AUTOMATIZACION DE LOS PROCESOS Y DEL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Ponencia realizada con motivo del I Congreso Nacional de ridos Informacin facilitada por TALLERES ALQUEZARAutores:Jos Antonio Chaure; Ingeniero Industrial. Gerente. Talleres Alquezar, s.aJoan Guiu Canal; Gelogo/ DAF Operaciones ESADE. Director Tcnico. Rom Catalana drids, s.l.Como el diseo, la automatizacin de la produccin y el mantenimiento pueden hacer que una planta de ridos sea ms competitiva en el mercado

RESUMENEl presente artculo pretende mostrar brevemente cuales van a ser las estrategias de operaciones de una planta de ridos (industria minera) para ser competitiva en el mercado, mostrando el caso prctico de la planta de tratamiento de Rom Catalana drids, s.l. en Miralcamp. Estas estrategias se basan en; el diseo, la automatizacin del proceso productivo y el mantenimiento industrial.

EL MARCO DE UNA PLANTA DE RIDOS EN UN PROCESO INDUSTRIAL Si analizamos las reas funcionales de una empresa (fig.1):

Figura 1 reas funcionales de una empresa.

La funcin de operaciones es la clave sobre la que vamos a actuar, ya que es la que se ocupa del diseo, la planificacin, la ejecucin y el control de todos aquellos procesos relativos al aprovisionamiento de materiales, partes y componentes; a su transformacin, produccin y ensamblaje y a la distribucin y entrega de los productos terminados con mxima calidad y eficiencia. Ya que su objetivo reside en hacer que el valor de los outputs sea considerablemente mayor que el coste de los inputs y el de la transformacin de los mismos para satisfacer a los clientes.

Para conocer cual es nuestra variable competitiva en el mercado hemos de analizar el posicionamiento operacional de una planta de ridos y su producto.

Nuestro posicionamiento operacional depende de: Tipo de proceso productivo: es un flujo continuo conectado (Ha una planta procesadora).

El producto fabricado se trata de un material muy estandarizado y con volmenes altos de produccin; definiendo el producto como una commodity. Para nuestro cliente (p.e. Planta de hormign) le da lo mismo comprar la arena de una planta de ridos o en otra (otro ejemplo de commodity es la cebada, el cemento, etc..)

Nuestro sistema de respuesta a la demanda es fabricar para stock (make to stock). Fabricamos y acopiamos nuestro producto en grandes pilas que luego servimos a nuestros clientes. En este proceso de producir contra stock hemos de intentar adecuarnos a la demanda con producciones niveladas y planificadas. Por todo lo dicho, nuestra variable competitiva es el COSTE del producto fabricado. Ya que otras variables competitivas; como el servicio (entrega, carga,..), la calidad del producto y la disponibilidad del material se dan por hechas en el mercado, y los clientes preferentemente compran el producto porque tiene un mejor coste que el de la competencia. Analizando otros sectores industriales enmarcados dentro de la misma variable competitiva tienen como caracterstica que el flujo de produccin es continuo y altamente automatizado: p.e. plantas qumicas, industrias del papel, petrleo, etc.. Entenderamos una industria qumica o del papel con una planta con un proceso continuo y sin automatizar?

COSTES DE PRODUCCIN

Si tenemos claro que nuestra variable competitiva es el coste, para ser eficientes en nuestro mercado y queremos mantener o aumentar nuestros beneficios industriales deberamos competir en precio:

Deberemos empezar por analizar el coste de nuestra tonelada producida (Coste unitario Cu; euro/t):

Figura 2 Esquema de la variable competitiva COSTE referente a un precio de mercado.Cu= Costes fijos + costes variables (euros/T)

Unidades producidas

Los parmetros que intervienen en el coste de nuestra tonelada producida son: Costes fijos de produccin

Costes variables de produccin

Unidades producidasCostes fijos de produccin

Los costes fijos son aquellos que permanecen constantes en amplias gamas de la actividad para un periodo de tiempo dado. Al aumentar las unidades fabricadas la repercusin del coste fijo disminuye en las unidades fabricadas. (ver figura 3.)

