El blog de Víctor Yepes

Disponibilidad de una máquina en una obra

Figura 1. Aumentar la disponibilidad de un equipo en obra es un factor clave para la productividad. Imagen: V. Yepes

En un artículo anterior discutimos los distintos componentes del fondo horario de una máquina, o lo que es lo mismo, nos hacíamos la siguiente pregunta: ¿Por qué las máquinas pierden tanto tiempo en las obras? Ahora vamos a analizar el concepto de disponibilidad, muy relacionado con lo expuesto en aquel artículo.

Una máquina se encuentra disponible cuando se encuentra en estado operativo, es decir, en tiempo de disposición. La disponibilidad en obra o factor de disponibilidad F_d se define como el cociente entre el tiempo en que una máquina se encuentra en estado operativo y el tiempo laborable real.

La disponibilidad intrínseca d es el cociente entre el tiempo de utilización y el tiempo laborable real, sin tener en cuenta las paradas ajenas a la máquina debidas a tiempo disponible no utilizado (mala organización de obra, etc.). Valores bajos de estos factores se deben a causas tales como la mala conservación, la lentitud en las reparaciones, la falta de repuestos, el mal estado de la máquina, etc.

Los componentes de la disponibilidad se representan en la Figura 2.

Suponiendo que las averías ocurren dentro de la jornada laboral, pero el mantenimiento se realiza fuera de esta, la disponibilidad intrínseca se define, en términos estadísticos, como la probabilidad de que una máquina funcione satisfactoriamente en un momento dado o de que no presente averías que no puedan ser reparadas en un período de tiempo máximo permitido; es decir, sería el porcentaje del tiempo medio durante el cual el sistema está disponible para el servicio.

donde TMEF es el tiempo medio entre fallos y TMDR es el tiempo medio de reparación.

Desde la perspectiva de la disponibilidad, las máquinas se clasifican en dos grupos:

1.- Principales, cuyo fallo paraliza la producción de un equipo de máquinas: excavadoras, cargadoras, tractores empujadores de mototraíllas, etc. Precisan de una elevada disponibilidad.

2.- Máquinas de producción trabajando solas, y máquinas secundarias en equipo con otras: buldócer, excavando o ripando, retroexcavadoras en zanjeo, camiones y dúmperes, mototraíllas, compactadoras, etc.

Referencias:

PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.C.; MOURA, H.P.; CATALÁ, J. (2014). Construction Management. Wiley Blackwell, 316 pp. ISBN: 978-1-118-53957-6.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 256 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

YEPES, V. (2022). Gestión de costes y producción de maquinaria de construcción. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 243 pp. Ref. 442. ISBN: 978-84-1396-046-3

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Curso:

Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Alquiler frente a la compra de maquinaria empleada en la construcción

Figura 1. Maquinaria auxiliar, habitual en alquiler. Imagen: V. Yepes

Una opción interesante frente a la compra de maquinaria consiste en alquilar las máquinas más comunes y disponibles en el mercado. El alquiler permite reducir el tiempo de inactividad en las obras y evitar tener máquinas paradas en momentos de recesión. Por otro lado, la competencia existente entre las empresas dedicadas al alquiler permite encontrar buenos precios.

También hay otras motivaciones que aconsejan el alquiler frente a la compra: la falta de recursos financieros suficientes en la empresa, una cartera reducida o heterogénea de obras, la dispersión geográfica de las obras, el bajo uso de las máquinas o la falta de mano de obra cualificada. De forma similar al alquiler, existen pequeños subcontratistas que cuentan con máquinas y subcontratan parte de la obra (voladura, movimiento y compactación de tierras, extensión de firme, etc.).

El alquiler puede realizarse con conductor (maquinaria de movimiento de tierras, compactación, etc.) o sin conductor (generadores eléctricos, compresores, etc.). El periodo de alquiler puede ser por horas o por varios meses. También se puede facturar por horas de funcionamiento o de permanencia en obra.

En la Figura 2 se representa la influencia del coste de la maquinaria según su utilización. El alquiler resulta interesante siempre que los costes lo aconsejen, lo cual está relacionado con un bajo grado de utilización de la maquinaria. En empresas pequeñas o medianas, se puede considerar el alquiler de una máquina cuando no se superen las 1000 horas de trabajo anuales.

Figura 2. Conveniencia del alquiler frente a la compra de maquinaria

Referencias:

PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.C.; MOURA, H.P.; CATALÁ, J. (2014). Construction Management. Wiley Blackwell, 316 pp. ISBN: 978-1-118-53957-6.

Curso:

Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Open Access Book: Sustainable Construction

Tengo el placer de compartir con todos vosotros, de forma totalmente abierta, un libro que he editado junto con la profesora Tatiana García Segura. Editar libros científicos es una oportunidad para seleccionar los autores y temas que destacan en un ámbito determinado. En este caso, la construcción sostenible.

Además, es gratificante ver que el libro está editado en abierto, por lo que cualquiera de vosotros puede descargarlo sin ningún problema en esta entrada del blog. También os lo podéis descargar, o incluso pedirlo en papel, en la página web de la editorial MPDI: https://www.mdpi.com/books/pdfview/book/3740

Referencia:

YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T. (Eds.) (2021). Sustainable Construction. MPDI, 228 pp., Basel, Switzerland. ISBN: 978-3-0365-0482-7

Preface to ”Sustainable Construction”

Construction is one of the main sectors that generates greenhouse gases. This industry consumes large amounts of raw materials, such as stone, timber, water, etc. Additionally, infrastructure should provide service over many years without safety problems. Therefore, their correct design, construction, maintenance, and dismantling are essential to reducing economic, environmental, and societal consequences. That is why promoting sustainable construction has recently become extremely important. To help address and resolve these questions, this book comprises twelve chapters that explore new ways of reducing the environmental impacts caused by the construction sector and promoting social progress and economic growth. The chapters collect papers in the “Sustainable Construction” Special Issue of the Sustainability journal. We thank the MDPI publishing and editorial staff for their excellent work and the 43 authors who collaborated in its preparation. The papers cover a broad spectrum of issues related to the use of sustainable materials in construction, the optimization of designs based on sustainable indicators, the life-cycle assessment, the decision-making processes that integrate economic, social, and environmental aspects, and the promotion of durable materials that reduce future maintenance.

About the Editors

Víctor Yepes is a full professor of Construction Engineering; he holds a Ph.D. in civil engineering. He serves at the Department of Construction Engineering, Universitat Politècnica de València, Valencia, Spain. He has been the Academic Director of the M.S. studies in concrete materials and structures since 2007 and a Member of the Concrete Science and Technology Institute (ICITECH). He is currently involved in several projects related to the optimization and life-cycle assessment of concrete structures and optimization models for infrastructure asset management. He currently teaches courses in construction methods, innovation, and quality management. He authored more than 350 journals and conference papers, including more than 180 published in journals quoted in JCR. He acted as an expert for project proposal evaluation for the Spanish Ministry of Technology and Science and is a leading researcher in many projects. He currently serves as an Editor-in-Chief for the International Journal of Construction Engineering and Management and a member of the editorial board of 12 other international journals (Structure and Infrastructure Engineering, Structural Engineering and Mechanics, Mathematics, Sustainability, Revista de la Construcción, Advances in Civil Engineering, Advances in Concrete Construction, among others).

Tatiana García-Segura is an Assistant Professor at the Department of Construction Engineering, Universitat Politècnica de València, Spain. She obtained her International Doctorate with outstanding ”cum laude” in 2016. She received the IALCCE (International Association for Life-Cycle Civil Engineering) international award for his scientific contributions and two awards for her Master’s Final Paper on sustainable construction (AEIPRO award and first prize of the Cemex-Sustainability Chair). She has published 24 articles in JCR journals, 30 articles in scientific congresses, has participated in several research projects (one as a PI), and one innovation project.

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La depreciación de los equipos de obra y su obsolescencia

Figura 1. La maquinaria de obra pierde valor irremediablemente. Imagen: V. Yepes.

