Por Michael Kelly, de Allied PhotoChemical, y David Hagood, de Finishing Technology Solutions
Imagine poder eliminar casi todos los COV (compuestos orgánicos volátiles) del proceso de fabricación de tuberías, lo que equivale a decenas de miles de libras de COV al año. Imagine también producir a mayor velocidad, con mayor rendimiento y menor costo por pieza/metro 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
Menor consumo de energía
Fuerza laboral optimizada
Mayor productividad (más con menos)
Un 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. Anteriormente, utilizaba recubrimientos a base de agua, los cuales presentan un alto contenido de COV y, además, son inflamables. La plataforma de recubrimiento sostenible implementada fue una tecnología de recubrimiento ultravioleta (UV) 100% sólida. 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 generaba residuos, como se muestra en las imágenes 1a y 1b. Este proceso no solo desperdiciaba material de recubrimiento, sino que también creaba un riesgo en la planta de producción, aumentando la exposición a compuestos orgánicos volátiles (COV) y el riesgo de incendio. Además, el cliente solicitaba un mejor rendimiento del recubrimiento en comparación con el proceso actual de recubrimiento a base de agua.
Si bien muchos expertos del sector comparan directamente los recubrimientos base agua con los recubrimientos UV, esta comparación no es realista y puede resultar engañosa. El recubrimiento UV propiamente dicho es solo una parte del proceso de recubrimiento UV.
Figura 1. Proceso de participación en el proyecto
La radiación UV es un proceso
La tecnología UV ofrece importantes ventajas medioambientales, mejoras generales del proceso, un mejor rendimiento del producto y, por supuesto, ahorros por metro lineal de recubrimiento. Para implementar con éxito un proyecto de recubrimientos UV, es fundamental considerar este proceso como uno compuesto por tres elementos principales: 1) el cliente, 2) el integrador de equipos de aplicación y curado UV y 3) el socio tecnológico en recubrimientos.
Estos tres aspectos son fundamentales para la planificación e implementación exitosas de un sistema de recubrimiento UV. Por lo tanto, analicemos el proceso general de participación en el proyecto (Figura 1). En la mayoría de los casos, este esfuerzo lo lidera el socio tecnológico de recubrimiento UV.
La clave del éxito de cualquier proyecto reside en definir claramente las etapas de la colaboración, con flexibilidad integrada y capacidad de adaptación a los distintos tipos de clientes y sus aplicaciones. Estas siete etapas constituyen la base para una colaboración exitosa con el cliente: 1) análisis del proceso general; 2) análisis del retorno de la inversión (ROI); 3) especificaciones del producto; 4) especificación del proceso general; 5) pruebas piloto; 6) solicitud de presupuesto (RFQ) / especificación general del proyecto; y 7) comunicación continua.
Estas etapas de participación pueden seguirse secuencialmente, algunas pueden ocurrir simultáneamente o intercambiarse, pero todas deben completarse. Esta flexibilidad inherente ofrece la mayor probabilidad de éxito para los participantes. En algunos casos, puede ser conveniente contar con un experto en procesos UV, quien posee una valiosa experiencia en la industria en todas las formas de tecnología de recubrimiento, pero sobre todo, una sólida experiencia en procesos UV. Este experto puede abordar todas las cuestiones y actuar como un recurso neutral para evaluar de manera adecuada e imparcial las tecnologías de recubrimiento.
Etapa 1. Discusión general del proceso
Aquí se intercambia información inicial sobre el proceso actual del cliente, definiendo claramente su estructura actual y especificando sus ventajas y desventajas. En muchos casos, conviene establecer un acuerdo de confidencialidad mutuo. A continuación, 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 planta
Revisión de los costos de energía
Mantenibilidad del sistema de recubrimiento: piezas de repuesto, etc.
A continuación, se definen métricas específicas basadas en estas mejoras de proceso identificadas.
Etapa 2. Análisis del retorno de la inversión (ROI).
