La fabricación exitosa y eficiente de tuberías requiere la optimización de 10 000 detalles, incluido el mantenimiento de los equipos. Dada la gran cantidad de piezas móviles en cada tipo de molino y en cada equipo periférico, cumplir con el programa de mantenimiento preventivo recomendado por el fabricante no es tarea fácil. Foto: T & H Lemont Inc.
Nota del editor: Esta es la primera parte de una serie de dos partes sobre la optimización de las operaciones de las fábricas de tubos o tuberías. Lea la segunda parte.
La fabricación de productos tubulares puede ser laboriosa, incluso en las mejores circunstancias. Las fábricas son complejas, requieren mucho mantenimiento regular y, dependiendo de lo que produzcan, la competencia es feroz. Muchos productores de tuberías metálicas están bajo una enorme presión para maximizar el tiempo de actividad y así maximizar los ingresos, con poco tiempo valioso para el mantenimiento rutinario.
En la actualidad, no existe un escenario óptimo para la industria. Los materiales son caros y las entregas parciales son frecuentes. Ahora más que nunca, los fabricantes de tuberías necesitan maximizar el tiempo de actividad y reducir los desperdicios, y recibir entregas parciales implica reducir dicho tiempo. Las series de producción más cortas conllevan cambios más frecuentes, lo que no representa un uso eficiente del tiempo ni de la mano de obra.
“El tiempo de producción es un bien muy preciado en estos momentos”, afirmó Mark Prasek, gerente de ventas de tuberías para Norteamérica en EFD Induction.
Las conversaciones con expertos del sector sobre consejos y estrategias para sacar el máximo provecho de su planta revelaron algunos temas recurrentes:
Operar una planta con la máxima eficiencia implica optimizar docenas de factores, la mayoría de los cuales interactúan entre sí, por lo que optimizar las operaciones de la planta no es necesariamente fácil. La frase sagrada del ex columnista de The Tube & Pipe Journal, Bud Graham, ofrece una perspectiva: "Una laminadora de tubos es un portaherramientas". Recordar esta cita ayuda a simplificar las cosas. Entender qué hace cada herramienta, cómo funciona y cómo interactúa con las demás es aproximadamente un tercio de la batalla. Mantener todo en buen estado y alineado es otro tercio. El tercio final implica programas de capacitación para operadores, estrategias de resolución de problemas y procedimientos operativos específicos únicos para cada tubería o fabricante de tuberías.
La consideración principal para operar un molino de manera eficiente es que la materia prima es independiente del molino. Obtener la máxima producción del molino significa obtener la máxima producción de cada bobina alimentada al molino. Comienza con una decisión de compra.
Longitud de la bobina. Nelson Abbey, director de Fives Bronx Inc. Abbey Products, dijo: “Las fábricas de tubos prosperan cuando las bobinas son más largas. Mecanizar bobinas más cortas significa mecanizar más extremos de bobina. Cada extremo de bobina requiere una soldadura a tope. Cada soldadura a tope produce desechos.
La dificultad reside en que las bobinas lo más largas posible se pueden vender a un precio superior. Las bobinas más cortas pueden estar disponibles a mejores precios. Los agentes de compras pueden querer ahorrar dinero, pero esto es incompatible con el punto de vista del personal de producción. Casi todos los que dirigen una fábrica estarían de acuerdo en que la diferencia de precio tendría que ser significativa para compensar las pérdidas de producción asociadas a los cierres adicionales de la fábrica.
Abbey mencionó que otra consideración importante es la capacidad del desenrollador y cualquier otra limitación en la entrada de la planta. Puede ser necesario invertir en equipos de entrada de mayor capacidad para manejar bobinas más grandes y pesadas, a fin de aprovechar las ventajas de comprar bobinas de mayor tamaño.
La cortadora también es un factor importante, ya sea que el corte se realice internamente o se subcontrate. Las cortadoras tienen el mayor peso y diámetro que pueden manejar, por lo que lograr la mejor combinación entre bobinas y cortadoras es fundamental para maximizar el rendimiento.
En resumen, se trata de una interacción entre cuatro factores: el tamaño y el peso de la bobina, el ancho necesario de la cortadora, la capacidad de la cortadora y la capacidad del equipo de entrada.
