El sistema de bombeo de agua es fundamental para la extracción de aguas subterráneas y superficiales en minería a tajo abierto. Su correcto funcionamiento asegura el cumplimiento de los requerimientos operacionales y ambientales. Sin embargo, los altos costos de mantenimiento y la falta de una planificación eficiente pueden afectar la confiabilidad de estos equipos.
Sistema de Bombeo de Agua: Importancia de la Confiabilidad en el Mantenimiento
El mantenimiento eficiente de los sistemas de bombeo de agua permite:
- Reducir costos operativos.
- Mejorar la planificación de reemplazo de equipos.
- Asegurar la continuidad operativa y minimizar fallas inesperadas.
Sin un adecuado análisis de confiabilidad, las empresas dependen de un enfoque Run to Failure (falla hasta la rotura), lo que genera costos elevados e incertidumbre en la operación.
Sistema de Bombeo de Agua: Análisis de Confiabilidad de los Equipos
Se evaluaron 285 equipos, incluyendo bombas, motores y electrobombas, clasificándolos según:
- Marca y modelo.
- Función y aplicación.
- Resistencia a condiciones extremas (sedimentos y acidez del agua).
Para determinar la confiabilidad, se analizaron los datos de vida útil sin considerar factores externos como criticidad de la estructura o problemas operacionales.
Análisis Pareto
El estudio identificó que 14 equipos representan el 80% de los costos de mantenimiento, de los cuales 9 equipos concentran el 66% de las oportunidades de mejora. Estos son:
- Electrobomba – Flygt-2400.402 HT
- Motor – SME-350HP
- Bomba – Hidrostal-B14C
- Bomba – Hydroflo-9HL
- Motor – WEG-300HP
- Bomba – Goulds-3700MX
- Motor – US Motor-350HP
- Bomba – Vogel-MPVN 125.2/6X
- Bomba – Sulzer-8M-700
Sistema de Bombeo de Agua: Análisis de Vida Útil de los Equipos
Para evaluar la vida útil de los equipos, se analizaron los datos sin considerar las condiciones de operación. Es decir, no se tomaron en cuenta las estructuras donde han trabajado.
Sistema de Bombeo de Agua: Identificación del Tipo de Distribución
El análisis estadístico se realizó con el software Minitab® 17. En la Tabla 1 se resumen los resultados obtenidos. Solo se consideró el tiempo de funcionamiento en días de los equipos que fueron reemplazados. Estos reemplazos ocurrieron por mantenimiento programado (según estrategia o condición) o por fallas en operación.
Aún no se ha realizado el análisis de censura de datos. Es decir, no se han considerado las horas de operación de los equipos que siguen en funcionamiento. Este paso será clave para calcular la confiabilidad de cada equipo.
Sistema de Bombeo de Agua: Criterio de Selección de la Distribución
Para determinar qué distribución modela mejor los datos de vida útil, se utilizó un criterio basado en el p-valor. Se asumió como válido un p-valor mayor a 0.05 o 0.01, según cada caso. Si ninguna distribución conocida cumplía con la prueba estadística, se asumió el riesgo de trabajar con la mejor opción disponible.
Tabla 1: Identificación del Tipo de distribución y parámetros de los equipos en evaluación
Análisis de Distribuciones en la Vida Útil de los Equipos
Se observó que, a excepción de los equipos Motor-SME-350HP, Bomba Hydroflo-9HL y Motor-US Motor-350HP, los demás cumplen con la prueba estadística del p-valor. Estos tres equipos presentan un p-valor menor a 0.01, lo que indica que el modelo de distribución propuesto no tiene suficiente sustento estadístico.
Para estos casos, se asumirá la distribución indicada con el fin de extraer conclusiones referenciales. Sin embargo, se recomienda realizar un análisis no paramétrico en el futuro, ya que trabajar con distribuciones no paramétricas puede limitar la obtención de conclusiones relevantes.
