UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA JOSÉ SIMEÓN CAÑAS UNIVERSIDAD DON BOSCO “PROPUESTA DE IMPLEMENTACIÓN DE UN PLAN DE MANTENIMIENTO PARA LAS CALDERAS PIROTUBULARES UTILIZANDO RCM EN LA INDUSTRIA TEXTIL” TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PREPARADO PARA LA FACULTAD DE POSTGRADOS UCA Y FACULTAD DE INGENIERÍA UDB PARA OPTAR AL GRADO DE: MAESTRA/O EN GERENCIA DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL POR: AGUILAR ROSA, JUAN FRANCISCO GUEVARA BARRERA, SOFIA BEATRIZ MEJIA PORTILLO, ERICK ALEXANDER Diciembre 2023 ANTIGUO CUSCATLÁN, EL SALVADOR, C.A Rectores Andreu Oliva De La Esperanza, S.J. Mario Rafael Olmos Argueta, SDB. Secretarias Generales Lidia Gabriela Bolaños Teodoro Yesenia Xiomara Martínez Oviedo Decana de Postgrado UCA Nelly Arely Chévez Reynosa Decano de Postgrado UDB Mario Guillermo Juárez Pérez Directores de la Maestría en Gerencia De Mantenimiento Industrial Diana Carolina Cruz UCA José Luis Martínez UDB Director de Tesis Yakdiel Rodríguez Gallo AGRADECIMIENTOS Primero a Dios por darnos vida, sabiduría y salud para realizar esta maestría. A nuestros padres, pilares inquebrantables, por el inmenso amor y apoyo, quienes con oportunas palabras de aliento y confianza fueron de motivación en los momentos desafiantes. A nuestros compañeros de maestría, por cada momento compartido, ayuda valiosa y desinteresada, por su amabilidad, opiniones e intercambios de ideas, siendo la colaboración esencial para enriquecer nuestros conocimientos. A nuestro director de tesis Ph.D. Yakdiel Rodriguez, a quien estimamos como maestro y asesor, por su dedicación, orientación y enseñanza a lo largo del proceso. Su guía experta y comentarios constructivos fueron fundamentales para dar forma y enriquecer nuestra formación. A las personas de la empresa textil, quienes brindaron su disposición para colaborar y compartir información valiosa, su contribución fue un pilar fundamental en el desarrollo de esta tesis. Finalmente a todas las personas que han sido parte esencial de este camino académico y profesional, brindándonos su valioso apoyo durante el desarrollo de esta maestría. Nuestro profundo agradecimiento… … Sofía, Juan y Erick DEDICATORIAS Esta tesis está dedicada primeramente a Dios que me ha brindado paciencia y fortaleza para culminar mis metas, a mis hermanos por estar siempre presentes, a mi madre Graciela que con su esfuerzo y dedicación me ha ayudado a lo largo de toda mi carrera universitaria y en memoria de mi abuela María que siempre me animo a seguir preparándome. Juan Aguilar A mis amados padres y abuelos, cuyo amor, apoyo y sacrificios han sido mi mayor inspiración y pilar, siempre alentándome a alcanzar mis metas y esforzarme por estas. A mis amadas hermanas, compañeras, confidentes y cómplices de todos mis viajes. Su apoyo constante y cariño han sido mi indispensable en los momentos difíciles y mi alegría en los triunfos compartidos. Este logro refleja el amor, la dedicación y el esfuerzo de cada uno de ustedes, convirtiéndolo en una conquista tan suya como mía. Agradezco profundamente por ser mi motivación constante. Con gratitud y amor. Sofia Guevara A mi amada esposa Xenia de Mejía, quien es mi fuente de inspiración, motivación y valentía. Gracias por creer en mí desde el inicio y permanecer a mi lado en cada paso del camino. Tu apoyo, comprensión, ánimo y amor han sido el firme apoyo en los momentos importantes de mi vida. Admiro profundamente la fortaleza en tu interior, que ilumina y guía mi vida en cada nuevo logro. A mi amada hija Eva Alexandra, lo más bello que Dios me ha regalado, quien es la luz de mi vida, deseo que el esfuerzo que he realizado sea tu ejemplo sobre la importancia de ser trabajador, responsable y perseverante. A mis padres y abuela, quienes me educaron con sabiduría y amor a lo largo de mi vida, les agradezco por ser mi ejemplo y por enseñarme que se debe buscar alcanzar siempre lo mejor. Su legado perdurará en cada logro que alcance. Todo lo plasmado es tanto de ustedes como mío, y se los dedico de todo corazón Erick Alexander Mejía i RESUMEN EJECUTIVO Propósito: La empresa textil objeto de investigación en El Salvador enfrenta problemas de paros no programados debido a fallas en las calderas de vapor. Por ello, en el presente trabajo se propone la implementación de un plan de Mantenimiento Centrado en Confiabilidad (RCM, Reliability Centered Maintenance) con una evaluación sistemática para optimizar el programa de mantenimiento para las calderas pirotubulares en la planta textil. Métodos: La recopilación de los datos históricos se realizó a través de diagramas, manuales y bitácoras de mantenimiento. Se llevó a cabo un análisis de criticidad de los equipos del área de calderas, mediante el análisis jerárquico (AHP, Analytical Hierarchy Process). Posteriormente, se utilizó la norma ISO 14224: 2006, para disgregar la caldera en subsistemas, y cada componente para su estudio detallado. Después, se evaluaron los modos y efectos de fallos, y se calculó el valor de Número de Ponderación del Riesgo (NPR). Las tareas de mantenimiento se asignaron de forma lógica utilizando el diagrama RCM, basándose en el valor de NPR. Para el plan de mantenimiento del sistema de caldera, se determinaron los intervalos de tiempo óptimos utilizando la distribución de Weibull para los componentes más críticos, y para los otros componentes se basó en juicios de experto y en el marco legal del país. Resultados: Se evaluó la confiabilidad, disponibilidad y viabilidad económica del plan de mantenimiento propuesto, el cual aumentará la confiabilidad y disponibilidad del sistema de calderas en un 16.15% y 0.004%, respectivamente. Además, se podrá ahorrar anualmente hasta un 27.54% del costo de mantenimiento al aplicar el plan propuesto. Conclusiones: El método propuesto de RCM permite optimizar el plan de mantenimiento de las calderas pirotubulares y supera las limitaciones del modelo clásico, proporcionando un análisis preciso de costos y actividades de mantenimiento. Además, este enfoque subraya la importancia del análisis de confiabilidad para un mantenimiento preventivo efectivo y proporciona una metodología aplicable a otros sistemas en la industria textil. Palabras claves: Plan de mantenimiento, RCM, confiabilidad, calderas pirotubulares, industria textil. ii ÍNDICE RESUMEN EJECUTIVO .................................................................................................................................... I ÍNDICE DE TABLAS ....................................................................................................................................... IV ÍNDICE DE FIGURAS ..................................................................................................................................... VI SIGLAS ............................................................................................................................................................ VII CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 1 1.1. ANTECEDENTES ................................................................................................................................. 1 1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...................................................................................................... 3 1.3. PROBLEMA CIENTÍFICO....................................................................................................................... 3 1.4. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................................................ 3 1.5. OBJETIVOS ......................................................................................................................................... 4 1.6. ALCANCE ........................................................................................................................................... 5 1.7. ESTADO DEL ARTE .............................................................................................................................. 5 CAPÍTULO 2 GENERACIÓN DE ENERGÍA POR MEDIO DE SISTEMAS DE VAPOR .......................... 11 2.1. GENERACIÓN DE ENERGÍA POR MEDIO DE SISTEMAS DE VAPOR ...................................................... 11 2.1.1. Sistemas de Vapor en la Industria........................................................................................... 11 2.2. CARACTERIZACIÓN DE LAS CALDERAS DE VAPOR ............................................................................ 13 2.2.1. Calderas Acuotubulares .......................................................................................................... 15 2.2.2. Caldera Pirotubular ................................................................................................................. 16 2.3. TIPOS DE MANTENIMIENTOS APLICADOS A SISTEMAS DE VAPOR ..................................................... 18 2.4. APLICACIONES DE LOS SISTEMAS DE VAPOR EN LA INDUSTRIA TEXTIL Y LOS TIPOS DE MANTENIMIENTO APLICADOS ........................................................................................................................ 21 2.5. LOS SISTEMAS DE VAPOR EN EL SALVADOR ..................................................................................... 22 2.5.1. Marco Legal y Aplicaciones en la Industria Salvadoreña ....................................................... 22 CONCLUSIONES PARCIALES........................................................................................................................... 27 CAPÍTULO 3 METODOLOGÍA DEL PLAN DE MANTENIMIENTO RCM .............................................. 28 3.1. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LA METODOLOGÍA RCM. ......................................................... 28 3.2. IMPLEMENTACIÓN DE LA METODOLOGÍA RCM. ............................................................................... 28 CONCLUSIONES PARCIALES........................................................................................................................... 34 CAPÍTULO 4 RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................................................................... 35 4.1. ANÁLISIS DE CRITICIDAD AHP ......................................................................................................... 35 4.2. PARÁMETROS DE OPERACIÓN DE LA CALDERA PIROTUBULAR ......................................................... 47 4.3. DELIMITACIÓN DE CONTORNO.......................................................................................................... 49 4.4. ANÁLISIS DE MODO Y EFECTOS DE FALLA A SISTEMA CRITICO ......................................................... 50 4.5. PLAN DE MANTENIMIENTO PROPUESTO ............................................................................................ 54 4.6. COMPARACIÓN DE CONFIABILIDAD ................................................................................................. 60 4.7. ANÁLISIS DE COSTOS ....................................................................................................................... 65 4.7.1. Costos del Plan de Mantenimiento Actual .............................................................................. 65 4.7.2. Costos del Plan de Mantenimiento Propuesto ........................................................................ 66 4.7.3. Reducción de Costos .............................................................................................................. 71 4.8. PLAN DE IMPLEMENTACIÓN DE LA PROPUESTA................................................................................. 74 iii 4.9. RIESGO OPERACIONAL ..................................................................................................................... 77 CONCLUSIONES PARCIALES........................................................................................................................... 77 CAPÍTULO 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................ 