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REDISEÑO DEL SISTEMA DE BOMBEO DEL RECIBIDOR 6F79 DEL PROCESO DE PURIFICACION DEL ACIDO CITRICO DE LA EMPRESA SUCROAL S.A.
ANDRES MAURICIO CAICEDO MARTINEZ
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL
ESPECIALIZACION EN GESTION DE PLANTAS INDUSTRIALES
SANTIAGO DE CALI
2017
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REDISEÑO DEL SISTEMA DE BOMBEO DEL RECIBIDOR 6F79 DEL PROCESO DE PURIFICACION DEL ACIDO CITRICO DE LA EMPRESA SUCROAL S.A.
ANDRES MAURICIO CAICEDO MARTINEZ
Trabajo de grado presentado para optar al título de Especialista en Gestión de Plantas Industriales
Asesor: Julián Rivera, Maestría en Ingeniería Industrial.
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERIA
ESPECIALIZACION EN GESTION DE PLANTAS INDUSTRIALES
SANTIAGO DE CALI
2017
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Nota de Aceptación:
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Firma del presidente del jurado
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Firma del jurado
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Firma del jurado
Santiago de Cali, 04 de Febrero de 2017
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DEDICATORIA
A Dios por darme todos los recursos para llevar a feliz término esta especialización.
A mi esposa y mi hijo por su apoyo incondicional y por todo su amor y paciencia.
A mis padres por su dedicación y porque gracias a ellos hoy puedo celebrar todos mis
logros.
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AGRADECIMIENTOS
A toda la gran familia Sucroal por permitir el desarrollo del presente proyecto.
A mis compañeros de trabajo, operarios del área de purificación de ácido cítrico y técnicos
de mantenimiento mecánico por sus ideas, tiempo y dedicación.
Al director del proyecto por todo su aporte, sus valiosos conocimientos y dedicación en el
desarrollo de este trabajo.
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CONTENIDO
Pag.
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 12
1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ......................................................................................... 13
1.1 ANTECEDENTES DEL PROBLEMA.. ................................................................................. 13
1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................................. 16
1.3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. .................................................................................... 16
2. JUSTIFICACIÓN. ..................................................................................................................... 17
3. OBJETIVOS .............................................................................................................................. 18
3.1. OBJETIVO GENERAL .......................................................................................................... 18
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. ............................................................................................... 18
4. MARCO DE REFERENCIA ..................................................................................................... 19
4.1. MARCO CONCEPTUAL. ...................................................................................................... 19
4.2. MARCO TEÓRICO ............................................................................................................... 23
4.2.1. Seis Sigma. ........................................................................................................... 23
4.2.2. Herramientas de calidad ....................................................................................... 23
4.2.3. Herramientas Estadísticas. ................................................................................... 25
4.2.4. Altura Positiva Neta de Succión (NPSH, Net Positive Suction Head ..................... 26
4.2.5. Bomba de Vacío. .................................................................................................. 26
4.2.6. Bombas Centrífugas ............................................................................................. 27
4.3. MARCO CONTEXTUAL. ...................................................................................................... 28
4.4. MARCO LEGAL. .................................................................................................................... 31
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5. METODOLOGÍA ....................................................................................................................... 32
6. RESULTADOS .......................................................................................................................... 34
6.1. DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA DE FILTRADO DE TCC. .............................................. 34
6.1.1. Identificación y medición de las variables de entrada y salida. .............................. 34
6.1.2. Análisis de las Variables Identificadas .................................................................. 42
6.1.3. Costos generados por el Rebose de Filtrado de TCC en el recibidor 6F79. .......... 46
6.2. REDISEÑO DEL SISTEMA DE BOMBEO DE FILTRADO DE TCC ............................. 47
6.3. IMPLEMENTACIÓN DEL REDISEÑO PARA MEDIR EL IMPACTO EN LOS COSTOS DEL PROCESO DE PURIFICACIÓN Y FERMENTACIÓN. .................................................. 49
7. CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 58
BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................. 59
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LISTA DE TABLAS
Pag.
Tabla 1. Impacto Financiero ......................................................................................................... 16 Tabla 2. Nivel del Sigma ............................................................................................................... 19 Tabla 3. Diagrama de Sipoc ......................................................................................................... 35 Tabla 4. Voz del Cliente. (VOC) ................................................................................................... 35 Tabla 5. Matriz de Selección de Variables ................................................................................. 36 Tabla 6. Matriz de evaluación de variables ................................................................................ 37 Tabla 7. Datos de variables criticas de Enero a Marzo de 2016 ............................................ 38 Tabla 8. Matriz de causa y efecto ................................................................................................ 42 Tabla 9. Cambios de aceite por contaminación con agua ....................................................... 46 Tabla 10. Costos de operación de compresores centrífugos de Fermentación ................... 47 Tabla 11. Datos de variables criticas de Abril a Julio de 2016 ............................................... 50 Tabla 12. Impacto financiero años 2015 y 2016 ....................................................................... 56 Tabla 13. Impactos del proyecto .................................................................................................. 57
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LISTA DE FIGURAS
Pag.
Figura 1. Diagrama de flujo del proceso del Ácido Cítrico ....................................................... 14 Figura 2. Tendencia del nivel de filtrado de TCC en el recibidor 6F79 antes de la mejora.15 Figura 3. Gráfica del Sigma. ......................................................................................................... 20 Figura 4. Límites de Control. ........................................................................................................ 21 Figura 5. Bomba de vacío de anillo líquido. ............................................................................... 27 Figura 6. Bomba centrífuga. ......................................................................................................... 28 Figura 7. Diagrama de flujo de filtrado de TCC. ........................................................................ 29 Figura 8. Project Charter. .............................................................................................................. 34 Figura 9. Histograma del porcentaje del nivel de filtrado de TCC en el recibidor 6F79 entre Enero y Marzo de 2016. ................................................................................................................ 39 Figura 10. Capacidad del proceso del porcentaje de nivel del filtrado de TCC en el recibidor 6F79 entre Enero y Marzo de 2016. ........................................................................... 40 Figura 11. Gráficos de control para la media y la desviación estándar entre Enero y Marzo de 2016. ........................................................................................................................................... 41 Figura 12. Los 5 por qué. .............................................................................................................. 43 Figura 13. Curva de desempeño de la bomba centrífuga 6P115. .......................................... 44 Figura 14. Calculo del NPSHD Antes de la Mejora. ................................................................. 45 Figura 15. Calculo del NPSHD Después de la Mejora. ............................................................ 48 Figura 16. Bomba centrífuga 6P115 en el segundo piso del edificio de Purificación. ........ 49 Figura 17. Bomba centrífuga 6P115 en el primer piso del edificio de Purificación. ............ 49 Figura 18. Tendencia del nivel de filtrado de TCC en el recibidor 6F79 después de la mejora. ............................................................................................................................................. 51
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Figura 19. Histograma del porcentaje del nivel del filtrado de TCC en el recibidor 6F79 entre Abril y Julio de 2016. ........................................................................................................... 51 Figura 20. Capacidad del proceso del porcentaje de nivel del filtrado de TCC en el recibidor 6F79 entre Enero y Marzo de 2016. ........................................................................... 52 Figura 21. Comparación de la capacidad del proceso Antes/Después. ................................ 53 Figura 22. Gráfico de control de la media de la muestra. ........................................................ 54 Figura 23. Gráfico de control de la desviación estándar.......................................................... 54 Figura 24. Diagrama de flujo del filtrado de TCC después de la mejora. ............................. 55 Figura 25. Corriente del compresor 1203V10 año 2015. ......................................................... 56 Figura 26. Corriente del compresor 1203V10 año 2016. ......................................................... 57
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RESUMEN
Este proyecto de investigación se desarrolló con el uso de la metodología Seis Sigma aplicando cada una de sus cinco etapas.
Con el incremento de la producción del Ácido Cítrico de 30.000 a 40.000 toneladas año se evidenció que el nivel del Filtrado de TCC en el Recibidor 6F79 comenzó a registrar altas variaciones originando constantes reboses del mismo y contaminando el agua de refrigeración de los Procesos de Purificación y Fermentación. Por lo tanto, originó daños inesperados por ataque químico en las bombas de vacío y en los intercambiadores de calor de aceite de los compresores centrífugos de dichos procesos, generando sobrecostos en el proceso.
A partir de la Voz del Cliente, el Sipoc y el Project Charter se definió el Problema a desarrollar. Usando las matrices de Selección y Evaluación de variables se distinguen las que se van medir. Por medio del sistema de recolección de datos de la compañía llamado Osipi se descargan todos los datos de las variables, los cuales son analizados por medio del programa estadístico Minitab. Con los resultados obtenidos y aplicando herramientas como los Cinco Por qué y la matriz de causa y efecto, se obtiene la mejor solución al problema propuesto. Por último se implementa la mejora y en la fase de control se recolectan los datos que garantizan el cumplimiento de los objetivos propuestos.
