Por Michael Kelly, Allied PhotoChemical, y David Hagood, Finishing Technology Solutions.
Imagínese poder eliminar casi todos los COV (compuestos orgánicos volátiles) en el proceso de fabricación de tuberías, lo que equivale a decenas de miles de libras de COV al año. Imagínese 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 producción 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 velocidad de producción (más con menos)
Uso más eficiente del capital
Además, existen muchas combinaciones de lo anterior.
Recientemente, un fabricante líder de tubos implementó una nueva estrategia para sus operaciones de recubrimiento. Anteriormente, el fabricante utilizaba recubrimientos a base de agua, que presentan altos niveles de COV (compuestos orgánicos volátiles) 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 costes 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 materiales de recubrimiento, sino que también creaba un riesgo en la planta de producción, aumentando la exposición a compuestos orgánicos volátiles (COV) y el peligro de incendio. Además, el cliente solicitaba un recubrimiento con un rendimiento superior al del proceso actual a base de agua.
Si bien muchos expertos de la industria comparan directamente los recubrimientos a base de 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 luz ultravioleta es un proceso
El proceso UV ofrece importantes ventajas medioambientales, mejoras en el proceso general, un mejor rendimiento del producto y, sí, ahorros por metro lineal de recubrimiento. Para implementar con éxito un proyecto de recubrimiento UV, este debe considerarse como un proceso con tres componentes principales: 1) el cliente, 2) el integrador de equipos de aplicación y curado UV y 3) el socio tecnológico de 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 está liderado por el socio tecnológico de recubrimiento UV.
La clave para el éxito de cualquier proyecto reside en definir claramente las etapas de 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 de muestra; 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 como recurso, ya que 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 todos los problemas y actuar como un recurso neutral para evaluar de manera adecuada y justa las tecnologías de recubrimiento.
Etapa 1. Discusión general del proceso.
Aquí es donde se intercambia la información inicial sobre el proceso actual del cliente, con una definición clara de la estructura actual y de sus ventajas y desventajas. En muchos casos, se debe firmar un acuerdo de confidencialidad mutuo (NDA). A continuación, se deben identificar objetivos de mejora del proceso claramente definidos. Estos pueden incluir:
Sostenibilidad – Reducción de COV
Reducción y optimización de la mano de obra
Calidad mejorada
Mayor velocidad de línea
reducción de superficie habitable
Revisión de los costos de la energía
Mantenimiento 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 retorno de la inversión (ROI) del proyecto en sus etapas iniciales. Si bien el nivel de detalle no tiene que ser el requerido para la aprobación del proyecto, el cliente debe contar con un esquema claro de los costos actuales. Estos deben incluir el costo por producto, por metro lineal, etc.; costos de energía; costos de propiedad intelectual (PI); costos de calidad; costos de operación y mantenimiento; costos de sostenibilidad; y 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 lo que respecta 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 frente a mañana". Se trata de encontrar el equilibrio entre comprender las especificaciones actuales del producto (que quizás 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 fundamental para que el integrador de sistemas UV lo entienda, de modo que pueda considerar tanto los aspectos positivos como los negativos al diseñar el nuevo sistema UV. Aquí es donde el proceso UV ofrece ventajas significativas, como una mayor velocidad de recubrimiento, una menor necesidad de espacio y una reducción de la temperatura y la humedad (véase la Figura 2). Se recomienda encarecidamente una visita conjunta a la planta de fabricación del cliente, ya que proporciona un excelente marco para comprender sus necesidades y requisitos.
Etapa 5. Demostración y ensayos.
El cliente y el integrador de sistemas UV también deberían visitar las instalaciones del proveedor de recubrimientos para que todos puedan participar en una simulación del proceso de recubrimiento UV del cliente. Durante este tiempo, surgirán muchas ideas y sugerencias nuevas a medida que se desarrollen las siguientes actividades:
Simulación, muestras y pruebas
Comparación mediante pruebas de productos de recubrimiento de la competencia
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, tal como se definieron en las discusiones del 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 por camisa de agua hasta la punta de la pistola; el calentamiento y la 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 enormemente la programación y participación en videoconferencias o llamadas regulares por Zoom. De esta manera, 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 de costos general. En este caso, el fabricante logró ahorros en varias áreas, incluyendo costos de energía, mano de obra y consumibles para recubrimientos.
Costes energéticos: Calefacción UV mediante microondas frente a calefacción por inducción.