Ancho y estado de la bobina. En la planta de producción, es obvio que las bobinas deben tener el ancho y el calibre adecuados para fabricar un producto, pero a veces se producen errores. Los operarios de la fábrica a menudo pueden compensar los anchos de las tiras que son ligeramente demasiado pequeños o demasiado grandes, pero esto es solo una cuestión de grado. Es fundamental prestar mucha atención al ancho de las tiras cortadas.
El estado de los bordes de la tira es también el aspecto más importante. Una presentación uniforme de los bordes, sin rebabas ni otras irregularidades, es fundamental para mantener soldaduras uniformes a lo largo de la tira, afirma Michael Strand, presidente de T&H Lemont. El enrollado, el corte y el rebobinado iniciales también influyen. Las bobinas que no se han manipulado con cuidado pueden doblarse, lo cual resulta problemático. El proceso de conformado desarrollado por los ingenieros de matrices de laminación comienza con una tira plana en lugar de una tira curva.
Notas sobre herramientas. "Un buen diseño de molde maximiza el rendimiento", dijo Stan Green, gerente general de SST Forming Roll Inc. Señala que no existe una única estrategia para el conformado de tubos y, por lo tanto, no existe una única estrategia para el diseño de moldes. Los proveedores de herramientas de laminación varían en la forma en que procesan los tubos y, por lo tanto, sus productos. Los rendimientos también varían.
“El radio de la superficie del rodillo cambia constantemente, por lo que la velocidad de rotación de la herramienta varía a lo largo de dicha superficie”, explicó. Por supuesto, el tubo pasa por la laminadora a una sola velocidad. Por lo tanto, el diseño influye en el rendimiento. Un mal diseño desperdicia material cuando la herramienta es nueva, y la situación empeora a medida que la herramienta se desgasta, añadió.
Para las empresas que no se ciñen al modelo de formación y mantenimiento, desarrollar una estrategia para optimizar la eficiencia de la planta comienza por lo básico.
“Independientemente del estilo de la fábrica y de los productos que fabrica, todas las fábricas tienen dos cosas en común: los operarios y los procedimientos operativos”, dijo Abbey. Dirigir una fábrica de la forma más consistente posible implica proporcionar formación estandarizada y seguir procedimientos escritos, añadió. Las inconsistencias en la formación pueden provocar diferencias en la configuración y la resolución de problemas.
Para obtener el máximo rendimiento de una planta, cada operario, turno tras turno, debe utilizar procedimientos de configuración y resolución de problemas consistentes. Cualquier diferencia en los procedimientos suele deberse a malentendidos, malos hábitos, atajos y soluciones improvisadas. Esto siempre dificulta el funcionamiento eficiente de la planta. Estos problemas pueden ser internos o surgir al contratar operarios cualificados de la competencia, pero la procedencia no importa. La consistencia es fundamental, incluso para los operarios con experiencia.
“Se necesitan años para capacitar a un operario de una fábrica de tubos, y realmente no se puede confiar en un plan que sirva para todos”, dijo Strand. “Cada empresa necesita un programa de capacitación que se adapte a su fábrica y a sus propias operaciones”.
“Las tres claves para unas operaciones eficientes son el mantenimiento de la máquina, el mantenimiento de los consumibles y la calibración”, afirmó Dan Ventura, presidente de Ventura & Associates. “Una máquina tiene muchas piezas móviles, ya sea el propio molino, los periféricos de entrada o salida, la mesa de batido, etc., y el mantenimiento rutinario es importante para mantener la máquina en óptimas condiciones”.
Strand coincide: «Todo comienza con un programa de inspección de mantenimiento preventivo», afirmó. «Ofrece la mejor oportunidad para que una fábrica sea rentable. Si un fabricante de tuberías solo responde a emergencias, pierde el control y queda a merced de la próxima crisis».
“Cada pieza de la maquinaria de la planta tiene que estar alineada”, dijo Ventura. “De lo contrario, la fábrica se desorganizará por completo”.
“En muchos casos, cuando los rodillos superan su vida útil, se endurecen por el uso y acaban agrietándose”, dijo Ventura.
“Si los rodillos no se mantienen en buen estado con un mantenimiento regular, entonces necesitan mantenimiento de emergencia”, dice Ventura. Si se descuidan las herramientas, repararlas requeriría eliminar dos o tres veces la cantidad de material que tendrían que eliminar de otro modo, dijo. Además, lleva más tiempo y cuesta más.
