada en limpiar y preparar botellas antes de su llenado. El proceso comienza con la alimentación de las botellas desde la etapa anterior del proceso, siendo separadas y posicionadas individualmente para garantizar un enjuague uniforme. Las botellas pasan por un rociado con agua o solución desinfectante mediante boquillas, mientras la enjuagadora rota para asegurar una cobertura completa. Posteriormente, se drena el exceso de líquido para garantizar que las botellas estén secas antes de avanzar al siguiente paso. Las botellas enjuagadas son entonces transportadas fuera de la máquina, listas para el proceso de llenado. Este procedimiento es crucial para cumplir con los estándares de higiene y calidad en la producción de envases para la industria de alimentos y bebidas (Huamán, 2018). Figura 2-4: Diagrama de Proceso de Proceso de Envasado, sección de Llenado de Botellas. Fuente: Elaboración propia. Mezclador de Bebida: el carbocooler o equipo de mezcla se utiliza en la producción de bebidas carbonatadas para agregar dióxido de carbono a productos carbonatados. El proceso comienza con la tubería que transporta jarabe desde la sala de jarabes compuestos y otra que lleva agua tratada desde la planta de tratamiento de agua. Ambas tuberías convergen en un mixer de tres vasos, donde se realiza la 13 mezcla de agua y jarabe. Una bomba de mixtura luego envía la mezcla al tanque carbonatador, un recipiente hermético con chaquetas de enfriamiento llenas de amoniaco líquido. La mezcla cae como ducha sobre las chaquetas por gravedad, y simultáneamente, el dióxido de carbono a presión se introduce por la parte inferior del tanque. La combinación del dióxido de carbono con la mezcla enfriada finaliza el proceso, y la mezcla es transportada a la máquina llenadora mediante una tubería, todo bajo la presión interna del carbocooler. Este procedimiento asegura una mezcla eficiente y carbonatación adecuada en la producción de bebidas no alcohólicas (Mostacero, 2018). Llenadora de botellas: el proceso de llenado en una máquina llenadora de botellas PET para bebidas no alcohólicas consta de diversas etapas cruciales. En primer lugar, las botellas vacías son alimentadas al sistema desde la etapa previa del proceso, como una enjuagadora o un transportador. Luego, un sistema de transporte selecciona y posiciona individualmente las botellas en las estaciones de llenado, asegurando una ubicación precisa para evitar derrames durante el proceso (Mostacero, 2018).En estas estaciones, donde se ubican las válvulas de llenado, las botellas son llenadas con el producto deseado utilizando métodos diversos, tales como por gravedad, por bomba, por pistones, por medición de caudal, o por presión o vacío, dependiendo de la precisión requerida y del tipo de producto. A continuación, se implementan sistemas de control para asegurar que cada botella se llene hasta el nivel adecuado, utilizando sensores de nivel, pesaje o mediciones volumétricas, según la tecnología empleada en la llenadora. Tras el llenado, algunas llenadoras también realizan operaciones de sellado y cierre de las botellas, que pueden incluir la aplicación de tapas o tapones para garantizar la hermeticidad del envase. Finalmente, las botellas llenas son transportadas fuera de la máquina, generalmente a través de un sistema de transporte continuo, para dirigirse a la siguiente etapa del proceso, que podría ser el etiquetado, el empaque o el paletizado. Es esencial que todo el proceso esté sincronizado y controlado con precisión para asegurar un llenado consistente y mantener la calidad del producto en las botellas PET. El diseño y la configuración de la llenadora pueden variar según las necesidades específicas de la industria y del producto envasado. Después de pasar por la llenadora, las botellas son tapadas mecánicamente mediante una capsuladora con cabezales de roscado. Este proceso inicia cuando las tapas son suministradas desde el almacén de insumos y vertidas en la tolva de tapas, la cual las almacena hasta que comienzan a descender por el carril de tapas, guiadas por sensores de acumulación. Al ingresar a la máquina a través de estrellas, las botellas llegan a la zona del plato porta puntas, donde las puntas sostienen firmemente la botella mientras se aplica el torque para capsularla. La velocidad en este paso es crucial para garantizar calidad y esterilidad al producto, evitando derrames que podrían resultar en la proliferación de hongos. 14 Inyector de Nitrógeno: después de llenar la botella, un dosificador de nitrógeno líquido, situado en una estrella de salida, rocía un chorro líquido en su interior. La función principal de este dosificador es generar presión interna, desplazando el oxígeno y previniendo la descomposición y proliferación de microorganismos en el producto. Además, el nitrógeno secundariamente proporciona consistencia a la botella PET, especialmente cuando la masa de resina, conocida como gramaje, se ha reducido, logrando esto mediante la vaporización y presurización interna de la botella, esto último para bebidas no carbonatadas, ya que en las bebidas carbonatadas el CO2 cumple esta función (Mostacero, 2018). Codificador de botellas: el proceso de codificación con láser de botellas PET para bebidas comienza cuando la botella capsulada sale de un transportador. En este paso, un cañón láser entra en acción, quemando el plástico de la botella en la zona del hombro. Este proceso de marcado láser fija de manera permanente la fecha de vencimiento y el lote en la botella, con el propósito de establecer trazabilidad en la producción (Mostacero, 2018). Figura 2-5: Diagrama de Proceso de Proceso de Envasado, sección de Empacado de Botellas Fuente: Elaboración propia. Transporte de botellas: el transporte de tablillas para envases PET de bebidas carbonatadas incorpora avanzadas tecnologías, destacando el uso de transportadores de botellas equipados con cadenas de tablillas. Estas cadenas, compuestas por eslabones de acero inoxidable, estándar o de baja fricción, nilón, o plásticas de poliacetal, forman un conjunto integral con una cadena de transporte, engranajes motrices, superficie de deslizamiento y rodillos de apoyo. Esta innovación contribuye significativamente a la eficiencia y calidad del proceso de embotellado de bebidas carbonatadas al garantizar un transporte preciso y fiable de los envases a lo largo de la línea de producción (Paz Salazar & Valerio Broncano, 2019). Empacadora de botellas: también llamada termoenfarradora, realiza un proceso eficiente de empacado para botellas PET, iniciando con la alimentación de las botellas en un transportador equipado con barras acomodadoras y dedos separadores que organizan las botellas en filas. Simultáneamente, dos bobinas en la parte inferior contienen film termocontraíble, el cual es elevado mediante un sistema de vacío y por medio de barras se envuelven las botellas formando paquetes. Posteriormente, estos paquetes