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ESTUDIO INTRODUCTORIO DE LA RELACIÓN ESTRATÉGICA
ENTRE FIABILIDAD, MANTENIBILIDAD Y EFICIENCIA
ENERGÉTICA
INTRODUCTORY STUDY OF THE STRATEGIC RELATIONSHIP
BETWEEN RELIABILITY, MAINTAINABILITY AND ENERGY
EFFICIENCY
Aurora Martínez-Corral
ITM Instituto Tecnología de Materiales. Universitat Politècnica de València. Valencia, (España).
E-mail: aumarcor@csa.upv.es ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8222-0864
Javier Cárcel-Carrasco
ITM Instituto Tecnología de Materiales. Universitat Politècnica de València. Valencia, (España).
E-mail: fracarc1@csa.upv.es ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2776-533X
Fabiola Colmenero-Fonseca
ITM Instituto Tecnología de Materiales. Universitat Politècnica de València. Valencia, (España).
E-mail: fcolmenerof@outlook.com ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1901-2725
Ali Rafat Gigasari
Universitat Politècnica de València. Valencia, (España).
E-mail: arafgig@doctor.upv.es ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5262-4574
Luis Palmero Iglesias
Dept. Construcciones Arquitectónicas. Universitat Politècnica de València. Valencia, (España).
E-mail: lpalmero@csa.upv.es
Recepción: 18/02/2022 Aceptación: 09/03/2022 Publicación: 14/03/2022
Citación sugerida:
Martínez-Corral, A., Cárcel-Carrasco, J., Colmenero-Fonseca, F., Rafat, A., y Palmero, L. (2022). Estudio introductorio
de la relación estratégica entre abilidad, mantenibilidad y eciencia energética. 3C Tecnología. Glosas de innovación
aplicadas a la pyme, 11(1), 71-87. https://doi.org/10.17993/3ctecno/2022.v11n1e41.71-87
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RESUMEN
Es vital conseguir la disponibilidad adecuada para la consecución de los procesos productivos o de
servicios, garantizando la abilidad de las instalaciones o maquinaria. Muchas veces el aspecto
“eciencia energética”, se estudia de una manera separada considerándolo principalmente como un
factor económico que redunda en la explotación de grandes instalaciones constructivas. Los factores
abilidad, mantenibilidad y eciencia energética, están íntimamente relacionados, y deben ser estudiados
de manera conjunta para la optimización operativa de la planta industrial o edicio de servicios. Este
artículo, trata de plasmar las relaciones entre los tres factores, como interactúan entre ellos, y las mejoras
que pueden redundar sobre las infraestructures.
PALABRAS CLAVE
Eciencia energética, Mantenimiento industrial, Fiabilidad.
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ABSTRACT
It is vital to achieve adequate availability for the achievement of production processes or services, guaranteeing the reliability
of facilities or machinery. Many times the "energy eciency" aspect is studied in a separate way considering it mainly as
an economic factor that results in the exploitation of large construction facilities. The factors reliability, maintainability and
energy eciency are closely related, and must be studied together for the operational optimization of the industrial plant or
service building. This article tries to capture the relationships between the three factors, how they interact with each other, and
the improvements that can result in infrastructures.
KEYWORDS
Energy eciency, Industrial maintenance, Reliability.
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1. INTRODUCCIÓN
El mantenimiento para conseguir la disponibilidad requerida, parece en numerosas ocasiones llevar
caminos paralelos que no interactúan con la abilidad operativa global y con la eciencia energética, que
suele estudiarse como procesos desligados. Sin embargo, cuando se hace un análisis conjunto, se derivan
las relaciones entre ellos (Eti et al., 2007), que hace una interacción mutua relacional, cuanticándose en
una mejora de la eciencia de todos los procesos, y por sinergia, una mejora en los resultados nancieros
de la empresa (reducción de fallos que producen perdidas colaterales, mejora y reducción de los tiempos
de mantenimiento, y un menor consumo energético.