La maquinaria, como bien de equipo que constituye el patrimonio de una empresa, pierde valor al colaborar en el proceso productivo y con el paso del tiempo. A esta disminución de los activos de la empresa se le denomina depreciación y sus causas pueden ser las siguientes:

1.- Depreciación material: La maquinaria pierde valor a medida que presta los servicios que le son propios, es la denominada depreciación funcional. El mero transcurso del tiempo también devalúa los bienes de equipo, a veces incluso más que si estuvieran trabajando con normalidad, es la depreciación física. Una adecuada política de mantenimiento reducirá o retrasará la desvalorización de las máquinas, pero nunca la eliminará.

2.- Depreciación por obsolescencia: Es la merma que sufre una máquina cuando, incluso siendo nueva, queda anticuada por no ser competitiva frente a otras. Una de las principales causas es la competencia entre fabricantes. Esta pérdida puede deberse a:

Obsolescencia tecnológica: La innovación y los avances técnicos motivan la aparición continua de nuevas máquinas que cumplen la misma función de las existentes, pero con mayor eficiencia, produciendo con costes más bajos, ofreciendo mayor seguridad, siendo de más fácil manejo, etc. Si el ahorro de costes es suficiente, a la empresa le convendrá renovar o cambiar el equipo anticuado antes de terminar su vida técnica.
Obsolescencia por variaciones en la demanda: Una máquina excelente para un determinado nivel de producción, puede no ser rentable en otro nivel.
Obsolescencia por alteración en la retribución de algún factor productivo: Ante subidas del precio de la mano de obra o de determinado tipo de combustible, puede ser rentable aumentar la automatización o cambiar el tipo de máquina.

3.- Depreciación por agotamiento, caducidad o siniestro: Determinadas empresas, como las mineras, pierden elementos de su activo al «agotarse» el recurso natural que están explotando. En otras puede extinguirse la autorización administrativa para la gestión de una infraestructura (autopista, túnel, etc.), con lo que ciertos bienes de producción se devaluarán. Otras máquinas construidas para un trabajo específico deben amortizarse al acabarlo. Asimismo, un siniestro deprecia de forma brusca el valor del equipo.

Si se conociera exactamente la depreciación de un equipo podríamos estimar en cada momento su cotización en el mercado o valor de reventa. Sin embargo, este valor fluctúa según las condiciones locales y circunstancias específicas de cada caso, de modo que el precio depende de lo que un comprador esté dispuesto a pagar. Un ciclo de recesión económica, por ejemplo, propicia el aumento del mercado de segunda mano de la maquinaria y equipos de obra.

La cotización del equipo depende del número de años de servicio, de las horas trabajadas hasta el momento, de las que le restan para llegar a su obsolescencia, de la naturaleza de las tareas realizadas y de las condiciones en que se ha usado. La antigüedad es, en numerosas ocasiones, el factor que más influye en la cotización del equipo, ya que es el dato más fiable. El abandono de la fabricación de determinados modelos hace bajar la cotización de los equipos. Si la máquina pertenece a una gran firma internacional, su valor de reventa inspira cierta confianza.

Bajo un punto de vista estadístico, y puesto que el valor de reventa es decreciente, entre otros, con los años de servicio n, y con las horas trabajadas H, cabe ajustar una curva por mínimos cuadrados a los valores de mercado V_n que relacionan dichos parámetros con el valor inicial del equipo V₀ y su cotización en el año n. Una función que se ajusta razonablemente a dichas cifras es la exponencial, donde K, a y b son constantes que deben determinarse:

Esta expresión generaliza la deducida al suponer que la velocidad de desvalorización de un equipo por su uso es proporcional, en cada momento dado, a su coste real.

El valor de residual o de desecho es aquel que le queda a la máquina una vez se agota su vida útil o programada. Cuando la máquina está obsoleta, el valor de desecho es el de su chatarra. Puede alcanzar el 10-20 % del valor de adquisición. No obstante, no se aconseja excluir este valor de la amortización, pues es posible que ayude a sufragar el sobrecoste de las novedades incorporadas a la nueva máquina. Si se considera el valor de desecho, este se ajustará de forma descendente para anular el efecto de la inflación.

Referencias:

PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.C.; MOURA, H.P.; CATALÁ, J. (2014). Construction Management. Wiley Blackwell, 316 pp. ISBN: 978-1-118-53957-6.

