Por Michael Kelly, Allied PhotoChemical, y David Hagood, Finishing Technology Solutions
Imagine poder eliminar casi todos los COV (compuestos orgánicos volátiles) en el proceso de fabricación de tuberías y tubos, lo que equivale a decenas de miles de libras de COV al año. Imagine también producir a mayor velocidad, con mayor productividad y un menor coste por pieza/pie lineal.
Los procesos de fabricación sostenibles son clave para impulsar una fabricación más eficiente y optimizada en el mercado norteamericano. La sostenibilidad se puede medir de diversas maneras:
Reducción de COV
Menos consumo de energía
Fuerza laboral optimizada
Producción manufacturera más rápida (más con menos)
Uso más eficiente del capital
Además, muchas combinaciones de lo anterior.
Recientemente, un fabricante líder de tubos implementó una nueva estrategia para sus operaciones de recubrimiento. Las plataformas de recubrimiento que utilizaba anteriormente eran a base de agua, con alto contenido de COV y además inflamables. La plataforma de recubrimiento sostenible implementada fue una tecnología de recubrimiento ultravioleta (UV) con 100 % de sólidos. En este artículo, se resumen el problema inicial del cliente, el proceso de recubrimiento UV, las mejoras generales del proceso, el ahorro de costos y la reducción de COV.
Operaciones de recubrimiento en la fabricación de tubos
El fabricante utilizaba un proceso de recubrimiento a base de agua que dejaba residuos, como se muestra en las imágenes 1a y 1b. El proceso no solo generaba desperdicio de materiales de recubrimiento, sino que también creaba un riesgo en el taller que aumentaba la exposición a COV y el riesgo de incendio. Además, el cliente buscaba un mejor rendimiento del recubrimiento en comparación con el proceso actual de recubrimiento a base de agua.
Aunque muchos expertos de la industria comparan directamente los recubrimientos a base de agua con los recubrimientos UV, esta comparación no es realista y puede ser engañosa. El recubrimiento UV en sí es un subconjunto del proceso de recubrimiento UV.
Figura 1. Proceso de participación en el proyecto
La luz ultravioleta es un proceso
El proceso UV ofrece importantes ventajas ambientales, mejoras generales del proceso, un mayor rendimiento del producto y, por supuesto, ahorros en el recubrimiento por pie lineal. Para implementar con éxito un proyecto de recubrimiento UV, este debe considerarse un proceso con tres componentes principales: 1) el cliente, 2) el integrador del equipo de aplicación y curado UV, y 3) el socio tecnológico de recubrimientos.
Estos tres factores son fundamentales para la planificación e implementación exitosas de un sistema de recubrimiento UV. Analicemos el proceso general de participación en el proyecto (Figura 1). En la mayoría de los casos, esta iniciativa la lidera el socio tecnológico de recubrimiento UV.
La clave del éxito de cualquier proyecto reside en definir claramente las etapas de participación, con flexibilidad y capacidad de adaptación a diferentes tipos de clientes y sus aplicaciones. Estas siete etapas de participación son la base para una interacción exitosa con el cliente: 1) análisis del proceso general; 2) análisis del ROI; 3) especificaciones del producto; 4) especificación del proceso general; 5) ensayos de muestra; 6) solicitud de presupuesto/especificación general del proyecto; y 7) comunicación continua.
Estas etapas de participación pueden seguirse en serie, algunas pueden ocurrir simultáneamente o pueden intercambiarse, pero todas deben completarse. Esta flexibilidad inherente ofrece las mayores probabilidades de éxito a los participantes. En algunos casos, puede ser recomendable contratar a un experto en procesos UV como recurso con valiosa experiencia en la industria en todas las formas de tecnología de recubrimiento, pero sobre todo, con una sólida experiencia en procesos UV. Este experto puede abordar todos los problemas y actuar como un recurso neutral para evaluar de forma adecuada y justa las tecnologías de recubrimiento.
Etapa 1. Discusión general del proceso
Aquí es donde se intercambia información inicial sobre el proceso actual del cliente, con una definición clara de la estructura actual y de los aspectos positivos y negativos. En muchos casos, se debe establecer un acuerdo mutuo de confidencialidad (NDA). Posteriormente, se deben definir claramente los objetivos de mejora del proceso. Estos pueden incluir:
Sostenibilidad – Reducción de COV
Reducción y optimización de la mano de obra
Calidad mejorada
Mayor velocidad de línea
Reducción del espacio en el suelo
Revisión de los costos de energía
Mantenibilidad del sistema de recubrimiento – repuestos, etc.
A continuación, se definen métricas específicas en función de estas mejoras de proceso identificadas.
Etapa 2. Análisis del retorno de la inversión (ROI)
Es importante comprender el ROI del proyecto desde las etapas iniciales. Si bien el nivel de detalle no necesariamente debe ser el necesario para la aprobación del proyecto, el cliente debe tener una visión clara de los costos actuales. Estos deben incluir el costo por producto, por pie lineal, etc.; costos de energía; costos de propiedad intelectual (PI); costos de calidad; costos de operación/mantenimiento; costos de sostenibilidad; y costo de capital. (Para acceder a las calculadoras de ROI, consulte el final de este artículo).
