por Michael Kelly, Allied PhotoChemical y David Hagood, Finishing Technology Solutions
Imagine poder eliminar casi todos los VOC (compuestos orgánicos volátiles) en el proceso de fabricación de tuberías y tubos, lo que equivale a 10.000 libras de VOC por año.Imagine también producir a velocidades más rápidas con mayor rendimiento y menos costo 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 formas:
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 anteriores del fabricante eran a base de agua, que tienen un alto contenido de COV y además son inflamables.La plataforma de recubrimiento sostenible que se implementó fue una tecnología de recubrimiento ultravioleta (UV) 100 % 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 estaba utilizando un proceso de recubrimiento a base de agua que dejó un desastre, como se muestra en las Imágenes 1a y 1b.El proceso no solo resultó en un desperdicio de materiales de revestimiento, sino que también creó un peligro en el piso del taller que aumentó la exposición a VOC y el peligro de incendio.Además, el cliente quería un rendimiento de recubrimiento mejorado en comparación con la operación actual de recubrimiento a base de agua.
Si bien muchos expertos de la industria compararán directamente los recubrimientos a base de agua con los recubrimientos UV, esta no es una comparación realista y puede resultar engañosa.El recubrimiento UV real es un subconjunto del proceso de recubrimiento UV.
Figura 1. Proceso de participación en el proyecto
Los rayos UV son un proceso
UV es un proceso que ofrece importantes ventajas ambientales, mejoras generales en el proceso, un mejor rendimiento del producto y, sí, ahorros en recubrimiento por pie lineal.Para implementar con éxito un proyecto de recubrimientos UV, el UV debe considerarse como un proceso con tres componentes principales: 1) el cliente, 2) el integrador del equipo de curado y aplicación de UV y 3) el socio tecnológico de recubrimientos.
Los tres son fundamentales para la planificación e implementación exitosa de un sistema de recubrimiento UV.Entonces, echemos un vistazo al 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 cualquier proyecto exitoso es tener pasos de participación claramente definidos, con flexibilidad incorporada y la capacidad de adaptarse a diferentes tipos de clientes y sus aplicaciones.Estas siete etapas de participación son la base para una participación exitosa del proyecto con el cliente: 1) discusión general del proceso;2) discusión sobre el retorno de la inversión;3) especificaciones del producto;4) especificación general del proceso;5) ensayos de muestra;6) RFQ/especificación general del proyecto;y 7) comunicación continua.
Estas etapas de participación pueden seguirse en serie, algunas pueden ocurrir al mismo tiempo o pueden intercambiarse, pero todas deben completarse.Esta flexibilidad incorporada proporciona las mayores posibilidades de éxito para los participantes.En algunos casos, puede ser mejor contratar a un experto en procesos UV como recurso con una valiosa experiencia en la industria en todas las formas de tecnología de recubrimiento, pero lo más importante, 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 información inicial sobre el proceso actual del cliente, con una definición clara del diseño actual y los aspectos positivos y negativos claramente definidos.En muchos casos, debe existir un acuerdo mutuo de confidencialidad (NDA).Luego, se deben identificar objetivos de mejora de procesos claramente definidos.Estos pueden incluir:
Sostenibilidad – Reducción de COV
Reducción y optimización de mano de obra
Calidad mejorada
Mayor velocidad de línea
Reducción de espacio
Revisión de los costes energéticos.
Mantenibilidad del sistema de recubrimiento – repuestos, etc.
A continuación, se definen métricas específicas basadas en estas mejoras de proceso identificadas.
Etapa 2. Discusión sobre el retorno de la inversión (ROI)
Es importante comprender el retorno de la inversión del proyecto en las etapas iniciales.Si bien no es necesario que el nivel de detalle sea el nivel necesario para la aprobación del proyecto, el cliente debe tener un esquema claro de los costos actuales.Estos deberían incluir el costo por producto, por pie lineal, etc.;los costos de energía;costos de propiedad intelectual (PI);costos de calidad;costos de operador/mantenimiento;costos de sostenibilidad;y costo de capital.(Para acceder a las calculadoras de ROI, consulte el final de este artículo).
Etapa 3. Discusión sobre las especificaciones del producto
Como ocurre con todos los productos fabricados hoy en día, las especificaciones básicas del producto se definen en las discusiones iniciales del proyecto.Con respecto a las aplicaciones de recubrimiento, estas especificaciones de productos 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 versus mañana".Es un acto de equilibrio entre comprender las especificaciones actuales del producto (que pueden no cumplirse con el recubrimiento actual) y definir necesidades futuras que sean realistas (lo que siempre es un acto de 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, junto con los aspectos positivos y negativos de las prácticas existentes.Es importante que el integrador de sistemas UV lo comprenda, de modo que las cosas que van bien y las que no se puedan considerar en el diseño del nuevo sistema UV.Aquí es donde el proceso UV ofrece ventajas significativas que pueden incluir una mayor velocidad de recubrimiento, menores requisitos de espacio en el piso y reducciones de temperatura y humedad (consulte la Figura 2).Se recomienda encarecidamente una visita conjunta a las instalaciones de fabricación del cliente y proporciona un excelente marco para comprender las necesidades y requisitos del cliente.
Etapa 5. Ejecuciones de demostración y prueba.
El cliente y el integrador de sistemas UV también deben visitar las instalaciones del proveedor de recubrimientos para permitir que todos participen en una simulación del proceso de recubrimiento UV del cliente.Durante este tiempo, surgirán muchas ideas y sugerencias nuevas a medida que se lleven a cabo 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 seguir adelante
Etapa 6. RFQ / 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 como se define en las discusiones del proceso.El documento debe incorporar las mejores prácticas identificadas por la empresa de tecnología de recubrimiento UV, que podrían incluir calentar el recubrimiento mediante un sistema térmico con camisa de agua hasta la punta de la pistola;calentamiento y agitación de bolsas;y básculas para medir el consumo de recubrimiento.