ingresan al horno, donde el film se contrae a alta temperatura, asegurando un sellado óptimo alrededor de las botellas. El proceso concluye cuando los paquetes termoenfarrados salen de la máquina, son colocados en pallets y 15 trasladados al almacén de productos terminados a temperatura ambiente para su posterior venta. Este sistema garantiza paquetes de botellas que cumplen con estándares de calidad y presentación (González, 2015; Mostacero, 2018). Paletizadora de paquetes: esencial en almacenaje y transporte, organiza mercancías sobre un palé para mejorar la manipulación, optimizar el espacio y agilizar carga y descarga. Puede ser manual o mediante máquinas paletizadoras, combinando componentes mecánicos y eléctricos para colocar productos en palés, facilitando la formación de estibas. También se emplean hojas deslizables entre el producto para mejorar su estabilidad. Las paletizadoras automáticas, como las que utilizan robots, ofrecen eficiencia en producciones con altas cadencias y mejoran la ergonomía. Se destacan los sistemas de transporte automático y software de gestión para el control y trazabilidad en almacenes automatizados. La paletizadora funciona como base estable para la disposición ordenada de productos, optimizando su manejo y almacenamiento (Olmos & Fuentes, 2019). Envolvedora de tarimas: la envolvedora de pallets opera con un sistema automático de paletizado, utilizando variadores de velocidad para controlar la rotación de la tornamesa y el carro porta-bobina. La transmisión de la tornamesa se basa en un disco-cadena cubierto por una plataforma, mientras que la del carro porta-bobina se realiza mediante piñón cadena, elevando verticalmente el sistema que porta la bobina de polystretch (Plástico). El mecanismo se activa mediante un tablero análogo con mando rotatorio y control de velocidad para programar secuencias. Incluye sensores finales de carrera, un sensor para detectar el pallet y definir la altura máxima del movimiento vertical, así como un pulsador de stop. La envolvedora presenta tres movimientos clave: el giro de la tornamesa para envolver el polystretch alrededor del pallet, el movimiento vertical para distribuir el polystretch en el pallet y el movimiento de los rodillos porta-bobina que suministra el polystretch para su distribución (Grueso & Acosta, 2020). En los últimos años, la planta de CSD (Carbonated Soft Drinks) de AB-Inbev en El Salvador, parte de La Constancia S.A., ha enfocado sus esfuerzos en mejorar la eficacia y eficiencia operativa mediante la implementación de un sistema de gestión integral. Se ha reconocido que una de las áreas críticas para alcanzar estos objetivos es la gestión de mantenimiento. Desde 2019, se han adoptado herramientas como el Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad (RCM) y el Mantenimiento Autónomo (ATO), integrándolos como pilares esenciales del sistema de gestión. La planta exhibe fortalezas en el análisis de causas raíz y está introduciendo el RCM como parte de sus iniciativas de mejora continua, con el fin de alcanzar estándares de clase mundial en gestión de mantenimiento. La implementación de RCM en la industria embotelladora salvadoreña, respaldada por un modelo avanzado de gestión de mantenimiento y auditoría adaptativa, ha demostrado beneficios significativos, especialmente en la reducción de costos de 16 mantenimiento. Esto subraya la eficacia de RCM como una herramienta poderosa para la toma de decisiones financieras y estratégicas, fortaleciendo su continuación para los equipos identificados como críticos. 2.2 Soplado de envase PET El tereftalato de polietileno (PET) es un termoplástico poliéster que se fabrica combinando ácido tereftálico purificado (PTA), que proviene de la oxidación y purificación del paraxileno (derivado del petróleo) y etilenglicol (EG), combinados en un proceso de policondensación para formar un polímero (Yugsi, 2021b). El tereftalato de polietileno representa uno de los cambios más significativos en cuanto a materiales de envasado disponibles para los mercados de bebidas, pues ha permitido el desarrollo de cadenas de suministro más flexibles y extensas (Ashurst, 2005). Los termoplásticos tienen la capacidad de ablandarse con el calor y se endurecen al enfriarse, y se utilizan principalmente en la producción de envases de bebidas y alimentos debido a sus propiedades descritas en la Tabla 2.1, tales como: impermeabilidad, resistencia al desgaste, rigidez y capacidad para ser reciclados (Yugsi, 2021a). Tabla 2.1: Propiedades del tereftalato de polietileno. Propiedad Valor Temperatura de transición vítrea (Tg) 73 . 80 °C Temperatura de fusión (Tf) 245 – 265 °C Densidad 1.29 – 1.40 g/cm3 Rendimiento 30 m2/kg Resistencia a la tensión 48.2 – 72.3 Mpa Módulo de tensión 2.756 – 4.135 Mpa Resistencia al desgarre 30 gr/25μ, película Permeabilidad O2 0.12 – 0.24 cm3/μm/mt2 día atm, 25°C Permeabilidad CO2 0.59 – 0.98 cm3/μm/mt2 día atm, 25°C Absorción de agua 0.1 – 0.2 % 0.32 cm espesor 24 hr Fuente: Adaptado de Yugsi, 2021. 17 2.2.1 Estados del tereftalato de polietileno (PET) Durante el proceso de fabricación, el tereftalato de polietileno (PET) sufre diferentes cambios de estado, desde su formación líquida inicial hasta su forma sólida y cristalina en la botella final. En cada una de estas etapas, el PET adquiere las propiedades específicas que lo hacen adecuado para el envasado de bebidas (Steen & Ashurst, 2006). En el estado amorfo, las fibras o moléculas del PET son aleatorias y desarregladas, es decir, no existe un orden o patrón cristalino orientado a nivel molecular. En este estado presenta propiedades de barrera pobres a los gases, transparencia y baja rigidez. Por otro lado, en al estado cristalino, la estructura molecular está alineada de manera regular y se caracteriza por ser transparente, claro, resistente a la presión y con excelentes propiedades de barrera a los gases (Yugsi, 2021a). 2.2.2 Preformas Se realiza un proceso de calentamiento, extrusión, secado y corte para la fabricación de pellets, estos son polímeros de forma cilíndrica de diámetro y longitud muy pequeña que son utilizados como materia prima para elaboración de la preforma (Yugsi, 2021a). La preforma son polímeros que obtienen mediante un proceso de inyección, su forma es cilíndrica hueca que tiene un cuello y una rosca en su extremo mejor conocido como finish, el cual puede variar acorde al tamaño y volumen del envase a producir. De ser necesario, en esta etapa se pueden agregar capas de otros materiales como etileno o nailon, que permiten mejorar las propiedades físicas del PET (Ashurst, 2005). Los procesos de conformado de polímeros en los cuales se transforman las preformas a envases son los siguientes: 1. Proceso de inyección y soplado. 2. Proceso de extrusión y soplado. 