Strand señaló que invertir en herramientas de respaldo puede ayudar a prevenir emergencias. Si la herramienta se usa con frecuencia para operaciones a largo plazo, se requerirán más piezas de repuesto que si se usa con poca frecuencia para operaciones a corto plazo. La función de la herramienta también afecta el nivel de reserva. Las aletas pueden desprenderse de la herramienta de aletas y los rodillos de soldadura pueden verse afectados por el calor de la caja de soldadura, problemas que no afectan a los rodillos de conformado y dimensionamiento.
“El mantenimiento regular es bueno para los equipos, y una correcta alineación es buena para los productos que fabrican”, afirmó. Si se ignoran estos aspectos, los empleados de la fábrica dedican cada vez más tiempo a compensarlo. Este tiempo podría utilizarse para fabricar productos de alta calidad y gran éxito de ventas. Estos dos factores son tan importantes y a menudo se pasan por alto que, en opinión de Ventura, ofrecen la mejor oportunidad para sacar el máximo provecho de la planta, maximizar el rendimiento y reducir los desperdicios.
Ventura equipara el mantenimiento de molinos y consumibles con el mantenimiento de automóviles. Nadie va a conducir un coche durante decenas de miles de kilómetros entre cambios de aceite con neumáticos desgastados. Esto conllevará soluciones costosas o la destrucción de la planta, incluso en el caso de instalaciones con un mantenimiento deficiente.
Según indicó, también es necesaria una inspección periódica de la herramienta después de cada ciclo de funcionamiento. Las herramientas de inspección pueden revelar problemas como finas grietas. Este tipo de daños se descubren en cuanto se retira la herramienta de la fresadora, en lugar de inmediatamente antes de instalarla para el siguiente ciclo, lo que permite disponer de más tiempo para fabricar una herramienta de repuesto.
“Algunas empresas están operando durante los cierres programados”, dijo Green. Sabía que sería difícil cumplir con un cierre programado en esta situación, pero señaló que era muy peligroso. Las empresas de transporte marítimo y de carga están tan sobrecargadas o con falta de personal, o ambas cosas, que las entregas no se realizan a tiempo en estos días.
“Si algo se rompe en la fábrica y hay que pedir un repuesto, ¿qué se va a hacer para que llegue?”, preguntó. Por supuesto, el transporte aéreo siempre es una opción, pero puede disparar el coste del envío.
El mantenimiento de los molinos y las laminadoras es más que simplemente seguir un programa de mantenimiento; implica coordinar dicho programa con el programa de producción.
En las tres áreas (operaciones, resolución de problemas y mantenimiento), la amplitud y profundidad de la experiencia son importantes. Warren Wheatman, vicepresidente de la Unidad de Negocio de Troqueles de T&H Lemont, afirmó que las empresas que solo tienen uno o dos molinos para producir sus propios tubos suelen tener menos personal dedicado al mantenimiento de molinos y troqueles. Aunque el personal de mantenimiento esté capacitado, los departamentos pequeños tienen menos experiencia que los departamentos de mantenimiento más grandes, lo que los coloca en desventaja. Si la empresa no cuenta con un departamento de ingeniería, el departamento de mantenimiento tiene que encargarse de la resolución de problemas y las reparaciones.
Strand añadió que la formación de los departamentos de operaciones y mantenimiento es ahora más importante que nunca. La oleada de jubilaciones asociada al envejecimiento de la generación del baby boom significa que el conocimiento tácito que antes revolucionaba las empresas se está agotando. Si bien muchos fabricantes de tubos aún pueden contar con la consulta y el asesoramiento de los proveedores de equipos, incluso esta experiencia ya no es tan abundante como antes y está disminuyendo.
El proceso de soldadura es tan importante como cualquier otro proceso que se lleva a cabo en la fabricación de una tubería o tubo, y no se puede subestimar el papel de una máquina de soldar.
Soldadura por inducción. “Actualmente, alrededor de dos tercios de nuestros pedidos son para modernizaciones”, dijo Prasek. “Por lo general, reemplazan soldadoras viejas y problemáticas. El rendimiento es el principal factor determinante en este momento”.
