Estadística Aplicada. Estudio de Confiabilidad de Procesos. Caso Industrial

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1
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17-Nov-08
Análisis de
confiabilidad
aplicada a procesos
industriales
Fernando Vicente
Héctor Kessel
Eduardo Risso
ABB Full Service®

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AWA2008
Agenda
Estadísticas de mantenimiento tradicional
Problemas del mantenimiento tradicional
Definición de un sistema basado en
confiabilidad
Beneficios obtenidos al aplicar un sistema
basado en confiabilidad en su planta
Requisitos y motivos para aplicar un sistema
basado en confiabilidad
Definición y parámetros de confiabilidad
Herramientas utilizadas en confiabilidad
Ejemplos de análisis de confiabilidad
aplicados a procesos
Resumen y conclusiones
• •

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AWA2008
Estadísticas de mantenimiento tradicional
…15 años de investigación muestran que:
La mayoría de las fallas (60%)dan aviso antes de su falla
funcional
Aproximadamente el 40% son ocultas
80% de las fallas ocultas requieren tareas de identificación
de falla
Inspección/testeo, chequeo
20% a 35% de las fallas son relativas al monitoreo basado
en condición
30% a 40% de las fallas son atribuidas al modo de operar
equipos
Mas del 75% de las frecuencias del PM son incorrectas
comparadas con el intervalo P-F
Obtener un correcto intervalo de mantenimiento
generalmente reduce entre un 40% a 70% las tareas de
mantenimiento
Mejorar en la confiabilidad puede incrementar la capacidad
de equipamientos entre un 35% a 60%
La información arriba mencionada esta basada en RCM II implementation findings
– John Moubray, Aladon Ltd.

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AWA2008
Comentarios típicos relacionados al PM
“Le entregamos el equipo pero todo lo que hicieron fue
cambiar el aceite y el filtro” (Prod)
“No podemos completar el PM, ellos (Prod) no nos
entregan el equipo” (Mant)
“Nadie revisa nuestras anotaciones en las
inspecciones” (mant)
“El sistema emite PM para equipos que ya no existen”
(regularmente)
“Reemplazamos piezas de los equipos aun estando en
muy buenas condiciones” (Mant)
Problemas tradicionales de mantenimiento(1)

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AWA2008
Problemas tradicionales de mantenimiento(2)
PRODUCCIÓN MANTENIMIENTO
• Tareas de mantenimiento técnicamente inapropiadas para el
modo de falla o el contexto operacional del equipamiento

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AWA2008
Situaciones que suelen ocurrir…
1. Nos toman por sorpresa los
problemas
2. Se tienen problemas
reocurrentes
1. Nos toman por sorpresa los
problemas
2. Se tienen problemas
reocurrentes
Problemas tradicionales de mantenimiento(3)

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AWA2008
Seis grandes pérdidas que reducen la efectividad
de los equipos
Tiempo de parada
Roturas
Ajustes, recambio
Pérdida de velocidad
equipos en reducción de carga
Reducción de velocidad entre la de
diseño y la actual
Defectos
Defectos en el proceso y re trabajo
Reducción de manufactura entre el
arranque y la producción estable
Problemas tradicionales de mantenimiento(4)

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AWA2008
¿Cómo deberíamos gestionar el mantenimiento de nuestra planta?
¿Estamos manejando un
standard
de performance?
¿Entendemos bien como fallan
Los equipos?
Cual es la politica
correcta…
…
PM
…
Operar a la falla
…
Reconstruir
…
Predictivo
¿Estamos sobre manteniendo a los
equipos
O bajo manteniendo?
¿Que tan bien estamos
Manejando el balance
Entre costos y confiabilidad?
¿Entendemos y manejamos
Los modos de falla de los equipos?
Simple…cuando hay dudas sobre mantenimiento!
Simple…cuando hay dudas sobre mantenimiento!
Simple…cuando hay dudas…bajo mantenimiento!
Simple…cuando hay dudas…bajo mantenimiento!
¿Hemos identificado los equipos
Con mayor problemas?
Problemas tradicionales de mantenimiento(5)

