Aplicación del Análisis de Coste de Ciclo de Vida. Caso: Refrigerantes de placas para ácido sulfúrico.

Manuel González Prieto 17 de marzo de 2022

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7 min. de lectura

Manuel González Prieto
Dr. Ingeniero Naval
Reliability Manager
SMS Group GmbH

Introducción

El Análisis de Coste de ciclo de Vida (ACCV) es una metodología desarrollada para evaluar cómo varían los costes de un activo a lo largo de su vida útil. En los últimos años, especialistas en las áreas de Ingeniería, Mantenimiento y Organización de la Producción, han mejorado el proceso de cuantificación de los costes, incluyendo el uso de técnicas que cuantifican el factor Fiabilidad y el impacto de los eventos de fallos sobre los costes totales de un sistema de producción a lo largo de su Ciclo de Vida. Estas mejoras han permitido disminuir la incertidumbre en el proceso de toma de decisiones de áreas de vital importancia tales como: diseño, desarrollo, sustitución y adquisición de activos de producción. Es importante aclarar que en todo este proceso de ACCV existen muchas decisiones y acciones, tanto técnicas como no técnicas, que deben adoptarse a través de todo el período de uso de un activo industrial. Son de interés particular aquellas decisiones relacionadas con el proceso de mejoramiento del factor Fiabilidad (calidad del diseño, tecnología utilizada, complejidad técnica, frecuencia de fallos, costes de mantenimiento preventivo/correctivo, niveles de mantenibilidad y accesibilidad), ya que estos aspectos tienen una gran influencia sobre el coste total del ciclo de vida del activo e influyen en gran medida sobre las posibles expectativas para extender la vida útil de los sistemas de producción a costes razonables.

En este artículo vamos a establecer la sistemática para la aplicación de la metodología de análisis del coste del ciclo de vida de los activos, incluyendo las fases de definición, ingeniería, adquisición, instalación, operación, mantenimiento y disposición final.

Este análisis está dirigido a la evaluación de las posibles alternativas en relación con la recuperación del desempeño esperado para un activo:

• Mantenimiento de la situación actual del activo.
• Realización de una parcial del activo.
• Reconstrucción del activo (overhaul).
• Reposición con un activo nuevo similar al actual.
• Sustitución por un activo con un diseño diferente.

Las etapas del ciclo de vida a considerar son las siguientes:

• Definición
• Adquisición
• Instalación
• Operación
• Mantenimiento
• Energía
• Fin de vida

Caso práctico

El caso práctico es realizado sobre los refrigerantes de placas habitualmente usados para refrigerar ácido sulfúrico (96-98% y 90 ºC). Estos refrigerantes suelen tener instaladas placas de acero inoxidable Hastelloy C276 (UNS N10276), ya que se trata de una aleación de níquel-molibdeno-cromo con adición de tungsteno que posee una excelente resistencia a la corrosión en una amplia gama de medios corrosivos, además de ser especialmente resistente a la corrosión por picadura y cavitación.

Los principales modos de fallo son los siguientes:

• Picadura por baja concentración de ácido sulfúrico (< 96%).
• Picadura por alta velocidad del ácido sulfúrico (> 2 m/s).
• Picadura por alta temperatura del ácido sulfúrico (> 90 ºC).
• Picadura por alto contenido de cloruros en el agua de refrigeración a alta temperatura (>65 ºC). Este caso es el que vamos a estudiar, ya que se trata del parámetro con menor control on-line en caso de usar agua de mar como refrigerante. En el caso de producirse una picadura, debe pararse la producción, desmontar el refrigerante, desmontarse todas las placas, revisarlas, cambiar todas las juntas y reponer las placas defectuosas. Realmente, son los costes de pérdida de producción los más importantes, ya que las placas que se encuentren en buen estado no suelen cambiarse.

Definición de alternativas

Para este caso, estudiamos tres alternativas posibles para un horizonte de 20 años y una tasa de descuento del 10% (coste de capital que se aplica para determinar el valor presente de un pago futuro):

1. Mantener la situación actual. La situación actual siempre debe mantenerse como alternativa para poder comparar el resto de las alternativas. En esta situación, tenemos las siguientes tasas de fallos y pérdidas de producción: 4 cambios de refrigerante/año (480.000 €/año), 387.000 €/año de pérdidas de producción, 74.000 €/año de costes de mantenimiento ordinario y 140.000 €/año en inversiones de reposición de refrigerantes de placas. El consumo de las bombas es de 800 kW con un uso de 8.400 h/año.

