di Michael Kelly, Allied PhotoChemical, e David Hagood, Finishing Technology Solutions
Immaginate di poter eliminare quasi tutti i COV (Composti Organici Volatili) dal processo di produzione di tubi e tubazioni, pari a 45.000 kg di COV all'anno. Immaginate anche di produrre a velocità più elevate, con una maggiore produttività e un costo per pezzo/metro lineare inferiore.
I processi di produzione sostenibili sono fondamentali per promuovere una produzione più efficiente e ottimizzata nel mercato nordamericano. La sostenibilità può essere misurata in diversi modi:
Riduzione dei COV
Minor consumo di energia
Forza lavoro ottimizzata
Produzione più rapida (di più con meno)
Un uso più efficiente del capitale
Inoltre, molte combinazioni di quanto sopra
Di recente, un produttore leader di tubi ha implementato una nuova strategia per le sue attività di rivestimento. Le precedenti piattaforme di rivestimento utilizzate dal produttore erano a base d'acqua, un materiale ad alto contenuto di COV e, tra l'altro, infiammabile. La piattaforma di rivestimento sostenibile implementata è stata una tecnologia di rivestimento ultravioletto (UV) al 100% di solidi. In questo articolo vengono riassunti il problema iniziale del cliente, il processo di rivestimento UV, i miglioramenti generali del processo, i risparmi sui costi e la riduzione dei COV.
Operazioni di rivestimento nella produzione di tubi
Il produttore utilizzava un processo di verniciatura a base d'acqua che lasciava residui di lavorazione, come mostrato nelle Immagini 1a e 1b. Il processo non solo comportava sprechi di materiali di rivestimento, ma creava anche un rischio per l'officina, aumentando l'esposizione ai COV e il rischio di incendio. Inoltre, il cliente desiderava prestazioni di verniciatura migliori rispetto all'attuale processo di verniciatura a base d'acqua.
Sebbene molti esperti del settore paragonino direttamente i rivestimenti a base d'acqua con quelli UV, questo non è un confronto realistico e può essere fuorviante. Il rivestimento UV vero e proprio è un sottoinsieme del processo di rivestimento UV.
Figura 1. Processo di coinvolgimento del progetto
UV è un processo
La tecnologia UV offre significativi vantaggi ambientali, miglioramenti generali del processo, migliori prestazioni del prodotto e, naturalmente, risparmi per metro lineare di rivestimento. Per implementare con successo un progetto di rivestimento UV, la tecnologia UV deve essere considerata un processo con tre componenti principali: 1) il cliente, 2) l'integratore di apparecchiature di applicazione e polimerizzazione UV e 3) il partner tecnologico per la tecnologia di rivestimento.
Tutti e tre questi aspetti sono fondamentali per la pianificazione e l'implementazione di successo di un sistema di rivestimento UV. Diamo quindi un'occhiata al processo di coinvolgimento complessivo del progetto (Figura 1). Nella maggior parte dei casi, questo impegno è guidato dal partner tecnologico per il rivestimento UV.
La chiave per il successo di qualsiasi progetto è definire chiaramente le fasi di coinvolgimento, con flessibilità integrata e capacità di adattamento a diverse tipologie di clienti e alle loro applicazioni. Queste sette fasi di coinvolgimento sono la base per un coinvolgimento di successo con il cliente: 1) discussione complessiva del processo; 2) discussione del ROI; 3) specifiche di prodotto; 4) specifiche generali del processo; 5) prove campione; 6) richiesta di preventivo / specifiche generali del progetto; e 7) comunicazione continua.
Queste fasi di coinvolgimento possono essere seguite in serie, alcune possono svolgersi contemporaneamente o essere intercambiabili, ma devono essere completate tutte. Questa flessibilità intrinseca offre le massime possibilità di successo per i partecipanti. In alcuni casi, potrebbe essere opportuno rivolgersi a un esperto di processi UV, una risorsa con una preziosa esperienza nel settore in tutte le forme di tecnologia di rivestimento e, soprattutto, con una solida esperienza nei processi UV. Questo esperto è in grado di gestire tutte le problematiche e fungere da risorsa neutrale per valutare in modo corretto ed equo le tecnologie di rivestimento.