Dijo que muchos estaban a ocho goles de distancia porque la materia prima llegó tarde. "Por lo general, cuando finalmente llega el material, el soldador se avería", dijo. Un número sorprendente de fabricantes de tubos incluso están utilizando máquinas basadas en tecnología de tubos de vacío, lo que significa que están utilizando máquinas que tienen al menos 30 años para su mantenimiento. El conocimiento sobre el servicio técnico de dichas máquinas no es extenso y los tubos de repuesto son difíciles de encontrar.
El desafío para los fabricantes de tuberías que aún las utilizan radica en su envejecimiento. No fallan de forma catastrófica, sino que se degradan lentamente. Una solución es utilizar menos calor de soldadura y hacer funcionar la laminadora a menor velocidad para compensar, lo que puede evitar fácilmente el desembolso 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 reducir significativamente el consumo eléctrico de la planta, afirmó Prasek. Algunos estados, especialmente aquellos con grandes poblaciones y redes eléctricas sobrecargadas, ofrecen generosas desgravaciones fiscales por la compra de equipos energéticamente eficientes. Una segunda motivación para invertir en nuevos productos es el potencial de nuevas posibilidades de producción, añadió.
“Por lo general, una unidad de soldadura nueva es mucho más eficiente que una antigua, y puede ahorrar miles de dólares al proporcionar una mayor capacidad de soldadura sin necesidad de actualizar el servicio eléctrico”, dijo Prasek.
La alineación de la bobina de inducción y la resistencia también es importante. John Holderman, gerente general de EHE Consumables, afirma que una bobina de inducción correctamente seleccionada e instalada tiene una posición óptima con respecto al rodillo de soldadura y debe mantener una holgura adecuada y constante alrededor del tubo. Si no se ajusta correctamente, la bobina fallará prematuramente.
La función del bloqueador es sencilla: bloquea el flujo de corriente eléctrica, dirigiéndola hacia el borde de la tira. Y, como ocurre con todo lo demás en la laminadora, el posicionamiento es fundamental, afirma. La ubicación correcta es en el vértice de la soldadura, pero esa no es la única consideración. La instalación es fundamental. Si se fija a un mandril que no es lo suficientemente rígido para soportarlo, la posición del bloqueador puede cambiar, ya que arrastra el diámetro interior a lo largo de la parte inferior del tubo.
Aprovechando las tendencias en el diseño de consumibles de soldadura, el concepto de bobina dividida puede tener un impacto significativo en el tiempo de actividad de la planta.
“Los molinos de gran diámetro llevan mucho tiempo utilizando diseños de bobina dividida”, dijo Haldeman. “Reemplazar una sola pieza de la bobina de inducción requiere cortar el tubo, reemplazar la bobina y volver a roscarla”, explicó. El diseño de bobina dividida consta de dos partes, lo que ahorra tiempo y esfuerzo.
“Se han utilizado en grandes laminadoras, pero se necesitó una ingeniería sofisticada para aplicar este principio a bobinas pequeñas”, dijo. “Aún menos trabajo para el fabricante. Las bobinas pequeñas de dos piezas tienen herrajes especializados y abrazaderas de diseño ingenioso”, dijo.
En lo que respecta al proceso de enfriamiento del bloqueador, los fabricantes de tuberías tienen dos opciones tradicionales: un sistema de enfriamiento central en la fábrica o un sistema de agua independiente y dedicado, que puede resultar costoso.
“Lo mejor es enfriar la resistencia con un refrigerante limpio”, dijo Holderman. Por esta razón, una pequeña inversión en un sistema de filtro de bobina específico para el refrigerante del molino puede aumentar considerablemente la vida útil de la bobina.
El refrigerante del molino se usa a menudo en el estrangulador, pero este refrigerante acumula partículas metálicas finas. A pesar de todos los esfuerzos por atrapar estas partículas en un filtro central o capturarlas con un sistema de imán central, algunas personas logran pasar y llegar hasta el obstáculo. Este no es el lugar para polvos metálicos.
“Se calientan en el campo de inducción y se queman contra la carcasa de la resistencia y la ferrita, lo que provoca una falla prematura y luego el apagado para reemplazar la resistencia”, dijo Holderman. “También se acumulan en las bobinas de inducción y eventualmente causan daños por arco eléctrico allí también”.