En los sistemas de recubrimiento típicos a base de agua, es necesario precalentar o postcalentar el tubo por inducción. Los calentadores por inducción son costosos, consumen mucha energía y pueden presentar problemas de mantenimiento importantes. Además, la solución a base de agua requería un consumo energético de 200 kW para el calentador por inducción, en comparación con 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 de microondas UV de 10 lámparas frente a un sistema de calentamiento por inducción.
Como se puede observar en la Tabla 1, el fabricante de tuberías logró ahorros superiores a 100 kW por hora tras implementar la tecnología de recubrimiento UV, al tiempo que redujo los costos de energía en más de 71 000 dólares al año.
Figura 3. Ilustración del ahorro anual en costes de electricidad.
El ahorro de costes derivado de esta reducción del consumo energético se estimó en función de un coste estimado de la electricidad de 14,33 céntimos/kWh. La reducción de 100 kW/hora en el consumo energético, calculada en dos turnos durante 50 semanas al año (cinco días a la semana, 20 horas por turno), supone un ahorro de 71.650 dólares, como se ilustra en la Figura 3.
Reducción de costes laborales: operadores y mantenimiento
A medida que las empresas manufactureras siguen evaluando sus costos laborales, el proceso UV ofrece ahorros únicos en lo que respecta a las horas de trabajo de los operarios y del personal de mantenimiento. Con los recubrimientos a base de agua, el recubrimiento húmedo puede solidificarse posteriormente en los equipos de manipulación de materiales, lo que obliga a su posterior 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 sus equipos de manipulación de materiales posteriores.
Además del ahorro de costes (un estimado de 28 horas de trabajo x 36 dólares [coste indirecto] por hora = 1.008,00 dólares por semana o 50.400 dólares por año), los requisitos de trabajo físico para los operarios pueden ser frustrantes, consumir mucho tiempo y ser francamente peligrosos.
El cliente planificó la limpieza del recubrimiento trimestralmente, con costos laborales de $1,900 por trimestre, más los costos de remoción del recubrimiento incurridos, para un total de $2,500. El ahorro total anual fue de $10,000.
Ahorro en recubrimientos: a base de agua frente a UV
La producción de tuberías 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 costos de transporte/manipulación interna se resumen en las Tablas 2 y 3.
Tabla 2. Comparación de costos de recubrimientos: recubrimientos UV frente a recubrimientos a base de agua por pie lineal.
Tabla 3. Ahorros adicionales derivados de menores costos de transporte de entrada y 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 reciclables (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, ya que el recubrimiento UV no se seca a menos que se exponga a energía UV de alta intensidad.
La velocidad de producción es mayor, y el cliente tiene la posibilidad de aumentarla de 100 pies por minuto a 150 pies por minuto, lo que supone un incremento del 50 %.
Los equipos de procesamiento UV suelen incluir un ciclo de lavado integrado, que se monitoriza y programa según las horas de producción. Este ciclo 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 logró 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 puede observar en la Figura 4.
Figura 4. Reducción de COV como resultado de la aplicación del recubrimiento UV.
Conclusión
La tecnología de recubrimientos UV permite a los fabricantes de tuberías eliminar prácticamente los COV en sus procesos 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 las calculadoras de ROI, visite www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Para obtener información sobre mejoras de procesos adicionales y un ejemplo de calculadora de ROI, visite www.uvebtechnology.com.
BARRA LATERAL
Sostenibilidad del proceso de recubrimiento UV / Ventajas medioambientales:
Sin compuestos orgánicos volátiles (COV)
Sin contaminantes atmosféricos peligrosos (HAPs)
Ininflamable
Sin disolventes, agua ni cargas.
No hay problemas de producción relacionados con la humedad o la temperatura.
Mejoras generales en los procesos que ofrecen los recubrimientos UV:
Velocidades de producción rápidas de hasta 800 a 900 pies por minuto, dependiendo del tamaño del producto.
Ocupa poco espacio físico, con una longitud lineal inferior a 35 pies.
Trabajo mínimo en curso
Secado instantáneo sin necesidad de postcurado.
No hay problemas de recubrimiento húmedo aguas abajo
No se requiere ajuste del recubrimiento por 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 operarios y al mantenimiento.
Capacidad para recuperar el exceso de pulverización, volver a filtrarlo y reintroducirlo en el sistema de recubrimiento.
Mejora del rendimiento del producto con recubrimientos UV:
Mejores resultados en las pruebas de humedad
Excelentes resultados en las pruebas de niebla salina.
Capacidad para ajustar los atributos y el color del recubrimiento.
Disponibles barnices transparentes, acabados metalizados y colores.
Menores costes de recubrimiento por metro lineal, como muestra la calculadora de ROI:
Fecha de publicación: 14 de diciembre de 2023
