Consejos para maximizar la eficiencia de las fábricas de tubos y tuberías (Parte I)

Fabricar tubos o tuberías con éxito, de manera eficiente, es cuestión de optimizar 10 000 detalles, incluido el mantenimiento del equipo. Cumplir con el programa de mantenimiento preventivo recomendado por el fabricante no es tarea fácil, teniendo en cuenta la gran cantidad de piezas móviles en cada tipo de molino y cada pieza de equipo periférico. Foto: T & H Lemont Inc.

Nota del editor: Esta es la primera entrega de una serie de dos partes sobre la optimización de las operaciones de fabricación de tubos o tuberías. Lea la Parte II.

Incluso en las mejores circunstancias, la fabricación de productos tubulares puede ser agotadora. Los molinos son complejos, necesitan mucho mantenimiento programado y, dependiendo de los productos que fabriquen, la competencia es feroz. Muchos productores de tubos y tuberías de metal están bajo una presión incesante para maximizar el tiempo de actividad y maximizar los ingresos, dejando muy poco tiempo para el mantenimiento de rutina.

En estos días, la industria no tiene las mejores circunstancias. Los costos de materiales son muy altos y las entregas parciales no son infrecuentes. Los productores de tubos y tuberías necesitan maximizar el tiempo de actividad y reducir los desechos ahora más que nunca, y recibir una entrega parcial significa hacer tiradas más cortas. Corridas más cortas significan cambios más frecuentes, lo que no es un uso eficiente del tiempo o la mano de obra.

"El tiempo productivo es extremadamente valioso en este momento", dijo Mark Prasek, gerente de ventas de tubos y tuberías para América del Norte de EFD Induction.

Las conversaciones con expertos de la industria sobre consejos y estrategias para aprovechar al máximo un molino revelaron algunos temas recurrentes:

Operar un molino a su máxima eficiencia significa optimizar docenas de factores, la mayoría de los cuales interactúan con otros factores, por lo que no es necesariamente fácil optimizar las operaciones de un molino. Las sabias palabras del ex columnista de The Tube & Pipe Journal, Bud Graham, brindan cierta perspectiva: "Un molino de tubos es un portaherramientas". Tener esta frase en mente ayuda a mantenerlo simple. Comprender qué hace cada herramienta, cómo lo hace y cómo interactúa cada una con las demás es aproximadamente un tercio de la batalla. Mantener todo mantenido y alineado es otro tercio. El último tercio se refiere al programa de capacitación del operador, las tácticas de solución de problemas y los procedimientos operativos específicos exclusivos de cada productor de tubos o tuberías.

La primera consideración para operar un molino de manera eficiente no tiene que ver con el molino en absoluto. Es la materia prima. Obtener el máximo rendimiento de un molino significa obtener el máximo rendimiento de cada bobina que alimenta el molino. Esto comienza con las decisiones de compra.

Longitud de la bobina. "Las fábricas de tubos y tuberías prosperan cuando la bobina es lo más larga posible", dijo Nelson Abbey, director de Abbey Products en Fives Bronx Inc. Procesar bobinas más cortas significa procesar más extremos de bobina. Cada extremo de bobina necesita una soldadura a tope, y cada soldadura a tope genera chatarra.

La dificultad aquí es que las bobinas más largas posibles pueden tener un precio superior; una bobina más corta podría estar disponible a un mejor precio. El agente de compras puede querer ahorrar algo de dinero, pero esto no concuerda con la perspectiva de la gente en la planta de fabricación. Casi todos los que manejan el molino estarían de acuerdo en que la diferencia de precio tendría que ser sustancial para cubrir las pérdidas de producción asociadas con las paradas adicionales del molino.

Otra consideración es la capacidad de la desbobinadora y cualquier otra limitación en el extremo de entrada del molino, dijo Abbey. Podría ser necesario invertir en equipos de entrada de mayor capacidad para manejar bobinas más grandes y pesadas para aprovechar los beneficios de comprar bobinas más grandes.

La cortadora también es un factor, ya sea que el corte se realice internamente o si este servicio se subcontrata. Las cortadoras tienen pesos y diámetros máximos que pueden manejar, por lo que obtener la mejor coincidencia entre la bobina y la cortadora es fundamental para maximizar el rendimiento.