Etapa 7. Comunicación continua
Los medios de comunicación entre el cliente, el integrador de UV y la empresa de recubrimientos UV son fundamentales y deben fomentarse.La tecnología actual hace que sea muy conveniente programar y participar en llamadas regulares de tipo Zoom/conferencia.No debería haber sorpresas cuando se instale el equipo o sistema UV.
Resultados obtenidos por el fabricante de tuberías
Un área crítica a considerar en cualquier proyecto de recubrimiento UV es el ahorro de costos generales.En este caso, el fabricante obtuvo ahorros en varias áreas, incluidos costos de energía, costos de mano de obra y consumibles de recubrimiento.
Costos de energía: UV por microondas versus calentamiento por inducción
En los sistemas típicos de recubrimientos a base de agua, existe la necesidad de calentar el tubo antes o después de la inducción.Los calentadores de inducción son costosos, consumen mucha energía y pueden tener importantes problemas de mantenimiento.Además, la solución a base de agua requirió un uso de energía de calentador de inducción de 200 kw frente a los 90 kw utilizados por 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 ve en la Tabla 1, el fabricante de tuberías obtuvo 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
Los ahorros de costos por este consumo reducido de energía se estimaron basándose 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 por año (cinco días por 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 entidades de fabricación continúan evaluando sus costos laborales, el proceso UV ofrece ahorros únicos en relación con las horas de trabajo del operador y de mantenimiento.Con los recubrimientos a base de agua, el recubrimiento húmedo puede solidificarse aguas abajo en el equipo de manipulación de materiales, que eventualmente debe eliminarse.
Los operadores de la planta de fabricación consumieron un total de 28 horas por semana quitando/limpiando el recubrimiento a base de agua de su equipo de manipulación de materiales posterior.
Además del ahorro de costos (aproximadamente 28 horas de mano de obra x $36 [costo sobrecargado] por hora = $1008,00 por semana o $50 400 por año), los requisitos de mano de obra física para los operadores pueden ser frustrantes, consumir mucho tiempo y ser directamente peligrosos.
El cliente se centró en la limpieza del revestimiento para cada trimestre, con costos de mano de obra de $1900 por trimestre, más los costos de eliminación del revestimiento en los que se incurrió, para un total de $2500.El ahorro total por año equivalió a $10,000.
Ahorros en recubrimientos: a base de agua frente a UV
La producción de tubos en las instalaciones del cliente fue de 12.000 toneladas mensuales de tubos de 9,625 pulgadas de diámetro.En resumen, esto equivale aproximadamente a 570.000 pies lineales / ~ 12.700 piezas.El proceso de aplicación de la nueva tecnología de recubrimiento UV incluyó pistolas pulverizadoras de alto volumen y baja presión con un espesor objetivo típico de 1,5 mils.El curado se logró mediante el uso de lámparas de microondas UV Heraeus.Los ahorros en costos de recubrimientos y costos de transporte/manipulación interna se resumen en las Tablas 2 y 3.
Tabla 2. Comparación de costos de recubrimiento: recubrimientos UV versus recubrimientos a base de agua por pie lineal
Tabla 3. Ahorros adicionales por menores costos de transporte entrante y menor manejo de materiales en el sitio
Además, se pueden lograr ahorros adicionales en costos de material y mano de obra y eficiencias de 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 dedican menos tiempo a limpiar y mantener 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 %.
El equipo de proceso UV generalmente tiene un ciclo de lavado incorporado, que se rastrea y programa por horas de producción.Esto se puede ajustar según las necesidades del cliente, lo que resulta en una menor necesidad de mano de obra 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 recubrimientos UV permite a los fabricantes de tuberías eliminar prácticamente los VOC en sus operaciones de recubrimiento, al mismo tiempo 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, los ahorros totales del cliente superaron los $1,200,000 al año y eliminaron más de 154,000 libras de emisiones de COV.
Para obtener más información y acceder a calculadoras de ROI, visite www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/.Para obtener mejoras adicionales en el proceso y un ejemplo de calculadora de retorno de la inversión, visite www.uvebtechnology.com.
BARRA LATERAL
Sostenibilidad del proceso de recubrimiento UV / Ventajas ambientales:
Sin compuestos orgánicos volátiles (COV)
Sin contaminantes atmosféricos peligrosos (HAP)
No es inflamable
Sin disolventes, aguas ni rellenos.
Sin problemas de producción de humedad o temperatura.
Mejoras generales en el proceso ofrecidas por los recubrimientos UV:
Velocidades de producción rápidas de más de 800 a 900 pies por minuto, según el tamaño del producto.
Pequeña huella física de menos de 35 pies (longitud lineal)
Trabajo en proceso mínimo
Secado instantáneo sin requisitos de poscurado.
Sin problemas de recubrimiento húmedo posteriores
Sin ajuste de recubrimiento por problemas de temperatura o humedad
Sin manipulación/almacenamiento especial durante cambios de turno, mantenimiento o paradas de fin de semana
Reducción de los costos de mano de obra asociados con los operadores y el mantenimiento.
Capacidad para recuperar el exceso de rociado, volver a filtrar y reintroducir en el sistema de recubrimiento
Rendimiento mejorado del producto con recubrimientos UV:
Resultados mejorados de las pruebas de humedad.
Excelentes resultados de las pruebas de niebla salina
Capacidad para ajustar los atributos y el color del recubrimiento.
Capas transparentes, metálicos y colores disponibles.
Menores costos de recubrimiento por pie lineal, como lo muestra la calculadora de retorno de la inversión (ROI):
Hora de publicación: 14-dic-2023