78 5.1. CONCLUSIONES ................................................................................................................................ 78 5.2. RECOMENDACIONES ......................................................................................................................... 78 REFERENCIAS ............................................................................................................................................... 79 ANEXO A INFORME PERICIAL Y CONSTANCIA DE FUNCIONAMIENTO DE GENERADORES DE CALOR (CALDERAS) ...................................................................................................................................A-1 ANEXO B BITACORA DE MEDICIONES CALDERAS ............................................................................. B-1 ANEXO C ENCUESTA .................................................................................................................................. C-1 ANEXO D MATRIZ AMFEC........................................................................................................................ D-1 ANEXO E PLAN DE MANTENIMIENTO ................................................................................................... E-1 ANEXO F CALCULO θ Y β POR DISTRIBUCIÓN DE WEIBULL ............................................................ F-1 ANEXO G CALCULO DE MTTF MEJORADO .......................................................................................... G-1 ANEXO H CÁLCULO DEL COSTO ANUAL DEL MANTENIMIENTO ACTUAL................................. H-1 ANEXO I CÁLCULO COSTO ANUAL DE MANTENIMIENTO PROPUESTO ......................................... I-1 ANEXO J CÁLCULO DE RELACIÓN DE VARIABLES ............................................................................. J-1 ANEXO K AUDITORIA AMORMS (ASSET MANAGEMENT, OPERATIONAL RELIABILITY AND MAINTENANCE SURVEY) .......................................................................................................................... K-1 iv ÍNDICE DE TABLAS Tabla 2.1 Clasificación de los tipos de infracciones y sus multas (Ministerio de Trabajo y Previsión Social, 2010a). ................................................................................................................................... 23 Tabla 2.2 Límites máximos permisibles en calderas pirotubulares, acuotubulares, de sistema mixto y equipos de calentamiento indirecto (Aguilar et al., 2002). .............................................................. 24 Tabla 2.3 Calderas por sector, actividad económica y tipo de combustibles en El Salvador (Consejo Nacional de Energía, 2014) ............................................................................................................... 25 Tabla 4.1 Listado de sistemas dentro del área de calderas a jerarquizar (Elaboración Propia). ....... 35 Tabla 4.2 Valoración de los Juicios de Expertos (Saaty, 1990). ....................................................... 39 Tabla 4.3 Matriz de comparación apareada de los criterios de jerarquización (Elaboración Propia). ........................................................................................................................................................... 40 Tabla 4.4 Escala que permite definir el criterio de frecuencia de fallos (FF) (Parra & Crespo Marquez, 2019). ................................................................................................................................................ 40 Tabla 4.5 Escala que permite definir el criterio de Detección de fallos (DF) (Parra & Crespo Marquez, 2019). ................................................................................................................................................ 41 Tabla 4.6 Escala que permite definir el criterio de severidad de fallos (SF) (Parra & Crespo Marquez, 2019). ................................................................................................................................................ 42 Tabla 4.7 Escala que permite definir el criterio de costes de fallos (CF) (Parra & Crespo Marquez, 2019). ................................................................................................................................................ 42 Tabla 4.8 Evaluación de los sistemas para cada uno de los criterios seleccionados (Elaboración Propia). .............................................................................................................................................. 43 Tabla 4.9 Valores de R para matrices de diferentes órdenes (Teknomo, 2012) ............................... 44 Tabla 4.10 Matriz Normalizada (Elaboración Propia). ..................................................................... 44 Tabla 4.11 Estimación del IR y jerarquización de los criterios evaluados (Elaboración Propia). .... 45 Tabla 4.12 Jerarquización Final de la Evaluación de los equipos en el Área de Calderas (Elaboración Propia). .............................................................................................................................................. 45 Tabla 4.13 Ranking Final del Análisis de Criticidad (Elaboración Propia). ..................................... 46 Tabla 4.14 Clasificación de los subsistemas de la caldera según lineamientos ISO 14224:2016 (Elaboración Propia). ........................................................................................................................ 50 Tabla 4.15 Clasificación del índice de gravedad (Gardella González, 2011). .................................. 51 Tabla 4.16 Clasificación de frecuencia de fallos (Gardella González, 2011). .................................. 52 Tabla 4.17 Clasificación del índice de dectectibilidad (Gardella González, 2011). ......................... 52 Tabla 4.18 Ponderación de riesgo para todos los componentes de la caldera pirotubular (Elaboración Propia). .............................................................................................................................................. 53 v Tabla 4.19 Selección de Tareas de Mantenimiento (Elaboración Propia). ....................................... 54 Tabla 4.20 Valores de θ y β de componentes críticos (Elaboración Propia). .................................... 59 Tabla 4.21 Intervalos de Mantenimiento Recomendados (Elaboración Propia). .............................. 59 Tabla 4.22 Códigos de los componentes para diagrama de bloque de confiabilidad (Elaboración Propia). .............................................................................................................................................. 61 Tabla 4.23 Confiabilidad y Disponibilidad de los Componentes (Elaboración Propia). .................. 63 Tabla 4.24 Costos de Mano de obra para caldera (Elaboración Propia). .......................................... 66 Tabla 4.25 Resumen de Costos Anuales del Plan de Mantenimiento Actual (CM y PM) (Elaboración Propia). .............................................................................................................................................. 66 Tabla 4.26 Costos de mantenimiento por componente actual y propuesto (Elaboración Propia). .... 69 Tabla 4.27 Proyección de costos de Mantenimiento (Elaboración Propia). ..................................... 71 Tabla 4.28 Comparativa de Indisponibilidad y vapor no generado anualmente debido a la falla (Elaboración Propia). ........................................................................................................................ 73 vi ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Jerarquización del departamento de mantenimiento de la empresa textil (Elaboración Propia). ................................................................................................................................................ 2 Figura 1.2 Evolución del Mantenimiento en la industria (ITCL, 2020).............................................. 6 Figura 1.3 Componentes de programa de RCM (Faragalla et al., 2016) ............................................ 7 Figura 2.1 Esquema de los componentes fundamentales en Calderas (López Mendoza, 2020). ...... 12 Figura 2.2 Clasificación de las calderas de vapor (Basu et al., 2012). .............................................. 14 Figura 2.3 Esquema de Caldera Acuotubular (IB&M Boilers, 2023). .............................................. 16 Figura 2.4 Esquema de Caldera Pirotubular (IB&M Boilers, 2023). ................................................ 16 Figura 2.5 Fenómenos esquemáticos de transferencia de calor que ocurren dentro de una caldera pirotubular, según corte transversal en uno de los tubos de humo (Ortiz, 2011). ............................. 17 Figura 2.6 Esquema representativo típico de una caldera pirotubular de tres pasos (Ortiz, 2011). .. 18 Figura 3.1 Grupo típico multidisciplinario para la implementación del RCM (Moubray, J., 2004). 30 Figura 3.2 Taxonomía según estándar ISO 14.224 (ISO, 2016) . .................................................... 31 Figura 3.3 Marco de decisión RCM modificado (Patil et al., 2022). ................................................ 32 Figura 3.4 Modelo de RCM del articulo Development of Optimized Maintenance Program for a Steam Boiler System Using Reliability-Centered Maintenance Approach (Patil et al., 2022). ........ 33 Figura 4.1 Diagrama del funcionamiento del área de calderas con los diferentes sistemas involucrados (Elaboración Propia). ........................................................................................................................ 37 Figura 4.2 Modelo AHP diseñado para jerarquizar los sistemas de la Área de Calderas en la empresa textil (Elaboración Propia). ............................................................................................................... 39 Figura 4.3 Ficha Técnica de la Caldera Pirotubular (Elaboración Propia). ...................................... 48 Figura 4.4 Definición de Contorno según ISO 14224:2016 (ISO, 2016). ......................................... 49 Figura 4.5 Diagrama de bloques de los subsistemas y componentes de la caldera pirotubular (Elaboración Propia). ........................................................................................................................ 61 Figura 4.6 Gráfica de confiabilidad vs el tiempo de operación en horas del sistema de caldera (Elaboración Propia). ........................................................................................................................ 65 Figura 4.7 Comparación de costes actuales y los costos propuestos de Mantenimiento (Elaboración Propia). .............................................................................................................................................. 70 Figura 4.8 Costos Mensuales de mantenimiento (Elaboración Propia). ........................................... 70 Figura 4.9 Comparativa de proyección de Costos de Mantenimiento (Elaboración Propia). ........... 72 Figura 4.10 Cronograma de Implementación del Plan de Mantenimiento RCM (Elaboración Propia). ........................................................................................................................................................... 