El concepto de abilidad implica el funcionamiento de un sistema o equipo en las condiciones requeridas,
y que depende de forma directa del MTBF (tiempo medio entre fallos). Con la utilización de modelos de
gestión del conocimiento, que ayuden a captar la información relevante (Sing, 2008) y el conocimiento
en base a la experiencia de los operarios, la abilidad operativa debe incrementarse por diversas razones
ligadas a la mejora de la actividad de mantenimiento.
Con un adecuado estudio de las acciones a realizar que redunden conjuntamente sobre la abilidad, la
eciencia energética y las propuestas de acciones de mantenimiento (gura 1), el MTBF se incrementa,
lo que incide directamente en un aumento de la abilidad operativa (Cárcel et al., 2020; Cárcel et al.,
2021; 2021a, 2021b).
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MAINTENANCE
PROPOSALS
EXPLOITATION
PROPOSALS
ACTION 1
• INMEDIATE ACTIONS
• (ROI=0)
ENERGY SAVING ACTIONS.
AFTER ANALYSIS:
ACTIONS OF RELIABILITY INCREASE.
AFTER ANALYSIS:
WE ANALYZE AND APPLY ACTIONS
• SMALL CORRECTIVE ACTIONS
• (ROI<0,5)
• ACTIONS WITH INVESTMENT
• (ROI<3)
• FUTURE ACTIONS
• (AFTER TECHNICAL EVOLUTION, NEW FUEL)
INMEDIATE ACTIONS OF RELIABILITY
IMPROVEMENTS (ROI=0)
COMPLEX ACTIONS OF RELIABILITY IMPROVEMENTS
(ROI=Depending on stop’s cost (NOT SCHEDULED))
ACTION 2
ACTION 1
ACTION 2
ACTION 3
ACTION 4
MACHINE,
FACILITY,
SYSTEM.
GLOBAL IMPROVEMENT
OF THE SYSTEM:
• MAINTAINABILITY
•ENERGY EFFICIENCY
• RELIABILITY
• INCREASE OPERATIONAL LIFE
• INCREASE RELIABILITY
• ECONOMIC / ENERGETIC SAVING
• REDUCTION OF MAINTENANCE COSTS
• ENVIRONMENT COMMITMENT
REACTION
1
REACTION
2
REACTION
3
REACTION
4
REACTION
5
• INVOLVEMENT OF MAINTENAINCE /
EXPLOITATION STAFF
REACTION
6
• HIGH KNOWLEDGE OF SYSTEM
REACTION
7
RESULTS
Figura 1. Ciclo de acciones conjuntas orientadas a la mejora operativa de una instalación o sistema.
Fuente: elaboración propia
2. FIABILIDAD, MANTENIBILIDAD, EFICIENCIA ENERGÉTICA, Y SU
RELACIÓN EN BASE A LA INFORMACIÓN Y EL CONOCIMIENTO.
Sin entrar en normas UNE sobre conabilidad, equipos, abilidad, etc., que afectan directamente a la
funcionalidad de las técnicas de mantenimiento, las normas generales que inciden sobre la información
y datos que afectan a la actividad de mantenimiento, se podrían indicar las UNE-EN 13306, UNE-EN
13460, UNE-EN 15341, UNE-EN 200001-3-11, UNE-EN 20464, UNE-EN 60706-2.
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Con ello se pretende alcanzar lo que tradicionalmente se ha denominado como garantía de
funcionamiento, concepto dependiente de cuatro magnitudes inter-relacionadas:
• Fiabilidad: probabilidad que el sistema no se averíe durante [0, t].
• Mantenibilidad: probabilidad que el sistema sea reparado durante [0, t].
• Disponibilidad: probabilidad que el sistema funcione en el instante t.
• Seguridad: probabilidad de evitar un suceso catastróco.
Y en los últimos años, tras la relevancia económica del factor energético para los servicios a prestar, ha
tomado especial interés el factor eciencia energética:
• Eciencia energética: Relación entre la cantidad de energía requerida para la realización de
las actividades de una organización, sus equipos, sus sistemas, sus productos y sus servicios y la
cantidad de energía real usada (UNE 216501:2009).
Las auditorías energéticas sirven para detectar las operaciones dentro de los procesos que pueden
contribuir al ahorro y la eciencia de la energía primaria consumida, así como para optimizar la demanda
energética de la instalación, y son una buena base del conocimiento de todas las instalaciones y equipos
que ayudan a tomar decisiones con respecto a la mejora de la abilidad así como el mantenimiento
óptimo.