Etapa 3. Discusión de las especificaciones del producto
Como ocurre con todos los productos fabricados hoy en día, las especificaciones básicas se definen en las conversaciones iniciales del proyecto. En cuanto a las aplicaciones de recubrimiento, estas especificaciones han evolucionado con el tiempo para satisfacer las necesidades de producción y, por lo general, no se cumplen con el proceso de recubrimiento actual del cliente. Lo llamamos "hoy vs. mañana". Se trata de un equilibrio entre comprender las especificaciones actuales del producto (que podrían no cumplirse con el recubrimiento actual) y definir necesidades futuras realistas (lo cual siempre es un equilibrio).
Etapa 4. Especificaciones generales del proceso
Figura 2. Mejoras de proceso disponibles al pasar de un proceso de recubrimientos a base de agua a un proceso de recubrimientos UV
El cliente debe comprender y definir completamente el proceso actual, así como los aspectos positivos y negativos de las prácticas existentes. Es importante que el integrador de sistemas UV comprenda esto para que pueda considerar los aspectos positivos y negativos en el diseño del nuevo sistema UV. En este sentido, el proceso UV ofrece ventajas significativas, como una mayor velocidad de recubrimiento, menores requisitos de espacio y una reducción de la temperatura y la humedad (véase la Figura 2). Se recomienda encarecidamente una visita conjunta a las instalaciones de fabricación del cliente, ya que proporciona una base sólida para comprender sus necesidades y requisitos.
Etapa 5. Demostraciones y pruebas
El cliente y el integrador de sistemas UV también deben visitar las instalaciones del proveedor de recubrimientos para que todos participen en una simulación del proceso de recubrimiento UV del cliente. Durante este tiempo, surgirán nuevas ideas y sugerencias a medida que se realicen las siguientes actividades:
Simulación, muestras y pruebas
Punto de referencia mediante pruebas de productos de recubrimiento competitivos
Revisar las mejores prácticas
Revisar los procedimientos de certificación de calidad
Conozca a los integradores UV
Desarrollar un plan de acción detallado para el futuro
Etapa 6. Solicitud de cotización / Especificación general del proyecto
El documento de solicitud de cotización del cliente debe incluir toda la información y los requisitos relevantes para la nueva operación de recubrimiento UV, según lo definido en las conversaciones sobre el proceso. El documento debe incorporar las mejores prácticas identificadas por la empresa de tecnología de recubrimiento UV, que podrían incluir el calentamiento del recubrimiento mediante un sistema de calentamiento con camisa de agua hasta la punta de la pistola; el calentamiento y agitación del contenedor; y básculas para medir el consumo de recubrimiento.
Etapa 7. Comunicación continua
La comunicación entre el cliente, el integrador UV y la empresa de recubrimientos UV es fundamental y debe fomentarse. La tecnología actual facilita enormemente la programación y participación en llamadas regulares por Zoom o videoconferencia. No debería haber sorpresas durante la instalación del equipo o sistema UV.
Resultados obtenidos por el fabricante de tuberías
Un aspecto crítico a considerar en cualquier proyecto de recubrimiento UV es el ahorro general de costos. En este caso, el fabricante logró ahorros en varias áreas, incluyendo costos de energía, mano de obra y consumibles de recubrimiento.
Costos de energía: calentamiento por microondas UV vs. calentamiento por inducción
En los sistemas típicos de recubrimiento a base de agua, se requiere un calentamiento del tubo antes o después de la inducción. Los calentadores de inducción son caros, consumen mucha energía y pueden presentar importantes problemas de mantenimiento. Además, la solución a base de agua requería un consumo de energía de 200 kW, frente a los 90 kW de las lámparas UV de microondas.
Tabla 1. Ahorro de costos de más de 100 kw/hora al utilizar un sistema UV de microondas de 10 lámparas frente a un sistema de calentamiento por inducción
Como se ve en la Tabla 1, el fabricante de tuberías logró ahorros de más de 100 kw por hora después de implementar la tecnología de recubrimiento UV, al tiempo que redujo los costos de energía en más de $71,000 por año.
Figura 3. Ilustración del ahorro anual en costos de electricidad
El ahorro en costos por esta reducción en el consumo de energía se estimó con base en un costo estimado de electricidad de 14,33 centavos/kWh. La reducción de 100 kW/hora en el consumo de energía, calculada en dos turnos durante 50 semanas al año (cinco días a la semana, 20 horas por turno), resulta en un ahorro de $71,650, como se ilustra en la Figura 3.
Reducción de costos laborales: operadores y mantenimiento
A medida que las empresas manufactureras continúan evaluando sus costos laborales, el proceso UV ofrece ahorros únicos en horas de operación y mantenimiento. Con recubrimientos a base de agua, el recubrimiento húmedo puede solidificarse aguas abajo en el equipo de manejo de materiales, que eventualmente debe retirarse.