En resumen, es una interacción entre cuatro factores: las dimensiones y pesos de la bobina, los anchos necesarios de los mults de corte, la capacidad de la cortadora y la capacidad del equipo de entrada.

Ancho y condición de la bobina. En el taller, no hace falta decir que la bobina debe tener el ancho correcto y el calibre correcto para fabricar el producto, pero los errores ocurren. Los operadores de molinos a menudo pueden compensar un ancho de banda que es ligeramente más pequeño o más grande, pero es solo una cuestión de grado. La atención cuidadosa a los anchos de las hendiduras múltiples es fundamental.

La condición del borde de la tira también es una preocupación primordial. Una presentación uniforme del borde, sin rebabas ni ninguna otra inconsistencia, es crucial para mantener una soldadura uniforme a lo largo de la tira, dijo Michael Strand, presidente de T&H Lemont. El enrollado inicial, el desenrollado para cortar y el enrollado también entran en juego. Una bobina que no ha sido procesada con cuidado puede desarrollar camber, lo cual es problemático. El proceso de formación desarrollado por los ingenieros de herramientas de laminación comienza con una tira plana, no con una tira combada.

Consideraciones de herramientas. "Un buen diseño de herramientas maximiza el rendimiento", dijo Stan Green, gerente general de SST Forming Roll Inc. Señaló que no existe una única estrategia de formación de tubos y, por lo tanto, no existe una única estrategia de diseño de herramientas. Los proveedores de herramientas de laminado varían, las formas en que trabajan el tubo varían y, por lo tanto, sus productos varían. El rendimiento también varía.

"La superficie de un rollo tiene un radio que cambia continuamente, por lo que la velocidad de rotación de la herramienta varía sobre la cara de la herramienta", dijo. El tubo se mueve a través del molino a una sola velocidad, por supuesto. Debido a esto, el diseño influye en el rendimiento. Un diseño deficiente desperdicia material cuando el herramental es nuevo y solo empeora a medida que se desgasta el herramental, agregó.

Para las empresas que no se han mantenido firmes en capacitación y mantenimiento, la formulación de una estrategia para optimizar la eficiencia de la planta comienza con lo básico.

Capacitación de Operadores de Molino.La primera preocupación es el personal y cómo están capacitados.

"Independientemente del estilo del molino y lo que produce, todos los molinos tienen dos cosas en común: operadores y procedimientos operativos", dijo Abbey. Operar un molino de la manera más consistente posible es una cuestión de brindar capacitación estandarizada y cumplir con los procedimientos escritos, dijo. Las inconsistencias en la capacitación pueden generar diferencias en la configuración y la resolución de problemas.

"Manejar una planta de forma rentable es una cuestión de capacitación, capacitación y más capacitación", dijo Strand.

Para aprovechar al máximo un molino, de operador a operador y de turno a turno, es imperativo que cada operador utilice procedimientos de configuración y solución de problemas coherentes. Cualquier diferencia de procedimiento suele ser motivo de malentendidos, malos hábitos, atajos y soluciones alternativas. Invariablemente, esto conduce a dificultades para hacer funcionar un molino de manera eficiente. Estos pueden ser problemas internos o pueden haber sido importados cuando se contrató a un operador mal capacitado de un competidor, pero el origen no hace ninguna diferencia. La consistencia es la clave, incluidos los operadores que aportan experiencia con ellos.

"Se necesitan años para desarrollar operadores de molinos de tubos, y realmente no se puede confiar en un programa genérico, único para todos", dijo Strand. "Cada empresa necesita su propio plan de capacitación adecuado a sus propias plantas y su propia operación".

Hacer una rutina de mantenimiento de rutina.La segunda preocupación es el mantenimiento de rutina.

"Tres claves para operar de manera eficiente son el mantenimiento de la máquina, el mantenimiento de los consumibles y la alineación", dijo Dan Ventura, presidente de Ventura & Associates. "La máquina tiene muchas piezas móviles, ya sea el propio molino o el equipo periférico en el extremo de entrada o salida, o la mesa de salida, o lo que sea, y el mantenimiento de rutina es importante para mantenerla en las mejores condiciones".

Strand está de acuerdo. "Usar el programa de inspección de mantenimiento preventivo es donde todo comienza", dijo. "Proporciona la mejor oportunidad para operar una fábrica de manera rentable. Si un productor de tubos responde solo a emergencias, no tiene el control. Está a merced de la próxima crisis".