Es importante comprender el retorno de la inversión (ROI) del proyecto en sus etapas iniciales. Si bien no es necesario que el nivel de detalle sea el requerido para la aprobación del proyecto, el cliente debe tener un resumen claro de los costos actuales. Estos deben incluir el costo por producto, por metro lineal, etc.; los costos de energía; los costos de propiedad intelectual (PI); los costos de calidad; los costos de operación y mantenimiento; los costos de sostenibilidad; y el costo de capital. (Para acceder a calculadoras de ROI, consulte el final de este artículo).
Etapa 3. Discusión sobre las especificaciones del producto
Como ocurre con cualquier producto fabricado hoy en día, las especificaciones básicas se definen en las conversaciones iniciales del proyecto. En el caso de los recubrimientos, 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 «el presente frente al futuro». Se trata de un equilibrio entre comprender las especificaciones actuales del producto (que tal vez no se cumplan con el recubrimiento actual) y definir necesidades futuras realistas (lo cual siempre implica 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 las ventajas y desventajas de las prácticas existentes. Esto es importante para que el integrador de sistemas UV pueda considerar los aspectos positivos y negativos en el diseño del nuevo sistema. Aquí es donde el proceso UV ofrece ventajas significativas, como una mayor velocidad de recubrimiento, menores requisitos de espacio y 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 un marco excelente para comprender sus necesidades y requisitos.
Etapa 5. Demostración y ensayos
El cliente y el integrador de sistemas UV también deberán visitar las instalaciones del proveedor de recubrimientos para que todos puedan participar en una simulación del proceso de recubrimiento UV del cliente. Durante esta visita, surgirán muchas ideas y sugerencias nuevas a medida que se realicen las siguientes actividades:
Simulación, muestras y ensayos
Comparativa mediante pruebas de productos de recubrimiento de la competencia
Revisar las mejores prácticas
Revisar los procedimientos de certificación de calidad
Conozca a los integradores de UV
Elaborar un plan de acción detallado para avanzar
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 se define 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; calentamiento y agitación del contenedor; y básculas para medir el consumo de recubrimiento.
Etapa 7. Comunicación continua
La comunicación entre el cliente, el integrador de UV y la empresa de recubrimientos UV es fundamental y debe fomentarse. La tecnología actual facilita la programación y participación en videoconferencias o llamadas periódicas por Zoom. No debería haber sorpresas durante la instalación del equipo o sistema UV.
Resultados obtenidos por el fabricante de tuberías
Un aspecto fundamental a considerar en cualquier proyecto de recubrimiento UV es el ahorro total de costes. En este caso, el fabricante logró ahorros en diversas áreas, incluyendo costes energéticos, costes laborales y consumibles de recubrimiento.
Costes energéticos: calentamiento por microondas frente a calentamiento por inducción
En los sistemas de recubrimientos acuosos convencionales, se requiere un precalentamiento o postcalentamiento por inducción del tubo. Los calentadores por inducción son costosos, consumen mucha energía y pueden presentar importantes problemas de mantenimiento. Además, la solución acuosa requería un consumo energético de 200 kW para el calentador por inducción, frente a los 90 kW que consumen las lámparas UV de microondas.
Tabla 1. Ahorro de costes superior a 100 kW/hora mediante el uso de un sistema UV de microondas de 10 lámparas frente a un sistema de calentamiento por inducción.
Como se observa en la Tabla 1, el fabricante de tuberías logró ahorros superiores a 100 kW por hora tras la implementación de la tecnología de recubrimiento UV, al tiempo que redujo los costos de energía en más de 71.000 dólares anuales.
Figura 3. Ilustración del ahorro anual en costos de electricidad.
El ahorro derivado de esta reducción en el consumo energético se estimó con base en un costo estimado de electricidad de 14,33 centavos/kWh. La reducción de 100 kWh/hora en el consumo de energía, calculada en dos turnos durante 50 semanas al año (cinco días por semana, 20 horas por turno), genera 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 siguen evaluando sus costos laborales, el proceso UV ofrece ahorros significativos en cuanto a las horas de trabajo de los operarios y del personal de mantenimiento. Con los recubrimientos a base de agua, la capa húmeda puede solidificarse en los equipos de manipulación de materiales, lo que eventualmente requiere su eliminación.
Los operarios de la planta de fabricación dedicaban un total de 28 horas semanales a retirar/limpiar el revestimiento a base de agua de los equipos de manipulación de materiales posteriores.