3. Proceso de estirado y soplado. Cada proceso depende del tipo de material que se utilice para el conformado de envases, en las plantas embotelladoras de bebidas de gran escala, el proceso más confiable y eficiente es el procedo de estirado y soplado, pues ofrece las mayores velocidades y eficiencias de producción de envases. Además, este método es versátil y puede adaptarse para producir una amplia variedad de preformas y tamaños de envase para satisfacer las necesidades específicas de los clientes y de los productos. (Yugsi, 2021a). 2.2.3 Envase Un envase se define como un recipiente cilíndrico hueco que puede estar fabricado con diversos materiales y que tiene la función de contener, proteger, manipular y preservar líquidos, generalmente aptos para el consumo humano, en cualquier etapa de su proceso productivo, distribución o venta. El envase final debe cumplir con las especificaciones establecidas por la planta embotelladora y sus componentes son 18 fundamentales para llevar a cabo el control de calidad del producto. Estos componentes incluyen la rosca, el hombro, el cuerpo y la base o asiento petaloide. Cada una de estas partes esencialmente contribuye a determinar la apariencia y calidad del producto final. En la Tabla 2.2 se muestran las partes principales de un envase diseñado para contener bebidas y sus principales funciones (Yugsi, 2021a). Tabla 2.2: Descripción y partes de un envase PET. Rosca: asegura la tapa y garantiza un cierre hermético para preservas la frescura del líquido contenido. Cuello: espacio vacío entre la superficie del líquido envasado y la tapa del envase, actúa como barrera protectora. Hombro: facilita el vertido del líquido y proporciona el espacio para colocar etiquetas o impresiones. Cuerpo: constituye la mayor parte del envase y es donde se encuentra el líquido contenido. Base: proporciona estabilidad y soporte al envase. Fuente: Adaptado de Yugsi, 2021. El envase no es solo un contenedor, sino una parte integral del proceso de producción y distribución de líquidos consumibles. Cada componente del envase cumple con una función específica que asegura la calidad del producto envasado y su presentación ante el consumidor final. Factores que influyen en la calidad del envase. Durante el proceso de fabricación de preformas y botellas, el material experimenta múltiples ciclos de calentamiento, lo que puede ocasionar cambios en valores cruciales como el porcentaje de acetaldehído, la viscosidad intrínseca y la cristalinidad. Estos parámetros son de gran relevancia para determinar las propiedades finales de las botellas (Yugsi, 2021a). 1. Porcentaje de acetaldehído: líquido incoloro con sabor frutal que se encuentra en la resina PET en bajas cantidades, siendo el principal producto de la degradación que esta sufre por encima de los 150°C. Se vuelve una variable crítica para el proceso de envasado de agua. 2. Viscosidad intrínseca: indica la longitud media de las moléculas o masa molecular promedio. A mayor masa molecular, más elevada es la resistencia mecánica, impermeabilidad y menor será la velocidad de cristalización del polímero. 3. Nivel de cristalinidad: influye en la apariencia física de la botella, ya que al aumentar se pierden las propiedades ópticas y mecánicas. 19 4. Absorción de humedad del ambiente: El PET tiende a absorber humedad del ambiente que depende de varios factores, como tiempo de almacenamiento, temperatura, punto de rocío del ambiente y porcentaje de cristalización de la resina. 2.2.4 Proceso de moldeo por estirado y soplado de envase PET El ciclo operativo mediante el cual se obtiene la producción de envases en una planta embotelladora puede resumirse en diferentes etapas de proceso, que contemplan el transporte, acondicionamiento, y soplado del envase (Hernández, 2012). Alimentador de preforma. En esta etapa del proceso se garantiza el flujo continuo y correcto de las preformas necesarias para alimentar a la sopladora. La Figura 2-6 muestra como la preforma se descarga en una tolva y es arrastrada hacia el orientador, este dispone correctamente las preformas antes que se envíen al selector de alimentación, dispuestas con el cuerpo abajo, cuello arriba y una al lado de la otra. Por gravedad, las preformas bajan por los rodillos orientadores y se dirigen hacia el selector de preformas (Yugsi, 2021a). Figura 2-6: Alimentación de preformas. Fuente: Adaptado de Yugsi, 2021. Carga y transferencia de preformas. La Figura 2-7 muestra como las preformas presentes en el selector de alimentación se cargan en microcilindros neumáticos, los cuales insertan los cuellos de las preformas en ejes giratorios, también conocidos como porta preformas (Yugsi, 2021a). 20 Figura 2-7: Carga y transferencia de preforma Fuente: Adaptado de Yugsi, 2021. Acondicionamiento de preformas. Las preformas se trasladan hacia los hornos de penetración y hornos de distribución ejecutando un movimiento de traslación y otro de rotación. El movimiento de traslación permite el pasaje progresivo de las preformas en los hornos dispuestos en serie, mientras que el movimiento de rotación permite un calentamiento uniforme, tal como se muestra en la Figura 2-8. Las preformas solo alcanzan el perfil térmico ideal después de un enfriamiento espontaneo al aire libre (inversión térmica), bajo estas condiciones el tereftalato de polietileno es deformable, gomoso, elástico y se mantiene en estado amorfo durante suficiente tiempo para ser estirado y soplado (Hernández, 2012). Figura 2-8: Acondicionamiento de preforma. Fuente: Adaptado de Yugsi, 2021. Moldeo por estirado y soplado. La fase de estirado y soplado es la parte fundamental del proceso que permite el paso de preforma a envase. La preforma se deposita en los moldes de soplado donde sufren un estirado vertical por efecto de la barra de estirado de accionamiento neumático (Yugsi, 2021a). La formación de la botella ocurre en tres 21 etapas que suceden en fracciones de segundos. La primer etapa o estirado, se ocurre cuando la barra de estiramiento se introduce por el cuello de la preforma y se genera la deformación en el sentido longitudinal hasta alcanzar la altura total del envase. La segunda etapa o pre-soplado, ocurre en paralelo al estirado y se introduce aire comprimido a baja presión (6 a 12 bar) lo que ocasiona la deformación en sentido radial. La última etapa o soplado final, se introduce aire comprimido seco a alta presión (30 a 40 bar) lo que permite el moldeo del PET contra el molde y da la forma deseada del envase. Una vez finaliza esta etapa, el envase soplado está listo para pasar a proceso de llenado. La Figura 2-9 resume las etapas del moldeo por estirado y soplado del envase PET (Hernández, 2012). Figura 2-9: Conformado del envase en un molde de soplado. Fuente: Adaptado de Yugsi, 2021. 