La alineación adecuada es tan crítica como el mantenimiento de rutina.

"Cada pieza del equipo en la planta tiene que estar alineada", dijo Ventura. "De lo contrario, el molino se pelea a sí mismo".

También es necesario mantener las herramientas del rodillo en óptimas condiciones.

"En muchos casos, a medida que los rollos se empujan más allá de su vida útil, se endurecen y eventualmente se agrietan", dijo Ventura.

Comprender el mantenimiento de herramientas arroja mucha luz sobre la importancia de todo el mantenimiento.

"Si los rollos no se han mantenido en buenas condiciones con un mantenimiento regular, llega el día en que necesitan un mantenimiento de emergencia", dijo Ventura. Si las herramientas se han descuidado, reacondicionarlas requerirá eliminar de dos a tres veces la cantidad de material que de otro modo necesitarían eliminar, dijo. También llevará más tiempo y costará más.

Invertir en herramientas de repuesto puede ayudar a prevenir emergencias, señaló Strand. Si el herramental se usa con frecuencia para corridas largas, se necesitan más repuestos que para herramental que rara vez se usa para corridas cortas. La función de la herramienta también influye en el nivel de repuesto. Las aletas pueden desprenderse del herramental de paso de aleta y los rodillos de soldadura sucumben al calor de la caja de soldadura, que son problemas que no afectan a los rodillos de formación y dimensionamiento.

"El mantenimiento regular es bueno para el equipo y la alineación adecuada es buena para el producto que fabrica", dijo. Si estos se descuidan, el personal de la planta dedica cada vez más tiempo a intentar compensar. Este es el tiempo que se podría dedicar a hacer un buen producto vendible. Estos dos factores son tan vitales, y con tanta frecuencia se pasan por alto o se descuidan, que, en opinión de Ventura, ofrecen las mejores oportunidades para aprovechar al máximo una planta, maximizando el rendimiento y minimizando los desechos.

Ventura equipara el mantenimiento de molinos y consumibles con el mantenimiento de automóviles. Nadie conduciría un automóvil decenas de miles de millas entre cambios de aceite y dejaría que los neumáticos se calvaran. Esto conducirá a una solución costosa o a un desastre, y lo mismo ocurre con un molino mal mantenido.

También son necesarias inspecciones periódicas de las herramientas después de cada corrida, dijo. Revisar las herramientas puede revelar un problema, como una pequeña grieta. Encontrar dicho daño inmediatamente después de retirar la herramienta de la fresadora, en lugar de encontrarlo justo antes de instalarlo para la próxima ejecución, brinda más tiempo para fabricar una herramienta de reemplazo.

"Algunas empresas están trabajando durante los cierres programados", dijo Green. Él entiende que es difícil cumplir con un cierre programado en tiempos como estos, pero señaló que es extremadamente riesgoso. Las empresas de envío y transporte por carretera están tan sobrecargadas, o con poco personal, o ambas cosas, que las entregas simplemente no llegan a tiempo en estos días.

"Si se rompe algo en el molino y tiene que pedir un reemplazo, ¿qué va a hacer para que se lo entreguen?" preguntó. Por supuesto, el transporte aéreo siempre es una opción, pero eso hace que el costo del envío se dispare.

El mantenimiento de molinos y rodillos no es solo una cuestión de seguir los programas de mantenimiento, sino de coordinar los programas de mantenimiento con los programas de producción.

"Para hacer esto de manera efectiva, realmente tienes que pensar a largo plazo", dijo Strand.

La amplitud y la profundidad de la experiencia cuentan en las tres áreas: operaciones, solución de problemas y mantenimiento. Las empresas que tienen solo uno o dos molinos para fabricar tubos para su propio uso generalmente tienen pocas personas dedicadas al mantenimiento de molinos y herramientas, dijo Warren Wheatman, vicepresidente de la Unidad de Negocios de Herramientas de T&H Lemont. Incluso si el personal de mantenimiento tiene un gran conocimiento, un departamento pequeño simplemente tiene una reserva de experiencia menos profunda para aprovechar que un departamento de mantenimiento grande, lo que pone en desventaja al personal más pequeño. Si la empresa no tiene un departamento de ingeniería, el departamento de mantenimiento tiene que hacer su propia solución de problemas, así como las reparaciones.