Figura 3. Diagrama de costes fijos & nivel de actividad.

Los costes fijos de produccin seran: Costes de mano de obra indirecta (gerencia, director tcnico, etc..).

Costes de amortizaciones de la instalacin (compra + ingeniera) y costes financieros.

Costes de estructura de empresa (administracin, marketing..)

Costes variables de produccin

Los costes variables de produccin son aquellos que varan en proporcin directa con el nivel de actividad para un periodo de tiempo dado. En consecuencia los costes variables totales son lineales y el coste variable por unidad es constante (ver figura 4).

Figura 4. Diagrama de costes variables & nivel de actividad.

Los costes variables de produccin seran: Costes de mano de obra directa.

Costes de materia prima.

Costes directos de fabricacin (extraccin, transporte, energa, fundicin, restauracin,..) Es muy importante no mezclar costes de otro sector en el coste de fabricacin, como puede ser el transporte de material producido a cliente, ya que hemos de analizar cada sector de la cadena de valor (explotacin, transporte a planta, tratamiento y venta) como unidades de negocio perfectamente separadas y rentable de por si.

Unidades producidas

El nmero de unidades producidas anuales es funcin de:

t = ph (t/h) hd (h/dia) Da (dias/ao)

Donde:

t ; toneladas producidas anualmente (t)Ph; produccin media de la instalacin (t/h)Hp; horas de produccin efectivas en una jornada laboral (h/da)Da; das de produccin efectivos anuales (das/ ao)Es importante remarcar que el concepto de produccin media de una instalacin depende nicamente del diseo de la instalacin, mientras que en los conceptos horas de produccin y das de produccin interviene el concepto de la productividad.

El factor productividad lo definiremos a partir de: La productividad horariaLa productividad diaria.

Productividad horaria:Hd (h/da) 0 Hlaborales (h/da) Productividad horaria % Donde:

Hp; horas de produccin efectivas en una jornada laboral (h/da)Hlaborales; horas de una jornada laboral (h/da)Productividad horaria % ; Factor de minoracin entre las horas totales de una jornada y las horas efectivas.

Por ejemplo:Hd (h/da) = 10 (h/da) 90% = 9 horasDonde:Hlaborales; 10 horas de una jornada laboral (h/da)Productividad horaria % ; 90 %Hd.; 9 horas de produccin efectivas.

Productividad diaria:

Da (das/ao) = Dlaborables (das/ao) Productividad diaria %

Donde:

Da; son los das de produccin efectivos durante un ao (das/ao)Dlaborales; das laborables en un ao (das/ao)Productividad diaria % ; Factor de minoracin entre los das laborables anuales y los das de produccin.

Por ejemplo:

Un ao tiene 235 das laborables (Dlaborales)

Estimamos que tendremos:

Vacaciones: 20 dasParos por causas climatolgicas 10 dasParo por avera 5 dasTotal das de no produccin 35 dasPor lo que produciremos 200 das al ao.Da (das/ao) = 235 (das/ao) 85% = 200 das ao

Si retomamos la expresin de clculo del nmero de unidades producidas anualmente y las sustituimos los conceptos horas de produccin y das de produccin podremos obtener una productividad global:

t= Ph(t/h) Hd (h/da) Da (das/ao)=Ph (t/h) Hlab Prod horaria Dlab (das/ao) Prod diaria=Ph(t/h) Hlab (h/da) Dlab (das/ao) Productividad%

Por ejemplo, si tenemos una instalacin donde: Produccin horaria: 175 t/hLa jornada laboral es de 10 h/daLa productividad horaria es del 90 % (trabajaremos 9h/dia)Los das laborables al ao son 235 das/aoLa productividad diaria es del 85 % (trabajamos 200 das/ao)Las toneladas producidas anualmente seran de: t=175t/h 10h/da 90% 235 das/ao 85%=175t/h 10h/da 235 das/ao 76.6%=314606t

Con una productividad de la instalacin del 76.6 %. Resumiendo. Tenemos unos factores sobre los cuales no podemos actuar en un principio como: horas laborales al da.