De esta manera, se logró disminuir la variación del Filtrado de TCC en el recibidor 6F79, eliminando la contaminación del agua de refrigeración de los procesos de Purificación y Fermentación del Ácido Cítrico, evitando daños imprevistos en los equipos y sobrecostos por el consumo de aceite lubricante.
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INTRODUCCION
Actualmente las organizaciones están buscando mejorar continuamente su productividad y competitividad, y una manera de contribuir con este aspecto es teniendo procesos estables, continuos y sin sobrecostos.
Este proyecto se desarrolla en la compañía Sucroal S.A la cual se encuentra ubicada en la ciudad de Palmira en el Valle del Cauca. Es una empresa biotecnológica que produce y distribuye materia prima para la industria farmacéutica y alimenticia y fue fundada en el año 1963.
Está dedicada a la fabricación de alcoholes, solventes, acidulantes, citratos, endulzantes, mezclas y demás productos químicos usados en diferentes sectores como son: bebidas y alimentos, agroindustrial, construcción, cuidado personal y aseo, farmacéutica, perfumería y cosméticos, pinturas, entre otros, y desde el año 2012 hace parte de la organización Ardila Lule.
Con este proyecto se busca garantizar la continuidad y la reducción de los sobrecostos que se presentan en los Procesos de Purificación y Fermentación del ácido cítrico de la compañía Sucroal, por medio de la disminución de la variabilidad del nivel del Filtrado de TCC en el recibidor 6F79 el cual durante el año 2015 y principios del 2016, presentó reboses, contaminación del Agua de refrigeración y daños imprevistos.
Con la aplicación de la Metodología del Seis Sigma y sus herramientas de calidad se busca en este proyecto disminuir la variabilidad y los sobrecostos para contribuir al crecimiento continuo de la compañía.
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1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
1.1 ANTECEDENTES DEL PROBLEMA
Sucroal S.A. tiene dos grandes modelos de negocio:
División de Ingredientes Alimenticios
En la división de alimentos cuenta con una planta productora de Acido, siendo el azúcar la materia prima básica para la producción de ácido cítrico mediante procesos de fermentación por microorganismos y transformaciones químicas. En la planta de ácido cítrico se produce adicionalmente los siguientes subproductos:
Citrato de Sodio. Citrato de Potasio. Citrato de Zinc. Citrato de Magnesio. Sulfato de Calcio. Yeso Plaster. Yeso Granulado. Micelio.
División Industrial
En la división industrial cuenta con una planta de producción de alcoholes a partir de la melaza de la caña de azúcar, desarrollando también formulas y procesos que le han permitido entrar al mercado farmacéutico y alimenticio.
Esta división también vincula la importación, exportación y manufactura de alcoholes para la producción de acetatos que tienen finalidad en solventes para desarrollar procesos en la producción de tintas, flexografías y pinturas.
Comercializa una gran variedad de productos como Alcohol Etílico, en sus diferentes calidades, Acetato de Etilo, Acetato de Butilo, Acetato de Isobutilo, Acetato de Propilo y Acetato de Isoamilo.
El Ácido Cítrico es el principal producto de la división de alimentos, para su fabricación se
cuenta con cuatro subprocesos que son:
1. Fermentación.
2. Purificación.
3. Recuperación.
4. Empaque.
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Tal como se muestra en la figura 1
Figura 1. Diagrama de flujo del proceso del Ácido Cítrico
Fuente: Gerencia de Manufactura de Sucroal S.A.
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El proceso de producción del Ácido Cítrico es continuo, cualquier daño o paro no programado en alguno de sus Subprocesos afecta progresivamente al resto de ellos.
En el subproceso de Purificación se le retiran todas las impurezas al Acido Cítrico a través de filtros de tela horizontales y se ha identificado que en el filtro horizontal llamado 6F82 existe un problema con el nivel del filtrado de TCC en el recibidor 6F79.
Según tendencias del Nivel de Filtrado de TCC en el Recibidor 6F79 que reporta el sistema de recolección de datos de los procesos de la compañía llamado OSIPI, desde el año 2015 se vienen presentando altas variaciones que generaban reboses y paros imprevistos en los procesos productivos. Como se observa en la figura 2:
Figura 2. Tendencia del nivel de filtrado de TCC en el recibidor 6F79 antes de la mejora
Fuente: Sistema de Recolección de datos, Osipi
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1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En el año 2015 Sucroal S.A. incrementó la producción del Ácido Cítrico de 30.000 a 40.000 toneladas año, se evidenció que una de las principales dificultades presentadas fue el control del nivel de Filtrado de TCC en el Recibidor 6F79.
El nivel del Filtrado de TCC en el Recibidor 6F79 comenzó a registrar altas variaciones ocasionando constantes reboses del mismo, contaminando el agua de refrigeración de los Procesos de Purificación y Fermentación, generando daños inesperados por ataque químico en las bombas de vacío y en los intercambiadores de calor de aceite de los compresores centrífugos de dichos procesos.
Durante este mismo año se generaron los siguientes sobrecostos por la constante contaminación del agua de refrigeración con Filtrado de TCC:
Tabla 1. Impacto Financiero
Fuente: Elaboración propia
1.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Cómo rediseñar el sistema de Bombeo del Filtrado de TCC del recibidor 6F79, para
reducir la variabilidad en el nivel, evitar el rebose y la contaminación del Agua de los
sistemas de Refrigeración de Purificación y Fermentación con el mismo?
DESCRIPCION VALOR COL $
CAMBIOS DE ACEITE EN EL COMPRESOR 1203V10 EN EL AÑO 2015 66.521.502$
COSTO SALIDA DE SERVICIO DEL COMPRESOR 1203V10 5.292.780$
COSTO REPOSICION BOMBA DE VACIO POR DAÑO TOTAL DE LA MISMA 185.247.000$
TOTAL 257.061.282$
IMPACTO FINANCIERO
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2. JUSTIFICACIÓN
El proceso de Fermentación del Ácido Cítrico cuenta con cuatro compresores Centrífugos que garantizan un flujo de aire de 31.000 SCFM y cada uno tiene un sistema de lubricación conformado por dos bombas de tornillo, dos Intercambiadores de calor de tubos en cobre (refrigeración por agua) y un tanque con una capacidad para 500 galones de Aceite Lubricante.
La Filtración de TCC en el Proceso de Purificación se realiza por medio de un Filtro Horizontal llamado 6F82, a través del vacío generado por una Bomba de Vacío de Anillo Líquido de Agua.
Con el desarrollo e implementación de este proyecto se pretende disminuir la variación del nivel de Filtrado de TCC en el recibidor 6F79 y eliminar sus reboses. Para evitar el consumo imprevisto de aceite en los compresores centrífugos del proceso de fermentación, aumentar su disponibilidad y evitar el deterioro de las bombas de vacío del proceso de purificación, debido al ataque químico de los intercambiadores de calor de los tubos en cobre y de las bombas de vacío. Lo cuales en el año 2015 generaron sobrecostos por valor de $257.061.282.
Con el desarrollo de este trabajo de investigación se busca lo siguiente:
Eliminar la contaminación del Agua de Refrigeración con el Filtrado de TCC.
Disminuir el consumo de recursos no renovables, como lo es el agua y productos derivados del Petróleo como los Aceites Lubricantes.
Disponibilidad de los Compresores Centrífugos del Proceso de Fermentación. La salida imprevista de estos afecta directamente la productividad en la Fermentación, ya que genera desviaciones como contaminación con levadura o inhibición del hongo Aspergillus Níger; impactando negativamente todo el proceso de manufactura del Ácido Cítrico.
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3. OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GENERAL
Rediseñar el sistema de Bombeo del Filtrado de TCC en el Proceso de Purificación del
Ácido Cítrico de la Empresa Sucroal con el fin de reducir la variabilidad en el nivel y
eliminar los reboses de Filtrado de TCC en el recibidor 6F79.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Diagnosticar el sistema de Filtrado de TCC :
Identificar y medir las variables de entrada y salida del proceso de
Filtración de TCC.
Analizar las variables identificadas a través de diferentes métodos para
encontrar la mejor solución.
Calcular los costos generados por los reboses de filtrado de TCC en el
Recibidor 6F79.
Rediseñar el sistema de Bombeo del Filtrado de TCC en el Proceso de
Purificación del Ácido Cítrico.
Implementar el rediseño para medir el impacto en los costos del Proceso de
Purificación y Fermentación.
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4. MARCO DE REFERENCIA
4.1 MARCO CONCEPTUAL
En el desarrollo de este proyecto se utilizaron metodologías como son Seis Sigma, herramientas de calidad, estadística y de recolección de datos como el análisis de causas de efecto, los cinco porqués, los 5W2H, Minitab, Osipi entre otras, las cuales son necesarias para el mejoramiento de los procesos y la estandarización de los mismos.