Strand agregó que la capacitación para los departamentos de operaciones y mantenimiento es más importante ahora que nunca. La ola de jubilaciones asociadas con el envejecimiento de la generación del baby boom significa que gran parte del conocimiento tribal que una vez mantuvo a las empresas en las buenas y en las malas se está agotando. Y aunque muchos productores de tubos y tuberías todavía pueden confiar en las consultas y el asesoramiento de los proveedores de equipos, incluso esta experiencia no es tan abundante como antes y también se está reduciendo.

El proceso de soldadura es tan crítico como cualquier otro proceso que tenga lugar al fabricar un tubo o una tubería, y el papel de la máquina de soldar no se puede subestimar.

Soldadura por inducción. "Alrededor de dos tercios de nuestros pedidos son para modernizaciones en estos días", dijo Prasek. "Por lo general, están reemplazando soldadores viejos y problemáticos. El rendimiento es el principal impulsor en este momento".

Muchos están detrás de la bola ocho porque la materia prima llega tarde, dijo. "A menudo, cuando el material finalmente aparece, el soldador se cae", dijo. Un sorprendente número de productores de tubos y tuberías incluso están utilizando máquinas basadas en tecnología de tubos de vacío, lo que significa que están cuidando máquinas que tienen al menos 30 años. El conocimiento de servicio en tales máquinas no es abundante, y los tubos de repuesto pueden ser difíciles de encontrar.

El desafío para los productores de tubos y tuberías que todavía los usan es cómo envejecen. No fallan catastróficamente, pero se degradan lentamente. Una solución consiste en utilizar menos calor de soldadura y hacer funcionar la fresadora más lentamente para compensar, lo que facilita evitar el gasto de capital de invertir en una nueva máquina. Esto crea una falsa sensación de que todo está bien.

Invertir en una nueva fuente de alimentación de soldadura por inducción puede marcar una gran diferencia en el consumo de electricidad de la planta, dijo Prasek. Algunos estados, especialmente aquellos con grandes poblaciones y redes eléctricas sobrecargadas, ofrecen una generosa devolución de impuestos luego de la compra de equipos de bajo consumo. Un segundo motivador para invertir en uno nuevo es el potencial de nuevas posibilidades de producción, agregó.

"A menudo, una nueva unidad de soldadura es mucho más eficiente que una antigua que proporciona una capacidad de soldadura sustancialmente mayor sin actualizar el servicio eléctrico, ahorrando miles de dólares", dijo Prasek.

También son críticas las alineaciones de la bobina de inducción y el impeder. Una bobina de inducción correctamente seleccionada y montada tiene una ubicación óptima en relación con los rodillos de soldadura y necesita un espacio adecuado y constante alrededor del tubo, dijo John Holderman, gerente general de EHE Consumables. La bobina fallará prematuramente si no se configura correctamente.

El trabajo de un impeder es simple: impide el flujo de corriente, dirigiéndolo a los bordes de la tira, y como todo lo demás en el molino, el posicionamiento es crítico, dijo. La posición adecuada es justo en el vértice de la soldadura, pero esta no es la única consideración. El montaje es crítico. Si está fijado a un mandril que no es lo suficientemente rígido para soportarlo, la posición del impeder puede cambiar y puede arrastrar la identificación a lo largo de la parte inferior del tubo.

Aprovechando una tendencia en el diseño de consumibles de soldadura, el concepto de bobina dividida puede tener un gran impacto en el tiempo de actividad del molino.

"Los laminadores de gran diámetro han estado utilizando diseños de bobina dividida durante mucho tiempo", dijo Holderman. "Reemplazar una bobina de inducción de una sola pieza requiere cortar la tubería, reemplazar la bobina y volver a roscar el molino", dijo. Un diseño de bobina dividida, que consta de dos piezas, evita todo ese tiempo y esfuerzo.

"Se han utilizado en grandes molinos por necesidad, pero se necesitó un poco de ingeniería sofisticada para aplicar este principio a las bobinas pequeñas", dijo. Los fabricantes simplemente tenían menos con qué trabajar. "Las bobinas pequeñas de dos piezas tienen hardware especializado y abrazaderas ingeniosamente diseñadas", dijo.