- das laborales al ao.Los otros dos factores sobre los cuales podremos actuar: Produccin horaria (t/h)

Productividad (%)

LA PRODUCCIN HORARIA

La produccin horaria corresponde a las toneladas que tratamos en una hora de produccin, y para alcanzar el objetivo esperado, el xito radica en definir un buen proyecto.

Las etapas que debemos tener en cuenta para definir un buen proyecto son: Definicin del proyecto

Anlisis y diseo

Desarrollo del proyecto (construccin de la maquinaria)

Implementacin de un proyecto (puesta en marcha). En este artculo nos centraremos en los dos primeros puntos.

En esta etapa definimos:

Que productos queremos producir, cuantos produciremos y en que tiempo.

Por ejemplo:Que productos CuantosEn cuanto tiempo

Arena natural lavada 0/5 265.000 t. 235 das laborales

Arena artificial lavada 0/5 152.000 t. Productividad diaria del 85 %

Arena artificial s/l 0/5 65.000 t 10 horas/da

Gravilla artificial 5/14 180.000 t Productivida horaria 90 %Total horas anuales = 1798 horas

Deberemos tener en cuenta la variabilidad del mercado e intentar trabajar en horquillas de productos finales, ya que nuestra demanda es variable en el tiempo.

Que calidades queremos que cumplan nuestros productos:Que productos Usos

Arena natural lavada 0/5 EHE

Arena artificial lavada 0/5 EHE y PG4

Arena artificial s/l 0/5 EHE

Gravilla artificial 5/14 EHE y PG4

Como queremos gestionar el material fabricado: La carga de material fabricado se puede realizar con: pala cargadora, carga desde tolva, carga con cinta, etc

Definicin del tipo de carga y tiempo (camiones de 27 t, sobre tren, ..)

Todos los productos se cargan de la misma manera?

Que productos queremos cargar de una manera o de otra?Que gestin de stock queremos.En pilas, en silos

Cuantas pilas,

El stock se gestionar con pala cargadora, con cinta

Definicin del diagrama de flujos del material fabricado en plantaComo queremos gestionar el control de entrada y salida de productos: Albaranes manuales,

Tarjetas de carga para productos y transportistas predefinidos,

Es la misma ubicacin el control de entrada y salida de productos que el control de fabricacin?.Otro punto a tener en cuenta son los posibles proyectos en cartera que tenemos, obligndonos a dejar un espacio para ellos: Plantas de hormign, asfalto,

Posibilidad de fabricar otros materiales.. de una arena 0/5 fabricar una 0/2 y una 2/5Debemos dejar espacio para ellos,Anlisis y diseo

Una vez se ha definido correctamente el proyecto que queremos, continuaremos realizando un anlisis de los datos existentes y perfilando un diagrama de flujo. Consecuentemente finalizando con el diseo de la planta.

Anlisis

El primer punto a conocer exhaustivamente es el yacimiento geolgico que queremos explotar. Por lo que hemos de definir:Tipo de yacimiento: detrtico / masivo

Definicin de curvas granulomtricas.

Estado estructural del macizo rocoso (caso de un yacimiento masivo)

Tamaos mximos

Definicin del modelo de arranque: mecnico, voladura

Tipo de transporte del yacimiento a planta: extravial, cinta.

Composicin del material: slice, carbonato

Calidades de la materia prima: desgaste de los ngeles, reactividades al hormign, etc

Singularidades: existencia de arcillas, materia orgnica, etc

Cantidad de reservas. Definido correctamente el yacimiento geolgico conjuntamente con la Premisas definidas inicialmente, podremos definir un diagrama de flujo.En un diagrama de flujo hemos de tener en cuenta: Definiremos los flujos de materiales: distribucin de productos (una tonelada en bruto se transforma en % de producto A, % de producto B, ..y % merma). Analizando las posibles orquillas de productos finales.