La relación de todos estos parámetros fundamentales en referencia a cómo afecta su adecuada extracción
del conocimiento que afecta a la organización, se podría extraer observando su propia denición:
Fiabilidad: es la probabilidad de que una entidad pueda cumplir una función requerida, en las condiciones
determinadas, durante un intervalo de tiempo [t1, t2]; y se expresa por: R(t1,t2). Está íntimamente unida
a la tasa de fallo de dicho sistema o instalación. El conocimiento de los diferentes fallos operativos y la
acumulación y compartición de las experiencias operativas de los operarios, fomenta la prevención y
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actuación ante el fallo, reduciendo en gran medida los fallos cíclicos y los tiempos de reposición, que
afectan directamente a la producción de la empresa.
Tasa de fallo: λ(t): La tasa de fallo en el instante t, mide la probabilidad que ocurra un suceso
intempestivamente en el intervalo [t, t+λt] (gráca 1). Representa el número de sucesos (fallos) por
unidad de tiempo. Su inverso es el tiempo medio entre fallos.
Gráca 1. Curva de abilidad con desgaste.
Fuente: (Cabau, 2000).
La disponibilidad: es la probabilidad que una entidad pueda cumplir una función requerida, en
las condiciones determinadas, en un instante dado t, suponiendo que el suministro de los medios
externos necesarios está asegurado. Se representa por: D(t) (gráca 2). Esta denición es igual a la de
la abilidad pero con la diferencia fundamental en el aspecto temporal, una se reere a un período
de tiempo y la otra a un instante dado. En un sistema reparable, el funcionamiento al instante t no
supone, forzosamente el funcionamiento durante [0,t]. Esta es la diferencia fundamental con respecto la
abilidad. La disponibilidad tiende a un valor límite, que es por denición la disponibilidad asintótica.
Este valor límite es una punta de tiempo que corresponde aproximadamente, al tiempo de reparación.
La abilidad participa entonces en la disponibilidad por la aptitud a ser reparado rápidamente, esto es
también importante, es la mantenibilidad.
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Gráca 2. Disponibilidad en función del tiempo.
Fuente: (Cabau, 2000).
La mantenibilidad: es la probabilidad de que una operación dada de mantenimiento pueda ser realizada
en un intervalo tiempo dado [t1,t2], que se expresa por: M(t1,t2). La mantenibilidad es a la reparación
como la abilidad es al fallo. Se dene con las mismas hipótesis que para R(t) la mantenibilidad M(t).
Tasa de reparación: μ(t): La tasa de reparación en el instante t, mide la probabilidad que una entidad sea
reparada en el intervalo [t, t+µt], nº de reparaciones por unidad de tiempo. Puesto que es constante, la
expresión de la mantenibilidad es una ley exponencial: M(t) = exp(-μt). Su inverso es el tiempo medio
por reparación.
Mantenimiento: Actuaciones -procesos y operaciones tendentes a la conservación de una entidad o
sistema.
Todos estos parámetros inuyen en los tiempos medios utilizados como indicadores en mantenimiento y
que inciden sobre la eciencia del servicio (gura 2). La misión es aumentar el MTTF o MTFF (Mean
Time To First Failure, tiempo medio de buen funcionamiento antes del primer fallo), el MTBF (Mean
Time Between Failure, tiempo medio entre dos fallos de un sistema reparable), el MUT (Mean Up Time,
tiempo medio de buen funcionamiento después de una reparación). De igual manera se pretende reducir
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los diferentes tiempos operativos de las acciones de reparación como el MTTR (Mean Time To Repair,
tiempo medio de reparación).
Figura 2. Diagrama de tiempos medios de un sistema que no precisa interrupción del funcionamiento para el mantenimiento
preventivo.
Fuente: (Cabau, 2000).
