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

Fabricar tubos o tuberías de manera exitosa y 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, considerando la gran cantidad de piezas móviles en cada tipo de molino y cada pieza de equipo periférico. Foto de : T & H Lemont Inc.

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

Incluso en las mejores circunstancias, fabricar productos tubulares puede resultar agotador. Las fábricas son complejas, necesitan mucho mantenimiento programado y, dependiendo de los productos que fabrican, 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.

Hoy en día, la industria no vive las mejores circunstancias. Los costes de material son altísimos 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 realizar tiradas más cortas. Tiradas más cortas significan cambios más frecuentes, lo que no supone un uso eficiente del tiempo ni de la mano de obra.

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

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

Hacer funcionar un molino con 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 simplificar las cosas. 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 de operadores, tácticas de resolución de problemas y procedimientos operativos específicos únicos para cada productor de tubos o tuberías.

La primera consideración a la hora de gestionar eficientemente una fábrica no concierne en absoluto a la fábrica. 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 la bobina necesita una soldadura a tope, y cada soldadura a tope genera desechos.

La dificultad aquí es que las bobinas más largas posibles pueden tener un precio superior; Es posible que haya una bobina más corta disponible a un mejor precio. Es posible que el agente de compras quiera ahorrar algo de dinero, pero esto va en contra de la perspectiva de la gente en la planta de fabricación. Casi todos los que dirigen la fábrica estarían de acuerdo en que la diferencia de precio tendría que ser sustancial para cubrir las pérdidas de producción asociadas con paros adicionales de la fábrica.

Otra consideración es la capacidad del desenrollador y cualquier otra limitación en el extremo de entrada del laminador, afirmó 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 conseguir la mejor combinación 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 las ranuras, 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 y el calibre correctos para el producto que se va a fabricar, pero ocurren errores. Los operadores de las fábricas a menudo pueden compensar un ancho de banda ligeramente inferior o superior, pero es sólo una cuestión de grado. Es fundamental prestar especial atención a los anchos de las ranuras.

El estado de los bordes de la tira también es una preocupación primordial. Una presentación consistente del borde, sin rebabas ni otras inconsistencias, es crucial para mantener una soldadura consistente a lo largo de la tira, dijo Michael Strand, presidente de T&H Lemont. También entran en juego el enrollado inicial, el desenrollado para cortar y el retroceso. Una bobina que no ha sido procesada con cuidado puede desarrollar comba, lo cual es problemático. El proceso de conformado desarrollado por los ingenieros de herramientas de rodillos comienza con una tira plana, no con una tira curvada.

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 estrategia única de formación de tubos y, por lo tanto, no existe una estrategia única de diseño de herramientas. Los proveedores de herramientas para rollos varían, las formas en que trabajan el tubo varían y, por lo tanto, sus productos varían. El rendimiento también varía.

"La superficie de un rodillo tiene un radio que cambia continuamente, por lo que la velocidad de rotación de la herramienta varía a lo largo de la cara de la herramienta", dijo. Por supuesto, el tubo se mueve a través del molino a una sola velocidad. Por este motivo, el diseño influye en el rendimiento. Un diseño deficiente desperdicia material cuando las herramientas son nuevas y solo empeora a medida que las herramientas se desgastan, añadió.

Para las empresas que no han cumplido con la capacitación y el mantenimiento, la formulación de una estrategia para optimizar la eficiencia del molino comienza con lo básico.

Capacitación de Operadores de Molinos.La primera preocupación es el personal y cómo está capacitado.

“Independientemente del estilo de la fábrica y de lo que produzca, todas las fábricas tienen dos cosas en común: operadores y procedimientos operativos”, dijo Abbey. Dirigir una fábrica 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 fábrica de manera rentable es una cuestión de capacitación, capacitación y más capacitación”, afirmó Strand.