Definiremos el modelo de maquinaria que sea la ms idnea para producir los productos deseados cumpliendo con los estandares de calidad definidos en nuestros productos finales. Esta Maquinaria deber tener la capacidad de producir un amplio abanico de productos finales (p.e. en un molino terciario tener un variador de frecuencia).

Definiremos cuales son los requerimientos de funcionamiento de cada tipo de mquina: tamao mximo de alimentacin - molino terciario que trata material silcico d mx. 40 mm, equipo de lavado: dilucin de la arcilla 60 g/l, cantidad mxima de finos,Conoceremos los puntos crticos de la instalacin.

Concluyendo con una produccin media y los productos que existirn de stock.Una vez comprobemos que el diagrama de flujo cumple con la definicin del proyecto esperado y la generacin de stocks o las decisiones de compra a otras plantas estn concluidas pasaremos al diseo de la planta.

Diseo

Los parmetros a tener en cuenta en el diseo son: Simplificacin del proceso de produccin y buscar elementos que produzcan variabilidad de productos finales.

Automatizar la produccin: la produccin de la planta no depende del factor humano / es un autmata el que maximiza la produccin.

Establecer mecanismos de proteccin automticos que eviten los paros por atranques, sobre esfuerzos, etc..

Estandarizacin de maquinaria (reducir la variabilidad de motores, estandarizar el tipo de cintas, etc) = menor nmero de repuestos y facilidad en el mantenimiento

Disear pensando en la facilidad del mantenimiento preventivo (accesibilidad y facilidad de maniobra).

Disear los puestos de trabajo (simplificar y flexibilizar; p.e. el basculero pueda ser operador de planta, el operador de planta sea palista, etc..), buena situacin del punto de control,..El objetivo el diseo deber facilitar un buen mantenimiento, optimizar los puestos de trabajo y facilitar la variabilidad de produccin de productos finales.

LA AUTOMATIZACIN DE LA PRODUCCIN

Los objetivos principales de una produccin automatizada son: Hacer que la produccin se optimice en todo momento y no dependa del factor humano, con lo que se conseguir producciones horaria ms altas.

Evitar paros por problemas mecnicos que surjan durante la produccin del material, aumentando por lo tanto el tiempo de eficiencia de las mquinas (ms horas trabajadas).

Crear una facilidad en la variabilidad de productos finales fabricados. Es por ello que la automatizacin consiste en: Maximizar la produccin y para ello deberemos conocer:

La capacidad de trabajo de las mquinas.

La variabilidad de producir productos diferentes con la misma mquina.

Los puntos crticos de produccin.

Los factores limitantes de la materia prima (humedad,) Establecer mecanismos de proteccin automticos que eviten los paros por atranques, por sobre esfuerzos, etc.. Niveles en tolvas

Control en los motores (control del par, ampermetros)

Velocidad de giro en cintas, etc.LA AUTOMATIZACIN NO CONSISTE EN PONER BSCULAS, NIVELES AMPERMETROS PODEMOS GENERAR UN DESASTRE AUTOMATIZADO, ya que la automatizacin debe ser el fruto de un anlisis, definiendo las frmulas de maximizacin de la produccin.

EL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

El objetivo del mantenimiento industrial es disminuir el nmero y el tiempo que afectan las paradas no programadas Haveras, y asegurar el uso de la maquinaria durante el periodo que tengamos definido de vida til. Con ello alcanzaremos las siguientes metas:Aumentar las horas y das de produccin: incremento del factor productividad.

Disminucin de los paros no programados.

Alargamiento de la vida til de maquinaria.