Esencialmente hay dos tipos de mantenimiento: preventivo y correctivo, y para cada uno de éstos hay
numerosos procedimientos especícos. En el mantenimiento preventivo, el objetivo es incurrir en gastos
modestos de servicio del equipo, con el n de evitar fallos potencialmente caros durante su funcionamiento
(Eti et al., 2006a, 2006b; Badia et al., 2006; Aghezzaf et al., 2007). Normalmente, el equipo deja de
funcionar durante el mantenimiento preventivo, y el efecto físico de las actividades de mantenimiento
es paliar los efectos del funcionamiento previo. En contraste, el mantenimiento correctivo (o reparación)
es la respuesta al fallo del equipo con el n de devolverlo a un estado de funcionamiento. Para ambas
clases de mantenimiento, puede asumirse que existen varios tipos de estructuras de coste y varios tipos
de patrones de comportamiento de los equipos. Es importante notar que el modelado y análisis de los
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procedimientos de mantenimiento de equipos requieren a menudo considerar el sistema completo en
vez de sus componentes individuales.
Por consiguiente, en base a la información y el conocimiento sobre el proceso y la cadena de fallo,
permite la detección y el diagnóstico del fallo; procesos que, a su vez, permiten obtener el conocimiento
necesario sobre el fallo, para proceder a su solución a través de la actuación de mantenimiento.
En la fase de observación de los síntomas y manifestaciones del fallo se trata de percibir información, a
través de la observación sensorial directa, de la experiencia, de los conocimientos teóricos previos, de la
información registrada, y de la medición o vericación a través de pruebas y ensayos. El análisis de esa
información permite la identicación previa y con cierta inmediatez del fallo. Se perciben ya algunos
accidentes del fallo; como, por ejemplo, lugar, posición o elemento que soporta el fallo.
En la fase de detección se obtienen comprobaciones pertinentes y contrastables sobre el fallo, que se
completan en las dos fases siguientes: en la de delimitación se determinan básicamente los límites en el
cumplimiento de la especicación y el proceso de fallo, en la de descripción se investigan las circunstancias
del fallo (qué, dónde, cuándo, etc.).
Aunque podrían generarse dicultades conceptuales y de captación de la información, la consideración de
determinados estados intermedios, desde funcionar adecuadamente a estar averiados (como sería el caso
de tener que producir a baja capacidad, o con un consumo energético excesivo, o con alguna deciencia
de calidad) (Cárcel et al., 2022), puede mejorar sensiblemente el conocimiento del comportamiento
del equipo en base a la experiencia sobre variados escenarios. Esto ha de añadir necesariamente un
conocimiento especíco valioso sobre los diferentes modos de fallo.
Hay que tener en cuenta que todas las actuaciones deben redundar en la mejora de los sistemas de
mantenimiento de la industria, que tras el estudio de diversas actuaciones, nos indiquen el benecio
energético de su ejecución así como el aumento de la abilidad de los sistemas e instalaciones. Debe
ser un sistema abierto que integre a todos los estamentos de la empresa, con retroalimentación de
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propuestas basadas en la experiencia por parte de los servicios de explotación y mantenimiento de la
industria. La puesta en marcha de dichas acciones vendrá como consecuencia del retorno de la inversión
detectado (ROI), o el valor intrínseco que dicha medida pueda tener como consecuencia del aumento de
la abilidad, con reducción de cortes no programados.
En la observación de las relaciones ante acciones de abilidad, mantenibilidad y eciencia energética,
se observa que cualquier acción o mejora de este tipo afecta entre ellas, pudiéndose extraer curvas
relacionales que afectan a la Eciencia energética, mantenibilidad y abilidad.
3. RELACIONES INFLUYENTES ANTE ACCIONES OPERATIVAS.
a) Ante acciones consistentes en aumentar la abilidad del sistema:
Ante la realización de acciones consistentes en aumentar la abilidad del sistema (gráca 3), como
regla general, y sobre todo si se trata de máquinas dinámicas, ante pequeñas acciones de aumento de la
abilidad lleva normalmente consigo el aumento de la eciencia energética.
Llega un punto, que para un grado muy alto de abilidad, no crece o se satura el proceso de ahorro
energético.
Gráca 3. Curva ante acciones de abilidad.
Fuente: elaboración propia.
