per Michael Kelly, d'Allied PhotoChemical, i David Hagood, de Finishing Technology Solutions
Imagineu poder eliminar gairebé tots els COV (Compostos Orgànics Volàtils) del procés de fabricació de canonades i tubs, cosa que equival a 10.000 lliures de COV per any. Imagineu també produir a velocitats més ràpides amb més rendiment i menys cost per peça/peu lineal.
Els processos de fabricació sostenibles són clau per impulsar 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
Força laboral optimitzada
Producció 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 ha implementat 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% sòlids. En aquest article, es resumeix el problema inicial del client, el procés de recobriment UV, les millores generals del procés, l'estalvi de costos i la reducció de COV.
Operacions de recobriment en la fabricació de tubs
El fabricant utilitzava un procés de recobriment a base d'aigua que deixava un desastre, com es mostra a les imatges 1a i 1b. El procés no només provocava un malbaratament de materials de recobriment, sinó que també creava un perill a la planta de producció que augmentava l'exposició als COV i el perill d'incendi. A més, el client volia un millor rendiment del recobriment en comparació amb l'operació actual de recobriment a base d'aigua.
Tot i que molts experts de la indústria comparen 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 en el projecte
La UV és un procés
Els UV són un procés que ofereix avantatges mediambientals significatius, millores generals del procés, un millor rendiment del producte i, sí, estalvis per peu lineal de recobriment. Per tal d'implementar amb èxit un projecte de recobriments UV, els UV s'han de considerar com un procés amb tres components principals: 1) el client, 2) l'integrador de l'equip d'aplicació i curat UV i 3) el soci tecnològic dels recobriments.
Tots tres són fonamentals per a la planificació i implementació reeixides d'un sistema de recobriment UV. Per tant, fem una ullada al procés general de participació del projecte (Figura 1). En la majoria dels casos, aquest esforç està liderat pel soci tecnològic de recobriment UV.
La clau per a qualsevol projecte d'èxit és tenir passos d'interacció clarament definits, amb flexibilitat integrada i la capacitat d'adaptar-se a diferents tipus de clients i les seves aplicacions. Aquestes set etapes d'interacció són la base per a una interacció reeixida del projecte amb el client: 1) discussió general del procés; 2) discussió del retorn de la inversió; 3) especificacions del producte; 4) especificació general del procés; 5) proves de mostra; 6) sol·licitud de pressupost / especificació general del projecte; i 7) comunicació contínua.
Aquestes etapes de participació es poden seguir en sèrie, algunes poden ocórrer alhora o es poden intercanviar, però totes s'han de completar. Aquesta flexibilitat integrada proporciona la màxima probabilitat d'èxit als participants. En alguns casos, pot ser millor contractar un expert en processos UV com a recurs amb una valuosa experiència en la indústria de totes les formes de tecnologia de recobriment, però el més important, amb una sòlida 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.
Fase 1. Discussió general del procés
Aquí és on s'intercanvia la informació inicial sobre el procés actual del client, amb una definició clara del disseny actual i els aspectes positius i negatius clarament definits. En molts casos, s'hauria d'establir un acord de confidencialitat mútua (NDA). A continuació, s'haurien d'identificar objectius de millora del procés clarament definits. Aquests poden incloure:
Sostenibilitat: reducció de COV
Reducció i optimització de la mà d'obra
Millora de la qualitat
Augment de la velocitat de línia
Reducció de l'espai del sòl
Revisió dels costos energètics
Mantenibilitat del sistema de recobriment: peces de recanvi, etc.
A continuació, es defineixen mètriques específiques basades en aquestes millores de procés identificades.
Fase 2. Discussió sobre el retorn de la inversió (ROI)
És important entendre el retorn de la inversió (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'operació/manteniment; costos de sostenibilitat; i cost del capital. (Per accedir a les calculadores de ROI, vegeu el final d'aquest article.)
Fase 3. Discussió de les especificacions del producte
Com passa amb tots els productes fabricats avui dia, les especificacions bàsiques del producte es defineixen en les discussions inicials del projecte. Pel que fa a les aplicacions de recobriment, aquestes especificacions del 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". Es tracta d'un acte d'equilibri entre comprendre les especificacions actuals del producte (que poden no complir-se amb el recobriment actual) i definir necessitats futures que siguin realistes (cosa que sempre és un acte d'equilibri).
Etapa 4. Especificacions generals del procés
Figura 2. Millores de procés disponibles en passar 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 que l'integrador de sistemes UV ho entengui, de manera que les coses que van bé i les que no es puguin tenir en compte en el disseny del nou sistema UV. Aquí és on el procés UV ofereix avantatges significatius que poden incloure una major velocitat de recobriment, una reducció dels requisits d'espai al terra i reduccions de temperatura i humitat (vegeu la Figura 2). Es recomana molt una visita conjunta a les instal·lacions de fabricació del client, que proporciona un marc excel·lent per entendre les necessitats i els requisits del client.
Etapa 5. Demostració i proves de funcionament
El client i l'integrador de sistemes UV també haurien 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 duguin a terme les activitats següents:
Simulació, mostres i proves
Comparació mitjançant proves de productes de recobriment competitius
Revisar les millors pràctiques
Revisar els procediments de certificació de qualitat
Coneix els integradors d'UV
Desenvolupar un pla d'acció detallat a partir d'ara
Fase 6. Sol·licitud de pressupost / Especificació general del projecte
El document de sol·licitud de pressupost 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 sobre el procés. El document ha 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; l'escalfament i l'agitació de la caixa; i escales 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 actual fa que sigui molt convenient programar i participar en trucades per Zoom o de tipus conferència regulars. No hi hauria d'haver sorpreses quan s'instal·li l'equip o el sistema UV.