Con respecto al proceso de enfriamiento del impeder, los productores de tubos y tuberías tienen dos opciones convencionales: el sistema de enfriamiento central del molino o un sistema de agua dedicado separado, que puede ser costoso.

"Lo mejor es enfriar el impedimento con refrigerante limpio", dijo Holderman. Con este fin, una pequeña inversión en un sistema de filtración de impedimento dedicado para el refrigerante del molino puede contribuir en gran medida a mejorar la longevidad de un impedimento.

El refrigerante del molino a menudo se usa en el impedimento, pero el refrigerante del molino acumula finos metálicos. A pesar de todos los esfuerzos para atrapar los finos en un filtro central o capturarlos con un sistema de imán central, algunos logran pasar y encuentran el camino hacia el impedimento. Este no es lugar para multas de metal.

"Se calientan en el campo de inducción y se queman en la carcasa del impeder y la ferrita, lo que conduce a una falla prematura y luego a un tiempo de inactividad para cambiar el impeder", dijo Holderman. "También se acumulan en las bobinas de inducción y, eventualmente, también causan daños por la formación de arcos allí".

Soldadura por láser. Para las acerías de acero inoxidable, la soldadura láser tiene un papel importante y creciente. Inicialmente, se trataba de unidades láser con resonadores de CO2, pero han cedido el campo a los láseres de fibra. Esta tecnología tiene dos características que encajan bien con las operaciones de fabricación de tubos o tuberías: consistencia y confiabilidad.

"Una fuente de láser es extremadamente estable en la forma en que genera y entrega calor. La soldadura es constante durante todo el día", dijo Kevin Arnold, gerente de ventas del Medio Oeste de IPG Photonics. "Los sistemas tienen la capacidad de autorregularse para ofrecer un resultado constante". Otra característica es su capacidad para concentrar el calor, lo que significa que esta tecnología puede realizar una soldadura exitosa con menos aporte de calor que otros métodos de soldadura. Menos calor equivale a menos distorsión. Además, el calor altamente concentrado a menudo permite que los molinos funcionen más rápido que con otras fuentes de calor, dijo, mejorando el rendimiento.

Quizás igual de importante es la facilidad de instalación y mantenimiento. Atrás quedaron los espejos y el complicado sistema de enfoque que deben mantenerse en una alineación precisa y escrupulosamente limpios cuando se utiliza la tecnología de CO2.

"El sistema de entrega de rayos láser es un orden de magnitud más simple", dijo.

Estrechamente relacionado está la fiabilidad. Menos piezas móviles significa mayor tiempo de actividad. La confiabilidad de las máquinas láser actuales, en comparación con los primeros láseres utilizados en la fabricación de metales hace décadas, ni siquiera es comparable, dijo.

"En los primeros días, los fabricantes podían vivir con un láser meticuloso", dijo. "En estos días, una máquina láser de fibra es confiable, día tras día, trabajando en segundo plano, casi invisible, como un empleado leal", dijo.

Y aunque se sabe que las fuentes de energía láser no son económicas, los precios han bajado sustancialmente durante décadas.

"Hace veinte años, un productor de tubos o tuberías necesitaba decenas de millones de dólares en ingresos anuales para poder comprar un sistema de soldadura por láser", dijo. "En estos días es mucho menos, en algunos casos tan poco como $ 1 millón por año".

Cortes de energía.Strand señaló que algunas empresas tienen que lidiar con cortes de energía ocasionales, lo cual es un gran problema para las industrias de procesamiento.

"Por lo general, no es un problema en los EE. UU., pero no es poco común en América del Sur", dijo. A medida que las poblaciones crecen y se adelantan al desarrollo de infraestructura, esto es inevitable. La demanda de electricidad supera la oferta, y la empresa de energía (o el gobierno) no tiene más remedio que instituir cortes de energía intermitentes y rotativos.

Por supuesto, los cortes de energía pueden ocurrir y ocurren en los EE. UU. Los apagones durante los períodos de mayor consumo son una realidad en algunos estados. Prasek y Strand señalaron que algunas empresas aceptan cortes de energía ocasionales. Obtienen una mejor tarifa por la energía que usan a cambio de la inconveniencia de los cortes de energía ocasionales.