También se usaron conceptos básicos de Bombas Centrifugas, Bombas de Vacío y las variables que permiten su correcta operación.
La aplicación de todos estos conceptos permiten obtener resultados óptimos durante el desarrollo del Proyecto, a continuación se citan las referencias utilizadas:
Seis Sigma: por sus siglas en inglés, es una metodología de calidad y de mejora de procesos, centrada en la reducción de la variabilidad de los mismos, consiguiendo reducir o eliminar los defectos o fallos en la entrega de un producto o servicio al cliente. La meta de 6 Sigma es llegar a un máximo de 3,4 defectos por millón de eventos u oportunidades, entendiéndose como defecto cualquier evento en que un producto o servicio no logra cumplir los requisitos del cliente. (Antony, 2015). Los niveles del sigma van desde el número uno, que corresponde a
690.00DPMO hasta el número seis que corresponde a 3.4DPMO, como se muestra en la tabla No.2.
Tabla 2. Nivel del Sigma
Fuente: Adaptación realizada por el autor
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Figura 3. Gráfica del Sigma
Fuente: Adaptación realizada por el autor
En la gráfica se evidencia como los sigma de menor valor tienen el mayor número de defectos. Los sigmas negativos significan que el producto es incapaz de cumplir con las especificaciones y que se encuentra descentrado con respecto a las mismas.
Herramientas de calidad: Es una denominación dada a un conjunto fijo de técnicas gráficas identificadas como las más útiles en la solución de problemas relacionados con la calidad. Se llaman básicas porque son adecuadas para personas con poca formación en materia de estadísticas, también pueden ser utilizados para resolver la gran mayoría de las cuestiones relacionadas con la calidad. (Kiran., 2016).
Herramientas estadísticas: Permiten el análisis e interpretación de datos para mejorar el proceso de producción y reducir sus defectos. (Kiran., 2016).
Cp y Pp. Índices de capacidad que miden si un proceso puede cumplir con las especificaciones, al calcular una relación entre la dispersión de la especificación y la dispersión del proceso. En general, mientras mayores sean sus valores de Cp y Pp, más capacidad tendrá su proceso. Para calcular los valores de Cp y Pp, debe conocer los límites de especificación superior e inferior. (Minitab).
Cp. Los índices de Cp reconocen el hecho de que sus muestras representan subgrupos racionales, lo que indica cómo se comportaría el proceso si se pudieran eliminar los cambios rápidos y graduales entre subgrupos. Por lo tanto, calcula la dispersión del proceso utilizando la variación dentro del subgrupo. (Minitab).
Pp. Los índices de Pp ignoran los subgrupos y consideran la variación general de todo el proceso. Esta variación general explica los cambios rápidos y graduales que pueden ocurrir entre subgrupos y, por lo tanto, es útil al medir la capacidad en
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el tiempo. Si su valor de Pp difiere considerablemente de su valor de Cp, puede concluir que existe una variación significativa de un subgrupo a otro. (Minitab).
Límites de control. Los límites de control muestran la cantidad real de variación basada en los datos de la muestra. Un proceso puede estar en control y aun así no es capaz de cumplir con las especificaciones. Son líneas horizontales ubicadas arriba y debajo de la línea central y determinan si un proceso está fuera de control. Los límites de control superior e inferior se basan en la variación aleatoria esperada en el proceso. (Minitab).
Figura 4. Límites de Control
Fuente: (Minitab)
Límites de Especificación. Éstos se basan en los requerimientos del cliente e indican la cantidad deseada de variación que desea determinar en el proceso. (Minitab).
Bomba de vacío. Las bombas de vacío son aquellos dispositivos que se encargan
de extraer moléculas de gas de un volumen sellado, formando un vacío parcial, también llegan a extraer sustancias no deseadas en el producto, sistema o proceso. (http://www.pce-iberica.es/instrumentos-de-medida/instrumentos-laboratorios/equipos-laboratorios/bombas-vacio.htm).
Bomba centrifuga. Son dispositivos que transforman energía para comunicarla a
una masa de líquido, sea este viscoso o no que generalmente ve incrementada su
presión.
(http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211618/EXELARNING/leccin_21_generali
dades_de_bombas.html).
Presión atmosférica. La presión atmosférica es la fuerza que ejerce el peso de la atmosfera en una unidad de área. La presión atmosférica al nivel del mar es de 14,7 Psia. Mientras mayor sea la altura sobre el nivel del mar, menor es la presión atmosférica. (Manual de Bombas Centrifugas, 2003).
Presión del manómetro (Gauge, psig). Es la presión que indica un manómetro y
esta dada por la siguiente formula: psig = psia - Presión Atmosférica. (Mott, 2006).
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Presión Absoluta (Psia). La presión Absoluta es la presión que se mide de la
referencia Cero. Es de 14,7 psia al nivel del mar. (Mott, 2006).
Vacío. El término vacío se usa para expresar la presión por debajo de la presión atmosférica. (Manual de Bombas Centrifugas, 2003).
Gravedad específica. Es la proporción de la densidad de un líquido comparada
con la densidad de agua y se usa para convertir altura en presión. (Manual de Bombas Centrifugas, 2003).
Presión de Vapor. La presión de vapor de un líquido es la presión absoluta a que
el líquido se transforma en vapor a una temperatura dada. Normalmente se expresa en las unidades de libras por pulgada cuadrada absoluta (psia). La presión de vapor de los líquidos aumenta con un aumento en la temperatura. Por consiguiente, la temperatura siempre debe especificarse para una presión de vapor especificada. (Manual de Bombas Centrifugas, 2003).
Altura Positiva Neta de Succión (NPSH, Net Positive Suction Head). El NPSH
es lo que sucede en el lado de la succión de la bomba, hasta el ojo del impulsor. El NPSH toma en consideración, la tubería y conexiones de succión, la elevación del fluido en relación con la línea central de la bomba, la presión absoluta en el lado succión, la velocidad del fluido moviéndose dentro de las tuberías y la carga de vapor del fluido a la temperatura actual. Se puede decir que alguno de estos factores añaden energía al fluido y otros factores restan energía del fluido. El impulsor va a convertir esa energía en presión y flujo. Tiene que haber energía suficiente en el fluido para que el impulsor la convierta en presión y flujo. Si no existe energía adecuada en el fluido, se dice que la bomba sufre de NPSH inadecuado. (Manual de Bombas Centrifugas, 2003).
Curvas de Desempeño de una Bomba Centrifuga La curva de desempeño
indica simplemente que una bomba descargara un cierto flujo a una cierta presión, a una velocidad específica, mientras consume una cantidad específica de caballos de fuerza. La curva de desempeño de la bomba es en realidad cuatro curvas relacionándose. Las cuatro curvas son:
La curva de Altura-Flujo (H-Q) La curva de Eficiencia. La curva de Energía (Bhp) La curva de requisitos mínimos de Succión (NPSHr)
Se podría decir que la curva de la bomba es muy importante en estos procesos. (Manual de Bombas Centrifugas, 2003).
Osipi. Es un sistema de recolección de datos, el cual permite reunir, analizar, visualizar y compartir grandes cantidades de información de alta fidelidad, series cronológicas de múltiples fuentes, para las personas y sistemas a través de todas las operaciones. (http://www.osisoft.com/).
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Ácido Cítrico. Es uno de los aditivos más utilizados por la industria alimentaria. Se obtiene por fermentación de distintas materia primas, especialmente el azúcar. El ácido cítrico es un ácido orgánico tricarboxílico que está presente en la mayoría de las frutas, sobre todo en cítricos como el limón y la naranja. Es un buen conservante y antioxidante natural que se añade industrialmente en el envasado de muchos alimentos como las conservas vegetales enlatadas. (http://www.bristhar.com.ve/acidocitrico.html).
TCC. (Citrato Tricálcico): Es una sal de Ácido Cítrico poco soluble en el agua, se
obtiene mediante la reacción del ácido cítrico presente en el filtrado de DCC(Citrato Dicálcico) y la suspensión de Hidróxido de Calcio. (Garcia, 2009).
Filtrado de TCC: Es un residuo proveniente de la filtración de TCC y está
compuesto de trazas de ácido cítrico, agua, impurezas, azúcar residual y cristales finos de citrato Tricalcico. (Garcia, 2009).
4.2 MARCO TEÓRICO
En el marco teórico se definen las teorías utilizadas para llegar de la mejor forma a la solución del problema.
La teoría es útil porque describe, explica y predice el fenómeno o hecho al que se refiere, además organiza el conocimiento al respecto y orienta a la investigación que se lleva a cabo sobre el fenómeno. (Sampieri, 1997).
