A fabricação eficiente e bem-sucedida de tubos requer a otimização de inúmeros detalhes, incluindo a manutenção dos equipamentos. Dada a miríade de peças móveis em cada tipo de laminador e em cada componente periférico, seguir o cronograma de manutenção preventiva recomendado pelo fabricante não é tarefa fácil. Foto: T & H Lemont Inc.
Nota do editor: Esta é a primeira parte de uma série de duas partes sobre a otimização das operações de fabricação de tubos. Leia a segunda parte.
A fabricação de produtos tubulares pode ser trabalhosa, mesmo nas melhores circunstâncias. As fábricas são complexas, exigem muita manutenção regular e, dependendo do que produzem, a concorrência é acirrada. Muitos fabricantes de tubos metálicos estão sob enorme pressão para maximizar o tempo de atividade e, consequentemente, a receita, com pouco tempo disponível para manutenção de rotina.
Atualmente, não existe um cenário ideal para o setor. Os materiais são caros e entregas parciais são comuns. Agora, mais do que nunca, os fabricantes de tubos precisam maximizar o tempo de atividade e reduzir o desperdício, e receber entregas parciais significa reduzir o tempo de atividade. Lotes menores significam trocas mais frequentes, o que não representa um uso eficiente de tempo ou mão de obra.
“O tempo de produção é um fator crucial neste momento”, disse Mark Prasek, gerente de vendas de tubos para a América do Norte da EFD Induction.
Conversas com especialistas do setor sobre dicas e estratégias para obter o máximo de sua planta revelaram alguns temas recorrentes:
Operar uma fábrica com máxima eficiência significa otimizar dezenas de fatores, a maioria dos quais interage entre si, portanto, otimizar as operações da fábrica não é necessariamente fácil. A máxima do ex-colunista da revista The Tube & Pipe Journal, Bud Graham, oferece uma perspectiva interessante: “Uma fábrica de tubos é um porta-ferramentas”. Lembrar dessa citação ajuda a simplificar as coisas. Entender o que cada ferramenta faz, como funciona e como interage com as outras representa cerca de um terço da batalha. Manter tudo em bom estado e alinhado é outro terço. O terço final envolve programas de treinamento para operadores, estratégias de solução de problemas e procedimentos operacionais específicos para cada fabricante de tubos.
A principal consideração para operar uma fábrica de forma eficiente é a independência da fábrica em relação à matéria-prima. Obter o máximo rendimento da fábrica significa obter o máximo rendimento de cada bobina alimentada à fábrica. Tudo começa com uma decisão de compra.
Comprimento da bobina. Nelson Abbey, diretor da Fives Bronx Inc. Abbey Products, disse: “As fábricas de tubos prosperam quando a bobina é a mais longa possível. Usinar bobinas mais curtas significa usinar mais extremidades de bobina. Cada extremidade de bobina requer uma solda de topo, e cada solda de topo gera sucata.”
A dificuldade reside no fato de que bobinas o mais longas possível podem ser vendidas a um preço mais elevado. Bobinas mais curtas podem estar disponíveis a preços melhores. Os responsáveis ​​pelas compras podem querer economizar, mas isso é inconsistente com o ponto de vista dos funcionários da linha de produção. Quase todos que administram uma fábrica concordam que a diferença de preço precisa ser significativa para compensar as perdas de produção associadas a paralisações adicionais da fábrica.
Outro fator a ser considerado, disse Abbey, é a capacidade do desenrolador e quaisquer outras restrições na entrada da laminadora. Pode ser necessário investir em equipamentos de entrada com maior capacidade para lidar com bobinas maiores e mais pesadas, a fim de aproveitar os benefícios da compra de bobinas maiores.
A máquina de corte longitudinal também é um fator importante, independentemente de o corte ser feito internamente ou terceirizado. As máquinas de corte longitudinal têm o maior peso e diâmetro que conseguem processar, portanto, obter a melhor combinação entre bobinas e máquinas de corte é fundamental para maximizar a produção.
Em resumo, trata-se de uma interação entre quatro fatores: o tamanho e o peso da bobina, a largura necessária da máquina de corte, a capacidade da máquina de corte e a capacidade do equipamento de entrada.
