A fabricação bem-sucedida e eficiente de tubos ou canos exige a otimização de 10.000 detalhes, incluindo a manutenção do equipamento. Dada a infinidade de peças móveis em cada tipo de moinho e cada peça de equipamento periférico, aderir ao cronograma de manutenção preventiva recomendado pelo fabricante não é uma tarefa fácil. Foto: T & H Lemont Inc.
Nota do editor: Esta é a primeira parte de uma série de duas partes sobre otimização de operações de fábricas de tubos e canos. 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 produtores de tubos de metal estão sob tremenda pressão para maximizar o tempo de atividade e a receita, com pouco tempo valioso para manutenção de rotina.
Não existe um cenário ideal para o setor atualmente. Os materiais são caros e entregas parciais não são incomuns. Agora, mais do que nunca, os produtores de tubos precisam maximizar o tempo de atividade e reduzir o desperdício, e receber entregas parciais significa reduzir o tempo de atividade. Execuções mais curtas significam trocas mais frequentes, o que não é um uso eficiente de tempo ou mão de obra.
“O tempo de produção é escasso no momento”, disse Mark Prasek, gerente de vendas de tubos da América do Norte na EFD Induction.
Conversas com especialistas do setor sobre dicas e estratégias para aproveitar ao máximo sua planta revelaram alguns temas recorrentes:
Operar uma planta com eficiência máxima significa otimizar dezenas de fatores, a maioria dos quais interage com outros, então otimizar as operações da planta não é necessariamente fácil. A Palavra Sagrada do ex-colunista do The Tube & Pipe Journal, Bud Graham, oferece alguma perspectiva: "Uma fábrica de tubos é um porta-ferramentas". Lembrar dessa citação ajuda a manter as coisas simples. Entender o que cada ferramenta faz, como funciona e como cada ferramenta interage com outras ferramentas é cerca de um terço da batalha. Manter tudo em ordem e alinhado é outro terço dela. O terço final envolve programas de treinamento de operadores, estratégias de solução de problemas e procedimentos operacionais específicos exclusivos para cada tubo ou produtor de tubos.
A principal consideração para operar um moinho de forma eficiente é a independência do moinho. É a matéria-prima. Obter a produção máxima do moinho significa obter a produção máxima de cada bobina alimentada ao moinho. 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 mais longa. Usinar bobinas mais curtas significa usinar mais extremidades de bobina. Cada extremidade de bobina requer uma solda de topo, e cada solda de topo produz sucata.”
A dificuldade aqui é que bobinas o mais longas possível podem ser vendidas com um prêmio. Bobinas mais curtas podem estar disponíveis a preços melhores. Os agentes de compras podem querer economizar algum dinheiro, mas isso é inconsistente com o ponto de vista do pessoal da fábrica. Quase todos que administram uma fábrica concordam que a diferença de preço tem que ser significativa para compensar as perdas de produção associadas a paralisações adicionais da fábrica.
Outra consideração, disse Abbey, é a capacidade do desbobinador e quaisquer outras restrições na extremidade de entrada do moinho. Pode ser necessário investir em equipamentos de entrada de maior capacidade para lidar com bobinas maiores e mais pesadas para aproveitar os benefícios da compra de bobinas maiores.
O cortador também é um fator, seja ele feito internamente ou terceirizado. Os cortadores têm o maior peso e diâmetro que podem suportar, portanto, obter a melhor correspondência entre bobinas e cortadores é essencial para maximizar a produtividade.
Em resumo, é 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. No chão de fábrica, é evidente que as bobinas precisam ter a largura e a bitola corretas para fabricar um produto, mas erros acontecem de tempos em tempos. Os operadores de laminador geralmente conseguem compensar larguras de tiras que são um pouco pequenas ou grandes demais, mas isso é apenas uma questão de grau. É fundamental prestar muita atenção à largura das matrizes de corte.
A condição da borda da tira também é a questão mais importante. A apresentação consistente da borda, sem rebarbas ou quaisquer outras inconsistências, é essencial para manter uma solda consistente ao longo do comprimento da tira, afirma Michael Strand, presidente da T&H Lemont. O enrolamento, corte e rebobinamento iniciais também entram em jogo. Bobinas que não foram manuseadas com cuidado podem entortar, o que é problemático. O processo de conformação desenvolvido pelos engenheiros de matrizes laminadas começa com uma tira plana em vez de uma tira curva.
Notas sobre ferramentas. "Um bom projeto de molde maximiza a produtividade", disse Stan Green, gerente geral da SST Forming Roll Inc. Ele ressalta que não há uma estratégia única para conformação de tubos e, portanto, não há uma estratégia única para projeto de molde. Os fornecedores de ferramentas de laminação variam na forma como processam tubos e, portanto, seus produtos. Os rendimentos também variam.
"O raio da superfície do rolo está constantemente mudando, então a velocidade de rotação da ferramenta muda em toda a superfície da ferramenta", disse ele. É claro que o tubo passa pelo moinho em apenas uma velocidade. Portanto, o projeto afeta o rendimento. Um projeto ruim desperdiça material quando a ferramenta é nova, e a situação só piora à medida que a ferramenta se desgasta, acrescentou.
Para empresas que não seguem o método de treinamento e 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. Administrar uma fábrica da forma mais consistente possível é uma questão de fornecer treinamento padronizado e seguir procedimentos escritos, disse ele. Inconsistências no treinamento podem levar a diferenças na configuração e na solução de problemas.
Para obter o máximo de uma planta, de operador para operador, de turno para turno, cada operador deve usar procedimentos consistentes de configuração e solução de problemas. Quaisquer diferenças de procedimento geralmente são uma questão de mal-entendidos, maus hábitos, atalhos e soluções alternativas. Isso sempre dificulta a operação eficiente da planta. Esses problemas podem ser internos ou introduzidos quando operadores treinados são contratados de concorrentes, mas a fonte não faz diferença. A consistência é fundamental, incluindo operadores que trazem experiência.
“Leva anos para treinar um operador de fábrica de tubos, e você realmente não pode confiar em um plano único”, disse Strand. “Toda empresa precisa de um programa de treinamento que seja adequado à sua fábrica e às suas próprias operações.”
“As três chaves para operações eficientes são manutenção da máquina, manutenção de consumíveis e calibração”, disse Dan Ventura, presidente da Ventura & Associates. “Uma máquina tem muitas peças móveis — seja o próprio moinho ou periféricos na extremidade de entrada ou saída, ou a mesa de batimento, ou o que quer que seja — e a manutenção de rotina é importante para manter a máquina em ótimas condições.”
Strand concorda. "Usar um programa de inspeção de manutenção preventiva é onde tudo começa", disse ele. "Ele oferece a melhor oportunidade para administrar uma fábrica de forma lucrativa. Se um produtor de tubos só responde a emergências, ele está fora de controle. Está à mercê da próxima crise."
“Cada equipamento da fábrica precisa estar alinhado”, disse Ventura. “Caso contrário, a fábrica lutará contra si mesma.”
“Em muitos casos, quando os rolos excedem sua vida útil, eles endurecem e acabam rachando”, disse Ventura.
"Se os rolos não forem mantidos em boas condições com manutenção regular, eles precisarão de manutenção de emergência", diz Ventura. Se as ferramentas forem negligenciadas, consertá-las exigirá a remoção de duas a três vezes da quantidade de material que seria necessário remover de outra forma, disse ele. Também leva mais tempo e custa mais.
Investir em ferramentas de backup pode ajudar a prevenir emergências, observou Strand. Se a ferramenta for usada com frequência para operação de longo prazo, mais peças de reposição serão necessárias do que a ferramenta usada com pouca frequência para operação de curto prazo. A função da ferramenta também afeta o nível de reserva. As 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 boa para o equipamento, e o alinhamento adequado é bom para os produtos que ele produz”, disse ele. Se esses fatores forem ignorados, os funcionários da fábrica gastarão cada vez mais tempo tentando compensar. Esse tempo pode ser usado para fabricar produtos bons e mais vendidos. Esses dois fatores são tão importantes e frequentemente negligenciados ou ignorados que, na visão de Ventura, eles oferecem a melhor oportunidade de obter o máximo da planta, maximizar o rendimento e reduzir o refugo.
Ventura equipara a manutenção de fábricas e consumíveis à manutenção de automóveis. Ninguém vai dirigir um carro por dezenas de milhares de quilômetros entre trocas de óleo com pneus vazios. Isso levará a soluções caras ou à destruição, mesmo para plantas mal conservadas.
A inspeção regular da ferramenta após cada execução também é necessária, disse ele. As ferramentas de inspeção podem revelar problemas como finas rachaduras. Esses danos são descobertos assim que a ferramenta é removida da fresadora, em vez de imediatamente antes da ferramenta ser instalada para a próxima execução, dando mais tempo para fabricar uma ferramenta de substituição.
"Algumas empresas estão trabalhando com fechamentos programados", disse Green. Ele sabia que seria difícil cumprir um fechamento programado nessa situação, mas ressaltou que era muito perigoso. As empresas de transporte e frete estão tão superlotadas ou com falta de pessoal, ou ambos, que as entregas não estão sendo feitas no prazo atualmente.
"Se algo quebrar na fábrica e você tiver que encomendar uma substituição, o que você vai fazer para que ela seja entregue?", ele perguntou. É claro que o frete aéreo é sempre uma opção, mas pode aumentar o custo do envio.
A manutenção de moinhos e rolos é mais do que apenas seguir um cronograma de manutenção, mas coordenar o cronograma de manutenção com o cronograma de produção.
Em todas as três áreas — operações, solução de problemas e manutenção — a amplitude e a profundidade da experiência são importantes. Warren Wheatman, vice-presidente da Unidade de Negócios de Matriz da T&H Lemont, disse que as empresas que têm apenas uma ou duas fábricas para produzir seus próprios tubos geralmente têm menos pessoas dedicadas à manutenção de fábricas e matrizes. Embora a equipe de manutenção seja bem informada, os departamentos pequenos têm menos experiência do que os departamentos de manutenção maiores, colocando as equipes menores em desvantagem. Se a empresa não tiver um departamento de engenharia, o departamento de manutenção terá que fazer a solução 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 tribal que antes abalava as empresas está secando. Embora muitos produtores de tubos ainda possam contar com consultoria e 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 tubulação, e o papel de uma máquina de soldagem não pode ser superestimado.
Soldagem por indução. "Hoje, cerca de dois terços dos nossos pedidos são para retrofits", disse Prasek. "Eles geralmente substituem soldadores antigos e problemáticos. A produtividade é o principal impulsionador no momento."
Ele disse que muitos estavam com oito gols atrasados ​​porque a matéria-prima chegou atrasada. "Normalmente, quando o material finalmente sai, o soldador desiste", disse ele. Um número surpreendente de produtores de tubos está usando máquinas baseadas na tecnologia de tubos a vácuo, o que significa que estão usando máquinas com pelo menos 30 anos de uso para manutenção. O conhecimento de manutenção dessas máquinas não é extenso, e os próprios tubos de reposição são difíceis de encontrar.
O desafio para os produtores de tubos que ainda os utilizam é ​​como eles envelhecem. Eles não falham catastroficamente, mas se degradam lentamente. Uma solução é usar menos calor de soldagem e operar o moinho em uma velocidade mais lenta para compensar, o que pode facilmente evitar o desembolso de capital para investir em uma nova máquina. Isso cria uma falsa sensação de que está tudo bem.
Investir em uma nova fonte de energia para soldagem por indução pode reduzir significativamente o consumo de eletricidade da planta, disse Prasek. Alguns estados — especialmente aqueles com grandes populações e redes sobrecarregadas — oferecem generosos descontos fiscais na compra de equipamentos com eficiência energética. Uma segunda motivação para investir em novos produtos é o potencial para novas possibilidades de produção, acrescentou.
“Uma unidade de soldagem mais nova geralmente é mais eficiente do que uma mais antiga e pode economizar milhares de dólares ao fornecer mais capacidade de soldagem sem atualizar o serviço elétrico”, disse Prasek.
O alinhamento da bobina de indução e do resistor também é importante. John Holderman, gerente geral da EHE Consumables, diz que uma bobina de indução adequadamente selecionada e instalada tem uma posição ideal em relação ao rolo de soldagem e precisa manter uma folga adequada e consistente ao redor do tubo. Se configurada incorretamente, a bobina falhará prematuramente.
O trabalho do bloqueador é simples: ele bloqueia o fluxo de corrente elétrica, direcionando-o para a borda da tira e, como em tudo na usinagem, o posicionamento é crítico, diz ele. O local correto é no ápice da solda, mas essa não é a única consideração. A instalação é crítica. Se ele for preso a um mandril que não seja rígido o suficiente para suportá-lo, a posição do bloqueador pode mudar, na verdade ele arrasta o DI ao longo da parte inferior do tubo.
Aproveitando as tendências em design de consumíveis de soldagem, o conceito de bobina dividida pode ter um impacto significativo no tempo de atividade do moinho.
“Os moinhos de grande diâmetro usam há muito tempo projetos de bobina dividida”, disse Haldeman. “Substituir uma única peça de bobina de indução requer cortar o tubo, substituir a bobina e rosqueá-la novamente”, disse ele. O projeto da bobina dividida vem em duas partes, economizando todo o seu tempo e esforço.
"Eles foram usados ​​em grandes laminadores, mas foi preciso um esforço de engenharia sofisticado para aplicar esse princípio a bobinas pequenas", disse ele. Ainda menos trabalho para o fabricante. "Bobinas pequenas de duas peças têm hardware especializado e grampos inteligentemente projetados", disse ele.
Em relação ao processo de resfriamento do bloqueador, os produtores de tubos têm duas opções tradicionais: o sistema de resfriamento central da fábrica ou um sistema de água dedicado separado, o que pode ser caro.
“É melhor resfriar o resistor com líquido de arrefecimento limpo”, disse Holderman. Por esse motivo, um pequeno investimento em um sistema de filtro de estrangulamento dedicado para o líquido de arrefecimento do moinho pode aumentar muito a vida útil do estrangulamento.
O refrigerante do moinho é frequentemente usado no estrangulamento, mas ele coleta finos metálicos. Apesar de todos os esforços para reter finos em um filtro central ou capturá-los com um sistema magnético central, algumas pessoas passam e encontram o caminho até o obstáculo. Este não é o lugar para pós metálicos.
"Eles aquecem no campo de indução e queimam o invólucro do resistor e a ferrite, o que causa falha prematura e, em seguida, desligam para substituir o resistor", disse Holderman. "Eles também se acumulam nas bobinas de indução e, eventualmente, causam danos por arco elétrico ali também."