Para el desarrollo de este proyecto se usó la metodología Seis Sigma y se aplicaron teorías sobre bombas centrifugas, en especial el concepto de NPSH y su importancia para el correcto desempeño de las mismas.
4.2.1 Seis Sigma: El proceso Seis Sigma (six sigma) se caracteriza por 5 etapas concretas (DMAIC Por sus siglas en inglés: Define - Measure - Analyze - Improve - Control).
Definir. Consiste en concretar el objetivo del problema o defecto y validarlo, a la vez que se definen los participantes del programa.
Medir. Consiste en entender el funcionamiento actual del problema o defecto. Analizar. Pretende averiguar las causas reales del problema o defecto. Mejorar. Permite determinar las mejoras procurando minimizar la inversión a
realizar. Controlar. Se basa en tomar medidas con el fin de garantizar la continuidad de la
mejora y valorarla en términos económicos y de satisfacción del cliente.
4.2.2 Herramientas de calidad. Para el desarrollo del proyecto se usaron las siguientes herramientas de Calidad:
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Método la voz del cliente VOC. La voz del cliente es un método para obtener retroalimentación del cliente tanto interno como externo y proveer al cliente con mejor servicio o producto en cuanto a calidad se refiere, el proceso es proactivo y constantemente captura los requerimientos cambiantes de los clientes en el tiempo. La voz del cliente puede capturarse de diferentes formas: discusiones directas, entrevistas, encuestas, foros de discusión (grupos que se reúnen para asistir al fabricante o director de mercadeo a analizar el producto), especificaciones de los clientes, observaciones, datos de garantía (reclamos), reportes, quejas; entre otros. (CABRERA, 2014).
Diagrama Sipoc (Supplier, Inputs, Process, Outputs, Customers). El diagrama SIPOC, es usado como herramienta para identificar todos los elementos relevantes, de un proceso de mejora antes de que el trabajo comience. Ayuda a definir la complejidad del proyecto y sus alcances. El nombre de la herramienta, le indica al equipo considerar: los proveedores del proceso (Suppliers), las entradas del proceso (Inputs), el proceso, salidas del proceso (Outputs) y los requerimientos de los clientes. El proceso SIPOC, involucra las siguientes preguntas:
Quiénes son los proveedores del proceso? Qué especificaciones se requieren en las entradas del proceso? Cuáles son los verdaderos clientes del proceso? Cuáles son los requerimientos del cliente?
(https://en.wikipedia.org/wiki/SIPOC)
Project Charter. Es el acta de constitución de un Proyecto, en la cual se detallan cada uno de los aspectos fundamentales y cruciales para el desarrollo del mismo. Es aquí donde se delimita el alcance, se definen los objetivos, se establecen los entregables, se definen las posiciones (Stakeholder, Clientes), se asignan responsabilidades, se definen los planes (Financieros, Recursos, Calidad) y las consideraciones (Riesgos, asunciones, restricciones). (Ramirez, 2013).
Análisis de Causa y efecto. El diagrama causa – efecto es una grafico que muestra las relaciones entre una característica y sus factores o causa, es la representación gráfica de todas las posibles causas de un fenómeno. Generalmente, el diagrama asume la forma de espina de pez, de donde toma el nombre alternativo de diagrama de espina de pescado. Una vez elaborado, el diagrama causa-efecto representa de forma ordenada y completa todas las causas que pueden determinar cierto problema y constituye una utilísima base de trabajo para poner en marcha la búsqueda de sus verdaderas causas, es decir, el auténtico análisis causa-efecto.
El análisis causa-efecto, en su significado más completo, es el proceso que parte de la definición precisa del efecto que deseamos estudiar y, a través de la fotografía de la situación, obtenida mediante la construcción del diagrama, permite
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efectuar un análisis de las causas que influyen sobre el efecto estudiado. (Eceizabarrena Cárdenas, 2005).
Cinco Por qué. Es una herramienta que no implica la aplicación de estadísticas avanzadas, consiste en hacer la pregunta "porqué" para desglosar los síntomas y determinar cuál puede conducir a la causa de la raíz de un problema. Los 5 porqués son una técnica usada en la fase analizar de la metodología DMAIC. Es una gran herramienta que no implica la segmentación de los datos, la hipótesis de prueba, la regresión u otras herramientas estadísticas avanzadas, y en muchos casos puede ser terminado sin un plan de la colección de datos. (http://romeck.8m.com/HerramientasSeisSigma.htm).
4.2.3 Herramientas Estadísticas. Para el desarrollo del Proyecto se utilizó el Software Minitab-17.
Minitab-17. Es un programa de computadora diseñado para ejecutar funciones estadísticas básicas y avanzadas. Combina el Microsoft Excel con la capacidad de ejecución de análisis estadísticos. En 1972, instructores del programa de análisis estadísticos de la Universidad Estatal de Pensilvania (Pennsylvania State University) desarrollaron MINITAB como una versión ligera de OMNITAB, un programa de análisis estadístico del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de los Estados Unidos. (Wikipedia, 2015).
Minitab es el software que más se utiliza para enseñar estadística en más de 4,000 instituciones de educación superior en todo el mundo. Tiene varias herramientas que ayudan a realizar un análisis confiable de datos, algunas de ellas son: Análisis de sistemas de medición
Análisis de capacidad
Análisis gráfico
Pruebas de hipótesis
Gráficas de control
Estadísticas básicas
Estadísticos descriptivos
Prueba de normalidad
Prueba de valores atípicos
Gráficas
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Gráficas de dispersión, gráficas matriz, gráficas de caja, gráficas de puntos,
histogramas, diagramas, gráficas de series de tiempo, etc.
Gráficas de probabilidad y distribución de probabilidades
Múltiples gráficas en una página
Control estadístico de procesos
Gráficas de control para variables: XBarra, R, S, XBarra-R, XBarra-S, I, MR, I-
MR, I-MR-R/S, zona, Z-MR
Gráficas históricas/de cambios en procesos
Capacidad del proceso: normal, no normal, atributo, lote
Capacidad del proceso para múltiples variables (Minitab).
4.2.4 Altura Positiva Neta de Succión (NPSH, Net Positive Suction Head). Para el
correcto funcionamiento de una bomba Centrifuga se establece una regla que dice que el NPSHa debe ser mayor que el NPSHr.
NPSHr (Requerido) Es la energía del líquido requerida para sobrellevar las perdidas por fricción desde la entrada de la succión de la bomba hasta el ojo del impulsor sin que ocurra vaporización. Es característico de la bomba y está indicado en la curva de la misma. Varía con el diseño, tamaño y las condiciones en que opera. (Manual de Bombas Centrifugas, 2003). Para que una bomba funcione en forma satisfactoria, se requiere cierta carga neta positiva de succión (NPSHr). Se puede considerar como la carga mínima de líquido necesaria en la succión de la bomba para evitar la vaporización cuando funciona a un régimen dado. (McNaughton, 1996)
NPSHa (Disponible). Es la energía que está en el líquido en la conexión de succión de la bomba, sobre y mayor que la energía en el líquido debido a la presión de vapor. Es característico del sistema y decimos que el NPSHa debe ser mayor que el NPSHR (NPSHa ˃ NPSHr). (Manual de Bombas Centrifugas, 2003).
NPSHa = Pa/ɣ + Za – Hf – Pv/ɣ. (McNaughton, 1996) Pa= Presión Absoluta en el nivel de aspiración. ɣ = Peso específico. Za = Altura geométrica de aspiración. Hf = Perdida de carga en línea de aspiración. Pv = Presión de Vapor a la temperatura de operación.
4.2.5 Bomba de Vacío. Existen varios tipos de bombas de Vacío, como las bombas de Vacío de Anillo líquido las cuales generan el vacío a partir de un fluido. Cuando el rodete de la bomba de vacío gira, gracias a la fuerza centrífuga se forma un
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anillo líquido concéntrico en la periferia de la cubierta protectora que es la que realiza la compresión. El montaje excéntrico del rodete con respecto a la cubierta conduce a un aumento del espacio entre las paletas del rodete a la entrada del sistema y un reducido espacio a la salida del mismo. Cuando el gas entra, es encerrado entre las paletas del rodete y el anillo líquido. Cuando el rodete gira, el anillo líquido comprime el gas y lo impulsa hacia la salida del anillo. (http://www.pce-iberica.es/instrumentos-de-medida/instrumentos-laboratorios/equipos-laboratorios/bombas-vacio.htm)
Figura 5. Bomba de vacío de anillo líquido
Fuente: (http://www.pce-iberica.es/instrumentos-de-medida/instrumentos-
laboratorios/equipos-laboratorios/bombas-vacio.htm)
4.2.6 Bombas Centrifugas
Las bombas centrífugas están formadas por un rotor y una carcasa. El fluido entra
axialmente por la boca de succión situada en el eje de la carcasa, los álabes del
rotor lo fuerzan a tomar un movimiento tangencial y radial hacia el exterior del
rotor, donde es recogido por la carcasa que hace de difusor. El fluido aumenta su
velocidad y presión cuando pasa a través del rotor y posteriormente en el difusor y
en la cámara espiral (caracol o voluta) se decelera el flujo y continúa aumentando
la presión, hasta que sale por la boca de impulsión. (Barroso Estébanez & Martín
Yagüe, 2009).
