per Michael Kelly, Allied PhotoChemical, i David Hagood, Solucions tecnològiques d'acabat
Imagineu poder eliminar gairebé tots els COV (compostos orgànics volàtils) en el procés de fabricació de canonades i tubs, equivalent a 10.000 lliures de COV per any. Imagineu també produir a velocitats més ràpides amb més rendiment i menys cost per part/peu lineal.
Els processos de fabricació sostenibles són clau per conduir cap a una fabricació més eficient i optimitzada al mercat nord-americà. La sostenibilitat es pot mesurar de diverses maneres:
Reducció de COV
Menys consum d'energia
Personal laboral optimitzat
Sortida de fabricació més ràpida (més amb menys)
Ús més eficient del capital
A més, moltes combinacions de les anteriors
Recentment, un fabricant líder de tubs va implementar una nova estratègia per a les seves operacions de recobriment. Les plataformes de recobriment anteriors del fabricant eren a base d'aigua, que tenen un alt contingut de COV i també són inflamables. La plataforma de recobriment sostenible que es va implementar va ser una tecnologia de recobriment ultraviolat (UV) 100% sòlid. En aquest article, es resumeixen el problema inicial del client, el procés de recobriment UV, les millores generals del procés, l'estalvi de costos i la reducció de VOC.
Operacions de recobriment en la fabricació de tubs
El fabricant utilitzava un procés de recobriment a base d'aigua que deixava un embolic, tal com es mostra a les imatges 1a i 1b. El procés no només va provocar un malbaratament de materials de recobriment, sinó que també va crear un perill al taller que augmentava l'exposició a COV i el perill d'incendi. A més, el client volia un rendiment de recobriment millorat en comparació amb l'operació actual de recobriment a base d'aigua.
Tot i que molts experts de la indústria compararan directament els recobriments a base d'aigua amb els recobriments UV, aquesta no és una comparació realista i pot ser enganyosa. El recobriment UV real és un subconjunt del procés de recobriments UV.
Figura 1. Procés de participació del projecte
UV és un procés
La UV és un procés que ofereix avantatges ambientals significatius, millores generals del procés, millora del rendiment del producte i, sí, estalvis per recobriment de peu lineal. Per implementar amb èxit un projecte de recobriments UV, la UV s'ha de veure com un procés amb tres components principals: 1) el client, 2) l'integrador d'equips d'aplicació i curació UV i 3) el soci tecnològic de recobriments.
Tots tres són crítics per a la planificació i implementació reeixides d'un sistema de recobriment UV. Per tant, fem una ullada al procés global de participació del projecte (figura 1). En la majoria dels casos, aquest esforç està liderat pel soci tecnològic de recobriment UV.
La clau de qualsevol projecte reeixit és tenir passos de compromís clarament definits, amb flexibilitat integrada i capacitat d'adaptar-se a diferents tipus de clients i les seves aplicacions. Aquestes set etapes de participació són la base per a un compromís exitós del projecte amb el client: 1) discussió global del procés; 2) discussió sobre el ROI; 3) especificacions del producte; 4) especificació global del procés; 5) assaigs de mostra; 6) RFQ / especificació global del projecte; i 7) comunicació continuada.
Aquestes etapes de compromís es poden seguir en sèrie, algunes poden ocórrer al mateix temps o es poden intercanviar, però totes s'han de completar. Aquesta flexibilitat integrada proporciona la major possibilitat d'èxit per als participants. En alguns casos, pot ser millor contractar un expert en processos UV com a recurs amb una valuosa experiència en la indústria en totes les formes de tecnologia de recobriment, però el més important, una forta experiència en processos UV. Aquest expert pot navegar per tots els problemes i actuar com a recurs neutral per avaluar correctament i justament les tecnologies de recobriment.
Etapa 1. Discussió general del procés
Aquí és on s'intercanvia informació inicial sobre el procés actual del client, amb una definició clara del disseny actual i positius/negatius clarament definits. En molts casos, s'hauria d'establir un acord de no divulgació mútua (NDA). Aleshores, s'han d'identificar objectius de millora del procés clarament definits. Aquests poden incloure:
Sostenibilitat: reducció de COV
Reducció i optimització de la mà d'obra
Qualitat millorada
Augment de la velocitat de la línia
Reducció de superfície
Revisió de costos energètics
Mantenibilitat del sistema de recobriment – recanvis, etc.
A continuació, es defineixen mètriques específiques basades en aquestes millores de processos identificades.
Etapa 2. Debat sobre el retorn de la inversió (ROI).
És important entendre el ROI del projecte en les etapes inicials. Tot i que el nivell de detall no ha de ser el nivell que es necessitarà per a l'aprovació del projecte, el client hauria de tenir un esquema clar dels costos actuals. Aquests haurien d'incloure el cost per producte, per peu lineal, etc.; costos energètics; costos de propietat intel·lectual (PI); costos de qualitat; costos d'operador / manteniment; costos de sostenibilitat; i cost del capital. (Per accedir a les calculadores de ROI, consulteu el final d'aquest article.)