Los operadores de la planta de fabricación consumieron un total de 28 horas por semana para retirar y limpiar el revestimiento a base de agua de su equipo de manipulación de materiales aguas abajo.
Además del ahorro de costos (aproximadamente 28 horas de trabajo x $36 [costo de carga] por hora = $1,008.00 por semana o $50,400 por año), los requisitos de trabajo físico para los operadores pueden ser frustrantes, consumir mucho tiempo y ser absolutamente peligrosos.
El cliente se propuso la limpieza del recubrimiento trimestral, con un costo de mano de obra de $1,900 por trimestre, más los costos de remoción del recubrimiento, para un total de $2,500. El ahorro total anual fue de $10,000.
Ahorro en recubrimientos: a base de agua vs. UV
La producción de tuberías en las instalaciones del cliente fue de 12 000 toneladas mensuales de tubos de 9,625 pulgadas de diámetro. En resumen, esto equivale a aproximadamente 570 000 pies lineales (aproximadamente 12 700 piezas). El proceso de aplicación de la nueva tecnología de recubrimiento UV incluyó pistolas de pulverización de alto volumen y baja presión con un espesor objetivo típico de 1,5 milésimas de pulgada. El curado se realizó mediante lámparas de microondas UV de Heraeus. Los ahorros en costos de recubrimiento y costos de transporte y manipulación interna se resumen en las Tablas 2 y 3.
Tabla 2. Comparación de costos de recubrimiento: recubrimientos UV vs. recubrimientos a base de agua por pie lineal
Tabla 3. Ahorros adicionales derivados de menores costos de transporte entrante y menor manipulación de materiales en el sitio
Además, se pueden lograr ahorros adicionales en costos de material y mano de obra y mayor eficiencia en la producción.
Los recubrimientos UV son recuperables (los recubrimientos a base de agua no lo son), lo que permite una eficiencia de al menos el 96%.
Los operadores pasan menos tiempo limpiando y manteniendo el equipo de aplicación porque el recubrimiento UV no se seca a menos que se exponga a energía UV de alta intensidad.
Las velocidades de producción son más rápidas y el cliente tiene el potencial de aumentar las velocidades de producción de 100 pies por minuto a 150 pies por minuto, un aumento del 50%.
Los equipos de proceso UV suelen contar con un ciclo de lavado integrado, que se rastrea y programa según las horas de producción. Este se puede ajustar según las necesidades del cliente, lo que reduce la necesidad de personal para la limpieza del sistema.
En este ejemplo, el cliente obtuvo un ahorro de costos de $1,277,400 por año.
Reducción de COV
La implementación de la tecnología de recubrimiento UV también redujo los COV, como se ve en la Figura 4.
Figura 4. Reducción de COV como resultado de la implementación del recubrimiento UV
Conclusión
La tecnología de recubrimiento UV permite a los fabricantes de tuberías eliminar prácticamente todos los COV en sus operaciones de recubrimiento, a la vez que ofrece un proceso de fabricación sostenible que mejora la productividad y el rendimiento general del producto. Los sistemas de recubrimiento UV también generan importantes ahorros de costos. Como se describe en este artículo, el ahorro total del cliente superó los $1,200,000 anuales, además de eliminar más de 154,000 libras de emisiones de COV.
Para obtener más información y acceder a las calculadoras de ROI, visite www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Para obtener información sobre mejoras de proceso adicionales y un ejemplo de calculadora de ROI, visite www.uvebtechnology.com.
BARRA LATERAL
Ventajas medioambientales y de sostenibilidad del proceso de recubrimiento UV:
Sin compuestos orgánicos volátiles (COV)
Sin contaminantes atmosféricos peligrosos (HAP)
Ininflamable
Sin disolventes, aguas ni rellenos.
Sin problemas de producción de humedad o temperatura.
Mejoras generales del proceso que ofrecen los recubrimientos UV:
Velocidades de producción rápidas de más de 800 a 900 pies por minuto, dependiendo del tamaño del producto.
Huella física pequeña de menos de 35 pies (longitud lineal)
Trabajo en proceso mínimo
Secado instantáneo sin necesidad de curado posterior.
Sin problemas de recubrimiento húmedo aguas abajo
Sin ajuste de recubrimiento por problemas de temperatura o humedad.
No se requiere manipulación ni almacenamiento especial durante cambios de turno, mantenimiento o paradas de fin de semana.
Reducción de los costos de mano de obra asociados a operadores y mantenimiento
Capacidad de recuperar el exceso de pulverización, volver a filtrarlo y reintroducirlo en el sistema de recubrimiento.
Rendimiento mejorado del producto con recubrimientos UV:
Resultados mejorados de las pruebas de humedad
Resultados de las pruebas de gran niebla salina
Capacidad de ajustar los atributos y el color del recubrimiento.
Barnices transparentes, metalizados y colores disponibles.
Costos de recubrimiento por pie lineal más bajos como lo muestra la calculadora de ROI:
Hora de publicación: 14 de diciembre de 2023