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Una bomba centrifuga, para su correcto funcionamiento, requiere que el fluido que
va a transportar tenga una energía estática mínima en el lado de la succión de
esta y se le conoce con el nombre de NPSH. La cantidad requerida de NPHS para
cada bomba se identifica en su curva de desempeño.
El no tener el NPHR especificado, implica que la bomba no alcance el flujo y la
presión esperada.
Figura 6. Bomba centrífuga
Fuente:
(http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211618/EXELARNING/leccin_21_generalidades_
de_bombas.html).
4.3 MARCO CONTEXTUAL
Sucroal S.A. es una empresa Biotecnológica ubicada en Palmira Valle del Cauca, en su unidad de negocio de ingredientes alimenticios su principal producto es el Ácido Cítrico,
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porque a partir de este se generan varios productos. Para su fabricación se cuenta con cuatro subprocesos que son:
Fermentación. Purificación. Recuperación. Empaque.
Este trabajo se desarrollara en el subproceso de Purificación donde se le retiran todas las impurezas al Ácido Cítrico a través de filtros de tela horizontales.
Desde el año 2015 se ha identificado una dificultad en el filtrado de TCC, el cual tiene un pH de 5 (acidez) y es un residuo proveniente del filtro horizontal llamado 6F82. Este filtrado llega al tanque o recibidor 6F79 a través de la presión negativa generada por las bombas de vacío y es enviado a la planta de control ambiental por medio de una bomba centrifuga llamada 6P115.
El nivel de Filtrado de TCC en el recibidor o tanque 6F79 es controlado por medio de un sensor de nivel el cual responde a un Setpoint dado por el operario en el PLC y este controla el variador de Velocidad del motor de la bomba 6P115 para garantizar el valor Fijado.
En el periodo de Enero a Marzo de 2016 se evidencia en el Osipi una tendencia del nivel de filtrado de TCC en el recibidor 6F79 por encima del valor del Setpoint dado por el operario, observándose una alta variabilidad en el mismo.
Esta variabilidad ocasiona que el Filtrado de TCC se suba hasta el 100% del nivel del tanque o recibidor 6F79 generando reboses y contaminación del agua de los Procesos de Purificación y Fermentación. Esta contaminación genera daños en las bombas de Vacío y en los intercambiadores de Calor el cual está constituido por tubos de cobre y son atacados químicamente; en consecuencia, se generan sobrecostos, que para el año 2015 tuvo un de valor $257.061.282.
El rebose anormal de Filtrado de TCC en el recibidor 6F79 se observa en la siguiente imagen:
Figura 7. Diagrama de flujo de filtrado de TCC
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Fuente: Elaboración Propia En la figura 7, se observa que el flujo de TCC es filtrado a través de una tela contenida en el filtro horizontal 6F82 por medio de la presión de vacío generada desde la bomba 6V32. Este filtrado de TCC llega al tanque o recibidor 6F79 y debe permanecer a un nivel dado por el operario y por la parte superior del recibidor solo se debe evacuar el aire a presión negativa generado por la bomba de vacío. Para garantizar el nivel en el recibidor 6F79 se cuenta con la bomba centrifuga 6P115 la cual envía el filtrado de TCC a la planta de control ambiental. Esta bomba era incapaz de mantener el nivel y lo dejaba rebosar, contaminando la bomba de vacío, el agua de refrigeración de la misma, la torre de enfriamiento y los compresores centrífugos del proceso de fermentación.
Los compresores centrífugos del proceso de Fermentación y las bombas de vacío del proceso de purificación comparten la misma torre de enfriamiento y por lo tanto la misma agua.
El proyecto busca eliminar los reboses del Filtrado de TCC en el recibidor 6F79 disminuyendo la variabilidad en el control del nivel del mismo, aplicando la metodología Seis Sigma para encontrar la mejor solución.
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4.4 MARCO LEGAL
Las industrias actualmente deben cumplir parámetros de calidad para realizar los vertimientos industriales, los cuales se encuentran estipulados en la Resolución 631 del 2015 de acuerdo a su código CIIU. Para el caso de Sucroal SA, esta cuenta con una planta de tratamiento de aguas residuales industriales compuesta por un tanque de igualación, de clarificador y sedimentador, la cual está diseñada para la remoción de las aguas de los procesos industriales de la compañía en sus límites promedios. Si se llegase a presentar un incumplimiento en los indicadores de calidad estipulado por la resolución se puede acarrear desde amonestaciones escritas (llamados de atención, cierra temporal de la industria) hasta multas por más de 5000 SDMLV por parte de los organismos de control gubernamentales (Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca-CVC).
Es por eso que dentro del desarrollo de este trabajo de investigación se pudo constatar que los derrames del subproceso de purificación del filtrado de TCC estaban ocasionando un incremento en las cargas orgánicas de entrada al sistema, ya que para realizar su remoción era necesario en la mayoría de veces incrementar el consumo de insumos como floculantes y cales para neutralizar los vertimientos de los reboses los cuales por sus características son ácidos y llegaban a la Planta de tratamiento constantemente.
Aunque no se presentó incumplimiento a la Resolución de vertimientos, era necesario activar un plan de emergencia para estos derrames, generando un incremento en los costos de mantenimiento del sistema de tratamiento de aguas residuales, asimismo se presentó un incremento en la disposición de residuos sólidos peligrosos por los aceites contaminados que deben ser dispuestos acorde a los lineamientos del decreto 4741 del 2005.
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5. METODOLOGIA
La metodología que permite el desarrollo del presente proyecto es tipo investigativa y a la vez permite analizar cuantitativamente los datos recolectados para llegar a los cambios necesarios, es decir, que se puede clasificar este trabajo de carácter descriptivo y de intervención para conseguir los resultados esperados; basados en la metodología seis sigma.
Teniendo en cuenta que la investigación cuantitativa se basa en la obtención y análisis de datos u otros tipos de documentos, para el planteamiento y desarrollo de este proyecto se obtiene información suministrada por la compañía, referente al proceso de purificación del ácido cítrico, el filtrado de TCC, datos concernientes al flujo de filtrado de TCC, nivel del recibidor 6F79, espesor de la torta del filtro 6F82, frecuencia de operación del motor de la bomba centrifuga 6p115; obtenidos a través del sistema de recolección de datos de la empresa llamado Osipi.
En la recolección de datos también se usaron técnicas como la observación directa, la cual es un elemento fundamental de todo proceso investigativo. Se observó el proceso de filtración del citrato Tricalcico (TCC), con el fin de analizar y definir la situación problemática. Igualmente se realizaron entrevistas directas con los operarios, supervisores y jefes de área; quienes suministraron información valiosa para la identificación del problema.
El trabajo se desarrolla bajo las siguientes fases:
Para cumplir con el objetivo específico de diagnosticar el sistema de filtrado de TCC se desarrollan las fases 1 y 2.
Fase 1: Definición y establecimiento del alcance: Los objetivos y los participantes del proyecto. Se identifican los principales grupos de interés, se especifican los riesgos del proyecto y se establece un cronograma para el desarrollo de la Metodología.
Fase 2: Identificación, selección y medición de variables: Es identificar todas las variables para la operacionalización del trabajo investigativo, de la misma manera, las formas y unidades de medición y los procedimientos para el control de la calidad de los datos seleccionados.
Para cumplir con el segundo objetivo específico de rediseñar el sistema de bombeo de filtrado de TCC en el proceso de purificación del ácido cítrico se desarrolla la fase 3.
Fase 3: Análisis de las variables y definición de la causante del problema: Diseñar y ajustar estándares con el objetivo de disminuir el porcentaje de la variable principal, lo cual permite encontrar la mejor solución.
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Para cumplir con el tercer objetivo específico de implementar el rediseño para medir el impacto en los costos del Proceso de Purificación y Fermentación se desarrolla la fase 4. Fase 4: Implementación y control: Se realizan los análisis y cálculos técnicos para determinar la viabilidad de la mejora propuesta y el cumplimento de los objetivos propuestos, permitiendo hacer un análisis comparativo del Antes y el Después, arrojando los gráficos de Control donde se puede concluir la efectividad de la mejora realizada.