Poder realizar anlisis de la maquinaria buscando: que maquinaria es la que provoca mayores Paros, si estos paros son debidos a un elemento de la mquina, que mquinas nos conllevan mayor gasto en mantenimiento y analizar que modificaciones o mejoras hemos de implementar para disminuir el nmero de problemas.Otros anlisis que nos debe poder alcanzar el mantenimiento es el estudio de la factibilidad de los repuestos (p.e. una fundicin es mejor o peor que otra).

Para alcanzar estos objetivos las bases del mantenimiento consiste en definir unos tipos de trabajos: Mantenimiento preventivo: es aquel que tenemos preestablecido. Suele ser el recomendado por el fabricante, que luego en su aplicacin deberemos amoldarlo a las necesidades de nuestra instalacin. Por ejemplo en una criba: realizar un mantenimiento cada 50 horas, cada 100 horas, etc..

Mantenimiento predictivo: es aquel que aunque esta preestablecido tiene una periodicidad ms amplia en el tiempo y nos ayuda a prever una avera en un elemento. Este mantenimiento consiste principalmente en un anlisis de las vibraciones de los cojinetes, temperaturas, etc..

Mantenimiento correctivo: el la avera, el paro no programado.

Obra nueva: es aquella actuacin que realizamos en un elemento para alargar la vida til de la maquinaria o realizar una actuacin no prevista inicialmente.CASO PRCTICO Roma Catalana drids, s.l. es una empresa creada en el ao 2001 mediante la unin de sus dos empresas matrices: el grupo de empresas de Prefabricados Pujol, dedicada principalmente a la fabricacin de piezas prefabricadas de hormign y ridos Roma, s.a., dedicada principalmente a la ejecucin de obra civil y con una fuerte divisin de aglomerado asfltico. Es por ello que la misin de Roma Catalana drids, s.l. es el suministro de ridos a las dos empresas matrices con unos elevados niveles de calidad.

En su proceso de modernizacin la puesta en marcha de la planta de Miralcamp fabricada ntegramente por Talleres Alquezar, s.a. consisti en: Definicin del proyecto.

Los productos que queramos producir eran:Que productos En cuanto tiempo

Arena natural lavada 0/5 235 das laborales Productividad diaria 85 % 10 horas / da Productividad horaria 90 % Total horas anuales 1798 h.

Arena artificial lavada 0/5

Arena artificial s/l 0/5

Gravilla artificial 5/12

Gravilla artificial 12/18

Gravilla artificial 18/30

Que calidades a cumplir:Que productos UsoEnsayo crtico

Arenas lavadasEHE /EAV EAV > 80

Gravillas artificiales 5/12 EHE y PG4 El % de caras de fractura >90

Arena artificial s/l 0/5 PG4

Gravillas artificiales 12/18 y 18/30 PG4

Como queremos gestionar el material fabricado:

La carga de material fabricado ser con pala cargadora.

El tipo de carga y tiempo: camiones de 27 t principalmente y el tiempo de maniobra deber ser el menor posible.Todos los productos se cargan de la misma manera? Si

La gestin de stock es en grandes pilas. Como queremos gestionar el control de entrada y salida de productos: Albaranes manuales,

Deber ser el mismo punto de control de entrada y salida de productos que el control de fabricacin.

Estaba en proyecto poder fabricar de la Arena artificial s/l 0/5, una gravilla artificial 5/3 y una Arena artificial s/l 0/3 para las fbricas de terrazo del grupo. Anlisis y diseo Estudio del yacimiento geolgico:Tipo de yacimiento: materiales detrticos, con clastos de naturaleza mono gnica carbonatada y arena natural de naturaleza poli gnica (silcico-carbonatada): La curva granulomtrica del yacimiento es (ver figura 6).

El tamao mximo de los clastos en el yacimiento es de 152 mm existiendo dimetros mximos de 360 mm (se evala en 1 % como mximo).