Etapa 3. Discussió de les especificacions del producte
Com amb tots els productes que es fabriquen avui, les especificacions bàsiques del producte es defineixen en les discussions inicials del projecte. Pel que fa a les aplicacions de recobriment, aquestes especificacions de producte han evolucionat amb el temps per satisfer les necessitats de producció i normalment no es compleixen amb el procés de recobriment actual del client. Ho anomenem "avui vs. demà". És un acte d'equilibri entre la comprensió de les especificacions actuals del producte (que potser no es compleixen amb el recobriment actual) i la definició de necessitats futures realistes (que sempre és un acte d'equilibri).
Etapa 4. Especificacions generals del procés
Figura 2. Millores de procés disponibles quan es passa d'un procés de recobriments a base d'aigua a un procés de recobriments UV
El client ha d'entendre i definir completament el procés actual, juntament amb els aspectes positius i negatius de les pràctiques existents. Això és important perquè l'integrador de sistemes UV ho entengui, de manera que les coses que van bé i les que no es poden considerar en el disseny del nou sistema UV. Aquí és on el procés UV ofereix avantatges significatius que poden incloure l'augment de la velocitat dels recobriments, els requisits d'espai reduïts i les reduccions de temperatura i humitat (vegeu la figura 2). Una visita conjunta a les instal·lacions de fabricació del client és molt recomanable i proporciona un gran marc per entendre les necessitats i requisits del client.
Etapa 5. Demostració i proves
El client i l'integrador de sistemes UV també han de visitar les instal·lacions del proveïdor de recobriments per permetre que tothom participi en una simulació del procés de recobriment UV del client. Durant aquest temps, sorgiran moltes idees i suggeriments nous a mesura que es desenvolupen les activitats següents:
Simulació, mostres i proves
Fes una referència provant productes de recobriment competitius
Revisa les millors pràctiques
Revisar els procediments de certificació de qualitat
Coneix els integradors UV
Desenvolupar un pla d'acció detallat per avançar
Etapa 6. RFQ / Especificació general del projecte
El document de RFQ del client ha d'incloure tota la informació i els requisits rellevants per a la nova operació de recobriment UV tal com es defineix a les discussions del procés. El document hauria d'incorporar les millors pràctiques identificades per l'empresa de tecnologia de recobriment UV, que podrien incloure l'escalfament del recobriment mitjançant un sistema de calor amb camisa d'aigua fins a la punta de la pistola; Totes de calefacció i agitació; i bàscules per mesurar el consum de recobriment.
Etapa 7. Comunicació contínua
Els mitjans de comunicació entre el client, l'integrador UV i l'empresa de recobriments UV són fonamentals i s'han de fomentar. La tecnologia d'avui fa que sigui molt convenient programar i participar en trucades regulars de tipus Zoom / conferència. No hi hauria d'haver sorpreses quan s'instal·li l'equip o el sistema UV.
Resultats realitzats pel fabricant de canonades
Una àrea crítica a considerar en qualsevol projecte de recobriment UV és l'estalvi de costos global. En aquest cas, el fabricant va aconseguir estalvis en diverses àrees, inclosos els costos energètics, els costos laborals i els consumibles de recobriments.
Costos energètics: UV amb microones i calefacció per inducció
En els sistemes típics de recobriments a base d'aigua, hi ha una necessitat d'escalfament pre o postinducció del tub. Els escalfadors d'inducció són consumidors cars i d'alta energia i poden tenir problemes de manteniment importants. A més, la solució a base d'aigua requeria un ús d'energia de l'escalfador d'inducció de 200 kw enfront dels 90 kw utilitzats per les làmpades UV de microones.
Taula 1. Estalvi de costos superior a 100 kw/hora mitjançant l'ús d'un sistema UV de microones de 10 llums en comparació amb un sistema de calefacció per inducció
Com es pot veure a la taula 1, el fabricant de canonades va aconseguir un estalvi de més de 100 kw per hora després d'implementar la tecnologia de recobriment UV, alhora que va reduir els costos energètics en més de 71.000 dòlars anuals.
Figura 3. Il·lustració de l'estalvi anual del cost elèctric
L'estalvi de costos per aquest consum d'energia reduït es va estimar a partir d'un cost estimat de l'electricitat de 14,33 cèntims/kWh. La reducció de 100 kw/hora del consum d'energia, calculat en dos torns durant 50 setmanes a l'any (cinc dies per setmana, 20 hores per torn), suposa un estalvi de 71.650 dòlars, tal com es mostra a la figura 3.
Reducció de costos laborals – Operadors i Manteniment
A mesura que les entitats de fabricació continuen avaluant els seus costos laborals, el procés UV ofereix un estalvi únic relatiu a les hores de treball de l'operador i del manteniment. Amb els recobriments a base d'aigua, el recobriment humit es pot solidificar aigües avall a l'equip de manipulació de materials, que finalment s'ha d'eliminar.