Resultats obtinguts pel fabricant de canonades
Un aspecte crític a tenir en compte en qualsevol projecte de recobriment UV és l'estalvi general de costos. En aquest cas, el fabricant va aconseguir estalvis en diverses àrees, com ara els costos energètics, els costos laborals i els consumibles de recobriments.
Costos energètics: escalfament UV amb microones vs. escalfament per inducció
En els sistemes típics de recobriments a base d'aigua, cal un escalfament del tub abans o després de la inducció. Els escalfadors d'inducció són cars, consumeixen molta energia i poden tenir problemes de manteniment importants. A més, la solució a base d'aigua requeria un consum d'energia d'escalfador d'inducció de 200 kW enfront dels 90 kW que utilitzen 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 làmpades 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 en costos d'electricitat
L'estalvi de costos per aquesta reducció del consum d'energia es va estimar en funció d'un cost estimat de l'electricitat de 14,33 cèntims/kWh. La reducció de 100 kW/hora del consum d'energia, calculada en dos torns durant 50 setmanes a l'any (cinc dies a la setmana, 20 hores per torn), resulta en un estalvi de 71.650 dòlars, tal com s'il·lustra a la Figura 3.
Reducció del cost laboral: operadors i manteniment
A mesura que les entitats de fabricació continuen avaluant els seus costos laborals, el procés UV ofereix un estalvi únic pel que fa a les hores de treball dels operadors i del manteniment. Amb els recobriments a base d'aigua, el recobriment humit es pot solidificar més avall sobre l'equip de manipulació de materials, que finalment s'ha de retirar.
Els operadors de la planta de fabricació van dedicar un total de 28 hores setmanals a treure/netejar el recobriment a base d'aigua dels equips de manipulació de materials posteriors.
A més de l'estalvi de costos (unes 28 hores de treball estimades x 36 dòlars [cost total] per hora = 1.008,00 dòlars per setmana o 50.400 dòlars per any), els requisits de mà d'obra física per als operadors poden ser frustrants, requereixen molt de temps i són directament perillosos.
El client es va fixar com a objectiu la neteja del recobriment cada trimestre, amb uns costos de mà d'obra de 1.900 dòlars per trimestre, més els costos d'eliminació del recobriment en què es va incórrer, per a un total de 2.500 dòlars. L'estalvi total anual va ser de 10.000 dòlars.
Estalvi en recobriments: a base d'aigua vs. UV
La producció de canonades a les instal·lacions del client va ser de 12.000 tones al mes de canonades de 9,625 polzades de diàmetre. En resum, això equival a aproximadament 570.000 peus lineals / ~ 12.700 peces. El procés d'aplicació de la nova tecnologia de recobriment UV va incloure pistoles de polvorització d'alt volum/baixa pressió amb un gruix objectiu típic d'1,5 mil·límetres. El curat es va aconseguir mitjançant l'ús de làmpades de microones UV Heraeus. L'estalvi en costos de recobriment i costos de transport/manipulació interna es resumeix a les taules 2 i 3.
Taula 2. Comparació dels costos del recobriment: recobriments UV i a base d'aigua per peu lineal
Taula 3. Estalvis addicionals derivats de la reducció dels costos de transport entrant i la reducció de la manipulació de materials a l'obra
A més, es poden aconseguir estalvis addicionals en costos de materials i mà d'obra i eficiències de producció.
Els recobriments UV són reciclables (els recobriments a base d'aigua no), cosa que permet una eficiència mínima del 96%.
Els operadors dediquen menys temps a netejar i mantenir l'equip d'aplicació perquè el recobriment UV no s'asseca tret que s'exposi 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 30 metres per minut a 45 metres per minut, un augment del 50%.
L'equip de procés UV normalment té un cicle de rentat integrat, que es controla i es programa per hores de producció. Això es pot ajustar segons les necessitats del client, cosa que es tradueix en menys mà d'obra necessària per a la neteja del sistema.
En aquest exemple, el client va obtenir 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, 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 als fabricants 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 general del producte. Els sistemes de recobriment UV també generen un estalvi de costos significatiu. Tal com s'esbossa 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 les calculadores del ROI, visiteu www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Per obtenir millores addicionals en el procés i un exemple de calculadora del ROI, visiteu www.uvebtechnology.com.
BARRA LATERAL
Sostenibilitat del procés de recobriment UV / Avantatges mediambientals:
Sense compostos orgànics volàtils (COV)
Sense contaminants atmosfèrics perillosos (HAP)
No inflamable
Sense dissolvents, aigües ni farcits
Sense problemes de producció d'humitat ni de 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)
Treball mínim en curs
Assecat instantani sense requisits de postcurat
Sense problemes de recobriment humit aigües avall
Sense ajust de recobriment per problemes de temperatura o humitat
Sense manipulació/emmagatzematge especial durant els canvis de torn, el manteniment o les aturades de cap de setmana
Reducció dels costos de mà d'obra associats amb els operadors i el manteniment
Capacitat de recuperar l'excés de polvorització, refiltrar-lo i reintroduir-lo al sistema de recobriment
Millora del rendiment del producte amb recobriments UV:
Resultats millorats de les proves d'humitat
Resultats de les proves de boira salina
Capacitat d'ajustar els atributs i el color del recobriment
Vernís transparents, metàl·lics i colors disponibles
Costos de recobriment més baixos per peu lineal, tal com ho demostra la calculadora de retorn de la inversió:
Data de publicació: 14 de desembre de 2023