Curso:

Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

La vida económica de la maquinaria

Figura 1. ¿Cuál es la vida económica de un equipo? No confundirla con la vida útil. Imagen: V. Yepes

Resulta paradójico deshacerse de una máquina cuando el coste horario es el más bajo posible. Este concepto, que a veces cuesta entender, provoca que muchas empresas se resistan a sustituir su maquinaria, lo que alarga su vida útil más de lo que aconseja la economía. En no pocas ocasiones se confunde la vida económica con la vida útil de un equipo. Pero analicemos con cierto detalle esta presunta paradoja para aclarar el concepto.

Al principio, poco después de su adquisición, el cociente entre los gastos acumulados a origen respecto a las horas trabajadas por una máquina es elevado. A medida que la máquina envejece, los costes de reparaciones y sustituciones de piezas son cada vez mayores. Por tanto, existe un punto intermedio en el que dicha relación es mínima. Dicho punto define la vida económica de un equipo, y es en ese momento cuando debería ser sustituido. La relación entre los costes horarios de una máquina a lo largo del tiempo se ha representado en la Figura 2.

Figura 2. Variación de los costos horarios y vida económica de un equipo

Los contratistas que no registran los costes horarios pueden utilizar sus máquinas más allá de su vida económica, por lo que sus costes unitarios de producción serán más elevados que los de su competencia. El reconocimiento y el tratamiento sistemático de la renovación de los bienes de equipo proporciona a las empresas amplias ventajas, ya que reduce:

Los costos de conservación.
Los costos de producción, salvando la competencia.
Las pérdidas por chatarra o retoques.
Las demoras y tiempos perdidos.

La vida económica óptima varía en función de la máquina y su trabajo, y es independiente de su vida técnica o física. Así, un equipo puede superar su vida económica y seguir funcionando correctamente o, por el contrario, retirarse antes por obsolescencia. Ahora bien, es absurdo pretender que una máquina trabaje indefinidamente. Con el paso del tiempo, los gastos de mantenimiento y de recuperación aumentan considerablemente el coste. Un cuidado concienzudo y las revisiones generales sistemáticas retrasan la fecha de inutilización, pero llega un momento en que conviene desembarazarse de la máquina, sobre todo cuando el riesgo de fallo de alguna pieza esencial por fatiga excesiva se hace inadmisible. A los equipos de obras públicas se les exige una elevada fiabilidad y, si la empresa no quiere deshacerse de la máquina, esta se pondrá en reserva, tras haber sido revisada a fondo.

Los costos horarios de reparación siguen una curva ascendente con las horas acumuladas de trabajo. Si se disponen de datos históricos sobre los costes totales de reparaciones R_H, para un número H de horas trabajadas, se pueden ajustar los coeficientes λ, μ y ρ de la siguiente parábola:

A los costes propios de la máquina deberían sumarse los de otros equipos que tienen que parar cuando la primera se detiene por una avería. Esta circunstancia evidencia un recorte de la vida útil de las máquinas de las que dependen. También sugiere la duplicidad de estos equipos y su trabajo en paralelo.

Al representar la acumulación de los costes según su origen en relación con el tiempo, aparece una línea quebrada, tal y como se muestra en la Figura 3. La recta que, desde el origen de coordenadas, es tangente a la curva de los costes acumulados, representa la pendiente mínima y, por tanto, el coste horario mínimo posible. En la Figura 3, el valor alcanza su mínimo para el ángulo BOX. El punto B señala el límite de la vida económica. Teniendo en cuenta que la mano de obra, los consumos y las reparaciones se pagan a precios muy diferentes en los distintos países, se comprueba que el óptimo económico varía de unos a otros.

Figura 3. Método gráfico para determinar el coste horario mínimo y la vida económica de un equipo

Cada máquina tiene su vida útil. Por ejemplo, 10 000 horas pueden ser adecuadas para un tractor sobre orugas, pero en una bomba de hormigón estacionaria dicha vida se reduce a la mitad. Algunos autores estiman una vida útil de entre 6000 y 16 000 horas de trabajo, en función de si el material es pesado o extraordinariamente pesado.