Largura e condição da bobina. Na linha de produção, é óbvio que as bobinas precisam ter a largura e a espessura corretas para a fabricação do produto, mas erros acontecem de vez em quando. Os operadores de laminadores geralmente conseguem compensar larguras de tiras ligeiramente menores ou maiores do que o necessário, mas isso é apenas uma questão de grau. Atenção cuidadosa à largura das bobinas cortadas é fundamental.
A condição da borda da tira também é o fator mais importante. Uma apresentação consistente da borda, sem rebarbas ou quaisquer outras inconsistências, é fundamental para manter uma solda uniforme ao longo de toda a tira, afirma Michael Strand, presidente da T&H Lemont. O enrolamento inicial, o corte e o rebobinamento também são importantes. Bobinas que não foram manuseadas com cuidado podem entortar, o que é problemático. O processo de conformação desenvolvido pelos engenheiros de matrizes de laminação começa com uma tira plana, em vez de uma tira curva.
Notas sobre ferramentas: "Um bom projeto de molde maximiza a produção", disse Stan Green, gerente geral da SST Forming Roll Inc. Ele ressalta que não existe uma estratégia única para a conformação de tubos e, portanto, nenhuma estratégia única para o projeto de moldes. Os fornecedores de ferramentas de laminação variam na forma como processam os tubos e, consequentemente, seus produtos. Os rendimentos também variam.
“O raio da superfície do rolo está em constante mudança, então a velocidade de rotação da ferramenta varia ao longo da superfície da ferramenta”, disse ele. Obviamente, o tubo passa pelo laminador em apenas uma velocidade. Portanto, o projeto afeta o rendimento. Um projeto inadequado desperdiça material quando a ferramenta é nova, e a situação só piora com o desgaste da ferramenta, acrescentou.
Para empresas que não se limitam ao treinamento e à manutenção, o desenvolvimento de uma estratégia para otimizar a eficiência da planta começa com o básico.
“Independentemente do estilo da fábrica e dos produtos que ela fabrica, todas as fábricas têm duas coisas em comum: os operadores e os procedimentos operacionais”, disse Abbey. Operar uma fábrica da forma mais consistente possível depende de fornecer treinamento padronizado e seguir procedimentos escritos, afirmou. Inconsistências no treinamento podem levar a diferenças na configuração e na resolução de problemas.
Para obter o máximo desempenho de uma planta, de operador para operador, turno após turno, cada operador deve utilizar procedimentos consistentes de configuração e solução de problemas. Quaisquer diferenças de procedimento geralmente decorrem de mal-entendidos, maus hábitos, atalhos e soluções improvisadas. Esses fatores sempre dificultam a operação eficiente da planta. Esses problemas podem ser internos ou introduzidos quando operadores treinados são contratados de concorrentes, mas a origem não importa. A consistência é fundamental, inclusive para operadores com experiência.
“Leva anos para treinar um operador de fábrica de tubos, e você realmente não pode confiar em um plano único para todos”, disse Strand. “Cada empresa precisa de um programa de treinamento que se adapte à sua fábrica e às suas próprias operações.”
“As três chaves para operações eficientes são a manutenção da máquina, a manutenção dos consumíveis e a calibração”, disse Dan Ventura, presidente da Ventura & Associates. “Uma máquina tem muitas peças móveis – seja o próprio moinho ou periféricos na entrada ou saída, ou a mesa de batimento, ou qualquer outra coisa – e a manutenção de rotina é importante para manter a máquina em ótimas condições.”
Strand concorda. "O início de tudo é a implementação de um programa de inspeção de manutenção preventiva", disse ele. "Ele oferece a melhor oportunidade para administrar uma fábrica de forma lucrativa. Se um fabricante de tubos só responde a emergências, ele perde o controle. Fica à mercê da próxima crise."
“Cada equipamento da fábrica precisa estar alinhado”, disse Ventura. “Caso contrário, a fábrica entrará em conflito consigo mesma.”
“Em muitos casos, quando os rolos ultrapassam sua vida útil, eles sofrem endurecimento por deformação e eventualmente racham”, disse Ventura.