76 vii SIGLAS AMFEC Análisis de Modos de Fallos, Efectos y su Criticidad BHP Boiler horsepower Caballos de potencia de una caldera BTU British Thermal Unit Unidad Británica de Calor CBM Condition-Based Maintenance Mantenimiento Basado en Condición CI Consistency Index Índice de Consistencia CM Corrective Maintenance Mantenimiento Correctivo CNE Consejo Nacional de Energía CONACYT Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología DR-CAFTA Dominican Republic - Central America Free Trade Agreement Tratado de Libre Comercio entre Centroamérica y la República Dominicana FMEA Failure Mode and Effect Analysis Análisis de modo y efecto de falla IR Radius of Inconsistency Radio de Inconsistencias ISO Internacional Organization for Standardization Organización Internacional de Normalización LPG Liquefied Petroleum Gas Gas de petróleo licuado MTPS Ministerio de Trabajo y Previsión Social MTTF Mean Time to Failure Tiempo medio entre falla MTTR Mean Time to Reparation Tiempo medio de reparación MYPEs Micro Medianas y Pequeñas Empresas NPR Número de ponderación de riesgo ONGs Organizaciones No Gubernamentales OREDA Onshore Reliability Data PM Preventive Maintenance Mantenimiento Preventivo PdM Predictive Maintenance Mantenimiento Predictivo RBI Risk-Based Inspection Inspección basada en riesgo RCM Reliability Centered Maintenance Mantenimiento Centrado en Confiabilidad RTF Run to Failure Ejecución hasta el Fallo RTM Real Time Monitoring Monitoreo en Tiempo Real SAE Society of Automotive Engineering Sociedad de Ingeniería Automotriz TSD Total de Sólidos Disueltos 1 CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN 1.1. Antecedentes La industria textil en El Salvador destaca como una de las principales exportadoras, desempeñando un papel crucial en el impulso de la economía nacional. Su relevancia se manifiesta no solo en la oferta de productos esenciales para los consumidores finales, sino también como una fuente vital de empleo que sostiene económicamente a numerosas familias salvadoreñas. Estados Unidos emerge como el principal socio comercial, gracias a los beneficios derivados del Tratado de Libre Comercio entre Centroamérica y la República Dominicana (DR-CAFTA, Dominican Republic-Central America Free Trade Agreement). El posicionamiento de El Salvador como el décimo mayor exportador de productos textiles a este país refleja la importancia estratégica de esta relación. Es necesario destacar la necesidad de respaldar a las Micro Medianas y Pequeñas Empresas (MYPEs) en el sector textil salvadoreño. Las instituciones de apoyo, integradas en la cadena de valor del textil, deben comprometerse activamente en el desarrollo de estas empresas. Existe un considerable potencial para contribuir significativamente a la economía nacional a través de la potenciación de este sector. La participación del gobierno, Organizaciones No Gubernamentales (ONGs) y otras entidades de apoyo, tanto a nivel nacional como internacional, puede catalizar el crecimiento de las MYPEs mediante la implementación de programas que ofrezcan respaldo financiero y asistencial. Estos programas deben orientarse hacia el mejoramiento de aspectos clave, como la especialización e innovación de productos, la adopción de nuevas tecnologías y la optimización de los procesos productivos, entre otros. Paralelamente, se observa un creciente interés en cuestiones medioambientales y responsabilidad social en la industria textil. Esta tendencia resalta la importancia de considerar aspectos como la protección del medio ambiente y el impacto social de estas empresas en el país. En este contexto, el compromiso con prácticas sostenibles y socialmente responsables se posiciona como una prioridad, influyendo positivamente en la percepción y contribución de la industria textil salvadoreña a nivel global (CONAMYPE, 2022). La entidad objeto de la investigación opera en el sector textil, siendo una empresa especializada en la fabricación de cintas y el ensamblaje de correderas destinadas a diferentes especificaciones de cremalleras utilizadas en la confección de prendas de vestir, tales como chaquetas y pantalones. Por motivos de confidencialidad, se le asigna el nombre genérico de "la empresa textil". La empresa textil en El Salvador cuenta con una planta ensambladora de zippers para suplir a los países de Centro América, además importan materia prima desde otras filiales como el alambre para la cadena, correderas, topes superiores e inferiores para el zipper. 2 Esta empresa textil cuya historia se remonta a su fundación en Japón en el año 1934, ha consolidado su liderazgo en el mercado global de la fabricación de cremalleras. Gracias a la visión innovadora de su fundador, la empresa ha desarrollado sus propias máquinas y ha asumido la producción de su materia prima. La combinación de la fiabilidad de sus productos y precios competitivos ha llevado a las empresas de confección de prendas a preferir sus cremalleras sobre las de otros fabricantes. En 1970, la empresa estableció una filial en El Salvador, y para el año 2006, había centralizado toda la producción de cremalleras para toda la región centroamericana en su planta, consolidando aún más la confianza de sus clientes, en su mayoría pertenecientes a la industria textil. En la Figura 1.1 se presenta el organigrama del Departamento de Mantenimiento de Instalaciones, el cual ilustra la estructura jerárquica que abarca desde el Superintendente de Mantenimiento hasta los colaboradores del departamento. Figura 1.1 Jerarquización del departamento de mantenimiento de la empresa textil (Elaboración Propia). La empresa opera con dos calderas pirotubulares de 150 BHP (BHP, Boiler horsepower) de la marca York Shipley en sus instalaciones. Estas calderas tienen la función de generar vapor utilizado en las operaciones de tintorería, específicamente en las máquinas de teñido, secado y lavado. La estrategia de operación de estas calderas se basa en un ciclo mensual, alternando el uso entre la caldera #1 y la caldera #2. 3 A lo largo del año, se programan dos mantenimientos preventivos obligatorios para cada una de las calderas: uno en caliente y otro en frío. Estos mantenimientos preventivos son llevados a cabo por empresas subcontratadas especializadas en la mantención de calderas. Dichas empresas cuentan con peritos certificados, responsables de verificar las condiciones operativas y emitir un informe al Ministerio de Trabajo. Este informe incluye observaciones y, en caso de que la caldera cumpla con todos los requisitos de operación y seguridad ocupacional establecidos en el decreto 87, se emite un permiso de operación. 1.2. Planteamiento del Problema En noviembre de 2022, se identificó un problema en la caldera #2: se detectó corrosión por picadura o "pitting" en sus tubos, lo que requirió su reemplazo completo. Esta situación implicó una inversión significativa por parte del departamento de mantenimiento. Sin embargo, a pesar de la sustitución de los tubos, la caldera continuó experimentando problemas de fugas de agua en los tubos durante los siguientes siete meses. Esto se debió a defectos en la instalación de los nuevos tubos. A raíz de esta experiencia, se identificó una oportunidad de mejora en el plan de mantenimiento de la caldera, con el propósito de reducir los costos de mantenimiento, incrementar la confiabilidad del equipo y prolongar la vida útil de los activos. 1.3. Problema científico ¿Cómo implementar un plan de mantenimiento para calderas pirotubulares utilizando un enfoque RCM en la industria textil de El Salvador? 1.4. Justificación de la investigación La elección de este tema de investigación surge de una oportunidad de mejora identificada en el sistema de mantenimiento empleado para dos calderas pirotubulares en la empresa textil en El Salvador. El departamento encargado del mantenimiento en el área de calderas ha implementado un programa de mantenimiento preventivo que, lamentablemente, presenta una eficacia limitada. Esta limitación se deriva de su enfoque en la ejecución de actividades de mantenimiento en función de intervalos de tiempo predefinidos. Esta orientación hacia la temporalidad conduce a un enfoque rutinario del mantenimiento y no se presta suficiente atención a los componentes críticos que inciden en el funcionamiento óptimo de la caldera. Además, no aborda adecuadamente las implicaciones que estos componentes pueden tener en el presupuesto destinado al mantenimiento, la seguridad de los empleados, la integridad de las instalaciones, la protección del medio ambiente y el rendimiento global de la planta de producción. Históricamente, no se ha realizado una evaluación exhaustiva sobre cómo optimizar el plan de mantenimiento. Por lo tanto, la aplicación del enfoque RCM se considera una estrategia proactiva para aumentar la confiabilidad y disponibilidad de las calderas, al mismo tiempo que se busca reducir 4 los costos de mantenimiento. En la actualidad se sigue ejecutando el plan de mantenimiento anual programado que abarca diversas actividades, entre las cuales se incluye el servicio de mantenimiento para las calderas. Este servicio comprende una limpieza interna, la medición de gases ambientales y la elaboración de un informe pericial para cada caldera. En noviembre de 2022, fue necesario llevar a cabo el cambio de todos los tubos de humo de la caldera #2 debido a una considerable degradación por corrosión que podría comprometer la operación segura de la caldera. Mejorar el plan de mantenimiento permitiría un mayor alcance y seguimiento en relación con los equipos y componentes críticos que tienen una mayor probabilidad de falla y cuyas consecuencias podrían impactar significativamente en la producción Cada vez más empresas salvadoreñas se sienten atraídas por implementar mejoras relacionadas con los costos y la confiabilidad en sistemas de vapor. Esto no solo les permite obtener ahorros económicos, sino también reducir desperdicios y contribuir a la disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero (Argueta, 2023). El presente trabajo resultará beneficioso para el personal de mantenimiento de la empresa textil, ya que propone una herramienta de gestión de mantenimiento que facilitará el desarrollo de un plan de mantenimiento más eficiente con el objetivo de reducir los costos asociados. Los ahorros potenciales hasta un 27.54%, mediante la optimización de las calderas, se destinarán a la evaluación y desarrollo de nuevos proyectos centrados en el mantenimiento de áreas críticas, la inversión en tecnologías de PdM y la capacitación de los líderes de mantenimiento, seguridad industrial y medio ambiente relacionados con el RCM. Además, la mejora en la disponibilidad de las calderas contribuirá a mantener la producción en varias líneas y alcanzar los objetivos anuales de ahorro energético previamente establecidos. 1.5. Objetivos Objetivo General Proponer la implementación de un plan de mantenimiento para las calderas pirotubulares con un enfoque RCM en la empresa textil. Objetivos Específicos 1. Caracterizar los modelos de mantenimiento aplicables a los sistemas de vapor e identificar los criterios y parámetros necesarios para la implementación del modelo RCM en calderas pirotubulares utilizadas en la empresa textil. 2. Desarrollar un plan de mantenimiento optimizado para las calderas pirotubulares con enfoque RCM en la empresa textil. 3. Evaluar la viabilidad económica del plan de mantenimiento propuesto y su impacto en los costos de mantenimiento y confiabilidad de las calderas pirotubulares en la empresa textil. 5 1.6. Alcance Se propone desarrollar un plan de mantenimiento basado en RCM para las calderas pirotubulares con un enfoque tanto técnico como económico. El objetivo principal de este plan es incrementar la confiabilidad de las calderas, al mismo tiempo que se reduce el riesgo de posibles fallas inesperadas. Esta investigación se presenta como una herramienta útil para el personal de mantenimiento, proporcionándoles detalles sobre los fundamentos de la metodología RCM y cómo puede implementarse específicamente en las calderas pirotubulares La implementación del plan propuesto estará sujeto a la decisión de la gerencia de mantenimiento de la empresa textil en estudio. Esto se debe a que la empresa sigue un enfoque de mantenimiento basado en una programación anual, en la cual se define la frecuencia de las diversas actividades de mantenimiento. Esta investigación será beneficiosa tanto para la empresa textil en estudio como para El Salvador en general, ya que ofrece un análisis exhaustivo de diversas técnicas de mantenimiento, con un enfoque particular en la implementación de un programa basado en RCM para mejorar el rendimiento de las calderas pirotubulares. 