Tipos de Distribuciones Identificadas
Se identificaron tres distribuciones predominantes en la vida útil de los componentes críticos:
- Weibull de 3 parámetros
- Exponencial de 2 parámetros
- Normal
Cada una refleja diferentes comportamientos de falla:
- Mortalidad infantil: Electrobomba-Flygt-2400.402 HT y Bomba-Sulzer-8M-700.
- Fallas por obsolescencia: Bomba-Vogel-MPVN 125.2/6X y Motor-WEG-300HP.
- Fallas aleatorias: Bomba-Hidrostal-B14C.
- Distribución normal: Bomba-Goulds-3700MX, lo que sugiere que la mejor estrategia de mantenimiento es ajustar la frecuencia de reemplazo o evaluar los componentes internos antes de la falla.
Los equipos con distribución exponencial de 2 parámetros tienen una tasa de falla constante a lo largo de su ciclo de vida. Esto se observa en:
- Motor-SME-350HP
- Bomba-Hydroflo-9HL
- Motor-US Motor-350HP
Evaluación del Contexto Operativo
Cada equipo debe evaluarse dentro de su contexto de operación para contrastar los resultados estadísticos con la realidad. Esto permite validar que la distribución elegida refleje las condiciones operativas y las necesidades diarias de los operadores.
Por ejemplo, la Electrobomba-Flygt-2400.402 HT presenta fallas tempranas cuando opera en estructuras críticas con alta concentración de sedimentos. Además, es uno de los equipos más utilizados debido a su facilidad de instalación y rendimiento, siendo preferido sobre otros en condiciones normales.
En el caso de la Bomba-Vogel-MPVN 125.2/6X, sus reemplazos ocurren al alcanzar sus horas de operación. Las fallas más comunes son fugas en los sellos de los tazones por fatiga del material, lo que explica su alta tasa de fallas después de largos períodos de funcionamiento.
Análisis Estadístico y Representación Gráfica
El análisis estadístico confirma la vida útil de los equipos críticos. A continuación, se presentan las gráficas de función de confiabilidad o supervivencia, así como la tasa de falla o función de riesgo para cada equipo en estudio.
Figura 2: Gráficas de Función de Confiabilidad y Riesgo
Las gráficas de función de supervivencia muestran el nivel de confiabilidad de los equipos en función del tiempo trabajado, reflejado en el eje de las abscisas.
Identificación de Patrones de Falla y Estrategias de Mantenimiento
La Tabla 2 resume la función de riesgo de cada equipo y proporciona información clave para definir estrategias de mantenimiento.
Patrón de falla “F” (Mortalidad infantil)
- Indica fallas tempranas.
- Requiere mejorar los procesos de instalación y comisionamiento.
Patrón de falla “B” (Desgaste progresivo)
- Las fallas aumentan después de un período de operación.
- Se recomienda implementar mantenimiento preventivo.
Patrón de falla “C” (Fatiga del material)
- La tasa de fallas aumenta continuamente.
- Se requiere un proceso de overhaul o cambio de componentes.
Patrón de falla “E” (Fallas en progreso)
- Requiere mantenimiento predictivo para evaluar parámetros de operación y anticipar fallas.
- Permite programar el reemplazo antes de una falla crítica.
Patrón de falla “D” (Baja probabilidad de falla)
- No necesita acciones complejas de instalación.
- Se recomienda mantenimiento predictivo para asegurar estabilidad operativa.
Importancia del Análisis de Fallas
Es fundamental desarrollar un análisis detallado de fallas para:
- Identificar las causas raíz de las pérdidas en el proceso.
- Asegurar la disponibilidad de repuestos y reducir tiempos de reparación.
- Mejorar la disponibilidad de los sistemas de bombeo.
La confiabilidad y la tasa de riesgo proporcionan información clave para definir estrategias de mantenimiento efectivas y determinar la frecuencia óptima de intervención (Arata & Funaletto, 2005).