“Se os rolos não forem mantidos em boas condições com manutenção regular, precisarão de manutenção emergencial”, diz Ventura. Se as ferramentas forem negligenciadas, o reparo exigirá a remoção de duas a três vezes mais material do que seria necessário em condições normais, afirmou. Além disso, o processo leva mais tempo e custa mais caro.
Investir em ferramentas de reserva pode ajudar a prevenir emergências, observou Strand. Se a ferramenta for usada frequentemente em operações de longo prazo, serão necessárias mais peças de reposição do que para uma ferramenta usada esporadicamente em operações de curto prazo. A função da ferramenta também afeta o nível de reserva. Aletas podem se soltar da ferramenta de aletas e os rolos de solda podem ser afetados pelo calor da caixa de solda, problemas que não afetam os rolos de conformação e dimensionamento.
“A manutenção regular é benéfica para os equipamentos, e o alinhamento correto é essencial para a qualidade dos produtos fabricados”, afirmou. Se esses aspectos forem ignorados, os funcionários da fábrica gastam cada vez mais tempo tentando compensar as falhas. Esse tempo poderia ser utilizado para produzir produtos de alta qualidade e campeões de venda. Esses dois fatores são tão importantes e frequentemente negligenciados que, na visão de Ventura, representam a melhor oportunidade para otimizar o uso da fábrica, maximizar a produção e reduzir o desperdício.
Ventura compara a manutenção de equipamentos e consumíveis à manutenção de carros. Ninguém vai dirigir um carro por dezenas de milhares de quilômetros entre trocas de óleo com pneus carecas. Isso levará a soluções caras ou à destruição de instalações, mesmo em fábricas com manutenção precária.
Ele afirmou que também é necessária a inspeção regular da ferramenta após cada operação. As ferramentas de inspeção podem revelar problemas como fissuras finas. Esses danos são descobertos assim que a ferramenta é removida da fresadora, em vez de imediatamente antes de ser instalada para a próxima operação, o que proporciona mais tempo para a fabricação de uma ferramenta de substituição.
“Algumas empresas estão operando durante paralisações programadas”, disse Green. Ele sabia que seria difícil cumprir uma paralisação programada nessa situação, mas ressaltou que era muito perigoso. As empresas de transporte e frete estão tão sobrecarregadas ou com falta de pessoal, ou ambas as coisas, que as entregas não estão sendo feitas no prazo atualmente.
“Se algo quebrar na fábrica e você precisar encomendar uma peça de reposição, o que você fará para recebê-la?”, perguntou ele. Claro, o frete aéreo é sempre uma opção, mas pode encarecer bastante o custo do envio.
A manutenção de laminadores e cilindros vai além de simplesmente seguir um cronograma de manutenção; envolve coordenar esse cronograma com o cronograma de produção.
Em todas as três áreas – operações, resolução de problemas e manutenção – a amplitude e a profundidade da experiência são importantes. Warren Wheatman, vice-presidente da Unidade de Negócios de Matrizes da T&H Lemont, afirmou que empresas que possuem apenas uma ou duas fábricas para produzir seus próprios tubos geralmente têm menos pessoas dedicadas à manutenção de fábricas e matrizes. Mesmo que a equipe de manutenção seja qualificada, departamentos pequenos têm menos experiência do que departamentos de manutenção maiores, o que coloca a equipe menor em desvantagem. Se a empresa não possui um departamento de engenharia, o departamento de manutenção precisa realizar a resolução de problemas e os reparos por conta própria.
Strand acrescentou que o treinamento para os departamentos de operações e manutenção é agora mais importante do que nunca. A onda de aposentadorias associada ao envelhecimento da geração baby boomer significa que o conhecimento tácito que antes era fundamental para as empresas está se esgotando. Embora muitos fabricantes de tubos ainda possam contar com a consultoria e o aconselhamento de fornecedores de equipamentos, mesmo essa expertise não é tão abundante quanto antes e está diminuindo.
O processo de soldagem é tão importante quanto qualquer outro processo que ocorre na fabricação de um tubo ou cano, e o papel de uma máquina de solda não pode ser subestimado.
Soldagem por indução. "Hoje, cerca de dois terços dos nossos pedidos são para modernizações", disse Prasek. "Geralmente, substituem máquinas de solda antigas e problemáticas. O principal fator motivador no momento é a produtividade."