2. Torre refrigeración nueva con 3 celdas. Nuevas torres, obra civil, bombas nuevas, tuberías y valvulería. En esta situación, tenemos las siguientes tasas de fallos y pérdidas de producción: 50.000 €/año de pérdidas de producción, 30.000 €/año de costes de mantenimiento ordinario y 150.000 €/año en inversiones para cambio de relleno y revisión cada 8 años. Se incluye coste de biocida, consumo de agua de proceso y control de Legionela. El consumo de las bombas es de 80 kW y el de los ventiladores de las torres es de 225 kW con un uso 8.400 h/año. Al tratarse de un proyecto de ahorro energético, la subvención será de un 20% del coste de la nueva instalación.

3. Refrigerantes con material alternativo (Hastelloy C2000). Este material presenta un mejor comportamiento mejor que el C276 para cloruros a alta temperatura. Es necesario reponer todos los refrigerantes por otros con placas de C2000. En esta situación, tenemos las siguientes tasas de fallos y pérdidas de producción: 1 cambio de refrigerante/año (160.000 €/año), 120.000 €/año de pérdidas de producción, 80.000 €/año de costes de mantenimiento ordinario y 70.000 €/año en inversiones de reposición de refrigerantes de placas. El consumo de las bombas es de 800 kW con un uso de 8.400 h/año.

Desarrollo del análisis de coste de ciclo de vida

En este apartado, se desarrolla el desglose de costes (en un horizonte de 20 años aplicando la tasa de descuento del 10%) y desglose de riesgos (Seguridad, Medio Ambiente, Calidad, Producción, Obsolescencia, Dependencia, Intercambiabilidad, Operacionales y Mantenibilidad).

La alternativa nº 1 tiene la ventaja de que no necesita una inversión inicial y no desnivela el plan de inversiones de la empresa, pero el coste real de pérdidas de producción puede no ser asumible por la empresa, ya que tiene un impacto alto y directo en los resultados anuales de producción y costes de mantenimiento.

La alternativa nº 2 presenta ventajas importantes en cuanto a menores pérdidas de producción, consumo energético y, sobre todo, costes anuales de mantenimiento (ordinario e inversiones). No obstante, la adquisición e instalación de las torres de refrigeración puede suponer un coste no asumible a corto plazo por alterar el plan de inversiones corporativo.

La alternativa nº 3 tiene ventajas importantes en cuanto a menores pérdidas de producción y, sobre todo, costes anuales de mantenimiento (ordinario e inversiones). No obstante, la adquisición e instalación de los nuevos refrigerantes puede, también, suponer un coste no asumible a corto plazo por alterar el plan de inversiones, si bien la adquisición de este activo es inferior a la de la alternativa nº 2 y, además, puede realizarse en distintas fases.

En cuanto a los riesgos, los valores de la probabilidad son 1, 2, 3, 4 y 5 y los del impacto son 1, 4, 10 y 40. La definición de cada valor de probabilidad e impacto debe ser definida por la empresa en su sistema de gestión de activos o de fiabilidad. Al analizarse 9 riesgos, el riesgo total tiene un valor mínimo de 9 (9 x1x1) y máximo de 1800 (9 x 5 x 40).

En este caso, los riesgos de las tres alternativas no difieren mucho entre ellos, si bien la alternativa nº 2 es la más favorable en cuanto a producción y mantenibilidad.

Resultados

El resultado final debe ser una combinación del coste total a lo largo del horizonte temporal analizado (20 años en este ejercicio) y el riesgo de cada alternativa. Esto es especialmente importante porque puede haber alternativas muy positivas en cuanto a costes, pero que puede tener un alto riesgo (seguridad, medio ambiente u obsolescencia) que puede comprometer de manera grave la producción e incluso producir un cese productivo y cierre de la empresa. Es decir, cualquier alternativa con un factor de riesgo alto, debe desestimarse independientemente del resultado del coste.

Esta combinación puede realizarse con la siguiente ponderación

La ponderación con el riesgo (probabilidad x impacto) es cuadrática, ya que los valores de impacto son 1, 4, 10 y 40.

Con esta ponderación, el resultado final indica que la mejor alternativa es la nº 2, es decir, la instalación de las torres de refrigeración.

Conclusiones

Las conclusiones son más conceptuales que económicas:

1. “El dinero del avaro, dos veces va al mercado”, ya que, en lugar de ahorrar, se gastará más, pues comprará dos veces en lugar de una. Esta es una queja habitual y real del departamento de mantenimiento. Mediante este método se pueden tomar decisiones positivas para la empresa ante licitaciones de envergadura.
2. Este método es útil tanto para las decisiones sobre activos con un índice de salud bajo, como para nuevas instalaciones, modificaciones operacionales, etc.
3. Si se cuenta con un apoyo real por parte de la dirección, los resultados a medio y largo plazo harán que los activos den realmente valor a la empresa y cumplir con la filosofía de la norma ISO-55001. Deben enterrarse las modas y demostrar un liderazgo real.