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AWA2008
detectivo
predictivo
preventivo
Operar a falla
rediseño
Solo el 10 % del PM requiere ser soportado por
Las tareas clásicas de mantenimiento (basado en tiempo)
Solo el 15% del PM requiere soporte de tecnologías
predictivas
El 75% del programa de mantenimiento requiere
soporte
de un sistema basado en confiabilidad
Programa
de
mantenimiento
Resumiendo gráficamente los 15 años de investigación

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AWA2008
Sistema basado en confiabilidad
Existe una presión competitiva que viene creciendo en los últimos
años, gerentes generales admiten que la confiabilidad de sus
activos y proceso es crítica para la excelencia operacional
“Para lograr excelencia operacional se requiere de un
sistema basado en confiabilidad”
“Para lograr excelencia operacional se requiere de un
sistema basado en confiabilidad
confiabilidad”
Confiabilidad
de equipos
Mantenibilidad
de equipos

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AWA2008
Etapas de un sistema basado en confiabilidad
ESTABILIZAR
1. Prevenir fallas futuras
2. Identificación de malos
actores
3. Revisión de plan de
lubricación y
contaminación
4. Mantenimiento de
precisión
5. Implementación análisis
básico de RCA
6. Mejora en la calidad de
la fuerza de trabajo
7. Comienzo de
implementación de 5S
MEJORA EN PRODUCTIVIDAD
DE EQUIPOS
1. Desarrollar clasificación y
criticidad de equipos
2. Mejora en el mantenimiento
de precisión
3. Detalle más profundo de un
plan de lubricación
4. Implementación de sistema
RBI,RCM
5. Mejora en el análisis de RCA
6. Perfeccionamiento en plan 5S
7. Comienzo con los grupos
dinámicos de mejora
8. Análisis de ing. De
confiabilidad
1. Aplicación de Lean
Six Sigma
2. Implementación
TPM
3. Mejora en los
grupos dinámicosde
trabajo

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AWA2008
Un sistema basado en confiabilidad reduce los
riesgos a los que se expone la organización
analizando a los equipos…
1) Qué puede salir mal…Modo de Falla
2) Manejando Probabilidades y
Consecuencia de falla
Sistema basado en confiabilidad

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AWA2008
Beneficios de un sistema basado en confiabilidad
Aumento de lucro a través de:
1. Menos paradas no programadas
2. Menos costos de manutención/operación
3. Menos pérdidas por lucro cesante
4. Menores posibilidades de accidentes
5. Determinación de la política correcta de mantenimiento (tiempo
óptimo de reemplazo de piezas)
6. Optimización de inventario en almacén
Proveer soluciones a las necesidades de la industria como:
1. Identificar malos actores (equipos defectuosos que dan pérdida)
2. Hacer a los equipos más lucrativos
3. Identificar áreas de posibles inversiones (readecuación de
equipos, sustitución etc)

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AWA2008
Requisitos
Claves para tener éxito en la implementación de un
plan basado en confiabilidad :
1.Compromiso desde la gerencia hacia los niveles
inferiores de la organización
2. Madurez en la organización para cambios de
conceptos técnicos
3.Continuidad

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AWA2008
Motivación para mejorar la confiabilidad de su planta
Plantas con confiabilidad elevada reducen los costos
generados por falla de equipos
Las fallas reducen la producción y limitan el beneficio
Mejorar la confiabilidad de la planta reduciendo costos
de no confiabilidad mejora la performance del negocio
“Mejorar en confiabilidad, reducir los costos de
no confiabilidad, generar mayores beneficios y
obtener más negocios”

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AWA2008
¿Puede su planta abordar un plan de mejora en confiabilidad?
¿Cuál es su costo anual de no confiabilidad?
¿Dónde están ocurriendo las perdidas dentro de la
planta?
¿Sabe usted cuáles son las causas de dichas pérdidas?
¿Cuáles son las alternativas para la reducción de
costos?
¿Tiene usted el gráfico de Pareto de equipos “Top Ten”
en términos de dinero?
¿Qué ítem específico requiere inmediata corrección?
“El dinero resultante del cálculo en respuesta a dichas
preguntas, es la motivación principal para implementar un
sistema basado en confiabilidad”

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AWA2008
Política de confiabilidad
La mayoría de las compañías tienen una política de seguridad
que dice:
La mayoría de las compañías tienen una política de calidad
que dice:
La mayoría de las compañías tienen una política ambiental
que dice:
¿Qué dice su política de confiabilidad?...????