Ele disse que muitos estavam com oito gols de desvantagem porque a matéria-prima chegou com atraso. "Normalmente, quando o material finalmente chega, a soldadora para de funcionar", disse ele. Um número surpreendente de fabricantes de tubos ainda utiliza máquinas baseadas em tecnologia de válvulas eletrônicas, o que significa que estão usando máquinas com pelo menos 30 anos de uso. O conhecimento técnico para manutenção dessas máquinas não é extenso e os próprios tubos de reposição são difíceis de encontrar.
O desafio para os fabricantes de tubos que ainda os utilizam é ​​o seu envelhecimento. Eles não falham catastroficamente, mas degradam-se lentamente. Uma solução é usar menos calor de soldagem e operar a laminadora em uma velocidade mais baixa para compensar, o que pode facilmente evitar o investimento em uma nova máquina. Isso cria uma falsa sensação de que tudo está bem.
Investir em uma nova fonte de energia para soldagem por indução pode reduzir significativamente o consumo de eletricidade da fábrica, disse Prasek. Alguns estados — especialmente aqueles com grandes populações e redes elétricas sobrecarregadas — oferecem generosos incentivos fiscais para a compra de equipamentos energeticamente eficientes. Uma segunda motivação para investir em novos produtos é o potencial para novas possibilidades de produção, acrescentou.
“Uma unidade de soldagem mais recente costuma ser mais eficiente do que uma mais antiga e pode economizar milhares de dólares, oferecendo maior capacidade de soldagem sem a necessidade de atualizar a rede elétrica”, disse Prasek.
O alinhamento da bobina de indução e do resistor também é importante. John Holderman, gerente geral da EHE Consumables, afirma que uma bobina de indução selecionada e instalada corretamente possui uma posição ideal em relação ao rolo de soldagem e precisa manter uma folga adequada e consistente ao redor do tubo. Se instalada incorretamente, a bobina falhará prematuramente.
A função do bloqueador é simples: ele bloqueia o fluxo de corrente elétrica, direcionando-a para a borda da tira. Como em tudo na usinagem, o posicionamento é crucial, afirma ele. O local correto é no ápice da solda, mas essa não é a única consideração. A instalação é fundamental. Se for fixado a um mandril que não seja rígido o suficiente para suportá-lo, a posição do bloqueador pode mudar, arrastando o diâmetro interno ao longo da parte inferior do tubo.
Aproveitando as tendências no design de consumíveis de soldagem, o conceito de bobina dividida pode ter um impacto significativo no tempo de atividade da fábrica.
“As usinas de grande diâmetro utilizam há muito tempo projetos de bobina bipartida”, disse Haldeman. “Substituir uma única peça da bobina de indução exige cortar o tubo, substituir a bobina e refazer a rosca”, explicou. O projeto de bobina bipartida é composto por duas partes, economizando tempo e esforço.
“Eles já eram usados ​​em grandes laminadores, mas foi preciso um trabalho de engenharia sofisticado para aplicar esse princípio a bobinas pequenas”, disse ele. “Menos trabalho ainda para o fabricante. Bobinas pequenas de duas peças têm componentes especiais e grampos com design inteligente”, acrescentou.
Em relação ao processo de resfriamento do bloqueador, os fabricantes de tubos têm duas opções tradicionais: o sistema de resfriamento central da fábrica ou um sistema de água dedicado separado, que pode ser caro.
“O ideal é resfriar o resistor com fluido refrigerante limpo”, disse Holderman. Por esse motivo, um pequeno investimento em um sistema de filtro de indutor dedicado para o fluido refrigerante da usinagem pode aumentar consideravelmente a vida útil do indutor.
O fluido de corte do moinho é frequentemente usado no estrangulador, mas esse fluido acumula partículas metálicas finas. Apesar de todos os esforços para reter essas partículas em um filtro central ou capturá-las com um sistema magnético central, algumas ainda conseguem passar e atingir o obstáculo. Este não é o lugar para pós metálicos.
“Eles aquecem no campo de indução e se queimam na carcaça do resistor e na ferrita, o que causa falha prematura e, consequentemente, o desligamento para a substituição do resistor”, disse Holderman. “Eles também se acumulam nas bobinas de indução e, eventualmente, causam danos por arco voltaico nesses locais.”