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6. RESULTADOS
6.1 DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA DE FILTRADO DE TCC
6.1.1 Identificación y medición de las variables de entrada y salida.
Desarrollando la metodología propuesta, como primer paso se realiza el Project Charter, donde se especifica el Objetivo del Proyecto, su alcance, el grupo de trabajo, el cronograma de actividades, entre otros como se observa en la figura 8:
Figura 8. Project Charter
Fuente: Elaboración Propia
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Las variables de entrada y salida del proceso de Filtración de TCC en la Purificación del Ácido Cítrico, se identificaron con la ayuda del SIPOC, las cuales se relacionan en la tabla 3:
Tabla 3. Diagrama de Sipoc
Fuente: Elaboración propia Se destacan dos variables como el Nivel de Filtrado de TCC en el Recibidor 6F79 y el flujo de filtrado de TCC hacia el tanque de Almacenamiento.
Una vez identificadas las variables, se definen los requerimientos críticos para la calidad con la ayuda de la Voz del Cliente (VOC), como se relaciona en la tabla 4:
Tabla 4. Voz del Cliente. (VOC)
Fuente: Elaboración Propia
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Se puede concluir que en los reboses constantes del Recibidor 6F79 el principal requerimiento crítico para la calidad (CTQ) es que los equipos para el desplazamiento del Fluido, como bombas de Vacío, tanques y Bombas Centrifuga, deben estar correctamente instalados.
Teniendo las variables identificadas y partiendo del hecho que para la VOC es crítico tener todos los equipos del sistema de bombeo correctamente instalados se procede a realizar la Selección y evaluación de las variables.
Esta labor se realiza con la ayuda del equipo de trabajo conformado por:
- Un Supervisor del Proceso de Ácido Cítrico. - Un Ingeniero de Mantenimiento Preventivo. - Un Operario del Proceso de Purificación.
- Un Técnico de Mantenimiento Mecánico.
Primero se organizan en una matriz las Variables de Entrada, Proceso y de Salida, la gran mayoría identificadas en el SIPOC; se adicionan algunas sugeridas por el grupo de trabajo como el espesor de la Torta del Filtro 6F82, la Velocidad de la bomba Centrifuga 6P115, entre otras. Como se muestra en la Tabla 5:
Tabla 5. Matriz de Selección de Variables
Fuente: Elaboración Propia
Se estableció una escala de calificación de 1 a 10 donde 1 significa que tiene un bajo impacto y 10 que tiene un Alto impacto; para contestar a la siguiente pregunta:
¿Cómo impacta esta variable en el Porcentaje del Nivel de Filtrado de TCC en el Recibidor 6F79?
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Estos resultados se consignaron en la Matriz de Evaluación de Variables como se
observa a continuación:
Tabla 6. Matriz de evaluación de variables
Fuente: Elaboración Propia Una vez realizado la evaluación se seleccionaron las tres variables de mayor impacto.
1. El flujo de Filtrado de TCC. Este se refiere al flujo de Filtrado de TCC retirado del recibidor 6F79 a través de la bomba Centrifuga 6P115 para luego ser enviado al Tanque de Almacenamiento 6B67.
2. Velocidad de la Bomba 6P115. Esta responde a un variador de Velocidad gobernado por un Set Point o Punto de referencia dado por el Operario en el PLC.
3. Espesor de la Torta. Este depende del Flujo de alimento de TCC al Filtro Horizontal llamado 6F82; y tiene una relación directa, entre mayor flujo mayor espesor de torta.
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Usando el sistema de Colección de datos OSIPI, se descargaron los datos numéricos de las principales variables en el periodo de Enero a Marzo del 2016 por intervalos de 30 minutos en un Excel, relacionando 3804 datos como se muestra en la tabla 7:
Tabla 7. Datos de variables criticas de Enero a Marzo de 2016
Fuente: Elaboración Propia. Para realizar el análisis de estos datos, primero se determina el comportamiento ideal de estos de acuerdo al proceso, como se muestra a continuación.
Cuando hay mayor espesor de Torta, se va a generar mayor filtrado de TCC, por lo tanto el recibidor 6F79 se va a llenar, para evitar esto la velocidad de la bomba debe incrementar y a su vez el flujo de Filtrado de TCC hacia el tanque 6B67, garantizando un nivel constante en el Recibidor 6F79 dado por el operario en el PLC por medio de un Setpoint.
Al realizar la lectura de los datos se evidencia que esta situación ideal no se da, y el comportamiento es el siguiente:
Cuando hay mayor espesor de Torta, se genera mayor Filtrado de TCC, la bomba Aumenta su velocidad y su flujo, pero no es el suficiente para Mantener un Nivel Constante en el Recibidor 6F79 y que cumpla con el dado por el Operario en el PLC por medio del Setpoint.
ITEM FECHA Y HORARECIBIDOR
6F79 (%)
ESPESOR
TORTA
6F82 (cm)
Flujo de DCC al
6B67 (m3/h)
Velocidad
bomba
6P115 (Hz)
1 01/01/2016 00:00 19 2 37 27
2 01/01/2016 00:30 20 4 55 32
3 01/01/2016 01:00 20 1 34 26
4 01/01/2016 01:30 20 3 57 32
5 01/01/2016 02:00 20 2 53 32
6 01/01/2016 02:30 20 3 60 34
7 01/01/2016 03:00 19 4 60 33
8 01/01/2016 03:30 21 1 15 22
9 01/01/2016 04:00 20 4 54 33
3798 31/03/2016 20:30 5 1 33 43
3799 31/03/2016 21:00 39 3 57 54
3800 31/03/2016 21:30 24 4 54 53
3801 31/03/2016 22:00 22 3 51 54
3802 31/03/2016 22:30 6 2 51 43
3803 31/03/2016 23:00 65 4 55 51
3804 31/03/2016 23:30 29 4 53 52
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Esto se puede evidenciar claramente en el dato Numero 3803, en este el Operario dio un Setpoint de 20%, lo que significa que el nivel del Filtrado de TCC debe permanecer a un 20% de la Altura total del Recibidor 6F79; el espesor de la torta es de 4cms (puede variar entre 1 y 4cms), la velocidad de la bomba sube a 51 Hz y el Flujo a 55 m3/h pero el nivel del recibidor sube a 65% incumpliendo con el establecido de 20%.
Para saber qué tanta variabilidad había en el nivel de Filtrado de TCC del Recibidor 6F79 debido, aparentemente, a la incapacidad de la bomba Centrifuga 6P115, se utilizó el Software Minitab y se generó el Histograma de los datos como se muestra en la figura 9:
Figura 9. Histograma del porcentaje del nivel de filtrado de TCC en el recibidor 6F79 entre Enero y Marzo de 2016
Fuente: Elaboración Propia En la figura 9 se muestra el comportamiento de los datos del porcentaje de nivel del recibidor 6F79 los cuales obedecen a un Setpoint o referencia dada por el operario, por lo tanto se espera que la desviación estándar entre estos sea mínima o tienda a cero. En esta figura se pudo evidenciar que los datos tenían una desviación estándar bastante alta de 18,92 con una media de 25,01 y una campana de Gauss bastante abierta.
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Luego se calculó la capacidad del proceso, como se muestra en la figura 10:
Figura 10. Capacidad del proceso del porcentaje de nivel del filtrado de TCC en el recibidor 6F79 entre Enero y Marzo de 2016
Fuente: Elaboración propia Para determinar la capacidad del proceso del Nivel de Filtrado de TCC en el Recibidor 6F79, primero se establecieron los límites de Especificación como se muestra a continuación:
Límite de Especificación Inferior (LEI): 5. El recibidor nunca debe quedar totalmente sin producto porque se pierde el vacío del sistema por la bomba centrifuga 6P115.
Límite de Especificación Superior (LES): 30. Se ha evidenciado que cuando el nivel pasa de 30%, la presión de vacío arrastra el Filtrado hacia la bomba de Vacío.
Según los límites de Especificación establecidos se observa un Ppk muy bajo de 0,10 y un PPM total muy alto de 411684.
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También se analizaron los datos en los gráficos de control por meses, desde Enero a Marzo de 2016, a un setpoint de 20%, como se muestra en la figura 11:
Figura 11. Gráficos de control para la media y la desviación estándar entre Enero y Marzo de 2016
Fuente: Elaboración propia En la figura 11 se observa que en las gráficas de control de los meses de enero, febrero y marzo de 2016, la media está por encima del valor de referencia (20%) y sus límites de control superior e inferior están bastante distantes del mismo. Se espera que los datos estén muy próximos al valor de referencia, por lo tanto la media de la muestra y sus límites de control deben ser muy cercanos a 20%. Al pretender que la media de la muestra sea muy similar a su valor de referencia, se espera que la desviación estándar de los datos sea muy baja o tengan tendencia a cero. En la figura 11 se observa que la desviación estándar es alta y muy distante de cero al igual que sus límites de control superior e inferior.