1.7. Estado del arte La concepción del mantenimiento ha experimentado una constante evolución, que se ha intensificado en los últimos años debido al aumento de la mecanización, la creciente complejidad de equipos, activos e infraestructuras, la adopción de nuevas técnicas de mantenimiento y, en general, un enfoque renovado por parte de las organizaciones y sus responsabilidades. En la Figura 1.2 se puede ver la evolución de la gestión de mantenimiento en una empresa y su transición hacia el mantenimiento 4.0. Este enfoque, en el contexto de la industria 4.0, busca la digitalización y la integración de tecnologías avanzadas, como el Internet de las cosas, la inteligencia artificial y el análisis de datos, para optimizar las operaciones de mantenimiento industrial. El mantenimiento 4.0 tiene como objetivo principal mejorar la eficiencia, reducir costos y minimizar el tiempo de inactividad a través de la monitorización en tiempo real, diagnóstico predictivo y automatización de procesos de mantenimiento. La interconexión de dispositivos y la recopilación de datos permiten una toma de decisiones más informada, facilitando la transición de un mantenimiento reactivo a uno proactivo y predictivo (ITCL, 2020). 6 Figura 1.2 Evolución del Mantenimiento en la industria (ITCL, 2020). Frente a esta avalancha de cambios, el personal encargado de la gestión del mantenimiento se encuentra en la búsqueda de un nuevo camino, un marco de trabajo estratégico que integre estos avances en un modelo coherente. De esta manera, pueden evaluarlos de manera racional y aplicar aquellos que aporten mayor valor tanto para ellos como para sus compañías. Una metodología que precisamente proporciona este esquema de trabajo es conocida como RCM (RCM, Reliability Centered Maintenance) (Moubray, J., 2004). RCM, es una metodología lógica que utiliza la herramienta de análisis de criticidad, efecto y modo de falla para identificar los requisitos de mantenimiento de acuerdo con las consecuencias operativas y de seguridad de cada falla como se muestra en la Figura 1.3 (Faragalla et al., 2016). RCM presenta un enfoque viable para optimizar el mantenimiento de sistemas al combinar de manera óptima tareas de mantenimiento reactivas, basadas en tiempo, basadas en condiciones y proactivas. Este enfoque ha sido ampliamente adoptado en el ámbito académico y profesional, utilizándose con el propósito de desarrollar planes de mantenimiento que integren diversas estrategias, incluyendo mantenimiento correctivo (CM, Corrective Maintenance), mantenimiento preventivo (PM, Preventive Maintenance) y mantenimiento predictivo (PdM, Predictive Maintenance). 7 Figura 1.3 Componentes de programa de RCM (Faragalla et al., 2016) Su origen se remonta al ámbito de la industria comercial de aviación de los Estados Unidos, donde fue concebida con el objetivo de mejorar la seguridad y confiabilidad de los equipos. En 1978, Stanley Nowlan y Howard Heap, empleados destacados de United Airlines, definieron esta metodología, la cual desde entonces ha sido ampliamente utilizada para determinar estrategias de mantenimiento de activos físicos en prácticamente todas las áreas de trabajo de los países industrializados del mundo (SAE, 2009). En el contexto actual, el campo del RCM ha evolucionado y se han desarrollado diversas metodologías derivadas; no obstante, el núcleo fundamental de esta disciplina permanece sólidamente representado en la norma SAE JA1012 (Campos-López, O., Tolentino-Eslava, G., Toledo-Velázquez, M., & Tolentino-Eslava, R, 2019). La norma SAE JA1012 complementa esta metodología al presentarse como una herramienta para aquellos interesados en la gestión efectiva de activos físicos mediante la aplicación rigurosa y efectiva del RCM. Esto refuerza la importancia de la investigación continua en este campo. De hecho, varios estudios se han realizado específicamente sobre el mantenimiento para sistemas de vapor, lo que demuestra la relevancia constante de esta área de estudio y su vinculación con el RCM. 8 El plan de mantenimiento para sistemas de calderas de vapor debe abordar uno de los problemas de deterioro más frecuentes en estos equipos, como señala Betancor (Betancor González, 2018) en su investigación sobre la medición de la corrosión. Este estudio destaca cómo el entorno influye en el desgaste de los artefactos operativos y sugiere que el operador de la caldera, por su conocimiento de la instalación, desempeña un papel crucial al identificar defectos y reportarlos al equipo de mantenimiento. En este contexto, el objetivo del mantenimiento es prolongar la vida útil y disponibilidad de los componentes del sistema de calderas de vapor, lo que a su vez conduce a ahorros significativos para la empresa al reducir el nivel de desgaste. Para Patil (Bewoor & Patil, 2021) en los procesos de numerosas industrias que dependen de la producción continua, resulta fundamental contar con calderas de vapor eficientes para mejorar la disponibilidad. Identificar los componentes mecánicos críticos basándose en su frecuencia de fallos, confiabilidad y facilidad de mantenimiento se vuelve esencial. En este contexto, reducir la probabilidad de colapsos o pérdidas de potencia durante la operación de las calderas es crucial para evitar costosas reparaciones. La confiabilidad de una caldera de vapor se traduce en la probabilidad de que el equipo desempeñe su función de manera efectiva durante un período de uso determinado. La investigación enfatiza la necesidad de desarrollar un plan de mantenimiento exhaustivo para las calderas de vapor. Esto implica la revisión detallada de todos los componentes del subsistema, a fin de realizar un análisis de confiabilidad y disponibilidad. Posteriormente, se requiere establecer una evaluación constante y preventiva de los aspectos clave de la maquinaria, como el sistema de combustión, el sistema de agua de alimentación y el sistema de purga. Estos sistemas, cruciales desde una perspectiva de confiabilidad, siguen siendo las principales causas de los períodos de inoperatividad en las calderas de vapor. El mantenimiento desempeña un papel crucial en la mejora de las operaciones en las centrales eléctricas, según sostiene Fuzi, Alnaimi y Nasif (Fuzi et al., 2020). El riesgo y la falla representan problemas comunes en estas instalaciones, pudiendo dar lugar a cortes inesperados, como el apagado de las calderas de vapor. La solución de estos problemas requiere a menudo el cese de las operaciones de las calderas por tiempos prolongados, lo que conduce a una pérdida considerable en los ingresos económicos para la empresa. Por esta razón, en el marco de su investigación, se dio prioridad a la optimización de las actividades de mantenimiento y la reducción de los costos operativos a través de la implementación de un enfoque basado en riesgos para el mantenimiento. Cabe precisar que las centrales térmicas generan energía utilizando turbinas de vapor convencionales y generadores de vapor con carbón, petróleo o gas natural como combustibles para su funcionamiento. En la investigación se resalta que las calderas de vapor son los componentes más críticos dentro de la industria eléctrica debido al mayor costo de mantenimiento que se realiza en esta maquinaria. Según 9 los autores, la caldera de vapor es la pieza clave para el correcto rendimiento de otros equipos; por lo tanto, el plan de mantenimiento debe considerar la priorización de calderas con riesgo total en términos económicos, de seguridad y ambientales. Por otra parte, Patil (Patil & Bewoor, 2020) llevó a cabo una investigación sobre las industrias textiles, que consumen una gran cantidad de energía térmica. La demanda de calderas de vapor está experimentando un rápido aumento en la India, y esta creciente demanda puede afectar la capacidad de los sistemas mecánicos de calderas de vapor. El estudio propone un enfoque RCM que utiliza el análisis de confiabilidad mediante el método de juicio de expertos para evaluar las características de la caldera y el modelo de falla de mejor ajuste. Además, se realiza una evaluación de la confiabilidad del sistema junto con los intervalos de PM de todos los componentes. En otro estudio, Tamajón-Reyes y Mojicar-Caballero (Mojicar-Caballero, 2016) se centraron en llevar a cabo un análisis de fallos en calderas pirotubulares y en comprender el impacto que estos tenían en el medio ambiente. Basaron su trabajo en la teoría de la fiabilidad, aplicando diversas técnicas en las máquinas con el objetivo de determinar las causas de las fallas, así como los efectos que generan en el activo. Establecieron mecanismos para disminuir la frecuencia de fallas, determinar las consecuencias y evaluar el riesgo relacionado con la contaminación. La recurrencia de incidencias de fallos lleva a la conclusión de que está vinculada a una única causa: la falta de buenas prácticas de mantenimiento. En lugar de enfocarse en la prevención, se centraron únicamente en la realización frecuente de tareas relacionadas con la limpieza y la supervisión de las fallas a medida que surgen, corrigiéndolas a medida que el activo envejece. Esto se hace sin un plan de mantenimiento diseñado para satisfacer realmente las necesidades del equipo. En El Salvador se realizó en la industria azucarera el desarrollo de un plan RCM en el proceso de turbo generación donde se incluye calderas bagaceras, debido a la disminución del 40% en los precios mundiales del azúcar que impactó negativamente en la rentabilidad del negocio. Ante esta situación, identificaron que el mantenimiento era la partida más significativa. Observaron que muchos equipos eran intervenidos anualmente durante la etapa de no producción sin un análisis previo de su desempeño durante la zafra, lo que aumentaba innecesariamente los costos. Por tanto, buscaron mejorar la eficiencia en el mantenimiento para mantener márgenes de rentabilidad adecuados y garantizar su sostenibilidad (Chiquillo Rodríguez et al., 2021). Finalmente, en otro ingenio azucarero, la aplicación de la metodología RCM a una caldera bagacera, debido a su alta criticidad, reveló costos significativos, incluyendo pérdidas anuales de producción de azúcar y pérdidas por energía no vendida. Además, se registraban altos costos de reparación y tiempos de indisponibilidad durante la zafra. Dada su importancia en la generación de energía eléctrica y vapor para la producción de azúcar, la caldera desempeñaba un papel crucial en el 10 funcionamiento del ingenio. La implementación del RCM no solo contribuyó a la reducción de los costos de mantenimiento, sino que también aumentó el conocimiento de los operadores y mantenedores, permitiendo focalizar los recursos en las fallas más críticas. Como resultado, se logró disminuir los costos de mantenimiento, incrementando la confiabilidad del activo mediante la eliminación de algunas tareas de mantenimiento preventivo basadas en las nuevas estrategias derivadas del análisis RCM multidisciplinario (Flores Claros & Chávez Posada, 2021). 11 CAPÍTULO 2 GENERACIÓN DE ENERGÍA POR MEDIO DE SISTEMAS DE VAPOR En este capítulo, se explorarán diversas aplicaciones a nivel mundial en las que se han implementado sistemas de vapor. También, se presentará una descripción de los componentes y el funcionamiento de estos sistemas, seguida por una revisión de los tipos de mantenimiento más comunes aplicados en estos contextos. Posteriormente, se exponen las aplicaciones en las que estos sistemas resultan útiles. Por último, se examinará el marco legal que regula la operación y el mantenimiento de sistemas sometidos a presión, con un enfoque específico en el contexto de El Salvador. 