2.2.5 Máquinas sopladoras Las máquinas sopladoras están formadas por sistemas electromecánicos que posibilitan la producción de envases mediante la introducción de aire comprimido de alta presión en moldes preinstalados (Hernández, 2012). Estas máquinas se pueden clasificar en dos tipos: rotativas y lineales. Las características principales de estas máquinas son el número de moldes que pueden manejar, la velocidad de producción de envases, la cantidad de hornos disponibles para acondicionar las preformas antes del soplado, así como la capacidad de aire y refrigeración requerida para el proceso. Además, para su funcionamiento óptimo, las máquinas sopladoras dependen de equipos auxiliares como compresores de alta presión, sistemas de lubricación y sistemas de refrigeración (Yugsi, 2021a). 1. Máquinas sopladoras rotativas: Estas máquinas se constituyen de un mecanismo giratorio denominado rueda de soplado que dispone de una rueda dentada principal, engranaje intermedio, engranaje motriz y rodamiento principal, los cuales ejecutan el giro de los bastidores. La apertura 22 y cierre de los moldes es vertical a través de un mecanismo de levas por donde se deslizan los rodamientos de la prensa en cada etapa de transferencia de preforma. 2. Máquinas sopladoras lineales: Estas máquinas se constituyen de un mecanismo lineal denominado prensa de soplado que dispone de columnas, eslabones, guías y rodamientos lineales los cuales ejecutan el movimiento horizontal de apertura y cierre de moldes (Yugsi, 2021a). Moldes de soplado. El molde desempeña un papel fundamental en el proceso de estirado y soplado del plástico, donde se utiliza la preforma y el aire comprimido para dar forma al producto final y luego enfriarlo. El diseño del molde es crucial, ya que determina características clave del producto, como su tamaño, forma, dimensiones, acabado y, en ocasiones, sus propiedades físicas. Algunos aspectos importantes a considerar incluyen comprender con precisión el diseño del envase y la preforma, revisar las dimensiones y tolerancias de las piezas y seleccionar el tipo adecuado de máquina sopladora (lineal o giratoria) según los requisitos del diseño del molde. Además, es esencial tener en cuenta aspectos como la concentración del material, el flujo característico, la abrasión y los requisitos de calentamiento y enfriamiento durante el proceso de soplado del material (Yugsi, 2021a). La Tabla 2.3 muestra un resumen de las principales partes que conforman un molde de soplado rotativo y lineal respectivamente. Tabla 2.3: Partes de un molde de soplado rotativo y soplado lineal. Partes de un molde de soplado rotativo A: Cavidad interna. B: Cavidad externa móvil. C: Cavidad de fondo de molde. D: Horquilla de expulsión preforma – envase E: Conectores de refrigeración de molde. Partes de un molde de soplado lineal 1: Cavidad. 2: Fondo. 3: Sistema de agua. 4: Cuello. 5: Placas de respaldo. 6: Salida de aire. 7: Pines guías. 8: Accesorios. Fuente: Adaptado de [Yugsi, 2021]. 23 2.3 Modelos de mantenimiento en la industria La industria manufacturera actual debe tratar como uno de los principales factores la optimización del mantenimiento; la fiabilidad, la calidad de la producción y la eficiencia energética tienen ahora una relevancia grande en la toma de decisiones de una compañía. Surge de esta manera una creciente necesidad de aumentar la competitividad de un negocio dentro de una idea de una industria optimizada y sustentable(Xia et al., 2022). La competitividad sugerida ha desarrollado en la industria cada vez implementes sistemas o maquinas más complejas que suponen una interdependencia de sus componentes, donde también el deterioro se vuelve un factor escalable y el análisis parte desde los modos de fallas individuales, donde un componente falla de manera total o parcial y este afecta a los demás componentes provocando un desgaste prematuro o generando una falla total del conjunto a lo que la literatura llama interacción de las degradaciones (Wang et al., 2022a). En la búsqueda de mantener los equipos y sistemas de manera que puedan ejercer su función para la cual fueron diseñados, existen técnicas o estrategias de mantenimiento que buscan de cierta manera adecuarse a los distintos tipos de fallas que se presentan en los equipos, tales como, mantenimiento basado en condición, mantenimiento predictivo, mantenimiento prescrito, mantenimiento preventivo y en los recientes años el modelo de mantenimiento en linea (Ulansky & Raza, 2023). 2.3.1 Políticas de mantenimiento Históricamente las políticas de mantenimiento han evolucionado desde que se identifica mantenimiento como como una herramienta que involucra a varias partes interesadas de una compañía y del crecimiento de la competitividad. En un principio el mantenimiento no se veía como un aliado de la compañía y se inicia con una política de mantenimiento reactivo, el cual consiste en utilizar los elementos directamente hasta que su funcionabilidad no pueda continuar, correr hasta la falla; a medida existió una evolución en el concepto y en la visión del mantenimiento surge una corrección a el modelo y la política se corrige como mantenimiento preventivo, la cual a su vez engloba dos estrategias, un mantenimiento programado y un mantenimiento basado en condición; el modelo basado en condición consiste en un monitoreo constante del estado de los componentes y de ahí surge una nueva categoría, mantenimiento predictivo, siendo este último un monitoreo de condición enfocado a la prevención del desgaste (Silvestri et al., 2020). 2.3.2 Actividades de mantenimiento Los modelos de mantenimiento tratan sobre como es el abordaje del mantenimiento, desde el control de procesos a implementar para la programación hasta su metodología de realización. Así como existen modelos de mantenimiento, también existe una clasificación de las actividades que tendrán lugar una vez se inicien los procesos de mantenimiento, estas actividades se utilizan en las diferentes políticas de 24 mantenimiento descritas anteriormente y se describen en la Tabla 2.4. Principales actividades de mantenimiento. Tabla 2.4. Principales actividades de mantenimiento. Actividad Descripción Inspección Verificación de la conformidad del funcionamiento mediante mediciones, observación o ensayos de características relevantes. Monitorización de la condición Mide intervalos predeterminados las características y los parámetros del estado físico real de un elemento. Ensayo de conformidad Validación de una característica o propiedad cumple requisitos establecidos. Verificación de función Prueba realizada posterior a intervenciones para verificar que elemento es capaz de realizar su función Mantenimiento de rutina Actividades de mantenimiento simple, regulares o repetidas. Revisión general (overhaul) Conjunto de acciones de mantenimiento preventivo que se realizan con objeto de mantener el nivel requerido de desempeño de un elemento. Diagnóstico de avería Acciones que se realizan para el reconocimiento de una avería, localización y definición de sus causas Localización de avería Acciones para identificar el nivel de intervención apropiado y elemento averiado. Recuperación Evento en el que después de un fallo se restablece el estado de disponibilidad. Reparación Acción física que se realiza para restablecer la función requerida de un elemento averiado Reparación Temporal Acción para permitir que un elemento averiado realice la función requerida durante un intervalo de tiempo limitado. Reconstrucción Acción posterior al desmantelamiento y reparación o remplazo de subelementos que se aproximan al final de su vida útil. Mantenimiento excepcional Mantenimiento preventivo que es infrecuente Fuente: Adaptado de UNE13306, 2021. 