Cálculos de ROI para sistemas de monitoreo de condiciones en línea

Se recomienda el continuo monitoreo de condiciones (CM) para aquellos activos que están en constante funcionamiento, realizan funciones cruciales para el proceso de producción, tienen graves consecuencias de fallas, son costosos para mantener o suponen un riesgo para la seguridad del personal y el entorno.

Sin embargo, antes de lanzar un programa de CM, los operadores de la planta tienen que identificar las metas, como aumentar el tiempo de funcionamiento de las máquinas, evitar las fallas de máquinas esenciales, proteger a los trabajadores de las consecuencias de los daños en las máquinas u optimizar la calidad de los productos.

Beneficios operacionales

En términos de beneficios operacionales, un sistema CM afectará positivamente: el tiempo de funcionamiento del equipamiento o maquinaria, el promedio de tiempo entre mantenimientos (MTBM), la vida útil de los componentes, los índices de producción y la efectividad de las operaciones generales (OOE) del proceso y la planta. En particular, un sistema de CM permite que la máquina funcione hasta los apagados programados, aunque ciertos valores (p. ej., vibraciones) no sean perfectos. Los diagnósticos de desempeño permiten que los gerentes de procesos ahorren en los costos de energía y aumenten la eficiencia de los activos. La detección temprana de fugas de válvulas, sellos o tuberías ahorra multas por contaminación ambiental.

El acceso remoto por parte del proveedor del sistema permite ofrecer asistencia experta basada en los datos de los sistemas del cliente y evita costosos viajes al sitio donde está instalado el sistema. Este es un elemento importante para las aplicaciones marítimas, como las unidades flotantes de almacenamiento y descarga de producción (FPSO), buques de transporte de GNL y otros.

Beneficios del mantenimiento

Un sistema de CM afecta positivamente los costos de campaña de mantenimiento, con menos órdenes de trabajo y actividades más específicas. Puede reemplazar mediciones preventivas fuera de línea, posiblemente ejecutadas desde costosas compañías de servicios externos, y reducir el tiempo de mano de obra y los costos asociados con un menor promedio de tiempo para reparar (MTTR). Además, el conocimiento del componente que falló permite reparaciones específicas en vez de campañas de prueba y error y con menos compromiso de capital para el inventario de piezas de repuesto.

Prevención de riesgos

El riesgo es el producto de dos factores: consecuencia y probabilidad o frecuencia. Para fines de este artículo, el factor de consecuencia se presenta en unidades monetarias. Por ejemplo, digamos que un compresor falla de forma catastrófica, con una consecuencia potencial de doscientos mil dólares en pérdidas de producción, costos de mano de obra y piezas de repuesto. Si este evento ocurre con una frecuencia de una vez cada 10 años, esto representa un riesgo anual de veinte mil dólares por año. Pero, si ocurre cada dos años, el riesgo anual es de cien mil dólares.

¿Una inversión que vale la pena?

El monitoreo de condiciones puede reducir sustancialmente el costo de la consecuencia (es decir, la prevención de daños catastróficos y significativos) así como de la frecuencia (es decir, el diagnóstico continuo al instante de los agentes defectuosos y todos los componentes relevantes).

El riesgo de fallas en las máquinas tiene varios pasos de gravedad que deben considerarse al iniciar los cálculos de la rentabilidad de la inversión (ROI): pérdida normal (es decir, el costo por la pérdida de producción y las campañas de mantenimiento durante los apagados programados); pérdida máxima probable (es decir, el costo por mantenimiento masivo o una nueva máquina asociada a las pérdidas de producción); y la pérdida máxima posible (es decir, daños masivos en las máquinas, pérdida de productos, problemas de seguridad, higiene y medioambiente (HSE), contaminación ambiental, incendios, interrupción de las actividades comerciales).

Cuando se trata de la justificación financiera de inversiones en CM, muchos estudios suponen que el sistema es perfecto y siempre informará al usuario con anticipación acerca de cualquier falla inminente. No obstante, este no siempre es el caso y las falsas alarmas, así como las fallas pasadas por alto, producen costos. Estas imperfecciones y sus efectos en las operaciones y el mantenimiento tienen que formar parte de la ecuación a medida que aumentan los periodos de recuperación.