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6.1.2 Análisis de las Variables Identificadas.
Una vez definido y medido el problema y habiendo establecido los parámetros de variación a mejorar, se entra a la etapa de análisis. En esta etapa se usa la matriz de causa y efecto o espina de pescado para encontrar la causa primaria del problema. Se listan las posibles causas de acuerdo a la categoría establecida y se califican de acuerdo al impacto y probabilidad de ocurrencia, usando una escala de 1 a 9 y de 1 a 5 respectivamente, como se muestra en la tabla 8:
Tabla 8. Matriz de causa y efecto
Fuente: Elaboración propia Una vez calificadas las distintas causas listadas se selecciona la de mayor calificación, siendo la causa: “Las bombas Centrifugas no tienen la capacidad” y a la cual se le aplicara la herramienta de los Cinco Por qué, como se muestra en la figura 12:
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Figura 12. Los 5 por qué.
Fuente: Elaboración propia. Con esta herramienta se llega a la conclusión que la bomba centrifuga no tiene la capacidad requerida porque no se realizaron los cálculos necesarios para garantizar las condiciones reales que cumplan con la curva o desempeño de la bomba.
Para identificar las condiciones reales requeridas que permitan el correcto desempeño de la bomba Centrifuga 6P115, se debe analizar su curva o grafica de desempeño según las condiciones requeridas por el proceso, las cuales son:
Flujo: 250 gpm. Cabeza o altura de descarga: 40 Pies. Peso específico del Fluido: 61,03 Lbf/Ft3
En la curva de desempeño de la bomba se ubica el punto de operación según las condiciones anteriores, como se muestra en la figura 13:
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Figura 13. Curva de desempeño de la bomba centrífuga 6P115
Fuente: Manual Bomba Galigher modelo 3-VRA-1000. Al ubicar el punto de operación de la bomba en su curva de desempeño esta nos indica que para generar un flujo de 250gpm y enviarlos a 40 pies de cabeza, se debe garantizar un NPSHR mínimo de 4 pies.
Para que cualquier bomba centrifuga trabaje en óptimas condiciones se debe cumplir que el NPSHD (disponible) sea mayor que el NPSHR (requerido), en este caso es de 4pies.
Utilizando la fórmula del NPSH y las condiciones reales de montaje de la bomba, la cual está ubicada en el segundo piso del edificio del proceso de Purificación, se calcula el NPSHD, como se muestra en la figura 14:
NPSHa = Pa/ɣ + Za – Hf – Pv/ɣ. (McNaughton, 1996)
Pa= Presión Absoluta en el nivel de aspiración.
ɣ = Peso específico.
Za = Altura geométrica de aspiración.
Hf = Perdida de carga en línea de aspiración.
Pv = Presión de Vapor a la temperatura de operación.
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Figura 14. Calculo del NPSHD Antes de la Mejora
Fuente. Elaboración propia
En la figura 14 se realizan los cálculos necesarios para hallar el NPSHD de la bomba 6P115, dando como resultado -5,13 pies; y el NPSHR debe ser mínimo de 4 pies, según lo analizado en la figura 13. El NPSHD de -5,13 pies quiere decir que la altura estática de succión de la bomba o su presión de succión debido a su altura estática es menor que la presión negativa generada por la bomba de vacío, por tal motivo no permitía su correcta operación.
Se concluye que la bomba no estaba operando bien porque no cuenta con un NPSHD adecuado.
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6.1.3 Costos generados por el Rebose de Filtrado de TCC en el recibidor 6F79.
El filtrado de TCC al tener un pH de 5 y entrar en contacto con el agua la vuelve acida, disminuyendo de inmediato su pH.
El agua de refrigeración del proceso de Purificación es usada en las bombas de vacío como anillo líquido para la generación del vacío requerido para la separación de Liquido – solido en el filtro 6F82. La bomba de vacío de este filtro es llamada 6V32 y está construida en fundición de hierro gris, el cual al entrar en contacto con el agua acida sufre un ataque químico y como consecuencia un daño estructural prematuro y la perdida de generación de vacío.
En el año 2015 fue necesario cambiar la bomba 6V32 por una nueva, debido al alto grado de deterioro estructural y la perdida de eficiencia en la generación del vacío.
El agua de refrigeración de los Compresores Centrífugos del proceso de fermentación es usada para disminuir la temperatura del aceite de lubricación de los mismos a través de un intercambiador de calor de tubos en cobre. El agua pasa por la parte interna de los tubos y el aceite por la parte externa, evitando el contacto directo entre ellos.
Cuando el agua se vuelve acida por la disminución en su pH, ataca químicamente a los tubos de cobre del intercambiador generando rupturas de los mismos y permitiendo el contacto del agua con el aceite.
Cuando el aceite es contaminado por el agua pierde todas sus propiedades de lubricación y pone en riesgo de daño catastrófico a los compresores centrífugos, haciéndose necesario sacarlos inmediatamente de servicio y afectando los Fermentadores del proceso de Fermentación por disminución del aire requerido.
En el año 2015 fue necesario cambiar el aceite de lubricación de uno de los compresores Centrífugos llamado 1203V10 en cuatro ocasiones.
En la tabla 9 se relacionan los sobrecostos generados por el cambio de aceite del
compresor 1203V10 debido a la contaminación del agua con el Filtrado de TCC.
Tabla 9. Cambios de aceite por contaminación con agua
Fuente. Elaboración propia
FECHA OT EQUIPO VALOR OT
26/01/2015 160000566 1203V10 12.567.619$
14/09/2015 160005367 1203V10 14.603.425$
03/12/2015 160007086 1203v10 13.856.557$
18/07/2015 160004210 1203V6 25.493.901$
66.521.502$
RESUMEN CAMBIO DE ACEITE POR CONTAMINACION CON AGUA EN LOS
COMPRESORES DE AIRE DE FERMENTACION
TOTAL
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En la tabla 10 se relacionan los sobrecostos de tener el compresor 1203V10 por fuera de servicio debido a los cambios de aceite. Para suplir el aire generado por este compresor se deben colocar en servicio los compresores 1203V6 y 1203V16, los cuales sumados consumen mayor potencia y por lo tanto mayor costo.
Tabla 10. Costos de operación de compresores centrífugos de Fermentación
Fuente: Elaboración Propia El sobrecosto de la reposición de la bomba 6V32 debido al ataque químico por la contaminación del agua con el filtrado de TCC, la cual es una bomba de Vacío Nash Cl2000, fue de $185.247.000.
6.2 REDISEÑO DEL SISTEMA DE BOMBEO DE FILTRADO DE TCC
Debido a que el NPSHD de la bomba 6P115 es de -5,13 pies y es menor que el NPSHR que es de 4 pies, se hace necesario rediseñar la configuración de los equipos. Para aumentar el NPSHD solo se tienen dos opciones:
Bajar la bomba 6P115 ubicada en el segundo piso de Purificación al Primer Piso. Con esto se aumenta su altura de succión y por lo tanto su NPSHD.
Modificar el recibidor 6F79 y aumentar su altura y por lo tanto incrementar su nivel y la altura neta de succión en la bomba.
Por el poco espacio entre el segundo y tercer nivel del edificio de Purificación no se puede incrementar la altura del nivel del Recibidor 6F79, por lo tanto se decide bajar la bomba 6P115 al primer piso. Al bajar la bomba se incrementa la altura de succión de 1mts a 6mts al igual que la longitud de la tubería de succión y los accesorios.
Se recalcula el NPSHD para las nuevas condiciones de la bomba, con una altura de succión de 6mts, como se muestra en la figura 15:
COMPRESOR POTENCIA POTENCIA FLUJO MAXIMO COSTO POR HORA COSTO POR 48 HRS
HP KW SCFM COL $ COL$
1203V6 800 596,8 5500 $ 120.553,60 $ 5.786.572,80
1203V16 431 322 3953 $ 65.044,00 $ 3.122.112,00
$ 8.908.684,80
1203V10 500 373 14000 $ 75.346,00 $ 3.616.608,00
$ 5.292.076,80
SE TENDRAN EN CUENTA LOS SIGUIENTES COSTOS A PARTIR DE Abril 26 del 2016:
KWH DE ENERGIA $ 202,00
GALON DE ACPM $ 7.900,00
COSTO 1203V6 + 1203V16
COSTO (1203V6+1203V16) - COSTO 1203V10
COSTO OPERACION COMPRESORES AIRE FERMENTACION
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Figura 15. Calculo del NPSHD Después de la Mejora
Fuente: Elaboración Propia Aumentando la altura de succión de 1mt a 6mts se comprueba que el NPSHD pasa de -5,13 pies a 5.03 pies, y es mayor que el NPSHR (4 pies), por lo tanto la bomba mejorara su desempeño.