2.3.3 Principales indicadores de mantenimiento Con el objetivo de poder comparar el desempeño entre las diferentes metodologías o estrategias de mantenimiento se establecen indicadores clave, la UNE13306 orienta por medio de una definición en la Tabla 2.5: Principales indicadores de costo de mantenimiento., dentro de los cuales los relevantes para este 25 estudio en confiabilidad se encuentran: Costo de ciclo de vida, tiempo medio de funcionamiento entre fallos, tiempo medio entre fallos, tiempo medio de reparación y tiempo medio hasta la recuperación. Tabla 2.5: Principales indicadores de costo de mantenimiento. KPI COSTOS Costo de ciclo de vida Todos los costes generados durante el ciclo de vida de los elementos Tiempo medio de funcionamiento entre fallas Es la esperanza matemática de funcionamiento de la maquina con elementos reparables entre fallos Tiempo medio entre fallos Media aritmética entre tiempos previo a un fallo. Tiempo medio de reparación Media aritmética de los tiempos de reparación. Tiempo medio hasta la recuperación Media aritmética entre los tiempos hasta la restauración de un equipo. Fuente: Adaptado de UNE13306, 2021. 2.4 Mantenimiento centrado en confiabilidad (RCM) El Mantenimiento Basado en Confiabilidad o RCM (Reliability Centered Maintenance, por sus siglas en inglés), es una metodología utilizada en la gestión de mantenimiento de equipos e instalaciones industriales. Su objetivo principal es optimizar las rutinas de mantenimiento de los activos, asegurando la confiabilidad operativa y minimizando los costos asociados (Moubray, 1997). RCM busca responder las siguientes 7 preguntas sobre la equipo, máquina o sistema en revisión a través de su análisis: 1. ¿Cuáles son las funciones y respectivos estándares de desempeño de este bien en su contexto operativo presente? 2. ¿En qué aspecto no responde al cumplimiento de sus funciones? 3. ¿Que ocasiona cada falla funcional? 4. ¿Qué sucede cuando se produce cada falla en particular? 5. ¿De qué modo afecta cada falla? 6. ¿Qué puede hacerse para predecir o prevenir cada falla? 7. ¿Qué debe hacerse si no se encuentra el plan de acción apropiado? El proceso que resume la implementación de RCM sobre un sistema o equipo se resume en el diagrama mostrado en la Figura 2-10. 26 Figura 2-10: Proceso de Implementación de RCM. Adaptado de Aguilar, Torres & Magaña, 2009. 2.4.1 Grupo de Revisión o Equipo Natural. En el marco del RCM, un equipo natural se forma para abordar las 7 preguntas fundamentales del proceso. Este equipo incluye a personas con diversas funciones dentro de la organización, permitiendo así una colaboración integral en la obtención de respuestas. El personal de mantenimiento, por sí solo, no puede responder todas las preguntas, ya que algunas requieren aportes del personal de producción u operación, especialmente en lo relacionado con el funcionamiento deseado del equipo y los efectos de los fallos (Flores et al., 2023). La Figura 2-11 muestra los integrantes mínimos que deben componer un equipo natural en RCM. 27 Figura 2-11: Integrantes de un Equipo Natural de Trabajo. Adaptado de Aguilar, Torres & Magaña, 2010. La importancia de integrar a aquellos que interactúan diariamente con los equipos se destaca, ya que su experiencia proporciona información valiosa para el análisis RCM. La formación de estos equipos debe considerar la inclusión de personas de diferentes departamentos para garantizar una variedad de perspectivas. Se sugiere que estos equipos tengan entre 4 y 7 miembros, siendo ideal un grupo de 5 o 6 componentes para asegurar la diversidad de conocimientos y experiencias (Aguilar-Otero et al., 2010). La Tabla 2.6 muestra un resumen con los roles que cada integrante del equipo natural debe contar. Tabla 2.6: Descripción de rol para cada integrante del grupo natural. Integrante Rol Personal operativo Expertos en el manejo diario de sistemas y equipos. Su experiencia práctica proporciona información valiosa sobre el funcionamiento real y las expectativas operativas. Personal de mantenimiento Especialistas en reparación y mantenimiento de sistemas y equipos. Su conocimiento técnico contribuye a evaluar la viabilidad de las estrategias de mantenimiento. Ingeniero de procesos Ofrece una visión global de los procesos relacionados con los equipos. Su comprensión integral ayuda a identificar cómo los equipos se integran en el contexto operativo. Programador Aporta una visión sistémica de la actividad. Su conocimiento sobre la programación de tareas y operaciones contribuye a evaluar la planificación y ejecución de las estrategias de mantenimiento. Especialista externo Experto en un área específica, y en algunos casos, puede incluir al fabricante de equipos. Brinda conocimientos especializados que pueden ser cruciales para entender aspectos técnicos particulares. Facilitador Asesor experto en la metodología RCM. Guía y facilita el proceso RCM, asegurando la correcta aplicación de la metodología y ayudando al equipo a cumplir sus objetivos. Adaptado de Aguilar, Torres & Magaña, 2010. La diversidad de roles en el equipo natural garantiza una cobertura integral de conocimientos y perspectivas, contribuyendo así a un análisis completo y eficiente en el marco del RCM. 28 2.4.2 Definición de Taxonomía. La taxonomía, en el contexto de RCM y gestión de la confiabilidad de los activos, se refiere a una clasificación sistemática de elementos en grupos genéricos basada en factores posiblemente comunes a varios de esos elementos, como la ubicación, el uso, la subdivisión del equipo, etc. Esta clasificación se representa mediante una jerarquía, donde los niveles más altos (del 1 al 5) se centran en la categorización a nivel industrial y de planta, independientemente de las unidades de equipo específicas. Los niveles 6 al 9 están relacionados con la unidad de equipo (inventario), con subdivisiones que corresponden a una relación padre-hijo (ISO 14224, 2006), esto se muestra representado gráficamente en la Figura 2-12. Figura 2 12: Taxonomía de equipos con niveles taxonómicos Adaptado de ISO 14224, 2006. En el nivel 6, se enfoca en la unidad de equipo para la recopilación de datos de gestión de confiabilidad y también de manera indirecta en elementos de subdivisión más bajos, como subunidades y componentes. La cantidad de niveles de subdivisión depende de la complejidad de la unidad de equipo y del uso previsto de los datos. La taxonomía se utiliza para proporcionar información contextual operativa para unidades de equipo similares, como bombas, que pueden ser utilizadas en diversas industrias y configuraciones de planta. Para el análisis de disponibilidad, la fiabilidad a nivel de unidad de equipo puede ser la única información necesaria, mientras que un análisis RCM y de causa raíz puede requerir datos sobre el mecanismo de falla a nivel de componente o elemento mantenible (ISO 14224, 2006). En la Figura 2-13, se observa como 29 aplicando se desglosa la taxonomía a nivel de componente mantenible y sobre este se hace el análisis FMECA (análisis modal de fallas, efectos y criticidad) que servirá para definir la tarea de mantenimiento adecuada con base al diagrama de decisiones de RCM. El análisis FMEA, FMECA y diagrama de decisiones de RCM se detallarán más adelante en este documento. Figura 2-13:Pasos de proceso de FMEA Adaptado de Sharma & Srivastava, 2018. 2.4.3 Análisis AMFEC (FMECA) El Análisis AMFEC (o FMECA, Failure Modes, Effects, and Criticality Analysis, por sus siglas en inglés) es una fase integral dentro del proceso de Mantenimiento Basado en Confiabilidad (RCM). Este análisis implica una serie de etapas cruciales, comenzando con la definición de la intención de diseño del sistema o equipo. Luego, se realiza un análisis funcional para comprender sus funciones esenciales. A continuación, se identifican los posibles modos de falla, detallando las maneras en que el sistema puede dejar de cumplir sus funciones. Posteriormente, se evalúan los efectos o consecuencias de cada modo de falla. La criticidad o jerarquización del riesgo asigna niveles de riesgo a cada modo de falla, priorizando aquellos con impacto potencial más significativo (Aguilar-Otero et al., 2010). 30 Para comprender el proceso es importante definir que es son las funciones, fallas funcionales, Análisis Modos de Falla y Efectos, Consecuencias de las fallas. Funciones Las funciones se refieren a las tareas específicas que un bien físico debe cumplir para satisfacer las expectativas de los usuarios y operar eficientemente. El proceso de RCM comienza por definir estas funciones, dividiéndolas en dos categorías: funciones primarias, esenciales para la razón de adquirir el bien, por ejemplo, tales como velocidad, rendimiento, capacidad de transportación o almacenamiento, calidad del producto y servicio al cliente, y funciones secundarias, expectativas adicionales de los usuarios cómo como ser seguridad, control, contención, confort, integridad estructural, economía, protección, eficiencia de operación, cumplimiento con las normas medioambientales, entre otras (Moubray, 1997). Fallas Funcionales Las fallas funcionales se refieren a situaciones en las que un bien no puede cumplir una función específica a un nivel de desempeño aceptable para el usuario. El proceso de RCM aborda las fallas funcionales identificando las circunstancias que llevan a un estado fallido e investigando las causas subyacentes. Estas fallas, ya sea una incapacidad total o un desempeño inaceptable, son fundamentales para establecer los objetivos de mantenimiento. El RCM adopta un enfoque sistemático para manejar las fallas, reconociendo que su gestión efectiva es esencial para el mantenimiento eficaz, y destaca que la identificación de fallas funcionales solo es posible una vez que las funciones y estándares de desempeño han sido definidos claramente (Moubray, 1997). Análisis Modos de Falla y Efectos. Los modos de falla son eventos o condiciones específicas que pueden llevar a un sistema o bien a un estado de error o mal funcionamiento. En el proceso de mantenimiento, se busca identificar todas las posibles causas de estas fallas funcionales, incluyendo eventos "razonablemente similares" que ocurrieron en el mismo equipo o contexto. Los modos de falla abarcan desde el deterioro y desgaste normal hasta errores humanos y problemas de diseño. Identificar la causa detallada es crucial para evitar el desperdicio de tiempo y esfuerzo en tratar síntomas en lugar de causas (Moubray, 1997). En el cuarto paso del proceso de RCM, se enlistan los efectos de las fallas, describiendo lo que sucede cuando ocurre cada modo de falla. Esta descripción abarca información crucial para respaldar la evaluación de las consecuencias de las fallas, incluyendo evidencias de la falla, posibles amenazas a la seguridad ambiental, impacto en la producción u operaciones, y las acciones necesarias para reparar la falla. Consecuencias de las fallas 31 El reconocimiento de las consecuencias de las fallas como el factor principal para prevenirlas es uno de los puntos fuertes del RCM. El proceso clasifica estas consecuencias en cuatro grupos (Moubray, 1997). La Tabla 2.7 muestra un resumen de las consecuencias que se pueden obtener por diferentes tipos de fallas. Tabla 2.7: Consecuencias de fallas para análisis de RCM. Consecuencia Descripción Fallas ocultas Estas fallas no causan un impacto directo, pero exponen a la empresa a múltiples fallas, a menudo catastróficas, asociadas con sistemas de protección no libres de fallas. Medioambientales y de seguridad Una falla puede tener consecuencias de seguridad si potencialmente puede causar daño o incluso la muerte. Asimismo, puede tener consecuencias medioambientales si viola normas medioambientales corporativas, regionales, nacionales o internacionales. Operativas Las fallas pueden afectar la producción, incluyendo rendimiento, calidad del producto, servicio al cliente y costos operativos, además del costo directo de reparación. No operativas Estas son fallas evidentes que no tienen impacto en seguridad ni protección, y solo generan costos asociados a la reparación. Adaptado de Moubray, 1997. RCM reconoce que la prevención de fallas no se centra solo en las características técnicas, sino en evitar o reducir las consecuencias que estas acarrean. Identificar y comprender estas consecuencias permite tomar decisiones informadas sobre el mantenimiento proactivo y mejorar el desempeño y la seguridad de la organización (Moubray, 1997). 2.4.4 Número de Prioridad de Riesgo NPR El Número de Prioridad de Riesgo (NPR) es un indicador utilizado en el proceso de jerarquización del riesgo para determinar las acciones prioritarias en las tareas de mantenimiento. Se calcula multiplicando tres factores fundamentales: Gravedad, Ocurrencia y Detección. Estos factores reflejan la seriedad de las consecuencias en caso de una falla (Gravedad), la probabilidad de que ocurra la falla (Ocurrencia) y la capacidad de detectar la falla antes de que cause problemas (Detección), así como se muestra en la Ecuación. 2-1. Al combinar estos elementos en el NPR, se obtiene un valor que permite identificar y priorizar las actividades de mantenimiento con el objetivo de optimizar recursos y lograr los resultados deseados en la gestión de riesgos (Flores et al., 2023). La Tabla 2.8, Tabla 2.9 y Tabla 2.10 muestran la escala sugerida para evaluar cada factor fundamental. El número de prioridad de riesgo de define con la siguiente formula: 32 𝑁𝑃𝑅 = 𝐺 𝑥 𝑂 𝑥 𝐷 (Ec. 2-1) Donde: ● G: Índice de Gravedad. ● O: Índice de Ocurrencia. ● D: Índice de Detección. Tabla 2.8. Criterios de factor Gravedad – NPR. Descripción Puntaje Inferior, imperceptible 1 Escasa, falla menor 2-3 Baja, fallo inminente 4-5 Media, falla, pero no para el sistema 6-7 Elevada, falla critica 8-9 Muy elevada, con problemas de seguridad, no conformidad. 10 Adaptado de Flores et al, 2023. Tabla 2.9. Criterios de factor Ocurrencia – NPR. Descripción Puntaje 1 falla en más de 1 año 1 1 falla en cada 1 año 2-3 1 falla entre 6 meses y 1 año 4-5 1 falla entre 1 a 6 meses 6-7 1 falla al mes 8-10 Adaptado de Flores et al, 2023. Tabla 2.10. Criterios de factor Detección – NPR. Descripción Puntaje Obvia 1 Escasa 2-3 Moderada 4-5 Frecuente 6-7 Elevada 8-9 Muy elevada 10 Adaptado de Flores et al, 2023. Con base en los valores asignados a Gravedad, Ocurrencia y Detección para cada modo de falla, se procederá a la clasificación de los Números de Prioridad de Riesgo (NPR) como se mostró en la Ecuación. 2-1. Este proceso permitirá la definición de planes de mantenimiento específicos para los modos de falla considerados críticos, posibilitando una asignación eficiente de los recursos de la empresa (Flores et al., 2023). La clasificación de las categorías de NPR acorde al valor obtenido en su cálculo se encuentra resumida en la Tabla 2.11. 33 Tabla 2.11. Categorización de Número de Prioridad de Riesgos (NPR) Categorías Descripción NPR > 200 Fallas Inaceptables (I). 125 < NPR ≤ 200 Fallas reducibles deseables (R). NPR ≤ 125 Fallas Aceptables (A). Adaptado de Flores et al, 2023. Por tanto, serán principalmente las fallas que se definan como inaceptables esas que se hará mayor énfasis para buscar reducir su tasa de falla o tiempo medio de reparación, así teniendo un óptimo beneficio de la implementación de RCM. 2.4.5 El Diagrama de Decisión de RCM El proceso final de RCM responde las preguntas: ¿De qué modo afecta cada falla? ¿Qué puede hacerse para predecir o prevenir cada falla? ¿Qué debe hacerse si no se encuentra el plan de acción apropiado?, respondiendo estas preguntas se definirá el tipo de tarea para identificar o eliminar el o los modos de falla analizados, esto se hace mediante el diagrama de decisiones mostrado en la Figura 2-14. 34 Figura 2-14: Diagrama de decisión RCM. Adaptado de Campbell et al., 2011. 35 Tipos de tareas. El proceso de RCM utiliza categorías o tipos de tareas específicas para orientar las decisiones de mantenimiento, centrándose en la evaluación estructurada de las consecuencias de los tipos de fallas. Estas categorías se dividen en tareas proactivas y acciones de omisión (Moubray, 1997). La Tabla 2.12 describe los diferentes tipos de tareas de mantenimiento aplicado al diagrama de decisiones de RCM. Tabla 2.12: Clasificación de tareas de mantenimiento Actividad de mantenimiento Tipos de tareas Descripción Actividades de mantenimiento preventivo (Proactivas) Tareas en condición programada Se enfoca en mantener los ítems dentro de sus patrones normales de funcionamiento, abarcando lo tradicionalmente conocido como mantenimiento "predictivo" o "preventivo", e identifica a través de indicios de falla la necesidad de cambio o restauración del componente al estar cerca del fin de su vida útil. Restauración programada Incluye la refabricación o restauración de un componente antes de que alcance su vida útil programada, independientemente de su condición actual. Descarte programado Implica desechar un ítem al o antes del tiempo programado, sin tener en cuenta su condición actual. Actividades de mantenimiento de omisión (Reactivas) Descubrimient o de fallas Implica la monitorización periódica de funciones para detectar posibles fallas, en contraste con las tareas en condición que verifican indicios de falla. Rediseño Este no se plasma en un plan de mantenimiento, pero se puede utilizar para eliminar o poder identificar el modo de falla. realizar un rediseño será necesario en caso la falla tenga afectaciones relacionadas con seguridad, calidad o medio ambiente, así como cualquier otro requerimiento legal. Si no tiene este impacto se deberá validar la viabilidad económica de la necesidad de este rediseño. Mantenimiento no programado También conocido como "acudir a la falla", implica no realizar esfuerzos para anticipar o prevenir fallas, permitiendo que estas ocurran y luego se reparan. Adaptado de Moubray, 1997. 36 2.4.6 Ingeniería de confiabilidad aplicada a RCM La confiabilidad se define como la probabilidad de que un elemento realice una función requerida sin fallos bajo condiciones especificadas durante un período de tiempo determinado. Una declaración de confiabilidad consta de cuatro componentes clave: la probabilidad, la función requerida, las condiciones especificadas y el período de tiempo definido. Por ejemplo, la confiabilidad de una cadena de distribución puede expresarse como un objetivo de probabilidad, como 0.9995, lo que significa que al menos el 99.95 por ciento de las cadenas deben funcionar al final del tiempo especificado. Además, la función requerida, las condiciones específicas y el tiempo establecido deben definirse claramente para cada parte, subconjunto o producto, abordando aspectos como las condiciones ambientales, de mantenimiento, de uso, almacenamiento, movimiento, entre otros (Campbell et al., 2011). En esta sección se busca definir una serie de conceptos que ayudarán a determinar las frecuencias de las fallas y tiempos de reparación y como estas variables nos ayudan a determinar el impacto de las fallas en términos económicos. El MTTF (que proviene de la definición en inglés “Mean time to faliure” o en español Tiempo Medio hasta la Falla) es el tiempo promedio hasta la falla de productos no reparables. Se refiere a la vida promedio de productos idénticos que operan en condiciones idénticas. También se conoce como el tiempo esperado hasta la falla (Campbell et al., 2011) En términos más simples, el MTTF es el promedio de tiempo que se espera que transcurra antes de que un producto no reparable falle. Este valor se denota mediante el término "MTTF" y se representa comúnmente con la letra "m" o la letra griega theta (θ), se expresa matemáticamente con la Ecuación. 2-2. 𝑀𝑇𝑇𝐹 = θ = ∑𝑡 𝑖 𝑛 (Ec. 2-2) Donde: ● ti: Son los tiempos productivos (también conocido como Uptime en inglés), en un intervalo de tiempo. ● n: Número de fallas, en un mismo intervalo de tiempo. El inverso del MTTF viene a ser la frecuencia de falla de un sistema, a esta frecuencia también se le conoce con el símbolo λ, como se observa en la Ecuación. 2-3. 𝐹𝐹 = λ = 1 𝑀𝑇𝑇𝐹 (Ec. 2-3) 37 El MTTR (que proviene de la definición en inglés “Mean time to repair” o en español Tiempo Medio de Reparación) es una métrica que representa el tiempo promedio necesario para reparar un componente o sistema después de una falla, representando esto como se observa en la Ecuación. 2-4. Esta medida es esencial en la gestión de la confiabilidad y el mantenimiento, ya que evalúa la eficiencia y la capacidad de respuesta ante eventos de falla. Expresado en unidades de tiempo, como horas o minutos, un MTTR más bajo indica reparaciones más rápidas y eficientes, contribuyendo a minimizar tiempos de inactividad y mejorar la disponibilidad global de sistemas y equipos (Campbell et al., 2011). 𝑀𝑇𝑇𝑅 = ∑𝑡 𝑟 𝑛 (Ec. 2-4) Donde: ● tr: Son los tiempos de duración de falla o reparación (también conocido como Downtime en inglés), en un intervalo de tiempo. ● n: Número de fallas, en un mismo intervalo de tiempo. La disponibilidad (A) de un equipo se define como un parámetro que relaciona tiempos de paro por fallas electromecánicas con tiempos productivos. Con los indicadores de confiabilidad se describe la disponibilidad de un equipo, tal como se muestra en la Ecuación. 2-5. (Campbell et al., 2011). 𝐴 = ∑𝑡 𝑖 ∑𝑡 𝑖 + ∑𝑡 𝑟 (Ec. 2-5) Donde: ● ti: Son los tiempos productivos en un intervalo de tiempo. ● tr: Son los tiempos de duración de falla o reparación en un intervalo de tiempo. Para determinar la afectación económica de un modo de falla se utiliza el CIF (Coste de Indisponibilidad por Fallos): Este indicador mide el impacto económico ocasionado por los efectos que trae consigo un modo de fallo en un período de tiempo específico (unidad de riesgo económico: dinero/tiempo), esto se representa en la expresión mostrada en la Ecuación. 2-6. (Parra & Crespo, 2016). 𝐶𝐼𝐹 = 𝐹𝐹 𝑥 (𝐶𝐷 + (𝑀𝑇𝑇𝑅 𝑥 𝐶𝑃)) (Ec. 2-6) Donde: ● FF = frecuencia de fallos = fallos/mes, fallos/año, etc. ● MTTR = tiempo promedio fuera de servicio = horas/falla ● CD = costes directos de corrección por fallos = $ (incluye los costos de materiales y mano de obra), estos recursos también podrían ser por hora, pero dicho factor se debería de multiplicar por MTTR de ser así, que es el tiempo que tardará utilizando ese recurso, como costo de mano de obra 38 / hora. En estos costos directos también pueden ser refacciones, materiales consumibles requeridos para la reparación, u otros elementos requeridos debido a que ocurrió la falla, independiente del tiempo de reparación. ● CP = costes penalización por hora = $/ hora (incluye los costos de oportunidad provocados por los eventos de fallos (paros de plantas, diferimiento de producción, productos deteriorados, baja calidad, retrabajo, impacto en seguridad, ambiente, etc.). El coste de indisponibilidad por fallos servirá para determinar el costo actual de que se está incurriendo por dicha falla al año, lo que permite comparar el costo entre las diferentes fallas y simular los escenarios donde se aumenta el tiempo medio hasta la falla o se disminuye el tiempo medio de reparación. 2.5 Modelos para determinación de ciclos de mantenimiento La determinación de ciclos de mantenimiento es crucial para optimizar la confiabilidad y eficiencia operativa en industrias de alta demanda, como la embotelladora de bebidas no alcohólicas. Diversos modelos han sido propuestos en la literatura para establecer los intervalos óptimos de inspección y mantenimiento, abarcando enfoques que varían desde la minimización de costos hasta la mejora de la confiabilidad operativa. En esta sección, se describen varios de estos modelos, con referencias a contribuciones clave de autores en el campo, en su mayoría relacionados con cálculos basados en la función de distribución de Weibull. 2.5.1 Optimización de Costos en Inspecciones y Reparaciones ● Modelo de Optimización de Costos en Inspecciones y Reparaciones: Este modelo se enfoca en minimizar el costo esperado asociado con retrasos en el tiempo mediante un proceso con dos tipos de inspecciones y reparaciones (Wang et al., 2022b). ● Política de Inspección No Periódica: Enfoque que optimiza una política de inspección no periódica evaluando los costos de vida útil mediante un proceso estocástico multivariado (Barker & Newby, 2009). 2.5.2 Modelos para Minimización de Costos a Largo Plazo ● Política Óptima de Mantenimiento: Modelo diseñado para minimizar la tasa de costo de mantenimiento promedio a largo plazo en sistemas con múltiples procesos en competencia (Li & Pham, 2005). ● Frecuencia Óptima de Inspección: Modelo que establece que la frecuencia de inspección debe coincidir con la tasa de fallos para optimizar los costos de mantenimiento (Mathew, 2004). 2.5.3 Planificación Global de Inspecciones y Costos Asociados 39 ● Teoría de Detección y Costo Total de Mantenimiento: Evalúa el costo total de las intervenciones incorporando conceptos clave como probabilidad de detección y probabilidad de falsas alarmas (Rouhan & Schoefs, 2003). ● Valorización de Fallos Ocultos y No Ocultos: Modelo que busca minimizar el costo por unidad de tiempo seleccionando un intervalo único para inspección y mantenimiento (Badía et al., 2002). 2.5.4 Modelos Basados en Diagnóstico y Confiabilidad ● Política de Inspección y Diagnóstico Óptima: Enfocado en la optimización del beneficio total esperado y la confiabilidad mediante políticas de inspección y diagnóstico, planteando una ecuación diferencial multivariable para determinar tasas de fallo individuales, así como los periodos de inspección óptimos (Kuntz et al., 2001). 2.5.5 Modelos para Minimización de Tiempos de Inactividad y Tasas de Riesgo ● Función del Efecto de la Inspección: Modelo que expone la relación entre la frecuencia de las inspecciones y la efectividad de estas sobre la tasa de fallas de un equipo, permitiendo la optimización de los ciclos con el objetivo de disminuir tiempos de máquina detenida (Bahrami-Ghasrchami et al., 1998). ● Metodología Dinámica para Establecer Intervalos de Inspección en el Mantenimiento Preventivo Condicional: Modelo que permite ajustar dinámicamente el calendario de inspecciones basándose en la probabilidad de falla y la curva P-F, siendo autoajustable y más eficiente (Assis & Marques, 2021). 2.6 Modelo Estadístico de Weibull La distribución de Weibull es una función de distribución de las más utilizadas en análisis de confiabilidad debido a su flexibilidad y capacidad de adaptación para modelar diferentes patrones de fallas. Se trata de una función que permite determinar la confiabilidad de un componente de acuerdo con la información histórica que permite la identificación de la tasa de fallos (Zhang, 2021). La Ecuación. 2-7 es una ecuación exponencial en función del tiempo (t), donde se considera la frecuencia de fallas (λ) y se introduce una nueva variable β. 𝑅 𝑡( ) = 𝑒−(λ𝑡)β (Ec. 2-7) 40 Donde: ● : función de confiabilidad establecida por Weibull𝑅(𝑡) ● β: parámetro de forma o corrección de la curva de confiabilidad El factor β es un parámetro de forma que calcula a partir de una serie de datos conocidos de falla. Los dos métodos de cálculo de este parámetro son el método de mínimos cuadrados y el método de máxima verosimil