Fase 1. Discussione generale del processo
In questa fase vengono scambiate le informazioni iniziali sul processo attuale del cliente, con una chiara definizione del layout attuale e degli aspetti positivi/negativi. In molti casi, è necessario stipulare un accordo di riservatezza reciproco (NDA). Successivamente, è necessario identificare obiettivi di miglioramento del processo chiaramente definiti. Questi possono includere:
Sostenibilità – Riduzione dei COV
Riduzione e ottimizzazione del lavoro
Qualità migliorata
Aumento della velocità della linea
Riduzione dello spazio a pavimento
Revisione dei costi energetici
Manutenibilità del sistema di rivestimento: pezzi di ricambio, ecc.
Successivamente, vengono definite metriche specifiche in base ai miglioramenti di processo identificati.
Fase 2. Discussione sul ritorno sull'investimento (ROI)
È importante comprendere il ROI del progetto nelle fasi iniziali. Sebbene il livello di dettaglio non debba essere quello necessario per l'approvazione del progetto, il cliente dovrebbe avere una chiara panoramica dei costi attuali. Questi dovrebbero includere il costo per prodotto, per metro lineare, ecc.; costi energetici; costi di proprietà intellettuale (PI); costi di qualità; costi di gestione/manutenzione; costi di sostenibilità; e costo del capitale. (Per accedere ai calcolatori del ROI, vedere la fine di questo articolo.)
Fase 3. Discussione sulle specifiche del prodotto
Come per ogni prodotto realizzato oggi, le specifiche di base vengono definite nelle discussioni iniziali del progetto. Per quanto riguarda le applicazioni di rivestimento, queste specifiche di prodotto si sono evolute nel tempo per soddisfare le esigenze di produzione e in genere non vengono soddisfatte dall'attuale processo di rivestimento del cliente. Lo chiamiamo "oggi vs. domani". Si tratta di un gioco di equilibrio tra la comprensione delle specifiche di prodotto attuali (che potrebbero non essere soddisfatte dal rivestimento attuale) e la definizione di esigenze future realistiche (che è sempre un gioco di equilibrio).
Fase 4. Specifiche generali del processo
Figura 2. Miglioramenti del processo disponibili quando si passa da un processo di rivestimento a base d'acqua a un processo di rivestimento UV
Il cliente deve comprendere e definire appieno il processo attuale, insieme agli aspetti positivi e negativi delle pratiche esistenti. Questo è importante per l'integratore di sistemi UV, in modo che gli aspetti positivi e negativi possano essere considerati nella progettazione del nuovo sistema UV. È qui che il processo UV offre vantaggi significativi, che possono includere una maggiore velocità di rivestimento, una riduzione degli ingombri e una riduzione di temperatura e umidità (vedere Figura 2). Una visita congiunta allo stabilimento produttivo del cliente è altamente raccomandata e fornisce un ottimo quadro di riferimento per comprendere le esigenze e i requisiti del cliente.
Fase 5. Dimostrazione e prove pratiche
Il cliente e l'integratore di sistemi UV dovrebbero inoltre visitare lo stabilimento del fornitore di rivestimenti per consentire a tutti di partecipare a una simulazione del processo di verniciatura UV del cliente. Durante questo periodo, emergeranno molte nuove idee e suggerimenti, grazie alle seguenti attività:
Simulazione, campioni e test
Paragonabile testando prodotti di rivestimento competitivi
Esaminare le migliori pratiche
Esaminare le procedure di certificazione della qualità
Incontra gli integratori UV
Sviluppare un piano d'azione dettagliato per andare avanti
Fase 6. Richiesta di preventivo / Specifiche generali del progetto
Il documento di richiesta di preventivo del cliente deve includere tutte le informazioni e i requisiti pertinenti per la nuova operazione di rivestimento UV, come definito nelle discussioni sul processo. Il documento deve incorporare le migliori pratiche identificate dall'azienda produttrice di tecnologie di rivestimento UV, che potrebbero includere il riscaldamento del rivestimento tramite un sistema di riscaldamento a camicia d'acqua fino alla punta della pistola; il riscaldamento e l'agitazione del contenitore; e bilance per la misurazione del consumo di rivestimento.