Els operadors de la instal·lació de fabricació van consumir un total de 28 hores setmanals eliminant/netejant el recobriment a base d'aigua dels seus equips de manipulació de materials aigües avall.
A més de l'estalvi de costos (aproximadament 28 hores laborals x 36 $ [cost carregat] per hora = 1.008,00 $ per setmana o 50.400 $ per any), els requisits de mà d'obra física per als operadors poden ser frustrants, consumir temps i totalment perillosos.
El client va apuntar a la neteja del recobriment per a cada trimestre, amb costos laborals de 1.900 dòlars per trimestre, més els costos d'eliminació del recobriment en què es va incórrer, per un total de 2.500 dòlars. L'estalvi total anual va ser de 10.000 dòlars.
Estalvi de recobriment: a base d'aigua vs UV
La producció de canonades al lloc del client era de 12.000 tones mensuals de canonades de 9,625 polzades de diàmetre. De manera resumida, això equival a aproximadament 570.000 peus lineals / ~ 12.700 peces. El procés d'aplicació de la nova tecnologia de recobriment UV incloïa pistoles de polvorització d'alt volum/baixa pressió amb un gruix objectiu típic d'1,5 mils. El curat es va aconseguir mitjançant l'ús de làmpades de microones Heraeus UV. Els estalvis en costos de recobriments i costos de transport/manipulació interna es resumeixen a les taules 2 i 3.
Taula 2. Comparació de costos de recobriment – UV vs recobriments a base d'aigua per peu lineal
Taula 3. Estalvi addicional de menors costos de transport entrants i reducció de la manipulació de material a l'obra
A més, es poden aconseguir estalvis addicionals en costos de material i mà d'obra i eficiència de producció.
Els recobriments UV són recuperables (els recobriments a base d'aigua no ho són), permetent almenys un 96% d'eficiència.
Els operadors dediquen menys temps a netejar i mantenir l'equip d'aplicació perquè el recobriment UV no s'asseca tret que estigui exposat a energia UV d'alta intensitat.
Les velocitats de producció són més ràpides i el client té el potencial d'augmentar les velocitats de producció de 100 peus per minut a 150 peus per minut, un augment del 50%.
L'equip de procés UV normalment té un cicle de rentat integrat, que es fa un seguiment i es programa per hores de producció. Això es pot ajustar segons les necessitats del client, el que resulta en menys mà d'obra necessària per a la neteja del sistema.
En aquest exemple, el client va aconseguir un estalvi de costos d'1.277.400 dòlars anuals.
Reducció de COV
La implementació de la tecnologia de recobriment UV també va reduir els COV, tal com es veu a la figura 4.
Figura 4. Reducció de COV com a resultat de la implementació del recobriment UV
Conclusió
La tecnologia de recobriments UV permet al fabricant de canonades eliminar pràcticament els COV en les seves operacions de recobriment, alhora que ofereix un procés de fabricació sostenible que millora la productivitat i el rendiment global del producte. Els sistemes de recobriment UV també generen un estalvi de costos important. Tal com es descriu en aquest article, l'estalvi total del client va superar els 1.200.000 dòlars anuals, a més d'eliminar més de 154.000 lliures d'emissions de COV.
Per obtenir més informació i accedir a calculadores de ROI, visiteu www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Per obtenir millores de processos addicionals i un exemple de calculadora de ROI, visiteu www.uvebtechnology.com.
BARRA LATERAL
Sostenibilitat del procés de recobriment UV/Avantatges ambientals:
Sense compostos orgànics volàtils (COV)
Sense contaminants atmosfèrics perillosos (HAP)
No inflamable
Sense dissolvents, aigües ni farciments
Sense problemes de producció d'humitat o temperatura
Millores generals del procés que ofereixen els recobriments UV:
Velocitats de producció ràpides de més de 800 a 900 peus per minut, depenent de la mida del producte
Petita petjada física de menys de 35 peus (longitud lineal)
Mínim treball en procés
Assecat instantani sense requisits de postcurat
Sense problemes de recobriment humit aigües avall
No hi ha ajust de recobriment per problemes de temperatura o humitat
No hi ha manipulació/emmagatzematge especial durant els canvis de torn, manteniment o parades de cap de setmana
Reducció dels costos de mà d'obra associats als operaris i manteniment
Capacitat de recuperar l'excés de polvorització, filtrar i reintroduir al sistema de recobriment
Rendiment millorat del producte amb recobriments UV:
Millorar els resultats de les proves d'humitat
Grans resultats de les proves de boira salada
Capacitat d'ajustar els atributs i el color del recobriment
Capes transparents, metalls i colors disponibles
Costos més baixos de recobriment per peu lineal, tal com mostra la calculadora de ROI:
Hora de publicació: 14-12-2023