Además del ahorro de costes (un estimado de 28 horas de trabajo x 36 dólares [coste total] por hora = 1.008,00 dólares por semana o 50.400 dólares por año), los requisitos de trabajo físico para los operadores pueden ser frustrantes, consumir mucho tiempo y ser francamente peligrosos.
El cliente tenía previsto realizar una limpieza de revestimientos cada trimestre, con un coste laboral de 1.900 dólares por trimestre, más los costes de eliminación de revestimientos incurridos, por un total de 2.500 dólares. El ahorro total anual ascendió a 10.000 dólares.
Ahorro en recubrimientos: Base agua vs. UV
La producción de tubería en las instalaciones del cliente fue de 12 000 toneladas mensuales de tubería de 9,625 pulgadas de diámetro. En resumen, esto equivale a aproximadamente 570 000 pies lineales / ~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 mils. El curado se realizó mediante lámparas de microondas UV Heraeus. Los ahorros en costos de recubrimiento y de transporte/manipulación interna se resumen en las tablas 2 y 3.
Tabla 2. Comparación de costos de recubrimiento: recubrimientos UV frente a recubrimientos a base de agua por pie lineal
Tabla 3. Ahorros adicionales derivados de la reducción de los costes de transporte de entrada y la menor manipulación de materiales en obra.
Además, se pueden lograr ahorros adicionales en costos de materiales y mano de obra, así como mejoras en la eficiencia de 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 operarios dedican menos tiempo a la limpieza y el mantenimiento de los equipos 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 aumentarlas de 100 pies por minuto a 150 pies por minuto, lo que supone un incremento del 50%.
Los equipos de tratamiento UV suelen incorporar un ciclo de limpieza interno, programado y monitorizado según las horas de producción. Este ciclo se puede ajustar a 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 costes de 1.277.400 dólares al año.
reducción de COV
La implementación de la tecnología de recubrimiento UV también redujo los COV, como se observa en la Figura 4.
Figura 4. Reducción de COV como resultado de la implementación del recubrimiento UV
Conclusión
La tecnología de recubrimientos UV permite a los fabricantes de tuberías eliminar prácticamente 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 costes. Como se detalla en este artículo, el ahorro total del cliente superó los 1.200.000 dólares anuales, además de eliminar más de 70.000 kg de emisiones de COV.
Para obtener más información y acceder a calculadoras de ROI, visite www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Para conocer otras mejoras en el proceso y un ejemplo de calculadora de ROI, visite www.uvebtechnology.com.
BARRA LATERAL
Sostenibilidad del proceso de recubrimiento UV / Ventajas ambientales:
Sin compuestos orgánicos volátiles (COV)
Sin contaminantes atmosféricos peligrosos (CAP)
Ininflamable
Sin disolventes, aguas ni rellenos.
Sin problemas de producción relacionados con la humedad o la temperatura
Mejoras generales del proceso que ofrecen los recubrimientos UV:
Velocidades de producción rápidas de hasta 800 a 900 pies por minuto, dependiendo del tamaño del producto.
Pequeña huella física de menos de 35 pies (longitud lineal)
Trabajo mínimo en proceso
Secado instantáneo sin necesidad de curado posterior
Sin problemas de recubrimiento húmedo aguas abajo
No se requiere ajuste del recubrimiento para compensar problemas de temperatura o humedad.
No se requiere manipulación ni almacenamiento especial durante los cambios de turno, el mantenimiento o los cierres de fin de semana.
Reducción de los costes laborales asociados a los operadores y al mantenimiento
Capacidad para recuperar el exceso de pulverización, refiltrarlo y reintroducirlo en el sistema de recubrimiento.
Mejora del rendimiento del producto con recubrimientos UV:
Mejora de los resultados de las pruebas de humedad
Excelentes resultados de las pruebas de niebla salina
Capacidad para ajustar las características y el color del recubrimiento.
Barnices transparentes, metalizados y colores disponibles
Menores costos de recubrimiento por pie lineal, como lo muestra la calculadora de ROI:
Fecha de publicación: 14 de diciembre de 2023