2.1. Generación de Energía por medio de Sistemas de Vapor El vapor se forma a partir de la vaporización del agua debido al calentamiento, lo que provoca un aumento en la velocidad de las moléculas y su transición de líquido a vapor. El vapor saturado se forma cuando el agua alcanza un equilibrio con su presión correspondiente a la temperatura. En aplicaciones industriales, el vapor en su estado saturado se perfila como un recurso primordial. Los sistemas de vapor industriales se diseñan para producir vapor de alta calidad y en cantidades adecuadas para las necesidades de los sistemas mecánicos y de procesos en una instalación manufacturera. Las calderas, que utilizan la combustión como fuente de calor, son generadores de vapor comunes y se han utilizado históricamente para convertir calor en energía, especialmente en la extracción de agua de minas (Sabet, 2016) En la industria, el vapor de agua es un fluido común en motores térmicos para la conversión de calor en trabajo. La generación de vapor implica la separación de la fuente de calor, el proceso de combustión y el fluido empleado. Estos sistemas deben cumplir con códigos ASME, regulaciones locales y nacionales, requisitos de aseguradoras, directrices de proveedores de servicios públicos y estándares de ingeniería reconocidos como buenas prácticas (Singh, 2023). 2.1.1. Sistemas de Vapor en la Industria A lo largo de más de un siglo y medio, las calderas han encontrado aplicación en diversas naciones de Europa, América, Japón, Sudáfrica, Rusia y Australia. Sin embargo, en concordancia con la rápida industrialización que ha caracterizado al mundo en desarrollo en tiempos recientes, se han observado notables incrementos en las capacidades de generación de energía. Este fenómeno se ha manifestado de manera más marcada en países como China e India (Rayaprolu, 2009). Los sistemas de vapor desempeñan un papel crítico en la mayoría de los procesos industriales actuales. En sectores industriales clave, una parte significativa del consumo de combustibles fósiles se destina a la generación de vapor. Por ejemplo, la industria alimentaria utiliza un 57% de su energía para este propósito, la industria de pulpa y papel un 81%, la industria química un 42%, la refinación 12 de petróleo un 23% y la producción de metales primarios un 10%. A nivel global, aproximadamente el 40% de la energía se genera mediante calderas alimentadas con carbón pulverizado y turbinas de vapor, que funcionan bajo el ciclo termodinámico Rankine (Ganapathy, 2002). Los sistemas de vapor encuentran su ámbito principal de aplicación en los procesos industriales, producción de energía, sistemas de calefacción y otros contextos donde se requieren fluidos a altas temperaturas. Estas estructuras varían en dimensiones y configuraciones, operando con diversas fuentes de energía, como gas natural, petróleo, carbón y electricidad. Es crucial destacar que el mantenimiento adecuado y la operación precisa son aspectos esenciales para garantizar tanto la seguridad como la eficiencia en el rendimiento de las calderas (Singh, 2023). En la Figura 2.1 se muestran algunos de los componentes fundamentales presentes en la mayoría de las calderas. Figura 2.1 Esquema de los componentes fundamentales en Calderas (López Mendoza, 2020). El vapor se considera una fuente energética óptima debido a las propiedades del agua que facilitan una eficiente transferencia de calor, así como los procesos de vaporización, compresión y expansión. El agua tiene una capacidad excepcional para absorber calor, incrementando su temperatura en 1°F al recibir una Unidad Británica de Calor (BTU, British Thermal Unit). La transición del agua al estado de vapor, con su cambio de fase de líquido a gas, requiere 1000 BTU por libra. En el proceso inverso, 13 cuando el vapor condensa nuevamente en líquido, libera los mismos 1000 BTU de energía calorífica que previamente absorbió (Sabet, 2016). El vapor desempeña un papel esencial en diversas aplicaciones industriales, incluyendo el tratamiento de agua, el funcionamiento de calderas y sistemas de calefacción. Además, se emplea en el calentamiento de procesos industriales a gran escala y ofrece ventajas significativas en términos de simplicidad, eficiencia y confiabilidad (Universidad Nacional de Tucumán, 2015). El vapor se utiliza tanto en formas directo como indirecto de calentamiento, siendo introducido directamente en la sustancia a calentar en la forma directo, mientras que en la forma indirecto se utiliza un intercambiador de calor para evitar el contacto directo. También se emplea en procesos de atomización, mejorando la eficiencia de la combustión en calderas y generadores de vapor que utilizan petróleo como combustible (Linero, 2010). En la generación de electricidad, el vapor sigue siendo esencial, siguiendo el ciclo de Rankine en plantas de energía de vapor. Además, se utiliza en la humidificación para controlar la humedad en sistemas de climatización y ventilación, y en el secado de productos, ofreciendo ventajas económicas y de calidad en comparación con el aire caliente (U.S. Environmental Protection Agency, 2016). 2.2. Caracterización de las calderas de Vapor El término "caldera" en su esencia más directa evoca la idea de un dispositivo destinado a la vaporización de agua. Desde una perspectiva más rigurosa, una caldera efectúa la conversión de la energía química inherente al combustible en energía térmica del vapor, o en situaciones donde la combustión no interviene, transforma la energía térmica de los gases calientes en energía térmica del vapor. Un precedente ancestral de la caldera lo constituye la tetera, un dispositivo rudimentario que calienta agua para generar vapor (Rayaprolu, 2009). La variedad de calderas existentes se agrupa según su diseño, aplicación y la fuente de combustible que utilizan. La elección del tipo de caldera a implementar surge de consideraciones específicas ligadas a la aplicación en cuestión, englobando aspectos como las condiciones de temperatura y presión requeridas, la disponibilidad del combustible deseado y la optimización de la eficiencia energética. La clasificación general de las calderas se organiza en varios aspectos clave, estableciendo diversas categorías que definen su diseño, operación y características específicas. Estos aspectos se presentan en la Figura 2.2 para establecer una comprensión integral de los tipos de calderas disponibles y sus aplicaciones. 14 Figura 2.2 Clasificación de las calderas de vapor (Basu et al., 2012). • Horizontal • Vertical CONFIGURACIÓN • Fija o estacionaria • Móvil o portátil MOVILIDAD O INSTALACIÓN • Recorrido en un sentido (de un paso) • Con retorno simple (de dos pasos) • Con retorno doble (de tres pasos) CIRCULACIÓN DE LOS GASES • Cilindrica sencilla de hogar • Con un tubo hogar (liso o corrugado) • Con dos tubos hogares (liso o corrugado) FORMA DE CALEFACCIÓN • Baja presión (0 a 2 kg/cm²) • Media presión (2 a 10 kg/cm²) • Alta presión (10 a 225 kg/cm²) PRESIÓN DE TRABAJO • De agua caliente • De vapor saturado o recalentado • Supercríticas (más de 225 kg/cm²) GENERACIÓN • Circulación natural: el agua se mueve por efecto térmico • Circulación forzada: el agua circula mediante el impulso de una bomba INGRESO DE AGUA A LA CALDERA • Convección • Radiación y convección MECANISMO DE TRANSMISIÓN DE CALOR DOMINANTE • Combustibles sólidos • Combustibles líquidos • Combustibles gaseosos COMBUSTIBLE EMPLEADO • Tiro natural: Corriente de aire ascendente por diferencia de densidades • Tiro inducido: Extracción de gases mediante ventilador, requiere mantenimiento • Tiro forzado: Entrada de aire con ventiladores, control de mezcla aire-combustible TIRO • Operación manual • Semiautomáticas • Automaticas MODO DE GOBERNAR LA OPERACIÓN 15 Desde la configuración hasta los mecanismos de transferencia de calor y combustible, cada aspecto se entrelaza en operación y rendimiento. La presión de trabajo y generación de calor también son cruciales. Un factor determinante es la circulación de gases y disposición de fluidos en tubos, destacando dos grandes tipos de diseño en calderas industriales: pirotubulares, con tubos de humo para gases calientes, y acuotubulares, que emplean tubos de agua (Basu et al., 2012). Cada enfoque presenta ventajas y desafíos, resaltando la importancia de seleccionar la caldera adecuada para cada aplicación. 2.2.1. Calderas Acuotubulares Las calderas acuotubulares, también denominadas calderas de tubos de agua ocupan un lugar preeminente en la ingeniería termo energética. En este tipo de configuración, el fluido sujeto a calentamiento, en este caso, el agua, fluye a través de una disposición longitudinal de tubos. Estos tubos están inmersos en el entorno de la combustión, rodeados por la intensa energía térmica emanada de las llamas y los subproductos gaseosos generados en el proceso de combustión. Esta configuración particular de caldera encuentra su aplicación más destacada en las centrales termoeléctricas, destacándose por su capacidad para soportar elevadas presiones en el flujo de salida y por su destacada habilidad para generar una cantidad sustancial de energía (Bahamondes, 2006). La operatividad de estas calderas se basa en el alojamiento del agua dentro de los mencionados tubos, dispuestos en una configuración estratégicamente inclinada. Esta inclinación persigue maximizar la superficie de intercambio térmico, lo que, a su vez, promueve un proceso en el cual el vapor, emergiendo con notables temperaturas, induce de manera natural el flujo de agua más fría en la porción inferior. Este enfoque favorece un flujo continuo y eficiente tanto de calor como de fluido. La combustión se inicia en una cámara especialmente diseñada para este propósito, con paredes tubulares que delimitan con precisión el espacio reactivo. Sin embargo, es importante señalar que esta configuración, a pesar de su capacidad para resistir presiones sustanciales, implica una inversión económica más alta y enfrenta desafíos relacionados con la acumulación de impurezas en la sección en contacto con el agua, además de mostrar una inercia térmica reducida en comparación con alternativas disponibles. A pesar de estas consideraciones, las calderas acuotubulares han encontrado una amplia aplicación en centrales eléctricas y diversos entornos industriales. La optimización del diámetro y las dimensiones totales ha permitido conciliar un perfil espacial más compacto con la capacidad de gestionar presiones notablemente elevadas (UNEP, 2004) (Kohan, 2000). Estas calderas se emplean casi exclusivamente para obtener elevadas presiones y altos índices de rendimiento, con una producción de vapor que varía desde aproximadamente 5 Ton/h hasta grandes producciones de 4000 Ton/h, y tienen la capacidad de manejar presiones de hasta más de 150 bares (Basu et al., 2012). 16 En la Figura 2.3 se muestra un esquema de la caldera acuotubular. Figura 2.3 Esquema de Caldera Acuotubular (IB&M Boilers, 2023). 2.2.2. Caldera Pirotubular Las calderas pirotubulares, también conocidas como calderas de tubos de fuego, representan una distinción fundamental en comparación con sus contrapartes acuotubulares, ya que los gases generados durante la combustión circulan a través de los tubos, mientras que el agua se aloja en las paredes internas de la caldera. Estos dispositivos aprovechan al máximo la transferencia de calor mediante mecanismos de convección y radiación. En este tipo de calderas, el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente, rodeando los tubos por los cuales fluyen los gases y el fuego generados por el proceso de combustión, como se ilustra en la Figura 2.4. Figura 2.4 Esquema de Caldera Pirotubular (IB&M Boilers, 2023). 17 En la Figura 2.5 se muestra los fenómenos de transferencia de calor que ocurren en la caldera: transferencia por radiación y convección entre los gases de combustión y la pared de los tubos, conducción a través de la pared de los tubos hacia el agua, transferencia por convección desde los tubos hacia el vapor de agua líquido- mezcla en las diferentes fases. La fase gaseosa se considera gas ideal, y se desprecia la conducción en esta fase. La transferencia de calor desde el gas que llega a la pared de la cámara de combustión se calcula mediante radiación y convección. La componente axial de la radiación puede ser razonablemente despreciada ya que es relativamente pequeño en comparación con el componente radial. Todas las cantidades son iguales en una sección transversal del tubo, es decir, no se producen gradientes de presión y temperatura del fluido en el direcciones radiales y circunferenciales (Ortiz, 2011). Figura 2.5 Fenómenos esquemáticos de transferencia de calor que ocurren dentro de una caldera pirotubular, según corte transversal en uno de los tubos de humo (Ortiz, 2011). Por lo general, estas calderas incluyen una cámara de combustión integral conocida como la caja de fuego, que está rodeada por superficies refrigeradas por agua. El diseño interno de estas calderas incorpora tuberías para el transporte de los fluidos, las cuales pueden configurarse en 1, 2, 3 o 4 pasos. En la Figura 2.6 se muestra un ejemplo de una caldera pirotubular de 3 pasos. 18 Figura 2.6 Esquema representativo típico de una caldera pirotubular de tres pasos (Ortiz, 2011). De hecho, el 95% de las calderas industriales de vapor adopta el formato de tubos de humo. A pesar de su importancia en la producción de vapor a nivel industrial, esta categoría presenta limitaciones en términos de capacidad, con un máximo de 1500 CC, y presiones operativas limitadas a un máximo de 20 kg/cm² (Kohan, 2000). Las superficies internas de las paredes de la cámara de combustión están recubiertas con material refractario. Los gases calientes atraviesan el altar y recorren el fondo de la caldera, retornando hacia la parte frontal a través de los tubos internos. Los productos resultantes de la combustión son finalmente expulsados a través de la chimenea. Este tipo de caldera con tubos de retorno se emplea principalmente en pequeñas centrales industriales debido a sus limitaciones en la producción de vapor, restricciones en las presiones operativas y su moderada velocidad de producción. Su estructura consta de un cuerpo cilíndrico dispuesto horizontalmente que alberga un conjunto multitubular para la transferencia de calor y una cámara superior destinada a la formación y acumulación de vapor (UNEP, 2004). Las calderas pirotubulares son la elección preferida en aplicaciones industriales de baja presión (Basu et al., 2012). 2.3. Tipos de mantenimientos aplicados a Sistemas de Vapor Para un proceso de mantenimiento de calderas de vapor en una empresa, resulta importante demostrar la búsqueda constante de la excelencia, a fin de equilibrar de manera efectiva el rendimiento, los Vapor Saturado Nivel de agua Segundo paso Horno (Primer paso) Tercer paso Quemador Chimenea Gases de Combustión 19 riesgos y los ingresos de los recursos, con el propósito último de alcanzar una solución óptima en el ámbito del mantenimiento en cualquier sector industrial. El enfoque estructurado, según Jardine (Jardine & Tsang, 2005), para alcanzar la excelencia en el mantenimiento implica considerar tres tipos fundamentales de objetivos a lo largo del camino: estratégicos, tácticos y de mejora continua. Para lograr este objetivo, se deben tomar decisiones fundamentales sobre cuándo ejecutar las tareas de mantenimiento y la cantidad de recursos, tanto económicos como de otro tipo, que se destinarán para satisfacer las demandas de mantenimiento que la empresa enfrenta. Estas decisiones, impulsadas por información extraída de los datos, llevarán a soluciones óptimas gracias a la labor de los responsables y/o ingenieros de operaciones y mantenimiento. En este sentido, el Comité Europeo para la Estandarización (ISO, 2016) establece en el ISO 14224:2016 dos categorías principales de mantenimiento: CM y PM, basadas en la experiencia acumulada a lo largo del tiempo en diversas empresas industriales. Estas categorías han enriquecido el conocimiento a través de las mejores prácticas en ámbitos de seguridad, confiabilidad, mantenibilidad y disponibilidad de equipos a nivel internacional. En particular, el CM se lleva a cabo con el fin de restablecer un activo después de la ocurrencia de fallos. Para lograrlo, se requiere un historial exhaustivo de fallas de cada equipo de producción, incluso las fallas críticas que puedan dejar inoperante al activo. Posteriormente, se realiza un análisis de causa raíz que involucra el modo, la causa y el mecanismo de la falla. Cabe destacar que el CM en sistemas de vapor se considera la forma más reactiva de mantenimiento, ya que se ejecuta después de que se ha producido una falla. En sistemas de vapor en los que no existe redundancia, la indisponibilidad de una caldera de vapor implica pérdidas significativas en la producción, dada la dependencia de diversos procesos y subprocesos de la energía térmica proporcionada por la caldera. Por otro lado, PM tiene como objetivo anticipar y prevenir fallos en un activo mediante inspecciones y pruebas destinadas a evaluar la condición y el rendimiento del equipo. Además, se requiere el registro detallado de las acciones realizadas en cada activo, con el fin de calcular su confiabilidad y disponibilidad (Palmer, 2013). En contraste, según Smith (Smith & Hinchcliffe, 2003), el PM adquiere mayor prominencia en comparación con el correctivo en las instalaciones industriales y plantas. Él incluso rechaza el término "mantenimiento reactivo", argumentando que los recursos destinados al mantenimiento han estado históricamente enfocados en abordar fallas inesperadas, descuidando el aspecto preventivo. De acuerdo con Smith, el PM implica tareas de inspección planificadas y programadas con antelación para mantener las capacidades de los activos. Por otro parte, el CM se refiere a tareas no planificadas que surgen imprevistamente y que buscan restaurar las capacidades funcionales de equipos defectuosos. 20 En la visón de Díaz-Concepción (Díaz-Concepción et al., 2016), las acciones de mantenimiento permiten optimizar los costos y aumentar la disponibilidad y confiabilidad operativa de los equipos, prolongando así su vida útil. Este propone la implementación del "Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad - RCM" como una filosofía de gestión de mantenimiento. Esta metodología, traducida del RCM, se aplica sistemáticamente a activos corporativos con el objetivo de desarrollar un plan estructurado de PM, respaldado por procedimientos, políticas y documentos de gestión específicos para cada activo. Díaz-Concepción enfatiza que esta metodología tiene en cuenta la seguridad, la protección del medio ambiente y la productividad de la empresa, y utiliza herramientas como el análisis de criticidad para el desarrollo de estrategias de mantenimiento. Por otro lado, Jardine (Jardine & Tsang, 2005) destaca la importancia de la confiabilidad por diseño y del RCM. Mientras que los planes de mantenimiento suelen enfocarse en tareas básicas como limpieza, ajustes y lubricación, el enfoque de RCM busca detectar desgastes tempranos para prevenir fallos en el servicio. Sin embargo, Jardine también propone un enfoque alternativo que mejora la confiabilidad de los activos a través del diseño. En este sentido, un mantenimiento centrado en la confiabilidad es una metodología estructurada que busca determinar el tipo de mantenimiento más adecuado para un activo específico, prescindiendo de tareas rutinarias para concentrarse en trabajos más especializados. La idea es destinar recursos hacia estrategias de mantenimiento, sistemas de información de gestión de mantenimiento, seguimiento y tecnologías novedosas. El objetivo principal de esta herramienta es preservar la función del sistema en lugar de simplemente mantener en funcionamiento el activo. Su implementación exige una comprensión profunda de las funciones de los activos y de las fallas relacionadas con esas funciones. Luego de aplicar estas herramientas, los planes de mantenimiento y confiabilidad deben ser desarrollados adecuadamente mediante la ejecución óptima de las tareas, con el propósito de cumplir de manera segura con los requisitos de confiabilidad y disponibilidad de los equipos de calderas de vapor a un costo sostenible para la empresa. Identificar técnicas de análisis y aplicar tipos de actividad de mantenimiento es crucial en este proceso. El RCM se destaca como una de las metodologías más conocidas y utilizadas para mantener la eficiencia operativa en sistemas de vapor. Funciona al equilibrar los costos significativos del CM con los costos de las políticas programadas (preventivas o predictivas), todo ello considerando la posible reducción en la "vida útil" del elemento evaluado (Wang et al., 2007) (Sharma et al., 2005). Finalmente, la aplicación del RCM en sistemas de vapor busca anticipar posibles fallos, entender sus causas y evaluar sus consecuencias, todo ello con el fin de prevenirlos y determinar que acciones se debería tener para preservar los activos físicos, manteniendo su disponibilidad operativa y continúe haciendo la función por la que es requerida en la actualidad (Moubray, J., 2004). Además es una 21 metodología que permite optimizar los recursos en el mantenimiento, optimizar los costos y mejorar la eficacia del sistema de mantenimiento (Zeinalnezhad et al., 2020). El RCM es capaz de reducir lo mayor posible las actividades del mantenimiento, los costos que involucran reparar los fallos, sin afectar el rendimiento de la producción, la calidad del producto, la seguridad y la salud de los trabajadores (Piechnicki et al., 2019). También es utilizado como un procedimiento para detectar los pasos para el PM de sistemas complejos. El éxito del RCM no solo es reflejado por la confiabilidad de los equipos sino también de los principios y de la adecuada comprensión y aplicación de su concepto (Campos-López et al., 2019). El RCM permite establecer una adecuada estrategia de mantenimiento para cada tipo de fallo que pueda ocurrir, que sirve como base para realizar un nuevo programa de mantenimiento (Prasmoro, 2020). El RCM permite decidir si el equipo es conveniente para el proceso, y determina los cambios de diseño en las necesidades del equipo para nuevas inversiones y la conveniencia del proceso (Rizkya et al., 2019) 2.4. Aplicaciones de los sistemas de vapor en la industria textil y los tipos de mantenimiento aplicados En esencia, existen tres técnicas fundamentales para optimizar las estrategias de mantenimiento de los sistemas: Mantenimiento Basado en Condición (CBM, Condition-Based Maintenance), Mantenimiento Productivo Total (TPM, Total Productive Maintenance) y RCM. En el ámbito global, se emplean metodologías de mantenimiento como el RCM en la industria textil con el propósito de potenciar la confiabilidad, eficiencia y seguridad de las calderas, logrando así desarrollar planes de mantenimiento rentables, mediante análisis de función y riesgo. A continuación, se presentan ejemplos de tales enfoques. De acuerdo con Islan H. Afety. (Islam H., 2010), en su artículo se detalla la aplicación del RCM en una planta textil de proceso de vapor con un enfoque central en mejorar la confiabilidad de la planta mediante la creación de un plan de mantenimiento financieramente viable. Este plan abarca acciones convencionales de mantenimiento, como PM, PdM, Monitoreo en Tiempo Real (RTM, Real Time Monitoring) y Ejecución hasta el Fallo (RTF, Run to Failure). La contribución de este artículo radica en la fusión de la evaluación de la criticidad y el RCM en una única metodología aplicable en una planta. Otro artículo relevante, titulado "Mejora del rendimiento sostenible de las instalaciones de calefacción en una sala de calderas central mediante CBM" (Behzad et al., 2019), demuestra que al implementar estrategias eficaces de operación y mantenimiento, es posible aumentar la sostenibilidad de los sistemas energéticos. La investigación resalta que, para concebir planes de mantenimiento efectivos, es necesario comprender la condición actual de los equipos, lo cual se logra a través de 22 métodos de monitoreo de la condición. En este contexto, el análisis de vibraciones y la termografía son los métodos considerados. Por otro lado, Patil ha llevado a cabo una investigación centrada en las industrias textiles, las cuales presentan un alto consumo de energía térmica. En particular, la creciente demanda de calderas de vapor acuotubulares en la India plantea un desafío significativo, ya que podría impactar la eficiencia de los sistemas mecánicos asociados con estas calderas. El estudio propone un enfoque basado en el RCM, empleando el análisis de confiabilidad mediante el método de juicio de expertos para evaluar las características de la caldera y determinar el modelo de falla más apropiado. Además, se realiza una evaluación integral de la confiabilidad del sistema, incorporando los intervalos de Mantenimiento Preventivo (PM) de todos los componentes involucrados (Patil & Bewoor, 2020). En esta investigación, el RCM es el enfoque principal, ya que ninguno de los otros enfoques puede describir completamente los cuatro puntos siguientes: 1 - Conservar la funcionalidad de un sistema de maquinaria de la misma manera en toda su vida útil 2- Identificar modos de fallo que puedan anular las funciones, 3 – Prioriza la necesidad de la función, y 4- Selecciona solo tareas de mantenimiento preventivo aplicables y efectivas (Moubray, J., 2004). 2.5. Los sistemas de vapor en El Salvador 2.5.1. Marco Legal y Aplicaciones en la Industria Salvadoreña El Decreto 87 (Reglamento para la Verificación del Funcionamiento y Mantenimiento de Generadores de Vapor) enmarca en la legislación que regula el uso de calderas industriales y generadores de vapor en El Salvador. El artículo 72 de la Ley General de prevención de riesgos en el lugar de trabajo establece que todo empleador está obligado a darle mantenimiento adecuado a los generadores de vapor existentes en el lugar de trabajo, así como presentar a la Dirección General de Previsión Social, el informe pericial y constancia de buen funcionamiento de dicho equipo, según la naturaleza del proceso (Ministerio de Trabajo y Previsión Social, 2010a), (Anexo A). Además, el artículo 72 estable aspectos técnicos relativos a las medidas de seguridad en la instalación, operación, inspección y mantenimiento de equipos sometidos a presión (Órgano Legislativo, 2012). Este decreto establece normas y procedimientos para la operación, funcionamiento y mantenimiento de generadores de vapor, con un enfoque particular en la prevención de riesgos laborales y la protección del medio ambiente. Este decreto menciona las características que debe de cumplir el cuarto de calderas dentro de una planta de producción para garantizar que el diseño y construcción del piso, las paredes y el techo sea el adecuado para garantizar una operación segura. En la sección segunda del decreto 87 se mencionan los requisitos de los aparatos auxiliares, accesorios y tuberías que dependen de la presión de operación de las calderas para la correcta selección de las válvulas de seguridad. 23 Este decreto también menciona todos los aspectos relacionados al peritaje de las calderas. El orden de los peritajes es: peritaje en frío, prueba hidrostática, peritaje de la caldera en operación (en caliente) verificación general y anual de las instalaciones (Caldera en operación). Es obligación de los empleadores realizar dos peritajes al año, de cada caldera, uno será en funcionamiento caliente y el otro en frío, entre uno y otro debe mediar un plazo máximo de seis meses (Órgano Legislativo, 2012) El Decreto 254, que corresponde a la Ley General de Prevención de Riesgos en los Lugares de Trabajo (LGPRLT), establece las regulaciones generales para la prevención y control de riesgos laborales en diversos entornos laborales, incluyendo aquellos que involucran el uso de generadores de vapor y calderas. Además el Decreto 254 establece requisitos de seguridad para garantizar un alto nivel de seguridad y salud de los trabajadores y trabajadoras, frente a los riesgos derivados del trabajo de acuerdo a sus aptitudes psicológicas y fisiológicas para el trabajo, reduciendo al mínimo los riesgos inherentes a las operaciones laborales (Ministerio de Trabajo y Previsión Social, 2010b). El no acatamiento de las disposiciones establecidas en la Ley General de Prevención de Riesgos en los Lugares de Trabajo (LGPRLT), ya sean acciones u omisiones que incidan en el cumplimiento de dicha normativa y sus reglamentos, constituye una sanción a los empleadores (Ministerio de Trabajo y Previsión Social, 2010a). En la Tabla 2.1 se presentan las infracciones conforme al artículo 77 y al artículo 82 de la LGPRLT. Tabla 2.1 Clasificación de los tipos de infracciones y sus multas (Ministerio de Trabajo y Previsión Social, 2010a). Tipo de Infracción Multas-Salarios Mínimos Leves 4 a 10 Graves 14 a 18 Muy Graves 22 a 28 El artículo 80 de la Ley General de Prevención de Riesgos en los Lugares de Trabajo (LGPRLT) identifica las sanciones consideradas como muy graves, las cuales están directamente vinculadas a lo dispuesto en el decreto 87. Este último reglamento aborda las condiciones de funcionamiento y las buenas prácticas de mantenimiento que deben observarse en los equipos sujetos a presión (Ministerio de Trabajo y Previsión Social, 2010a). El Decreto 87 y el Decreto 254 están estrechamente relacionados en el contexto de la operación de generadores de vapor y calderas. Mientras que el Decreto 87 se enfoca en la regulación específica de los generadores de vapor, el Decreto 254 aborda de manera más general la prevención de riesgos laborales. La operación segura de generadores de vapor, en conformidad con el Decreto 87, contribuye directamente a la mitigación de riesgos laborales, cumpliendo así con los principios y objetivos establecidos en el Decreto 254. 24 En conjunto, estos decretos buscan establecer un marco normativo sólido que asegure la seguridad tanto de los trabajadores como del entorno en el que operan los generadores de vapor y las calderas industriales. El cumplimiento de ambas regulaciones es esencial para garantizar que las instalaciones funcionen de manera confiable, evitando accidentes y asegurando un entorno laboral seguro y saludable. La Norma Salvadoreña de Emisiones Atmosféricas Fuentes Fijas Puntuales (NSO 13.11.02:11), desarrollada por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), establece los límites máximos permisibles de concentración de las emisiones de contaminantes descargados a la atmósfera, generados por las fuentes fijas puntuales, establecidos para proteger la salud y el medio ambiente los límites máximos permisibles para hornos y calderas (Aguilar et al., 2002). Para la caldera utilizada en la industria textil objeto de estudio por ser mayor de 30 CC debe cumplir con los límites máximos permisibles de la Tabla 2.2. Tabla 2.2 Límites máximos permisibles en calderas pirotubulares, acuotubulares, de sistema mixto y equipos de calentamiento indirecto (Aguilar et al., 2002). Contaminante SIMB UNIDAD GLP DIESEL BUNKER BIOMASA Dióxido de azufre 𝑆𝑂2 𝑀𝑔 𝑁𝑚⁄ 3 NA 435 2314 -- Dióxido de Carbono 𝐶𝑂2 % Reportar Reportar Reportar Reportar Monóxido de Carbono 𝐶𝑂 𝑀𝑔 𝑁𝑚⁄ 3 Reportar 152 152 Reportar Óxidos de Nitrógeno 𝑁𝑂𝑥 𝑀𝑔 𝑁𝑚⁄ 3 201 201 408 Reportar Partículas Totales Suspendidas PTS 𝑀𝑔 𝑁𝑚⁄ 3 NA 213 213 411 Opacidad % NA 30 50 50 El Consejo Nacional de Energía (CNE) y actualmente llamado Dirección General de Energía, Hidrocarburos y Minas (DGEHM) según el Decreto 190, tiene la responsabilidad de definir políticas energéticas y establecer estrategias de desarrollo energético a largo plazo compatibles con un modelo de desarrollo económico y social ambientalmente sustentable; en ese sentido la Dirección de Combustibles, identificó la importancia que tiene el uso de las calderas en El Salvador, ya que, en primer lugar, son máquinas que utilizan diferentes tipos de combustibles (diésel, fuel oíl, GLP, kerosene, biomasa, entre otros), y, en segundo lugar, las calderas son dispositivos utilizados por diferentes tipos de industrias, textileras, ingenios azucareros, beneficios de café, teñiría, papelera, lavanderías, generadoras de electricidad, entre otras (Consejo Nacional de Energía, 2014). Según la Ley General de Prevención de Riesgos en los Lugares Trabajo, el Ministerio de Trabajo y Previsión Social (MTPS) contempla el registro de las calderas a nivel nacional, en ese sentido, a 25 través de la oficina de Información y Respuesta de la mencionada institución, se tiene el siguiente inventario de las calderas a nivel nacional que se muestra en la Tabla 2.3. Tabla 2.3 Calderas por sector, actividad económica y tipo de combustibles en El Salvador (Consejo Nacional de Energía, 2014) Diésel Fuel Oil Biomasa GLP Eléctrico Cogeneración Mixto Biodiesel Aceite Usado Vapor Total AGRICULTURA 10 14 43 67 Cultivo de café 1 1 Agricultura, ganadería, silvicultura y pesca 10 14 42 66 COMERCIO 17 8 7 9 1 42 Comercio al por mayor y al por menor; reparación de vehículos automotores y motocicletas 17 8 7 9 1 42 INDUSTRIA 220 237 45 56 50 6 3 1 1 619 Fabricación de cerveza 1 1 Fabricación de pan y galletas 1 1 Industrias manufactureras 219 237 44 56 50 6 3 1 1 617 SERVICIOS 120 42 1 22 18 15 0 1 0 0 219 Actividades artísticas, de entrenamiento y recreativas 1 1 Actividades de alojamiento y de servicio de comidas 12 7 12 31 Actividades de atención a la salud humana y asistencia social 53 17 4 3 77 26 Actividades de servicios administrativos y de apoyo 1 1 Actividades inmobiliarias 1 1 Administración pública y defensa; planes de seguridad social de afiliación obligatoria 16 1 9 26 Construcción 1 1 2 Enseñanza 3 3 6 Otras actividades de servicios 27 2 1 2 32 Suministro de agua, evacuación de aguas residuales (alcantarillado); gestión de desechos y actividades de saneamiento 1 1 1 3 Suministro de electricidad, gas, vapor y aire acondicionado 6 10 4 14 1 35 Transporte y almacenamiento 1 3 4 Total 367 301 89 85 77 22 3 1 1 1 947 El desglose de las calderas por sector y actividad económica, como se presenta en la Tabla 2.3, revela varios puntos destacados. En el sector de Agricultura, la segmentación se limita a la actividad de "agricultura, ganadería, silvicultura y pesca", además se identifican empresas dedicadas a la producción y exportación de café, así como criaderos de aves y ganado. Se observa un énfasis en el uso de calderas de biomasa en este sector, especialmente en beneficios de café e ingenios. En el ámbito del comercio, sobresalen las empresas que se dedican a la venta al por mayor, con un enfoque particular en productos lácteos, comercialización de llantas, tubos para vehículos, productos 27 alimenticios y textiles. En el sector industrial, se resaltan las actividades relacionadas con la manufactura, en particular la producción de ropa, y se destaca el uso de calderas de biomasa en ingenios. En el sector de servicios, se encuentran diversas empresas dedicadas a una amplia gama de actividades, que incluyen arte, alojamiento, salud, asistencia social, servicios administrativos, seguridad pública, construcción, suministro de energía eléctrica y gas, transporte, entre otros. Estos hallazgos proporcionan una visión detallada de cómo se distribuyen y utilizan las calderas en diferentes sectores y actividades económicas, lo que tiene relevancia para la gestión y la toma de decisiones en el ámbito energético y ambiental (Consejo Nacional de Energía, 2014). Conclusiones Parciales Investigaciones realizadas en otros países, como la India, han propuesto la implementación de planes de mantenimiento basados en el enfoque de RCM con el objetivo de minimizar el tiempo de inactividad causado por fallos imprevistos. Este enfoque se basa en un análisis exhaustivo de los componentes críticos y sus efectos potenciales, lo que permite una gestión más eficaz de los recursos de mantenimiento y una mayor protección de los intereses económicos, la seguridad, el entorno y la continuidad operativa de la planta. Además de optimizar la confiabilidad y disponibilidad de la caldera, este enfoque también optimiza los recursos al enfocar los esfuerzos de mantenimiento en áreas críticas. 28 CAPÍTULO 3 METODOLOGÍA DEL PLAN DE MANTENIMIENTO RCM En el desarrollo de este capítulo se expone la metodología RCM a utilizar. La misma se destaca como un enfoque para optimizar programas de mantenimiento y se centra en proponer la implementación de un plan de mantenimiento de calderas, explicando los pasos a seguir, iniciando con la técnica para evaluar la criticidad de los sistemas del área de calderas. También, se destaca la importancia de la recopilación de datos y la colaboración multidisciplinaria. Posteriormente, se detalla desde la recopilación inicial de datos hasta la elaboración del plan de mantenimiento propuesto, utilizando herramientas como el árbol lógico, la distribución de Weibull y el Teorema de Bayes. Por último, se indica que el plan propuesto y actual, se debe de comparar su confiabilidad y realizar un análisis de costo para ofrecer una visión integral de la efectividad de RCM en el contexto específico de calderas. 3.1. Características principales de la metodología RCM. El análisis RCM es un enfoque de evaluación sistemática para desarrollar u optimizar un programa de mantenimiento. RCM utiliza un árbol lógico de decisión para identificar los requisitos de mantenimiento de los equipos de acuerdo con las consecuencias operativas y de seguridad de cada falla y el mecanismo de degradación responsable de las fallas (Chen & Zhang, 2012). El proceso RCM implica: • Selección del sistema y recopilación de datos. • Definición de límites del sistema • Análisis de fallas funcionales • Análisis de modo y efecto de falla (FMEA, Failure Mode and Effect Analysis) • Análisis de criticidad • Selección de tareas de mantenimiento mediante análisis de árbol lógico (Chen & Zhang, 2012). 3.2. Implementación de la metodología RCM. Se inicia seleccionando el sistema realizando el análisis de criticidad con la técnica de proceso de análisis jerárquico (AHP, Analytical Hierarchy Process) de los sistemas que componen el área de calderas. Este método evalúa la toma de decisiones multicriterio y se utiliza en problemas en los cuales es necesario evaluar aspectos tanto cualitativos como cuantitativos. Jagtapan y Bewoor utilizaron el proceso AHP para priorizar los equipos de las centrales térmicas (Jagtap & Bewoor, 2017). La técnica AHP ayuda a organizar los aspectos críticos de un problema en una estructura jerárquica similar a la estructura de un árbol familiar, reduciendo las decisiones complejas a una serie de comparaciones que permiten la jerarquización de los diferentes aspectos evaluados con una matriz 29 de juicios, y un vector de prioridad calculado y usado para comparar los elementos dentro de una matriz (Saaty, 1990) (Alrifaey et al., 2020) (Kiran, 2021). Antes de iniciar el análisis de la metodología de RCM, es imprescindible recopilar la información necesaria de los activos que ayudará como insumo. Esta información abarca planos, diagramas, manuales, bitácoras de operación/mantenimiento y otros documentos relevantes, como el contexto operativo (si está disponible). Además, se llevan a cabo encuestas al personal de operación, producción y mantenimiento, así como entrevistas a expertos en calderas, con el fin de obtener información sobre los requerimientos de desempeño deseados y los problemas actuales que puedan estar surgiendo. Esta recopilación de datos es esencial para asegurar un análisis efectivo del proceso de RCM y seguir las 7 preguntas básicas para la implementación de RCM (Moubray, J., 2004), las cuales son: 1. ¿Cuáles son las funciones y estándares de funcionamiento en la ubicación operativa? 2. ¿Cómo se puede dejar de cumplir las funciones? 3. ¿Qué puede originar cada fallo funcional? 4. ¿Qué efectos provocan los fallos? 5. ¿Qué consecuencias provocan los fallos? 6. ¿Qué valoración tienen los fallos? 7. ¿Qué actividades se pueden realizar para prevenir o evitar que aparezcan los fallos? La primera pregunta ¿Cuáles son las funciones y estándares de funcionamiento en la ubicación operativa?; busca identificar las funciones primarias y secundarias del activo bajo estudio, enfocándose en su utilidad. Es esencial desglosar estas funciones, incluso las aparentemente menos importantes, para comprender su importancia en diferentes contextos. La segunda pregunta ¿Cómo se puede dejar de cumplir las funciones?; se centra en cómo el activo puede dejar de cumplir sus funciones. Cualquier desviación operativa se considera un fallo funcional. La tercera pregunta ¿Qué puede originar cada fallo funcional?; implica identificar las causas más probables de cada fallo funcional. Esto puede ser un proceso técnico complejo que requiere la colaboración de expertos en diversas disciplinas. Es esencial analizar a fondo para comprender las causas fundamentales, ya que esto influirá en los métodos de mantenimiento proactivo recomendados. La cuarta pregunta ¿Qué efectos provocan los fallos?; se centra en los efectos de los fallos, considerando evidencias, amenazas a la seguridad, impacto en la producción, daños físicos y dificultades de reparación. Esta información es vital para la gestión de consecuencias de fallos. La quinta pregunta ¿Qué consecuencias provocan los fallos?; aborda las consecuencias de los fallos, que van más allá de la prevención y se enfocan en la eliminación o reducción de impactos negativos. Posteriormente, en el proceso del RCM, se aborda la respuesta a la sexta pregunta ¿Qué valoración tienen los fallos?; que implica la evaluación de cada 30 posible fallo. La séptima pregunta 7. ¿Qué actividades se pueden realizar para prevenir o evitar que aparezcan los fallos?; se contesta asignando las tareas de mantenimiento a los modos de fallo usando el diagrama de decisión lógico RCM. En la práctica, el personal de mantenimiento no puede abordar todas estas preguntas por sí solo, ya que muchas de las respuestas requieren la aportación de personal de operaciones o producción. Esto es especialmente relevante en el caso de preguntas relacionadas con funciones, desempeño deseado, efectos y consecuencias de las fallas. Por esta razón, es importante llevar a cabo una revisión de los requisitos de mantenimiento, y esto debe realizarse mediante la colaboración de grupos pequeños, que incluyan al menos a una persona responsable de mantenimiento y a alguien de la función operativa. La categoría de los miembros del grupo es menos importante que el conocimiento real que posean sobre el funcionamiento del equipo. Cada miembro del grupo debe haber recibido capacitación en RCM. La Figura 3.1 ilustra la organización típica de un grupo multidisciplinario para la implementación del RCM. Figura 3.1 Grupo típico multidisciplinario para la implementación del RCM (Moubray, J., 2004). El siguiente paso consistirá en identificar los equipos o componentes que pertenecen al sistema y delimitar las condiciones de contorno según la Norma ISO 14224:2016, que brinda una sólida base para la recolección y organización de los datos de confiabilidad y mantenimiento para los activos instalados en las industrias (ISO, 2016). Debido a que la norma aborda equipos comunes en las instalaciones industriales, esta norma puede ser adaptada para su aplicación en cualquier industria que tenga activos físicos en los procesos. De esta forma se puede utilizar esta norma al recopilar la información del activo (Campos-López, O., Tolentino-Eslava, G., Toledo-Velázquez, M., & 31 Tolentino-Eslava, R, 2019). En la Figura 3.2 se muestra la taxonomía descrita por la norma, la cual consta de una pirámide con distintos niveles que abarcan desde lo más general (primer nivel), a lo más específico (noveno nivel). Los niveles del 1 al 5 están relacionados con el uso y la ubicación del activo, mientras que los niveles del 6 al 9 se refieren a la subdivisión del activo. Figura 3.2 Taxonomía según estándar ISO 14.224 (ISO, 2016) . Luego se lleva a cabo los cálculos necesarios para desarrollar un plan de mantenimiento para la caldera pirotubular, enfocado en RCM. Para ello, se definen los parámetros actuales de operación del sistema en la empresa textil en El Salvador, los cuales sirven como datos de entrada para realizar los cálculos de las variables involucradas. De esta forma, se obtiene un contexto operacional completo del sistema (Gardella González, 2011). Con base en estas condiciones, se procede con el Análisis Funcional, Modo de fallo, Efecto de fallos y Consecuencia de fallos (Impacto de seguridad e higiene, medio ambiente, producción y costos de mantenimiento) para cada subsistema (Gardella González, 2011). Para esto, se consideran datos históricos y registros operativos de la caldera, y se aplican criterios de evaluación basados en los índices de Gravedad, Frecuencia de fallos y Detectabilidad para cálculo de ponderación de riesgo (NPR= G x F x D) (Moubray, J., 2004). Las tareas de mantenimiento se asignan de manera lógica. Se hace tomando el diagrama lógico de decisión del enfoque RCM, siendo relevante para mejorar la confiabilidad y disponibilidad de sistemas y equipos en el campo de estudio. Su aplicación práctica puede traducirse en beneficios 32 tangibles, optimizar el mantenimiento de activos, reducir costos y mejorar el rendimiento operativo. En la Figura 3.3 se muestra el diagrama lógico de decisión de tareas de mantenimiento. Figura 3.3 Marco de decisión RCM modificado (Patil et al., 2022). Posteriormente, se establece los intervalos de mantenimiento óptimos basados en el número de ponderación de riesgo previamente calculado. Estos intervalos se agrupan según el tipo de mantenimiento (frecuencia de aplicación). Para realizar estos cálculos, se utiliza la distribución de Weibull (Olazo Quispe, 2017). La distribución Weibull es una distribución de probabilidad muy utilizada para modelar tiempos de falla dada su interpretación y su flexibilidad de ajuste empírico. Esta distribución permite visualizar tiempos desde la primera y segunda falla en un equipo (Jaramillo et al., 2008). Se calcula el Tiempo Medio hasta la Falla (MTTF, Mean Time to Failure) en horas mediante la actualización de la distribución de la frecuencia de fallas, empleando el Teorema de Bayes. Este método permite combinar información con datos de OREDA (Onshore Reliability Data) (Oreda, 2002) mejorando la precisión de las estimaciones de la frecuencia de fallas. Luego se evalúa la confiabilidad del plan de mantenimiento propuesto con respecto al actual y por último la evaluación del plan y su análisis de costos. En la Figura 3.4 se muestra el flujograma de la metodología a seguir de acuerdo con el modelo de RCM. 33 Figura 3.4 Modelo de RCM del articulo Development of Optimized Maintenance Program for a Steam Boiler System Using Reliability-Centered Maintenance Approach (Patil et al., 2022). 34 Conclusiones Parciales El análisis RCM es un enfoque esencial para el desarrollo y optimización de programas de mantenimiento, destacando su aplicación sistemática en siete preguntas fundamentales. Este proceso, que abarca desde el análisis de criticidad hasta la selección de tareas mediante un árbol lógico, requiere una colaboración multidisciplinaria entre personal de mantenimiento, operaciones y producción. La recopilación exhaustiva de información, respaldada por normativas como la ISO 14224:2016, es fundamental antes de aplicar el RCM. La metodología incluye el uso de herramientas como el FMEA y AHP. La aplicabilidad práctica se refleja en un diagrama lógico de decisión modificado y un flujograma que ilustra la metodología completa de RCM, destacando su capacidad para mejorar la confiabilidad y disponibilidad de sistemas y equipos, reducir costos y potenciar el rendimiento operativo. 35 CAPÍTULO 4 RESULTADOS Y DISCUSIÓN El desarrollo de este capítulo se inicia con un análisis de criticidad, que demuestra la relevancia de las calderas dentro del proceso productivo del área de calderas. Posteriormente, se utiliza la norma ISO 14224:2006, para disgregar la caldera en subsistemas, y cada componente se expone detalladamente. Después, se elabora un análisis de modos y efectos de fallas por cada subsistema, calculando números de prioridad de riesgo de cada componente. Seguidamente, se elaboran las tablas de información y decisión RCM para los componentes de mayor relevancia dentro de los subsistemas de la caldera pitotubular para generar el plan de mantenimiento. Finalmente, se evalúa la confiabilidad del plan de mantenimiento propuesto y la viabilidad económica. 4.1. Análisis de criticidad AHP El análisis de criticidad es una herramienta que permite jerarquizar sistemas y eventualmente seleccionar a