Tabla 2: Identificación de Patrón de Falla por cada equipo de bombeo
Cálculo de Confiabilidad y Costos Asociados
Con la información obtenida, es posible determinar el nivel de confiabilidad de los equipos críticos sin considerar la censura de datos. Para ello, se define el tiempo de operación promedio característico de cada tipo de distribución, calculado mediante fórmulas específicas.
En distribuciones normales, este valor se conoce como P(50), que representa la probabilidad de que el componente opere la mitad de su vida útil, considerando sus condiciones operativas y de aplicación.
Confiabilidad de los Equipos
La Tabla 3 muestra las confiabilidades obtenidas para un tiempo promedio de operación. Se observa que:
- La confiabilidad disminuye con el tiempo de operación.
- La tasa de fallas varía según la vida característica de los equipos.
Los equipos con mayor confiabilidad son:
- Bomba-Goulds-3700MX: 50%
- Bomba-Vogel-MPVN 125.2/6X: 44.06%
El equipo con menor confiabilidad es:
- Electrobomba-Flygt-2400.402 HT: 30.54%
Esto significa que la Electrobomba-Flygt-2400.402 HT tiene solo un 30.54% de probabilidad de superar la mitad de su vida útil, que en este caso es de 124.44 días de operación.
Importancia del Cálculo de Confiabilidad
Calcular la confiabilidad de cada equipo brinda una visión general del estado del proceso. Sin embargo, es fundamental:
- Determinar qué componentes serán reemplazados anualmente.
- Aproximar costos de mantenimiento para el presupuesto.
- Analizar la tasa de fallas específica de cada equipo.
Análisis de Tasa de Fallas
La tasa de fallas varía en función de la distribución:
- Distribución exponencial: la tasa de fallas es constante.
- Otras distribuciones: la tasa de fallas cambia según las horas de operación.
El tiempo promedio de operación de cada equipo se utiliza para calcular la tasa de falla mediante la función de riesgo (λ). Su inversa permite estimar la vida media de cada equipo.
Estimación de Reemplazo de Equipos y Presupuesto Anual
En función de la cantidad de equipos operando en distintas estructuras, es posible estimar cuántos serán reemplazados anualmente, considerando una probabilidad del 50% de que alcancen su vida útil de operación.
Con el costo promedio de reparación por modelo y la cantidad de reemplazos anuales, el presupuesto estimado es de $5,511,718.05. Según el análisis de Pareto (Figura 1), este monto representa el 66% del impacto total en la gestión de mantenimiento. En total, el presupuesto anual estimado para reparaciones de componentes es de $8,351,087.95, al cual deben sumarse costos adicionales por:
- Mano de obra de mantenimiento
- Sistema eléctrico
- Repuestos y accesorios
- Iluminación
- Otros gastos operativos
Factores No Considerados en el Presupuesto
El presupuesto actual es significativamente mayor que en ejercicios anteriores. Esto se debe a que no se han considerado ciertos factores clave:
- Equipos aún operativos: Algunos equipos siguen en funcionamiento sin fallas registradas.
- Mantenimiento correctivo y preventivo: Solo se han analizado equipos que fueron reemplazados.
- Condiciones operativas variables: Las estructuras donde operan los equipos tienen entornos más o menos severos.
Análisis con Datos Censurados
Para una evaluación más precisa, es necesario incluir datos censurados, es decir, considerar componentes que aún operan sin fallas y cuyo tiempo adicional de funcionamiento es desconocido.
La Tabla 4 presenta el cálculo de confiabilidad y costos asociados considerando datos censurados, lo que permite una mejor planificación del mantenimiento y presupuesto.
Este formato facilita la lectura y destaca la información clave. ¿Quieres agregar o modificar algo más?