Para aprovechar al máximo un aserradero, de operador a operador y de turno a turno, es imperativo que cada operador utilice procedimientos consistentes de configuración y solución de problemas. Cualquier diferencia de procedimiento suele deberse a malentendidos, malos hábitos, atajos y soluciones alternativas. Invariablemente, esto genera dificultades para operar una fábrica de manera eficiente. Estos pueden ser problemas internos o pueden haber sido importados cuando un operador mal capacitado fue contratado por un competidor, pero el origen no importa. La coherencia es la clave, incluyendo operadores que aporten experiencia.

"Se necesitan años para desarrollar operadores de fábricas de tubos, y realmente no se puede confiar en un programa genérico y único para todos", afirmó Strand. "Cada empresa necesita su propio plan de formación adaptado a sus propias fábricas y a sus propias operaciones".

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 molino mismo 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 óptimas condiciones".

Strand está de acuerdo. “Todo comienza con el programa de inspección de mantenimiento preventivo”, dijo. “Ofrece la mejor oportunidad de gestionar una fábrica de forma rentable. Si un productor de tubos responde sólo 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, la fábrica se pelea sola".

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

“En muchos casos, a medida que los rollos superan su vida útil, se endurecen y finalmente se agrietan”, dijo Ventura.

Comprender el mantenimiento de las 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 han sido descuidadas, reacondicionarlas requerirá eliminar de dos a tres veces la cantidad de material que de otro modo necesitarían eliminarse, dijo. También llevará más tiempo y costará más.

Invertir en herramientas de repuesto puede ayudar a prevenir emergencias, señaló Strand. Si las herramientas se utilizan con frecuencia para tiradas largas, se necesitan más repuestos que las herramientas que se utilizan raramente para tiradas cortas. La función de la herramienta también influye en el nivel de repuesto. Las aletas pueden desprenderse del herramental de paso de aletas y los rodillos de soldadura sucumben al calor de la caja de soldadura, lo cual 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", afirmó. Si se descuidan, el personal de la fábrica dedica cada vez más tiempo a intentar compensarlos. Este es un tiempo que podría dedicarse a crear un producto bueno y 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 kilómetros entre cambios de aceite y dejaría que los neumáticos se desgastaran. 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 ejecución, afirmó. La revisión de las herramientas puede revelar un problema como una grieta fina. Encontrar dichos daños inmediatamente después de retirar las herramientas del molino, en lugar de encontrarlos justo antes de instalarlas para la siguiente ejecución, proporciona la mayor cantidad de tiempo para fabricar una herramienta de reemplazo.

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

“Si algo en el molino se rompe y tienes que pedir un reemplazo, ¿qué vas a hacer para que te 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 sólo 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 hay que pensar a largo plazo", dijo Strand.

La amplitud y profundidad de la experiencia cuentan en las tres áreas: operaciones, resolución de problemas y mantenimiento. Las empresas que tienen sólo uno o dos molinos para fabricar tubos para su propio uso generalmente tienen poca gente dedicada 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 mucho conocimiento, un departamento pequeño simplemente tiene una reserva de experiencia menor que un departamento de mantenimiento grande, lo que coloca al personal más pequeño en desventaja. Si la empresa no tiene un departamento de ingeniería, el departamento de mantenimiento tiene que hacer su propia resolución de problemas además de las reparaciones.

Strand añadió que la formación tanto para los departamentos de operaciones como de mantenimiento es ahora más importante que nunca. La ola de jubilaciones asociada con el envejecimiento de la generación del baby boom significa que gran parte del conocimiento tribal que alguna 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 consejos 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 tiene lugar al fabricar un tubo o tubería, y no se puede subestimar el papel de la máquina de soldar.

Soldadura por inducción. “En estos días, alrededor de dos tercios de nuestros pedidos son para modernizaciones”, dijo Prasek. “Normalmente reemplazan a 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, afirmó. “A menudo, cuando el material finalmente aparece, el soldador se cae”, dijo. Un número sorprendente de productores de tubos y tuberías incluso utilizan máquinas basadas en tecnología de tubos de vacío, lo que significa que utilizan máquinas que tienen al menos 30 años. Los conocimientos de servicio sobre este tipo de máquinas no son abundantes y los propios tubos de repuesto pueden ser difíciles de encontrar.