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AWA2008
Confiabilidad
Definiciones:
La probabilidad de que un dispositivo, sistema o proceso
pueda desarrollar su función por un determinado tiempo sin
fallar dentro de un contexto operacional
Para la organización la función principal del análisis de
confiabilidad es el control de costos de la NO confiabilidad
provenientes de las fallas de equipamientos y procesos,
generando pérdidas y menos margen parra los beneficios

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AWA2008
Tiempo
Performance
Comienzo del desarrollo
De la falla
Detección de Falla Potencial
El sistema cumple con los
requerimientos
Ventana de
oportunidad
De mantenimiento
“PF Interval"
Falla Funcional
Pendiente a ser
detectada
Pérdida de
performance
¿Qué es una falla?- Curva P-F
“La falla es un proceso, no un evento”
“La falla es un proceso, no un evento”

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Parámetros de confiabilidad
Las plantas requieren que sus equipos y procesos sean:
1. Confiables Libre de fallas (TMEF, λ)
2. Disponibles Listo para operar (D)
3. Mantenibles Cuan rápido se restaura (TMPR)
=
= =
= +
=

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AWA2008
Herramientas para análisis de confiabilidad
Gráfico de Pareto
Análisis estadístico de fallas
utilizando distribución Weibull
Simulación de Montecarlo
Análisis de diagrama de bloques
Análisis de árbol de fallas y FMEA
Análisis de causa raíz (RCFA)

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Gráfico de Pareto
El principio de Pareto se basa en la regla simple del
80/20, esta regla dice que el 80% de los problemas son
causados por el 20% de los contribuyentes
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
220-DGTK-01 510-P-01C 050-K-01A 230-DGTK-01 150-P-02A 530-P-01B 210-DGTK-01 530-P-01A 220-K-01 530-P-01C
Costo
en
Pesos
Tag
Paretode costosx equipo(Top10)
Costo Total
Acumulado

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AWA2008
La distribución de Weibull es la herramienta principal
para el análisis estadístico de falla
Esta función me permite analizar cómo están fallando
los equipos y además predecir fallas futuras
Análisis de Weibull
−
=
β
η
C(t)= Probabilidad de sobrevivir a un tiempo t
e=Operador exponencial
η= Tiempo característica de falla, similar al TMEF. Se mide en
horas
β = Factor de forma , nos dice como está fallando la pieza/equipo

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Vida útil
Desgaste
Beta>1
Fallas
Prematuras
Beta<1
Fallas aleatorias
Beta=1
−
=
β
η
Análisis de Weibull (cont)
β<1 Desgaste prematuro
β=1 Fallas aleatorias
β>1 Desgaste creciente

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Simulación Montecarlo
Es un método que utiliza números aleatorios y
probabilidades para resolver problemas tales como
estimación de disponibilidad, TMEF, TMPR, políticas
correctas de mantenimiento.
Modelo
1: Crear modelo, y = f(x1, x2, ..., xq)
2: Generar los numeros aleatorios, xi1, xi2, ..., xiq
3: Evaluar el modelo guardar los resultados como
yi
4: Repeat repetir los pasos 2 y 3 para i = 1 a n
5: Analizar los resultados usando
histogramas,resumenes estadisticos,

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AWA2008
Análisis de diagrama de bloques
Es un método que permite modelar de manera sencilla,
equipos, procesos y plantas completas
Rodamientos
Cr=0,9
Sello Mecánico
Cs=0,85
Eje
Ce=0,99
Sistema serie
(Modelo=Bomba)
C=Cr*Cs*Ce=0,735
Bomba A
C1=0,9
Bomba B
C2=0,85
Bomba C
C3=0,99
Sistema paralelo
(Modelo=Unidad)
Pf=P1*P2*P3
Pf=(1-C1)*(1-C2)*(1-C3)
Pf=(1-0,9)*(1-0,85)*(1-0,99)
Pf=0,00015
Cs=(1-0,00015)*100=99,985%