Fase 7. Comunicazione continua
I mezzi di comunicazione tra cliente, integratore UV e azienda produttrice di rivestimenti UV sono fondamentali e dovrebbero essere incoraggiati. La tecnologia odierna rende molto comodo programmare e partecipare a regolari videoconferenze/chiamate Zoom. Non dovrebbero esserci sorprese durante l'installazione dell'apparecchiatura o del sistema UV.
Risultati realizzati dal produttore di tubi
Un aspetto critico da considerare in qualsiasi progetto di rivestimento UV è il risparmio complessivo sui costi. In questo caso, il produttore ha ottenuto risparmi in diversi ambiti, tra cui costi energetici, costi di manodopera e materiali di consumo per i rivestimenti.
Costi energetici: riscaldamento UV a microonde vs. riscaldamento a induzione
Nei tipici sistemi di rivestimento a base d'acqua, è necessario il riscaldamento del tubo prima o dopo l'induzione. I riscaldatori a induzione sono costosi, consumano molta energia e possono presentare notevoli problemi di manutenzione. Inoltre, la soluzione a base d'acqua richiedeva un consumo energetico di 200 kW per il riscaldatore a induzione, rispetto ai 90 kW utilizzati dalle lampade UV a microonde.
Tabella 1. Risparmio sui costi superiore a 100 kW/ora utilizzando un sistema UV a microonde a 10 lampade rispetto a un sistema di riscaldamento a induzione
Come si può vedere nella Tabella 1, il produttore di tubi ha ottenuto risparmi superiori a 100 kW all'ora dopo aver implementato la tecnologia di rivestimento UV, riducendo al contempo i costi energetici di oltre 71.000 dollari all'anno.
Figura 3. Illustrazione del risparmio annuo sui costi dell'elettricità
Il risparmio sui costi per questa riduzione del consumo energetico è stato stimato sulla base di un costo stimato dell'elettricità di 14,33 centesimi/kWh. La riduzione di 100 kW/ora del consumo energetico, calcolata su due turni per 50 settimane all'anno (cinque giorni alla settimana, 20 ore per turno), si traduce in un risparmio di 71.650 dollari, come illustrato nella Figura 3.
Riduzione dei costi di manodopera – Operatori e manutenzione
Mentre le aziende manifatturiere continuano a valutare i costi di manodopera, il processo UV offre risparmi unici in termini di ore di lavoro per operatori e addetti alla manutenzione. Con i rivestimenti a base d'acqua, il rivestimento umido può solidificarsi a valle sulle attrezzature di movimentazione dei materiali, che alla fine devono essere rimosse.
Gli operatori dello stabilimento di produzione hanno impiegato in totale 28 ore alla settimana per rimuovere/pulire il rivestimento a base d'acqua dalle apparecchiature di movimentazione dei materiali a valle.
Oltre al risparmio sui costi (circa 28 ore di lavoro x 36 $ [costo gravante] all'ora = 1.008,00 $ alla settimana o 50.400 $ all'anno), i requisiti di lavoro fisico per gli operatori possono essere frustranti, dispendiosi in termini di tempo e decisamente pericolosi.
Il cliente aveva come obiettivo la pulizia del rivestimento ogni trimestre, con costi di manodopera di 1.900 dollari al trimestre, più i costi di rimozione del rivestimento sostenuti, per un totale di 2.500 dollari. Il risparmio totale annuo è stato pari a 10.000 dollari.
Risparmio sul rivestimento: a base d'acqua vs. UV
La produzione di tubi presso il sito del cliente ammontava a 12.000 tonnellate al mese, con un diametro di 9,625 pollici. In sintesi, ciò equivale a circa 570.000 piedi lineari / ~ 12.700 pezzi. Il processo di applicazione della nuova tecnologia di rivestimento UV prevedeva l'utilizzo di pistole a spruzzo ad alto volume/bassa pressione con uno spessore tipico di 1,5 mil. La polimerizzazione è stata ottenuta mediante l'utilizzo di lampade a microonde UV Heraeus. I risparmi sui costi di rivestimento e sui costi di trasporto/movimentazione interna sono riepilogati nelle Tabelle 2 e 3.