Al invertir en un sistema de mantenimiento predictivo (PdM), pueden usarse dos métodos para evaluar los incentivos económicos. Primero, el periodo de recuperación, el cual da información sobre si la inversión en el sistema se amortiza dentro de un plazo definido. El resultado se expresa en tiempo (es decir, años, meses).

Segundo, la rentabilidad de la inversión (ROI), la cual mide qué tan rentable es una inversión durante un periodo de tiempo específico con relación al dinero gastado. Para calcular la ROI, la rentabilidad o el beneficio de una inversión dentro de un plazo se divide por el costo de la inversión y el resultado se expresa en un porcentaje o una proporción.

En ambos casos, los operadores tienen que sumar con precisión todos los costos y esfuerzos asociados a cada falla detectada para llevar a cabo las ecuaciones. La suma de la inversión es la parte fácil de la evaluación de rentabilidad. Algo más desafiante, pero de igual importancia, es el cálculo realista de los beneficios obtenidos a partir del sistema de CM.

Aquí, se recomienda considerar cuatro categorías: pérdida de producción, mano de obra, piezas de repuesto y el consumo de energía de las unidades.

La pérdida de producción es el costo que quizás cueste más determinar. Sin embargo, en promedio, el tiempo de inactividad reducido es responsable de entre el 60 y el 70 por ciento de los ahorros de la compañía en este sentido. Estos ahorros dependen del tipo de máquina. Por ejemplo, considere una máquina que produce diez mil dólares en productos por ahora. Al prevenir que fallen los rodamientos de esta máquina, usted podría eliminar cinco horas de tiempo de inactividad y una pérdida de producción equivalente a cincuenta mil dólares.

Los ahorros en mano de obra son los más fáciles de calcular al revisar los registros de reparación de la máquina en particular durante el año anterior. La cantidad de horas dedicadas a reparaciones planificadas y no programadas da una indicación realista de cuánto tiempo puede ahorrar una compañía después de instaurar el sistema de CM.

En el caso de las piezas de repuesto, los registros de mantenimiento de la máquina son una buena forma de determinar el costo de las piezas de reemplazo, como válvulas, rodamientos y engranajes.

El factor de consumo de energía de las unidades es un poco más difícil de evaluar ya que no suele incluirse en los registros de mantenimiento. Sin embargo, mejorar la eficiencia de las máquinas puede reducir sustancialmente los costos de energía de las unidades.

La velocidad con la que las compañías recuperan una inversión en CM depende del tipo de productos fabricados, la cantidad de tiempo de inactividad experimentado y qué tan bien instauran y utilizan el sistema.

En ciertos casos, las compañías pueden recuperar su inversión en el equipamiento o maquinaria de monitoreo y capacitación dentro de los meses posteriores al arranque inicial. Luego de un año, pueden cuadruplicar o quintuplicar su ROI.

Hay operadores con sistemas de CM a gran escala que se amortizan en las semanas posteriores a su instauración al evitar solo un daño consecuente importante en una máquina reciprocante.

La experiencia demuestra que el CM se amortiza de manera significativamente rápida, en especial, durante el arranque inicial de nuevas maquinarias o después de revisiones importantes o cambios en los procesos principales.

“La experiencia demuestra que el CM se amortiza de manera significativamente rápida, en especial, durante el arranque inicial de nuevas maquinarias o después de revisiones importantes o cambios en los procesos principales”.

En otros casos, es posible que, durante los primeros meses, la rentabilidad sea escasa o nula. Además, los costos de mantenimiento pueden aumentar durante estos primeros meses debido a la identificación, el diagnóstico y la corrección de muchos problemas nuevos y desconocidos con las máquinas en un breve periodo de tiempo. Sin embargo, una vez corregidos estos problemas iniciales, los costos de mantenimiento disminuyen drásticamente y permanecen bajos.

“La evaluación de riesgos es una tarea desafiante y compleja y, en términos de criticidad, también tiene que considerar varios aspectos”.