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b) Ante acciones consistentes en aumentar la eciencia energética del sistema:
De los comentarios y observación de la realización de acciones de eciencia energética (gráca 4),
como regla general, el aumento de la abilidad es progresivo, dado que normalmente este ahorro viene
denido por un uso incorrecto, una mejora térmica, etc, que redundan automáticamente en un menor
desgaste y como consecuencia una menor probabilidad de averías.
Gráca 4. Curva ante acciones de eciencia energética.
Fuente: elaboración propia.
c) Mantenibilidad ante acciones consistentes en aumentar la eciencia energética o abilidad del
sistema:
Cuando se realizan enfocadas a la mantenibilidad (gráca 5), se produce un aumento en el ahorro en
mantenimiento así como el aumento de la vida útil del equipamiento. Puede llegar un punto de inexión
si se requiere un gran aumento en la abilidad conlleve un aumento del equipamiento, con lo que sería
preciso mayor número de horas en mantenimiento (este sería el caso cuando la abilidad del sistema
quiere que sea máxima ante instalaciones críticas).
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Gráca 5. Curva relación con mantenibilidad.
Fuente: elaboración propia.
De una manera suscita, se puede decir que con un conocimiento profundo de los equipos, e indagando en
las relaciones y acciones para conseguir una adecuada eciencia energética, abilidad y mantenibilidad;
• Mejora del conocimiento por parte de los servicios de mantenimiento de la eciencia energética
del proceso.
• Se conocerán, futuras acciones de ahorro, propuestas por los equipos de mantenimiento y
sugerencias de fabricantes de la maquinaria o sector.
• Se producirá una reducción de los tiempos utilizados en mantenimiento, siendo una variable
añadida de ahorro.
• Se consigue una mayor concienciación de los equipos humanos de mantenimiento.
• Dichas acciones llevan añadidas una sensibilización con la visión del respeto al medio ambiente
(ahorro en la emisión de CO2, como consecuencia del ahorro energético).
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• A consecuencia de la acción de eciencia energética, se consigue un uso más racional de la
instalación, reduciéndose por ello la tasa de fallo del equipamiento y con ello el aumento de la
abilidad de la instalación que se considera crítica.
• Al realizar el estudio energético se ha aumentado el nivel de conocimiento de la instalación,
pudiéndose monitorizar otras variables que interceden en la abilidad nal de la instalación
(instalación eléctrica, uidos, valvulería, etc.).
• Dicha relación de aumento de la abilidad es extrapolada al resto de la organización (en especial
hacia los departamentos de explotación), consiguiéndose una mejora estratégica de la función de
los servicios de mantenimiento con relación al resto de la industria.
4. CONCLUSIONES
Es importante extender el conocimiento en las acciones de mantenimiento, en base a las acciones
estratégicas fundamentales tales como la abilidad, mantenibilidad y eciencia energética:
• Al aunar el conocimiento de las acciones estratégicas se potencian las relaciones entre la abilidad,
mantenibilidad y eciencia energética, que aumentan la eciencia de toda la organización.
• Se pueden reducir los costes de mantenimiento sin degradación de la abilidad.
• La mejora de la eciencia energética, redunda en mejorar la mantenibilidad de las instalaciones y
la abilidad de los procesos, con reducción de fallos.
• Se puede mejorar la seguridad y la disponibilidad de las instalaciones (poniendo más atención a
las frecuencias y a los elementos a mantener).
• Se puede aumentar el ciclo de vida de los equipos e instalaciones, como consecuencia del menor
desgaste y la observación continuada en la utilización optima.
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AGRADECIMIENTOS
Este trabajo se ha llevado a cabo en el marco del proyecto CONDAP "Habilidades digitales para mentores
en el lugar de trabajo en aprendizajes del sector de la construcción" nanciado por la Comisión Europea
dentro de la Acción Clave 2: Cooperación para la innovación e intercambio de buenas prácticas, número
de referencia 2018-1-UK01-KA202-048122. Así mismo, este trabajo se ha llevado a cabo en el marco del
grupo de investigación PREDILAB, dentro de la investigación realizada en la Universidad de Castilla La
Mancha y titulada "Metodología y sistemas para la mejora del mantenimiento y la eciencia energética
en la rehabilitación y reutilización del patrimonio industrial. Fase 1 y 2.
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