Tabella 2. Confronto dei costi di rivestimento: rivestimenti UV rispetto a quelli a base d'acqua per piede lineare
Tabella 3. Ulteriori risparmi derivanti da minori costi di trasporto in entrata e ridotta movimentazione dei materiali in loco
Inoltre, è possibile ottenere ulteriori risparmi sui costi di materiali e manodopera e una maggiore efficienza produttiva.
I rivestimenti UV sono riciclabili (i rivestimenti a base d'acqua no), consentendo un'efficienza di almeno il 96%.
Gli operatori dedicano meno tempo alla pulizia e alla manutenzione delle attrezzature di applicazione perché il rivestimento UV non si asciuga se non esposto a energia UV ad alta intensità.
La velocità di produzione è maggiore e il cliente ha la possibilità di aumentare la velocità di produzione da 100 piedi al minuto a 150 piedi al minuto, ovvero un aumento del 50%.
Le apparecchiature di processo UV sono in genere dotate di un ciclo di lavaggio integrato, monitorato e programmato in base alle ore di produzione. Questo ciclo può essere adattato alle esigenze del cliente, riducendo così il numero di manodopera necessaria per la pulizia del sistema.
In questo esempio, il cliente ha realizzato un risparmio sui costi pari a $ 1.277.400 all'anno.
Riduzione dei COV
L'implementazione della tecnologia di rivestimento UV ha inoltre ridotto i COV, come si può vedere nella Figura 4.
Figura 4. Riduzione dei COV come risultato dell'implementazione del rivestimento UV
Conclusione
La tecnologia di rivestimento UV consente ai produttori di tubi di eliminare virtualmente i COV nelle loro operazioni di rivestimento, garantendo al contempo un processo di produzione sostenibile che migliora la produttività e le prestazioni complessive del prodotto. I sistemi di rivestimento UV consentono inoltre di ottenere significativi risparmi sui costi. Come illustrato in questo articolo, il risparmio totale del cliente ha superato i 1.200.000 dollari all'anno, eliminando oltre 154.000 libbre di emissioni di COV.
Per ulteriori informazioni e per accedere ai calcolatori del ROI, visitare www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Per ulteriori miglioramenti di processo e un esempio di calcolatore del ROI, visitare www.uvebtechnology.com.
BARRA LATERALE
Sostenibilità del processo di rivestimento UV / Vantaggi ambientali:
Nessun composto organico volatile (COV)
Nessun inquinante atmosferico pericoloso (HAP)
Non infiammabile
Senza solventi, acqua o riempitivi
Nessun problema di produzione di umidità o temperatura
Miglioramenti generali del processo offerti dai rivestimenti UV:
Velocità di produzione elevate, da 800 a 900 piedi al minuto, a seconda delle dimensioni del prodotto
Ingombro fisico ridotto, inferiore a 35 piedi (lunghezza lineare)
Minimo lavoro in corso
Asciugatura istantanea senza necessità di post-polimerizzazione
Nessun problema di rivestimento umido a valle
Nessuna regolazione del rivestimento per problemi di temperatura o umidità
Nessuna movimentazione/stoccaggio speciale durante i cambi turno, la manutenzione o le chiusure del fine settimana
Riduzione dei costi di manodopera associati agli operatori e alla manutenzione
Possibilità di recuperare l'overspray, rifiltrarlo e reintrodurlo nel sistema di rivestimento
Prestazioni del prodotto migliorate con rivestimenti UV:
Risultati migliorati dei test di umidità
Risultati dei test sulla nebbia salina
Possibilità di regolare gli attributi e il colore del rivestimento
Disponibili vernici trasparenti, metallizzate e colori
Costi di rivestimento inferiori per piede lineare come mostrato dal calcolatore del ROI:
Data di pubblicazione: 14-12-2023