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

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

"A menudo, una nueva unidad de soldadura es mucho más eficiente que una vieja que proporciona sustancialmente más capacidad de soldadura sin actualizar el servicio eléctrico, lo que ahorra 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 libre adecuado y consistente alrededor del tubo, dijo John Holderman, gerente general de EHE Consumables. La bobina fallará prematuramente si no se configura correctamente.

El trabajo de un impedidor es simple: impide el flujo de corriente, dirigiéndolo hacia los bordes de la banda, y como todo lo demás en el molino, el posicionamiento es crítico, dijo. La posición adecuada es justo en el ápice de la soldadura, pero ésta 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 impedidor puede cambiar y, de hecho, puede arrastrar el diámetro interior a lo largo del fondo del tubo.

Aprovechar 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.

"Las fábricas de gran diámetro han estado utilizando diseños de bobina dividida durante mucho tiempo", afirmó 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 fábricas por necesidad, pero se necesitó algo de ingeniería sofisticada para aplicar este principio a bobinas pequeñas", dijo. Los fabricantes simplemente tenían menos con qué trabajar. "Las pequeñas bobinas de dos piezas tienen hardware especializado y abrazaderas diseñadas inteligentemente", dijo.

En cuanto al proceso de enfriamiento del impedidor, los productores de tubos y tuberías tienen dos opciones convencionales: el sistema de enfriamiento central del molino o un sistema de agua exclusivo y separado, que puede resultar costoso.

"Es mejor enfriar el impeder 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 impedidor, pero el refrigerante del molino recolecta finos metálicos. A pesar de todos los esfuerzos por atrapar los finos en un filtro central o capturarlos con un sistema magnético central, algunos logran atravesarlos y llegar hasta 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 en la ferrita, lo que provoca fallas prematuras y luego tiempo de inactividad para cambiar el impeder", dijo Holderman. "También se acumulan en las bobinas de inducción y eventualmente causan daños por la formación de arcos allí también".

Soldadura por láser. Para las fábricas 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 láser es extremadamente estable en la forma en que genera y entrega calor. La soldadura es consistente durante todo el día”, dijo Kevin Arnold, gerente de ventas de IPG Photonics en el Medio Oeste. "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 sea la facilidad de instalación y mantenimiento. Atrás quedaron los espejos y el complicado sistema de enfoque que deben mantenerse alineados con precisión y escrupulosamente limpios cuando se utiliza la tecnología de CO2.

"El sistema de emisión del rayo láser es mucho más sencillo", afirmó.

Estrechamente relacionada está la confiabilidad. 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, afirmó.

“Al principio, los fabricantes podían vivir con un láser delicado”, afirmó. “Hoy en día, una máquina láser de fibra es confiable, día tras día, y trabaja en segundo plano, casi de manera invisible, como un empleado leal”, afirmó.

Y aunque se entiende que las fuentes de energía láser no son baratas, los precios han bajado sustancialmente a lo largo de las décadas.

"Hace veinte años, un productor de tubos o tuberías necesitaría decenas de millones de dólares en ingresos anuales para permitirse un sistema de soldadura láser", dijo. "Hoy en día es mucho menos, en algunos casos tan sólo 1 millón de dólares al año".

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

"Normalmente no es un problema en Estados Unidos, pero no es raro en Sudamérica", 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 eléctrica (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 cortes de energía durante los períodos de consumo máximo son una realidad en algunos estados. Prasek y Strand señalaron que algunas empresas sufren cortes de energía ocasionales. Obtienen una mejor tarifa por la energía que utilizan a cambio del inconveniente de los cortes de energía ocasionales.