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AWA2008
Aplicación de análisis de confiabilidad
Estas herramientas para el análisis de confiabilidad se
utilizan para:
1. Validación de mejoras realizadas
2. Detección de áreas que requieren puntos de mejora
3. Análisis de política óptima de mantenimiento para el modo de falla
correspondiente
4. Análisis de piezas de repuestos que se van a requerir para el
próximo año
5. Cantidad de fallas esperadas
6. Disponibilidad
7. Confiabilidad
8. Mantenibilidad

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AWA2008
Ejemplos aplicados en plantas
Utilización de software RELCODE para validar mejoras
Comparación de confiabilidades (hasta agosto-08)
0,00%
20,00%
40,00%
60,00%
80,00%
100,00%
120,00%
40
100
300
700
1000
1500
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Horas de operación
Confiabilidad
RTD original
RTD modificada
45%
26%

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Ejemplos aplicados en plantas (2)
Uso de Pareto para determinar del análisis de LCC (ciclo costo de
vida) que equipo/sistema requiere estudio. Esta herramienta arroja
los primeros indicios de… ¿qué puede estar sucediendo?
H.H+repuestos
Bomba

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AWA2008
Del gráfico de Pareto, se decide realizar un análisis de confiabilidad de
bloques (RBD).“Se cree que existe una condición de funcionamiento
diferente a la considerada durante el diseño del sistema”. Modo de falla
considerado es la pérdida de fluido por los sellos mecánicos de las
bombas
!
" #
!
$ %
!
" #
!
$ %
" !
$ %
" !
" #
2/3
Para que el sistema
tenga éxito deben
funcionar 2 bombas de
un total de 3
Bomba C
Bomba B
Bomba A
Ejemplos aplicados en plantas (cont)

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AWA2008
Ejemplos aplicados en plantas (cont)
% ! & ' (( ) *** % !
" ' + ,
, - .
"
'
"-
./
0
1-
.
2 222 32222 222
4222 222 5222 222 03222 222 06222 222
2 222
0 222
2 322
2 422
2 622
2 522
% ' 7
8 1
1 % 9$" ,
3:;2<;3225
02=25=02
Vida media
7175 hs

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AWA2008
Ejemplos aplicados en plantas (cont)
Confiabilidad del sistema al cabo de 8760 hs
El grafico ayuda a visualizar dónde están los malos actores

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AWA2008
Ejemplos aplicados en plantas (cont)
% ! >! ) *** % !
, - .
+
'
7-
.
2 222 5)62 222
0):3 222 ?:24 222 :3:6 222 )225 222
2 222
0 222
2 322
2 422
2 622
2 522
+ ' 7
0
1 % 9$" ,
3:;2<;3225
02=?)=26
Disponibilidad media del sistema
75,2%

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AWA2008
[ ]
[ ] =
−
=
=
−
=
Analizando los números obtenidos…
CTND=Costo total de la no disponibilidad
Está claramente definido que el sistema requiere de un
aumento de su confiabilidad y disponibilidad, ya que por día
se ponen en RIESGO 700.788 dólares/día
¿Es aceptable el riesgo para la organización?
Si no es aceptable, se justifica un rediseño en el sistema
para el aumento de la confiabilidad del mismo
Está claramente definido que el sistema requiere de un
aumento de su confiabilidad y disponibilidad, ya que por día
se ponen en RIESGO 700.788 dólares/día
¿Es aceptable el riesgo para la organización?
Si no es aceptable, se justifica un rediseño en el sistema
para el aumento de la confiabilidad del mismo
Ejemplos aplicados en plantas (cont)

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AWA2008
Ejemplos aplicados en plantas (cont)
Simulación Montecarlo para analizar modelo estocástico de costos por
no disponibilidad.
[ ] =
−
=
Producción= Distribución triangular,
valor mínimo, un máximo y el más
probable
Costo= Distribución normal, valor
medio (µ) y un desvío estándar (σ)
Distribuciones típicas

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AWA2008
Ejemplos aplicados en plantas (cont)
Los resultados de Simulación Montecarlo del modelo estocástico se
analizan con gráficos de histogramas y probabilidades acumuladas
Simulación estadística
IteracionesNº 10000
Min. 143962 US$
Media 533485,0288 US$
Max. 1056908 US$
Mediana 525241 US$