49
6.3 IMPLEMENTACIÓN DEL REDISEÑO PARA MEDIR EL IMPACTO EN LOS COSTOS
DEL PROCESO DE PURIFICACIÓN Y FERMENTACIÓN
En Abril del año 2016 se ejecuta la mejora propuesta, como se muestra en las figuras 16 y
17:
Figura 16. Bomba centrífuga 6P115 en el segundo piso del edificio de Purificación
Fuente: Elaboración Propia Figura 17. Bomba centrífuga 6P115 en el primer piso del edificio de Purificación
Fuente: Elaboración Propia
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Utilizando el sistema de colección de datos se descargan en un Excel los valores de las variables críticas identificadas, después de cuatro meses de la implementación de la mejora, en el periodo Abril – Julio de 2016 por intervalos de 30 minutos, como se muestra en la tabla 11:
Tabla 11. Datos de variables criticas de Abril a Julio de 2016
Fuente: Elaboración Propia Al realizar la lectura de los datos se evidencia que se cumple la situación ideal planteada
anteriormente:
Cuando hay mayor espesor de Torta, se va a generar mayor filtrado de TCC, por
lo tanto el recibidor 6F79 se va a llenar y para evitar esto, la velocidad de la bomba
debe incrementar y a su vez el flujo de Filtrado de TCC hacia el tanque 6B67,
garantizando un nivel constante en el Recibidor 6F79 dado por el Operario en el
PLC por medio de un Setpoint.
Igualmente se comprueba en la tendencia generada en el OSIPI que el nivel del
Filtrado de TCC se mantiene constante de acuerdo al Setpoint puesto por el
operario, como se muestra en la figura 18:
ITEM FECHA Y HORARECIBIDOR
6F79 (%)
ESPESOR
TORTA
6F82 (cm)
Flujo de DCC al
6B67 (m3/h)
Velocidad
bomba
6P115 (Hz)
1 05/04/2016 04:30 14 3 45 43
2 05/04/2016 05:00 13 3 47 42
3 05/04/2016 05:30 19 3 53 48
4 05/04/2016 13:00 7 3 57 44
5 05/04/2016 13:30 8 1 23 42
6 05/04/2016 14:00 7 3 57 41
7 05/04/2016 14:30 17 3 51 41
8 05/04/2016 15:00 15 1 56 39
9 05/04/2016 15:30 12 4 53 38
4586 27-jul-16 18:30:00 23 1 62 45
4587 27-jul-16 19:00:00 26 2 27 39
4588 27-jul-16 19:30:00 23 2 43 41
4589 27-jul-16 20:00:00 20 0 32 34
4590 27-jul-16 20:30:00 20 3 55 41
4591 27-jul-16 21:00:00 20 4 74 50
4592 27-jul-16 21:30:00 21 4 81 52
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Figura 18. Tendencia del nivel de filtrado de TCC en el recibidor 6F79 después de la
mejora
Fuente: Sistema de colección de datos, Osipi
Se ingresan los datos descargados del OSIPI a Minitab para encontrar la variabilidad del nivel de Filtrado de TCC en el Recibidor 6F79 después de realizada la propuesta, como se muestra en la figura 19:
Figura 19. Histograma del porcentaje del nivel del filtrado de TCC en el recibidor 6F79 entre Abril y Julio de 2016.
Fuente: Elaboración Propia
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Luego se calcula la capacidad del Proceso y se realiza la comparación del Antes y el Después de realizada la mejora, como se muestra en las figuras 20 y 21:
Figura 20. Capacidad del proceso del porcentaje de nivel del filtrado de TCC en el recibidor 6F79 entre Enero y Marzo de 2016
Fuente: Elaboración Propia.
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Figura 21. Comparación de la capacidad del proceso Antes/Después.
Fuente: Elaboración Propia
Se puede analizar con los datos encontrados después de la mejora, están dentro de los límites de especificación superior e inferior. Con la mejora desarrollada se cumple el objetivo del proyecto de Disminuir la variación del Filtrado de TCC en el Recibidor 6F79, la cual paso de 18,920 a 3,5386; equivalentes a una disminución del 81%. Se realizan los gráficos de control de la media y la desviación estándar con respecto al cumplimiento del Setpoint dado por el operario, evidenciándose una disminución considerable y una tendencia muy estable en los datos, como se muestra en las figuras 22 y 23, y se presenta como queda operando el sistema de Filtrado de TCC en un diagrama de flujo en la figura 24:
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Figura 22. Gráfico de control de la media de la muestra
Fuente: Elaboración Propia
En la figura 22 se observa que en los meses de Enero a Marzo del 2016 los límites de control y la media de la muestra estaban muy lejanos al valor de referencia o Setpoint del 20%. Desde el mes de Abril del 2016 cuando se implementó la mejora los límites de control y la media de la muestra están muy cercanos al valor de referencia del 20% del nivel del recibidor 6F79, garantizando la efectividad de la mejora. Figura 23. Gráfico de control de la desviación estándar.
Fuente: Elaboración Propia.
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En la figura 23 se observa que en los meses de Enero a Marzo de 2016 la desviación estándar y sus límites de control estaban muy distantes, lo cual indica mucha variación en los datos del nivel del recibidor para el valor de referencia del 20%. Desde Abril del 2016 cuando se implementó la mejora esta desviación y sus límites de control disminuyeron considerablemente, manteniendo una tendencia a cero y una cercanía entre ellos; esto indica que la variación entre los datos del nivel del recibidor es mínima.
Figura 24. Diagrama de flujo del filtrado de TCC después de la mejora.
Fuente: Elaboración Propia
En la figura 24 se observa que después de implementada la mejora, la bomba 6P115 logra mantener el nivel del recibidor 6F79 según el Setpoint dado por el operario, eliminando la contaminación con filtrado de TCC del agua de refrigeración, de las bomba de vacío, de la torre de enfriamiento y de los compresores centrífugos del proceso de Fermentación del Ácido Cítrico.
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Por último fueron eliminados los sobrecostos generados por los reboses de Filtrado de TCC en el recibidor 6F79 y posterior contaminación del agua de refrigeración, como se muestra en la tabla 12:
Tabla 12. Impacto financiero años 2015 y 2016
Fuente: Elaboración propia – Sistema SAP modulo PM
La eliminación de los sobrecostos por la salida de servicio del compresor 1203V10 se puede verificar con la tendencia del amperaje del Motor, donde en el año 2015 en 03 ocasiones fue sacado de servicio para el cambio del aceite lubricante llevando su amperaje a cero, como se muestra en la figura 25:
Figura 25. Corriente del compresor 1203V10 año 2015.
Fuente: Elaboración propia - Sistema colector de datos Osipi.
DESCRIPCION AÑO 2015 AÑO 2016
CAMBIOS DE ACEITE EN EL COMPRESOR 1203V10 EN EL AÑO 2015 66.521.502$ -$
COSTO SALIDA DE SERVICIO DEL COMPRESOR 1203V10 5.292.780$ -$
COSTO REPOSICION BOMBA DE VACIO POR DAÑO TOTAL DE LA MISMA 185.247.000$ -$
TOTAL 257.061.282$ -$
IMPACTO FINANCIERO AÑOS 2015 Y 2016
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Después de implementada la mejora, en abril de 2016, el amperaje del motor del compresor 1203V10 se mantuvo constante, garantizando su disponibilidad y continuidad en el proceso, como se muestra en la figura 26:
Figura 26. Corriente del compresor 1203V10 año 2016
Fuente: Elaboración propia - Sistema colector de datos Osipi
En la tabla 13 se resumen los resultados alcanzados con el desarrollo del presente
proyecto:
Tabla 13. Impactos del proyecto
DESCRIPCION ANTES(2015) DESPUES (2016)
Variacion en el nivel del recibidor 6F79 (Desviación Estandar) 18,92 3,5386
Sobrecostos por contaminacion del agua con filtrado de TCC 257.061.282$ -$
Salida de servicio del compresor 1203V10 por cambio de aceite
por año 3 0
Aumento del NPSHD de la bomba 6P115 -5,13 5,03
Fuente: Elaboración propia
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7. CONCLUSIONES
Se realizó un análisis al proceso de filtrado de TCC, donde se logró identificar
oportunidades de mejora, las cuales aumentan la productividad y disminuyen los
sobrecostos de producción.
Se logró implementar la alternativa de rediseño del sistema de Bombeo del
Filtrado de TCC, aumentando el NPSHD de la bomba centrifuga 6P115 para
mejorar su desempeño.
Con La metodología empleada se logró disminuir en 82 % la variabilidad del
nivel de Filtrado de TCC en el recibidor 6F79.
Los métodos de calidad y herramientas estadísticas, son útiles para la
organización ya que permite agilizar la toma de decisiones.
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BIBLIOGRAFIA
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de Noviembre de 2016
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