Referencias:

Curso:

Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Análisis del ciclo de vida de puentes usando matemática difusa bayesiana

Acaban de publicarnos un artículo en la revista científica Applied Sciences (indexada en el JCR, Q2) un artículo que trata sobre el análisis del ciclo de vida de puentes usando redes bayesianas y matemática difusa. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación DIMALIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

En la actualidad, reducir el impacto de la industria de la construcción en el medio ambiente es fundamental para lograr un desarrollo sostenible. Son muchos los que utilizan programas informáticos para evaluar el impacto ambiental de los puentes. Sin embargo, debido a la complejidad y la diversidad de los factores medioambientales de la industria de la construcción, es difícil actualizarlos y determinarlos rápidamente, lo que provoca la pérdida de datos en las bases de datos. La mayoría de los datos perdidos se optimizan mediante la simulación de Monte Carlo, lo que reduce en gran medida la fiabilidad y precisión de los resultados de la investigación. Este trabajo utiliza la teoría matemática difusa avanzada bayesiana para resolverlo. En la investigación, se establece una evaluación de la teoría matemática difusa bayesiana y un modelo de discriminación prioritaria de sensibilidad de varios niveles, y se definen los pesos y los grados de pertenencia de los factores de influencia para lograr una cobertura completa de los mismos. Con el apoyo de la modelización teórica, se evalúan exhaustivamente todos los factores de influencia en las distintas etapas del ciclo de vida de la estructura del puente. Los resultados muestran que la fabricación de materiales, el mantenimiento y el funcionamiento del puente siguen produciendo contaminación ambiental; la fuente principal de las emisiones supera el 53 % del total. El factor de impacto efectivo alcanza el 3,01. Al final del artículo, se establece un modelo de sensibilidad de «big data». Optimizando con estas técnicas, las emisiones contaminantes del tráfico se redujeron en 330 toneladas. Se confirma la eficacia y la practicidad del modelo de evaluación integral de la metodología propuesta para abordar los factores inciertos en la evaluación del desarrollo sostenible en el caso de los puentes. Los resultados de la investigación contribuyen a alcanzar los objetivos de desarrollo sostenible en la industria de la construcción.

El artículo se ha publicado en abierto, y se puede descargar en el siguiente enlace: https://www.mdpi.com/2076-3417/11/11/4916

ABSTRACT:

At present, reducing the construction industry’s impact on the environment is the key to achieving sustainable development. Countries worldwide are using software systems to bridge environmental impact assessment. However, due to the complexity and discreteness of ecological factors in the construction industry, they are difficult to update and determine quickly, and data is missing in the database. Most of the lost data are optimized by Monte Carlo simulation, which significantly reduces the reliability and accuracy of the research results. This paper uses Bayesian advanced fuzzy mathematics theory to solve this problem. In the research, a Bayesian fuzzy mathematics evaluation and a multi-level sensitivity priority discrimination model are established, and the weights and membership degrees of influencing factors were defined to achieve comprehensive coverage of influencing factors. With the support of theoretical modeling, software analysis and fuzzy mathematics theory are used to comprehensively evaluate the five stages’ influencing factors in the bridge structure’s life cycle. The results show that the bridge’s material manufacturing, maintenance, and operation still produce environmental pollution; the primary source of the emissions exceeds 53% of the total emissions. The practical impact factor reaches 3.01. A big data sensitivity model was established at the end of the article. Significant data innovation and optimization analysis reduced traffic pollution emissions by 330 tonnes. Modeling the comprehensive research model application clearly confirms the effectiveness and practicality of the Bayesian network fuzzy number comprehensive evaluation model in dealing with uncertain factors in evaluating the sustainable development of the construction industry. The research results have made important contributions to realizing the sustainable development goals of the construction industry.

Keywords:

Construction industry; environmental; impact factor; analysis; contribution

Reference:

ZHOU, Z.; ALCALÁ, J.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2021). Life cycle assessment of bridges using Bayesian Networks and Fuzzy Mathematics. Applied Sciences, 11(11):4916. DOI:10.3390/app11114916

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Las efemérides también sirven para reivindicar el papel social de la ingeniería civil: El Puente Golden Gate

Figura 1. Puente colgante Golden Gate, en San Francisco. La segunda imagen corresponde al color que quería la Armada estadounidense. Crédito: Joan Campderrós-i-Canas/CC BY 2.0; Golden Gate Bridge, https://www.californiasun.co/stories/6-fascinating-facts-about-california-avocado-and-bumble-bee-bridge-edition/