La fraccin 0/5 mm natural es de una composicin 30 % carbonatada 70 % silcica, con un equivalente de arena promedio de 55 (mximo 84 y mnimo de 27) y la relacin de finos en la arena es del 8.77 %

La fraccin > 5 mm es 100 % carbonatada, el desgaste de los ngeles es de 22 y la morfologa del material es alargado.

El transporte a planta se realiza con dumperes de 50 t y el arranque es mecnico.

No existen arcillas que obliguen a un alimentador tipo vaivn.

Cantidad de reservas: es aceptable para la vida til de la planta.

Definicin de un proyecto.

Diagrama

Definicin de un diagrama de flujo:

A partir de las premisas iniciales de la planta y el estudio del yacimiento geolgico se define el siguiente diagrama de la pgina siguiente.Definiremos los flujos de materiales y la ley de distribucin de productos (una tonelada en bruto se transforma en % de productos fabricados y % merma). Con ello definimos que la planta deber tener una produccin media de 260 t/h.

Definiremos el modelo de maquinaria:

Alimentador principal de bandaCribado de las naturales por va seca: corte crtico en el pao inferior a 5 mmEl lavado de las arenas naturales se realizar mediante hidrociclonado.

Molino impactor terciario: alimentacin mxima y espordica de 100 mm, con un tamao medio mximo de 50 mm y la velocidad del rotor debe oscilar de 65 m/s a 45 m/s para facilitar la variabilidad de productos finales, buscamos igualmente que el molino funcione siempre a cmara llena para obtener la mxima cubicidad de producto final y evitar desgastes innecesarios..

La cantidad de arcilla en la arena natural recomienda un lavado mediante un hidrociclonado ya que de esta manera conseguimos la calidad deseada y las mermas son las mnimas.

Cribado de los productos artificiales por va seca y/o hmeda: cortes crticos en los paos de cortes a 12 mm y 5 mm.

El lavado de las arenas artificiales se realizar mediante hidrociclonado y la capacidad de variar la presin de trabajo de la mquina, consiguiendo diferentes calidades de productos fabricados.Asignaremos las mquinas ms idneas para cumplir con los requerimientos del diagrama de flujo: Alimentador principal: alimentador de banda

Cribado de naturales: criba CT-6 con el pao de corte a 5 mm del tipo anticolmatante de inoxidable para conseguir la mxima produccin.

Equipo de lavado de artificiales: RAC 250 con cinta giratoria para poder retirar el material drenado.

Molino impactor terciario: ZS-100 con variador de frecuencia en el motor.

Cribado de artificiales: criba CT-6 con paos de tipo anticolmatante.

Equipo de lavado de artificiales: RAC 150 con cinta giratoria para poder retirar el material drenado.

Los puntos crticos de la instalacin son:

La criba de naturales donde su produccin depende del % de la fraccin 0/5 a tratar y del grado de humedad del todo uno El equipo de lavado de naturales.

El nmero de reservas es aceptable para la vida til de la planta. El diseo y la automatizacin:

Los parmetros a cumplir en el diseo han sido: Automatizar la produccin: Por ejemplo la automatizacin de la produccin de la planta se basa en:MquinaParmetro de control de la produccin en el proceso de material natural

Cinta C/01 y Criba CR/01 - La alimentacin del todo uno debe ser cmo mximo de 400 t/h

Criba CR/01 - Es funcin de la humedad del todo uno.- Es funcin del corte crtico a 5 mm. del tercer piso - relacin arena (5mm.)

Molino terciario (MT/01) + retorno de material (C/11) La capacidad de alimentacin del molino mxima es de 220 t/h, si el material de retorno conjuntamente con el material > 5 mm son superiores a 210 t/h, la alimentacin principal debe estabilizarse.

Tolva de regulacin (TO/02) Si la tolva se encuantra en un mximo de carga la alimentacin general debe disminuir para evitar el rebose.

Equipo de lavado (EL/01) La alimentacin mxima es de 150 t/h de procesamiento de material 0/5 (