Impacto del Análisis de Confiabilidad y Tasa de Fallas en la Proyección de Costos
El análisis de confiabilidad y la tasa de fallas modifica significativamente la proyección de reemplazo de equipos. En comparación con los cálculos de la Tabla 3, el presupuesto estimado se reduce a $3,077,150.19, lo que sigue representando un 66% de los gastos operativos por reparaciones. En total, el presupuesto anual ajustado es de $4,662,348.77, aproximadamente 45% menos que el estimado sin considerar datos censurados.
Comparación de Confiabilidad y Tasa de Fallas
- Confiabilidad: Se mantiene con valores similares entre Tablas 3 y 4.
- Tiempo promedio de operación: Aumenta al incluir datos censurados, reflejando una mejor aproximación.
- Tasa de fallas: Se reduce en comparación con el análisis sin censura, ya que considera equipos aún en operación.
Este ajuste es clave en la gestión de mantenimiento, pues permite optimizar recursos y minimizar gastos innecesarios.
Caso Específico: Electrobomba-Flygt-2400.402 HT
- Sin censura de datos: Se proyectaba el cambio de 95 equipos/año, con un costo estimado de $1.5M.
- Con datos censurados: Solo se reemplazarán 19 equipos/año, con un costo de $0.3M.
Este cambio se debe a la implementación de estrategias operativas, como mejorar las condiciones de uso y evitar cavitación. Estrategias similares han sido aplicadas a otros equipos, optimizando su confiabilidad y tasa de fallas.
Patrón de Fallas y Distribución
El análisis comparativo de Tablas 3 y 4 confirma que:
- Se mantienen los patrones de falla identificados.
- El tipo de distribución de cada equipo es el mismo en ambos casos.
- Solo varían los parámetros de la distribución, que afectan las funciones de confiabilidad y tasa de riesgo.
Importancia del Seguimiento de Horas de Operación
Para calcular con precisión la cantidad de equipos a reemplazar cada año, es fundamental:
- Monitorear continuamente las horas de operación de cada equipo.
- Presupuestar los reemplazos con base en condiciones reales de uso.
- Calcular el MTBF (Mean Time Between Failures) como la inversa de la tasa de falla en un momento determinado.
El modelo utilizado asegura una probabilidad del 50% de cumplimiento del presupuesto, proporcionando confianza al área de operaciones.
Impacto de la Confiabilidad en Costos
Si se requiere mayor confiabilidad, se deberían reemplazar equipos con menos horas de operación, lo que:
- Aumentaría la tasa de fallas.
- Incrementaría los gastos operativos del área de mantenimiento.
Por lo tanto, es clave encontrar un balance entre confiabilidad y costos para una gestión eficiente de los equipos.
2. Conclusiones
- La diferencia de los costos de reparación estimados varía de $ 5.51M a $ 3.07M entre el análisis con y sin censura de los datos de vida útil, siendo este último valor el que se ajusta más a la realidad operativa.
- De acuerdo con la vida útil característica de cada equipo, se identifican patrones de fallas típicos que nos permiten implementar estrategias de mantenimiento con la finalidad de reducir las fallas funcionales, entre ellas tenemos los patrones de tipo: “B”, “C”, “D”, “E” y “F”
- Al considerar el análisis con censura de los datos de vida útil, el tiempo promedio (P50) incrementa de valor, lo que significa una mayor confiabilidad de los equipos para un determinado tiempo de vida de operación.
- La tasa de falla de cada componente nos da una clara idea de su comportamiento dependiendo de las horas de funcionamiento, en el caso de los que presentan un tipo de distribución exponencial, la tasa de fallas es constante, es decir fallas aleatorias, en el caso de los equipos que tienen un tipo de distribución Weibull con un β >1, indicará que el equipo presenta fallas en su etapa de mortalidad infantil, como por ejemplo la electrobomba Flygt 2400.402
Autor. Giner Y. Huamán Montañez
Si desea conocer la confiabilidad real de su proceso para tomar decisiones estratégicas de frecuencias de tareas de mantenimiento y preparar presupuestos en función al comportamiento de sus activos físicos, no dude en contactarnos.