En tal fecha, como hoy, 27 de mayo, pero del año 1937, se abrió el puente Golden Gate a los peatones y, un día después, a los vehículos. Esta efeméride suele ser noticia y ser objeto de atención por parte de los medios de comunicación. En este caso se hizo eco el programa de Radio Nacional de España «Gente despierta». Se preparó una pequeña entrevista con el presentador Alfredo Menéndez, pero se quedó corta debido a que el programa se retrasó por la retransmisión en directo de la victoria del Villarreal sobre el Manchester United y la consecución del título de la Europa League.

Destacó de la entrevista cómo los estadounidenses afrontaron un reto como este justo después del crac del 29, y cómo se construyó el puente de mayor vano del mundo, con 1280 m entre pila y pila, y unas torres de 227 m de altura. El récord se mantuvo desde 1937 hasta 1964, momento en el que entró en funcionamiento el puente Verrazano Narrows. Estas dimensiones de vano solo se llega con la tipología de puente colgante, aunque es cierto que el Puente de la isla Russki, que es atirantado, tiene una longitud que se le aproxima, de 1104 m. Hoy el Gran Puente de Akashi Kaikyō, en Japón, tiene el mayor registro de vano de un puente, con 1991 m.

Figura 2. «Gente despierta», el programa de RNE presentado por Alfredo Menéndez

Ya hice alguna entrevista anterior sobre el Golden Gate en Radio Nacional de España y he escrito algún que otro artículo. Os remito a los siguientes enlaces para los interesados:

Esto me suena… El puente del Golden Gate y el “Ciudadano García”

La “Puerta Dorada” de California: el Golden Gate

La teoría del color y la estética en ingeniería

Pero aquí os dejo la pequeña entrevista, por si no tuvisteis tiempo de escucharla.

Dos trillones de átomos y las infraestructuras sostenibles

Va siendo habitual mi labor de divulgación en medios de comunicación, sobre todo de la radio. Este es el caso de Radio Nacional de España, donde David Sierra conduce un programa de divulgación científica denominado “Dos trillones de átomos”. Es tremendamente interesante, aunque se emite los domingos de 4:00 a 5:00 horas en la madrugada

En este programa, en el que me realizaron una entrevista sobre las infraestructuras sostenibles, hablamos de muchas más cosas: la «dureza de los estudios de ingeniería de caminos», la errónea visión de la construcción como «cultura del ladrillo», la «internacionalización de las empresas constructoras españolas», la «inteligencia artificial», los «gemelos híbridos», etc. Espero que os guste mi propuesta de considerar la ingeniería como «cultura del bienestar». Os dejo el podcast por si os interesa.

Ciclo de trabajo de un equipo de máquinas

Figura 1. Pala sobre neumáticos cargando dúmper. Imagen: V. Yepes

Se denominará ciclo de trabajo, en su sentido más amplio, a la serie de elementos u operaciones elementales que se suceden para realizar completamente una tarea u operación.

Tiempo del ciclo será el invertido en realizar toda la serie de operaciones elementales hasta completar el ciclo, pudiéndose referir a un recurso o a un conjunto de ellos.

El tiempo del ciclo de una máquina se descompone en varios sumandos:

Tiempo fijo: es la duración de determinadas operaciones que requieren un tiempo determinado como la carga, descarga y maniobras en el caso de una pala cargadora de tierras.
Tiempo variable: es la duración de las operaciones elementales que dependen de determinadas condiciones del trabajo, por ejemplo la distancia en un ciclo de transporte.
Tiempo muerto de inactividad: son tiempos de espera que invierte una máquina en esperar a otra cuando realizan juntas una operación.

Un caso habitual consiste en utilizar varias máquinas cuyos ciclos individuales de trabajo tienen un intervalo común. Por ejemplo, una cargadora con varios camiones (Figura 1) o un equipo de mototraíllas convencionales ayudadas en su carga por un tractor. En estos casos, los ciclos individuales de las máquinas se pueden agrupar para formar un ciclo de equipo que se repite periódicamente.

En la Figura 2 se han representado los ciclos de la máquina principal (una cargadora) y los de las máquinas auxiliares a las que sirve (cinco camiones). Se puede observar que la máquina principal presenta un tiempo muerto debido a la falta de un sexto camión. Esto se debe a que el ciclo de la máquina auxiliar no es múltiplo del ciclo de la máquina principal.

Figura 2. Esquema de los ciclos acoplados de máquinas trabajando en equipo. Tiempo muerto en la máquina principal

Siguiendo con este ejemplo, si existiese un sexto camión, la cargadora estaría siempre trabajando, mientras que los camiones deberían parar un tiempo en su ciclo para que este fuera múltiplo del de la cargadora (Figura 3). En este caso, la producción conjunta sería máxima, el plazo de ejecución mínimo y el coste por unidad de obra sería mayor.

Figura 3. Esquema de los ciclos acoplados de máquinas trabajando en equipo. Tiempos muertos en las máquinas auxiliares

Al recurso que limita la producción de un equipo se le denomina cuello de botella. Su identificación es esencial porque cualquier cambio introducido en el funcionamiento repercutirá en la capacidad de producción del equipo. En la Figura 2 se representa un equipo donde el cuello de botella son los camiones, mientras que en la Figura 3 lo es la cargadora. El recurso que causa el estrangulamiento es el que determina la producción del equipo. Se define como factor de acoplamiento o “match factor” a la relación entre la máxima producción posible de los equipos auxiliares respecto a la máxima producción posible de los equipos principales. El coste más bajo de producción se obtiene para factores de acoplamiento próximos a la unidad, pero por debajo de ella.

Conociendo los tiempos de los ciclos de las máquinas se puede estimar el número necesario de máquinas principales y auxiliares. En efecto, en una unidad de tiempo, por ejemplo, 1 hora, el número total de ciclos N_{ciclos, p} que realizan n_p máquinas principales será:

donde t_p es el tiempo del ciclo de la máquina principal.

Análogamente, en una unidad de tiempo, el número total de ciclos N_ciclos,a que realizan n_a máquinas auxiliares será:

donde t_a es el tiempo del ciclo de la máquina auxiliar.

Por tanto, como el número de ciclos que hacen las máquinas principales debe ser igual al número de ciclos que realizan las máquinas auxiliares, entonces

Si existen un total de P tipos distintos de máquinas principales y A de máquinas auxiliares, podemos generalizar a la siguiente expresión:

Os dejo el siguiente vídeo sobre el acoplamiento entre máquinas, que espero os sea de interés.

Referencias:

Curso:

Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción.

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Tipos de ensayos de fiabilidad para la distribución exponencial

Figura 1. Los ensayos de fiabilidad permiten estimar el tiempo medio entre fallos de la maquinaria en una obra

En obra pueden estimarse el tiempo medio entre fallos de una máquina mediante los denominados como ensayos de fiabilidad, basándose para ello en la distribución exponencial. Los tipos de ensayos posibles son los siguientes:

Ensayos completos: Se realizan hasta el fallo de todas las unidades.

Ensayos censurados: Un ensayo de fiabilidad se llama censurado de orden k si la experiencia se detiene al producirse el fallo k-ésimo. También se llama test limitado por fallos. Puede ser con o sin reemplazamiento de las unidades averiadas.

Ensayos truncados: Un ensayo de fiabilidad se llama truncado cuando la experiencia se detiene al cabo de una cierta duración. También se llama test limitado por tiempo. También pueden ser con o sin reemplazamiento.

La estimación del tiempo medio entre fallos (MTBF) se obtiene repartiendo la duración del ensayo por en número de fallos:

donde

T = tiempo total acumulado del test

r = número de fallos

En los ensayos censurados, si se conoce el valor de q se puede obtener la duración esperada para el ensayo.

En ensayo sin reemplazamiento:

En ensayo con reemplazamiento:

siendo r el número de fallos y n el de unidades

Asimismo, si se conoce el valor de q se puede obtener el número esperado de fallos en un ensayo trucado de duración T:

En ensayo sin reemplazamiento:

En ensayo con reemplazamiento:

donde n es el número de unidades ensayadas y T la duración prefijada del ensayo.

Referencias:

Curso:

Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción.

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