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ABB
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AWA2008
Análisis de escenario QUE PASA SI…estiramos el recambio de una
pieza de 500 a 4500 horas.
¿Cuántos repuestos se requieren para dicha política?
¿Cuál es el análisis de costo?
¿Qué sucede con válvulas, compresores, bombas,
Rodamientos, intercambiadores, torres etc?
Este análisis muestra la
política optima de
reemplazo y cuanto
puedo ahorrar
El reemplazo optimo es
a 4476 horas.
=
=
−
=
Ejemplos aplicados en plantas (3)

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ABB
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AWA2008
Se detecta en proceso, varias fallas en transmisores de temperatura
MTBF calculado 61 meses = 5 años
¿Qué puede estar sucediendo si en general un TT tiene una
vida media de 50-115 años?. Se realizó análisis de falla y se
concluyó que los TT tenían falla electrónica de plaqueta
Ejemplos aplicados en plantas (4)

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ABB
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AWA2008
Diagrama de bloque de planta/proceso
Ejemplos aplicados en plantas (5)
Área A Área B Área C Resumen
Intervalo de
estudio(hrs) 43800 26280 35040 8760 hrs/a
Nro de fallas 1 3 2
TMEF 43800 8760 17520
Tasa de falla 22,8E-06 114,2E-06 57,1E-06
+
+ 194,1E-06 falla/hrs
5153 hrs/falla
1,7 fallas/a
=
Problema de
confiabilidad
(alta tasa de
falla)
TMPR/falla 18
Fallas/a 0,2 1 0,5 =
+
+ 1,7 fallas/a
24 83
Tiempo
perdido/a
3,6 24 41,5 =
+
+ 69,1 hrs/a
40,6 hrs/falla
Problema de
mantenibilidad
(tiempo de reparo
elevado)
Considerando una pérdida en los beneficios de us$10.000/hr, “scrap”
a us$5000/incidente y un costo de mantenimiento de us$5000/hr por
falla de equipo
Considerando una pérdida en los beneficios de us$10.000/hr, “scrap”
a us$5000/incidente y un costo de mantenimiento de us$5000/hr por
falla de equipo

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ABB
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AWA2008
El costo de No Confiabilidad:
Ejemplos aplicados en plantas (cont)
Área A Área B Área C Resumen
Tiempo
perdido/a
Perdida en los
beneficios
$36.000 $240.000 $415.000
Scrap $1.000 $2.500
Costo mant $18.000 $207.500 $345.500
$8.500
$691.000
Total $55.000 $365.000 $625.000 $1.045.000
3,6 24 41,5
$5.000
$120.000
$/a
$/a
$/a
$/a
69,1 hrs/a
¿Cuánto debo invertir para solucionar los problemas generados
por la no confiabilidad de los equipos?
“Una regla simple, no utilice más de lo que indican los números,
para poder tener el retorno en un año”

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ABB
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AWA2008
La planta espera 1,7 fallas/año generando un costo de
no confiabilidad de $1.045.000 por año. Se aprecia que
el área/proceso “C” genera el mayor problema (60% de
las pérdidas totales)
Ejemplos aplicados en plantas (cont)
=
=
=
=
=
−
=
−
−
¿Cuál es la probabilidad de operar la planta por 5 años
hasta la próxima parada de planta sin fallas?
=
=
= −
−

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ABB
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AWA2008
Resumen y Conclusiones
1. Aplicar un sistema basado en confiabilidad
maximiza los beneficios a través de la reducción
de costos por falla de activos
2. El motivo principal para aplicar un sistema
basado en confiabilidad se llama “DINERO”
3. Un sistema basado en confiabilidad optimiza los
esfuerzos de mantenimiento y los costos
4. Aplicar un sistema basado en confiabilidad ayuda
a determinar la política correcta de
mantenimiento y reducir el inventario de almacén
5. Un sistema basado en confiabilidad cuantifica los
riesgos en dinero a los que se expone la
organización
ABB
FULL SERVICE ABB es un excelente aliado para
ayudar a su planta a maximizar la
confiabilidad , disponibilidad y los
beneficios

43. ©
ABB
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AWA2008
Mensaje…
“Somos lo que hacemos día a día, de modo que la
EXCELENCIA no es un acto sino un hábito”
Aristóteles

44. ©
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AWA2008
Preguntas
MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN