Por Michael Kelly, da Allied PhotoChemical, e David Hagood, da Finishing Technology Solutions.
Imagine poder eliminar quase todos os COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) no processo de fabricação de tubos, o que equivale a milhares de quilos de COVs por ano. Imagine também produzir em velocidades mais altas, com maior produtividade e menor custo por peça/metro linear.
Processos de fabricação sustentáveis são essenciais para impulsionar uma produção mais eficiente e otimizada no mercado norte-americano. A sustentabilidade pode ser medida de diversas maneiras:
Redução de COVs
Menor consumo de energia
Força de trabalho otimizada
Aumento da produção industrial (mais com menos)
Utilização mais eficiente do capital
Além disso, muitas combinações dos itens acima.
Recentemente, um fabricante líder de tubos implementou uma nova estratégia para suas operações de revestimento. As plataformas de revestimento anteriormente utilizadas pelo fabricante eram à base de água, que possuem alto teor de COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) e são inflamáveis. A plataforma de revestimento sustentável implementada foi uma tecnologia de revestimento ultravioleta (UV) 100% sólida. Neste artigo, são resumidos o problema inicial do cliente, o processo de revestimento UV, as melhorias gerais no processo, a redução de custos e a diminuição dos COVs.
Operações de revestimento na fabricação de tubos
O fabricante utilizava um processo de revestimento à base de água que deixava resíduos, como mostrado nas Imagens 1a e 1b. Além de resultar em desperdício de materiais de revestimento, o processo também criava riscos no chão de fábrica, aumentando a exposição a COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) e o risco de incêndio. Ademais, o cliente desejava um desempenho de revestimento superior ao obtido com o processo atual à base de água.
Embora muitos especialistas do setor comparem diretamente os revestimentos à base de água com os revestimentos UV, essa comparação não é realista e pode ser enganosa. O revestimento UV propriamente dito é um subconjunto do processo de revestimento UV.
Figura 1. Processo de engajamento do projeto
UV é um processo
A tecnologia UV é um processo que oferece vantagens ambientais significativas, melhorias gerais no processo, melhor desempenho do produto e, sim, economia por metro linear de revestimento. Para implementar com sucesso um projeto de revestimento UV, é preciso considerá-lo como um processo com três componentes principais: 1) o cliente, 2) o integrador de equipamentos de aplicação e cura UV e 3) o parceiro de tecnologia de revestimentos.
Esses três aspectos são cruciais para o planejamento e a implementação bem-sucedidos de um sistema de revestimento UV. Portanto, vamos analisar o processo geral de engajamento do projeto (Figura 1). Na maioria dos casos, esse esforço é liderado pelo parceiro de tecnologia de revestimento UV.
A chave para o sucesso de qualquer projeto reside em etapas de engajamento claramente definidas, com flexibilidade integrada e capacidade de adaptação a diferentes tipos de clientes e suas aplicações. Estas sete etapas de engajamento são a base para um projeto bem-sucedido com o cliente: 1) discussão do processo geral; 2) discussão do ROI (retorno sobre o investimento); 3) especificações do produto; 4) especificação do processo geral; 5) testes de amostra; 6) solicitação de cotação/especificação geral do projeto; e 7) comunicação contínua.
Essas etapas de engajamento podem ser seguidas sequencialmente, algumas podem ocorrer simultaneamente ou podem ser intercambiadas, mas todas devem ser concluídas. Essa flexibilidade inerente proporciona a maior probabilidade de sucesso para os participantes. Em alguns casos, pode ser melhor contratar um especialista em processos UV como recurso, com valiosa experiência no setor em todas as formas de tecnologia de revestimento, mas, principalmente, com sólida experiência em processos UV. Esse especialista poderá lidar com todas as questões e atuar como um recurso neutro para avaliar as tecnologias de revestimento de forma adequada e justa.
Etapa 1. Discussão geral do processo
Nesta etapa, são trocadas as informações iniciais sobre o processo atual do cliente, com uma definição clara do layout atual e dos pontos positivos e negativos bem definidos. Em muitos casos, um acordo mútuo de confidencialidade (NDA) deve ser estabelecido. Em seguida, devem ser identificadas metas de melhoria de processo bem definidas. Estas podem incluir:
Sustentabilidade – Redução de COVs
Redução e otimização da mão de obra
Qualidade aprimorada
Aumento da velocidade da linha
Redução da área útil
Revisão dos custos de energia
Facilidade de manutenção do sistema de revestimento – peças de reposição, etc.
Em seguida, são definidas métricas específicas com base nessas melhorias de processo identificadas.
Etapa 2. Discussão sobre o Retorno do Investimento (ROI)
É importante compreender o ROI (Retorno sobre o Investimento) do projeto nas etapas iniciais. Embora o nível de detalhamento não precise ser o mesmo exigido para a aprovação do projeto, o cliente deve ter uma visão clara dos custos atuais. Estes devem incluir o custo por produto, por metro linear, etc.; custos de energia; custos de propriedade intelectual (PI); custos de qualidade; custos de operação/manutenção; custos de sustentabilidade; e custo de capital. (Para acessar calculadoras de ROI, consulte o final deste artigo.)
Etapa 3. Discussão sobre as especificações do produto
Assim como acontece com todos os produtos fabricados atualmente, as especificações básicas do produto são definidas nas discussões iniciais do projeto. No que diz respeito às aplicações de revestimento, essas especificações evoluíram ao longo do tempo para atender às necessidades de produção e, normalmente, não são atendidas pelo processo de revestimento atual do cliente. Chamamos isso de "hoje versus amanhã". É um equilíbrio delicado entre compreender as especificações atuais do produto (que podem não estar sendo atendidas pelo revestimento atual) e definir necessidades futuras que sejam realistas (o que sempre envolve equilíbrio).
Etapa 4. Especificações Gerais do Processo
Figura 2. Melhorias de processo disponíveis ao migrar de um processo de revestimento à base de água para um processo de revestimento UV.
O cliente deve compreender e definir completamente o processo atual, juntamente com os pontos positivos e negativos das práticas existentes. Isso é importante para o integrador de sistemas UV, para que os aspectos que estão funcionando bem e os que não estão possam ser considerados no projeto do novo sistema UV. É aqui que o processo UV oferece vantagens significativas, que podem incluir maior velocidade de revestimento, menor necessidade de espaço físico e redução da temperatura e da umidade (ver Figura 2). Uma visita conjunta às instalações de produção do cliente é altamente recomendada e proporciona uma excelente base para entender suas necessidades e requisitos.
Etapa 5. Demonstração e Testes
As instalações do fornecedor de revestimentos também devem ser visitadas pelo cliente e pelo integrador de sistemas UV para permitir que todos participem de uma simulação do processo de revestimento UV do cliente. Durante esse período, muitas novas ideias e sugestões surgirão à medida que as seguintes atividades forem realizadas:
Simulação, amostras e testes
Compare os resultados testando produtos de revestimento concorrentes.
Analisar as melhores práticas
Revisar os procedimentos de certificação de qualidade
Conheça os integradores de UV
Desenvolva um plano de ação detalhado para o futuro.
Etapa 6. Solicitação de Cotação / Especificação Geral do Projeto
O documento de solicitação de cotação (RFQ) do cliente deve incluir todas as informações e requisitos relevantes para a nova operação de revestimento UV, conforme definido nas discussões do processo. O documento deve incorporar as melhores práticas identificadas pela empresa de tecnologia de revestimento UV, que podem incluir o aquecimento do revestimento por meio de um sistema de aquecimento com camisa de água até a ponta da pistola; aquecimento e agitação do recipiente; e balanças para medir o consumo de revestimento.
Etapa 7. Comunicação Contínua
A comunicação entre o cliente, o integrador de UV e a empresa de revestimentos UV é crucial e deve ser incentivada. A tecnologia atual facilita muito o agendamento e a participação em chamadas regulares por Zoom ou plataformas similares. Não deve haver surpresas durante a instalação do equipamento ou sistema UV.
Resultados alcançados pelo fabricante de tubos
Um aspecto crucial a ser considerado em qualquer projeto de revestimento UV é a redução geral de custos. Neste caso, o fabricante obteve economia em diversas áreas, incluindo custos de energia, mão de obra e insumos para revestimento.
Custos de energia – Aquecimento UV por micro-ondas versus aquecimento por indução
Em sistemas típicos de revestimentos à base de água, há necessidade de pré ou pós-aquecimento por indução do tubo. Os aquecedores por indução são caros, consomem muita energia e podem apresentar problemas significativos de manutenção. Além disso, a solução à base de água exigiu o uso de 200 kW de energia do aquecedor por indução, em comparação com os 90 kW utilizados pelas lâmpadas UV de micro-ondas.
Tabela 1. Economia de custos superior a 100 kWh com a utilização de um sistema de aquecimento UV por micro-ondas com 10 lâmpadas em comparação com um sistema de aquecimento por indução.
Conforme demonstrado na Tabela 1, o fabricante de tubos obteve uma economia superior a 100 kW por hora após a implementação da tecnologia de revestimento UV, além de reduzir os custos de energia em mais de US$ 71.000 por ano.
Figura 3. Ilustração da economia anual nos custos de eletricidade
A economia de custos resultante dessa redução no consumo de energia foi estimada com base no custo estimado da eletricidade a 14,33 centavos/kWh. A redução de 100 kWh no consumo de energia, calculada ao longo de dois turnos durante 50 semanas por ano (cinco dias por semana, 20 horas por turno), resulta em uma economia de US$ 71.650, conforme ilustrado na Figura 3.
Redução de custos de mão de obra – Operadores e Manutenção
À medida que as empresas de manufatura continuam a avaliar seus custos de mão de obra, o processo UV oferece economias exclusivas relacionadas às horas de trabalho de operadores e pessoal de manutenção. Com revestimentos à base de água, o revestimento úmido pode solidificar posteriormente nos equipamentos de manuseio de materiais, o que eventualmente exige sua remoção.
Os operadores da unidade fabril gastavam um total de 28 horas por semana removendo/limpando o revestimento à base de água dos equipamentos de manuseio de materiais subsequentes.
Além da economia de custos (estimativa de 28 horas de trabalho x US$ 36 [custo total] por hora = US$ 1.008,00 por semana ou US$ 50.400 por ano), as exigências de trabalho físico para os operadores podem ser frustrantes, demoradas e francamente perigosas.
O cliente definiu como meta a limpeza do revestimento a cada trimestre, com custos de mão de obra de US$ 1.900 por trimestre, mais os custos de remoção do revestimento, totalizando US$ 2.500. A economia total por ano foi de US$ 10.000.
Economia em Revestimentos – Revestimentos à Base de Água vs. Revestimentos UV
A produção de tubos nas instalações do cliente foi de 12.000 toneladas por mês de tubos com 9,625 polegadas de diâmetro. Em resumo, isso equivale a aproximadamente 570.000 pés lineares / ~ 12.700 peças. O processo de aplicação da nova tecnologia de revestimento UV incluiu pistolas de pulverização de alto volume/baixa pressão com uma espessura alvo típica de 1,5 mils. A cura foi realizada por meio de lâmpadas de micro-ondas UV da Heraeus. A economia nos custos de revestimento e nos custos de transporte/manuseio interno está resumida nas Tabelas 2 e 3.
Tabela 2. Comparação de custos de revestimento – revestimentos UV versus revestimentos à base de água por metro linear
Tabela 3. Economias adicionais decorrentes da redução dos custos de transporte de entrada e da diminuição da movimentação de materiais no local.
Além disso, podem ser obtidas economias adicionais nos custos de materiais e mão de obra, bem como ganhos de eficiência na produção.
Os revestimentos UV são recicláveis (os revestimentos à base de água não o são), permitindo uma eficiência de pelo menos 96%.
Os operadores gastam menos tempo limpando e fazendo manutenção nos equipamentos de aplicação, pois o revestimento UV não seca a menos que seja exposto a energia UV de alta intensidade.
As velocidades de produção são mais rápidas e o cliente tem a possibilidade de aumentá-las de 100 pés por minuto para 150 pés por minuto – um aumento de 50%.
Os equipamentos de processamento UV normalmente possuem um ciclo de limpeza integrado, que é monitorado e programado por horas de produção. Isso pode ser ajustado de acordo com as necessidades do cliente, resultando em menor necessidade de mão de obra para a limpeza do sistema.
Neste exemplo, o cliente obteve uma economia de custos de US$ 1.277.400 por ano.
Redução de COVs
A implementação da tecnologia de revestimento UV também reduziu os COVs (Compostos Orgânicos Voláteis), como pode ser observado na Figura 4.
Figura 4. Redução de COVs como resultado da implementação do revestimento UV.
Conclusão
A tecnologia de revestimento UV permite que os fabricantes de tubos praticamente eliminem os COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) em suas operações de revestimento, ao mesmo tempo que oferecem um processo de fabricação sustentável que melhora a produtividade e o desempenho geral do produto. Os sistemas de revestimento UV também geram economias significativas. Conforme descrito neste artigo, a economia total do cliente ultrapassou US$ 1.200.000 anualmente, além da eliminação de mais de 70 toneladas de emissões de COVs.
Para obter mais informações e acessar as calculadoras de ROI, visite www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Para obter informações adicionais sobre melhorias de processo e um exemplo de calculadora de ROI, visite www.uvebtechnology.com.
BARRA LATERAL
Sustentabilidade/Vantagens Ambientais do Processo de Revestimento UV:
Sem compostos orgânicos voláteis (COVs)
Sem poluentes atmosféricos perigosos (HAPs)
Não inflamável
Sem solventes, água ou enchimentos.
Sem problemas de produção relacionados à umidade ou temperatura.
Melhorias gerais do processo oferecidas pelos revestimentos UV:
Velocidades de produção rápidas, superiores a 800 a 900 pés por minuto, dependendo do tamanho do produto.
Pequena área física ocupada, com menos de 35 pés (comprimento linear).
Trabalho em andamento mínimo
Secagem instantânea sem necessidade de cura posterior
Sem problemas de revestimento úmido a jusante
Sem necessidade de ajuste de revestimento para problemas de temperatura ou umidade.
Não é necessário manuseio/armazenamento especial durante trocas de turno, manutenção ou paradas de fim de semana.
Redução dos custos de mão de obra associados a operadores e manutenção.
Capacidade de recuperar o excesso de pulverização, refiltrá-lo e reintroduzi-lo no sistema de revestimento.
Melhoria do desempenho do produto com revestimentos UV:
Resultados aprimorados nos testes de umidade
Resultados dos testes de névoa salina da Great
Capacidade de ajustar os atributos e a cor do revestimento.
Vernizes transparentes, metálicos e coloridos disponíveis.
Redução dos custos de revestimento por metro linear, conforme demonstrado pela calculadora de ROI:
Data da publicação: 14 de dezembro de 2023