Si el sistema no genera rentabilidad después de varios meses, conviene revisar la forma en la que se instauró. Tal vez sea necesario cambiar algunos factores, por ejemplo: el estado de capacitación de los usuarios del sistema; el ajuste apropiado de todos los umbrales de advertencia; la total utilización de todas las características y capacidades del sistema; y si las salidas de diagnóstico no se envían al destino correcto y, por lo tanto, se ignoran.

Por último, los operadores deben aprender a confiar en las notificaciones y los resultados de diagnóstico emitidos por el sistema. Cuando el sistema detecta el desarrollo de desgaste poco importante, pero quizás inusual, los operadores deberían refrenarse de querer detener y abrir la máquina. En cambio, deberían vigilar los datos de tendencias y mantener la máquina en funcionamiento el mayor tiempo posible, es decir, hasta el próximo apagado programado.

“De esto se trata el mantenimiento basado en la condición: tomar medidas solo cuando sea necesario”.

Otro ejemplo de lo contrario son las piezas y los componentes nuevos que fallan durante las primeras horas de funcionamiento. En este caso, es posible que se requiera una detención inmediata a fin de evitar daños consecuentes. De esto se trata el mantenimiento basado en la condición: tomar medidas solo cuando sea necesario.

El monitoreo continuo requiere una mayor inversión para la adquisición de datos en línea y máquinas de análisis, además de la instalación. Para evaluar con exactitud el costo total de propiedad, los operadores tienen que considerar las siguientes inversiones: diseño e instalación de sistemas; instrumentación de campo (p. ej., sensores, cableado); sistema de monitoreo y diagnóstico (p. ej., hardware y software, instalación, licencias de software); capacitación de usuarios y asistencia al cliente, en caso de ser necesario; mantenimiento de sistemas (p. ej., reemplazo de sensores, actualizaciones de software); y los conocimientos y apoyo externos que sean necesarios.

Pero, además de todos estos cálculos, la pregunta más importante que debe responderse es: “¿Cuál es el sistema que mejor se adapta a nuestras necesidades?”. Los sistemas de monitoreo de condiciones han existido durante décadas y abarcan desde dispositivos portátiles hasta sistemas de diagnóstico en línea con características de redes neuronales. El desarrollo constante de nuevas características técnicas, capacidades del sistema y, finalmente, la confiabilidad de los resultados de diagnóstico, aumentaron los precios de dichos sistemas. Sin embargo, la cantidad de activos de producción elegibles para el monitoreo continuo en línea también aumentó.

Las campañas de descongestión y los planes de alta producción exigen que más máquinas sean productivas; las máquinas anteriormente redundantes ahora están en marcha y son una parte esencial del proceso de producción. Con menos maquinarias de respaldo disponibles, los operadores de planta cada vez dependen más de las máquinas necesarias para cumplir con las metas de producción. Esto significa que, en la actualidad, los sistemas y programas de monitoreo de condiciones son obligatorios en las industrias.

La criticidad de las máquinas es un factor que comienza por identificar la tecnología y el alcance de monitoreo apropiados. Un factor de la definición de criticidad es la conocida matriz de riesgo. Una vez más, usted ve los factores mencionados anteriormente: consecuencia y probabilidad. La evaluación de riesgos es una tarea desafiante y compleja y, en términos de criticidad, también tiene que considerar aspectos tales como: disposición de los procesos (p. ej., una sola línea o múltiples líneas); lista de ganancias por hora en caso de pérdida de producción; disponibilidad de reservas de productos para mantener el proceso en funcionamiento a pesar de la falla de la máquina; tiempo y costo de apagado y arranque a causa de la falla de la máquina; redundancia de equipamiento (es decir, maquinaria de respaldo); MTTR promedio de los activos evaluados; historial de fallas de las maquinarias; y disponibilidad de expertos y herramientas de mantenimiento.

La figura 3 exhibe una forma de mostrar la dependencia entre la criticidad y el alcance del sistema de CM. Cuanto más esencial sea el activo, más avanzada debería ser la tecnología de CM que se use para detectar fallas inminentes y evitar costosas fallas consecuentes.

Figura 3: A medida que aumentan la probabilidad y gravedad de las consecuencias de un incidente, también lo hacen el riesgo y la necesidad de monitoreo de condiciones