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 condotti, pari a decine di migliaia di libbre di COV all'anno. Immaginate inoltre di poter produrre a velocità maggiori, con una maggiore produttività e un costo inferiore per pezzo/metro lineare.
I processi produttivi sostenibili sono fondamentali per promuovere una produzione più efficiente e ottimizzata nel mercato nordamericano. La sostenibilità può essere misurata in diversi modi:
Riduzione dei VOC
Minore consumo energetico
Forza lavoro ottimizzata
Produzione più rapida (di più con meno)
Un utilizzo più efficiente del capitale
Inoltre, molte combinazioni di quanto sopra
Di recente, un'azienda leader nella produzione di tubi ha implementato una nuova strategia per le proprie operazioni di rivestimento. Le piattaforme di rivestimento precedentemente utilizzate dall'azienda erano a base d'acqua, che presentano un elevato contenuto di VOC (composti organici volatili) e sono anche infiammabili. La piattaforma di rivestimento sostenibile implementata è una tecnologia di rivestimento a raggi ultravioletti (UV) al 100% di solidi. In questo articolo, vengono riassunti il problema iniziale del cliente, il processo di rivestimento UV, i miglioramenti complessivi del processo, i risparmi sui costi e la riduzione dei VOC.
Operazioni di rivestimento nella produzione di tubi
Il produttore utilizzava un processo di verniciatura a base d'acqua che lasciava residui di materiale, come mostrato nelle immagini 1a e 1b. Oltre a comportare uno spreco di materiale di verniciatura, il processo creava anche un pericolo nell'ambiente di lavoro, aumentando l'esposizione ai VOC (composti organici volatili) e il rischio di incendio. Inoltre, il cliente desiderava prestazioni di verniciatura migliori rispetto all'attuale processo a base d'acqua.
Sebbene molti esperti del settore confrontino direttamente i rivestimenti a base d'acqua con i rivestimenti 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 nel progetto
UV è un processo
La tecnologia UV offre significativi vantaggi ambientali, miglioramenti complessivi del processo, prestazioni del prodotto superiori e, sì, anche un risparmio per metro lineare di rivestimento. Per implementare con successo un progetto di rivestimento UV, è necessario considerare il processo come composto da tre elementi principali: 1) il cliente, 2) l'integratore delle apparecchiature di applicazione e polimerizzazione UV e 3) il partner tecnologico per i rivestimenti.
Tutti e tre questi elementi sono fondamentali per la pianificazione e l'implementazione di successo di un sistema di rivestimento UV. Analizziamo quindi il processo complessivo di coinvolgimento nel progetto (Figura 1). Nella maggior parte dei casi, questa attività è guidata dal partner tecnologico specializzato in rivestimenti UV.
La chiave per la riuscita di qualsiasi progetto risiede nella definizione chiara delle fasi di coinvolgimento, con una flessibilità intrinseca e la capacità di adattarsi a diverse tipologie di clienti e alle loro applicazioni. Queste sette fasi di coinvolgimento costituiscono la base per un coinvolgimento di successo nel progetto con il cliente: 1) discussione generale del processo; 2) discussione sul ROI; 3) specifiche del prodotto; 4) specifiche generali del processo; 5) prove con campioni; 6) richiesta di offerta / specifiche generali del progetto; e 7) comunicazione continua.
Queste fasi di coinvolgimento possono essere seguite in sequenza, alcune possono svolgersi contemporaneamente o essere interscambiabili, ma tutte devono essere completate. Questa flessibilità intrinseca offre le maggiori probabilità di successo per i partecipanti. In alcuni casi, potrebbe essere opportuno coinvolgere un esperto di processi UV, in quanto risorsa con una preziosa esperienza nel settore in tutte le forme di tecnologia di rivestimento, ma soprattutto con una solida esperienza nei processi UV. Questo esperto può affrontare tutte le problematiche e agire come risorsa neutrale per valutare correttamente ed equamente le tecnologie di rivestimento.
Fase 1. Discussione generale del processo
In questa fase vengono scambiate le informazioni iniziali relative al processo attuale del cliente, con una chiara definizione del layout corrente e dei punti di forza e di debolezza. In molti casi, è opportuno stipulare un accordo di non divulgazione (NDA) reciproco. Successivamente, è necessario definire con precisione gli obiettivi di miglioramento del processo. Questi possono includere:
Sostenibilità – Riduzione dei COV
Riduzione e ottimizzazione della manodopera
Qualità migliorata
Aumento della velocità della linea
Riduzione della superficie calpestabile
Revisione dei costi energetici
Manutenibilità del sistema di rivestimento: pezzi di ricambio, ecc.
Successivamente, vengono definite metriche specifiche basate sui miglioramenti di processo individuati.
Fase 2. Discussione sul ritorno sull'investimento (ROI).
È importante comprendere il ritorno sull'investimento (ROI) del progetto fin dalle fasi iniziali. Sebbene non sia necessario raggiungere il livello di dettaglio richiesto per l'approvazione del progetto, il cliente dovrebbe avere un quadro chiaro dei costi attuali. Questi dovrebbero includere il costo per prodotto, per metro lineare, ecc.; i costi energetici; i costi della proprietà intellettuale (PI); i costi relativi alla qualità; i costi di gestione e manutenzione; i costi di sostenibilità; e il costo del capitale. (Per accedere ai calcolatori del ROI, consultare la fine di questo articolo.)
Fase 3. Discussione sulle specifiche del prodotto
Come per ogni prodotto fabbricato oggi, le specifiche di base vengono definite durante le discussioni iniziali del progetto. Per quanto riguarda le applicazioni di rivestimento, queste specifiche 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 definiamo "oggi contro domani". Si tratta di un delicato equilibrio tra la comprensione delle attuali specifiche di prodotto (che potrebbero non essere soddisfatte dall'attuale rivestimento) e la definizione di esigenze future realistiche (che è sempre un delicato equilibrio).
Fase 4. Specifiche generali del processo
Figura 2. Miglioramenti di processo ottenibili passando 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 ai punti di forza e di debolezza delle pratiche esistenti. Questo è fondamentale affinché l'integratore di sistemi UV possa tenerne conto nella progettazione del nuovo sistema. È proprio in questo ambito che il processo UV offre vantaggi significativi, tra cui una maggiore velocità di verniciatura, una riduzione dello spazio occupato e una diminuzione dei consumi di temperatura e umidità (vedere Figura 2). Si raccomanda vivamente una visita congiunta allo stabilimento produttivo del cliente, che fornisce un'ottima base per comprendere le sue esigenze e i suoi requisiti.
Fase 5. Dimostrazioni e prove.
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 rivestimento UV del cliente. Durante questa visita, emergeranno molte nuove idee e suggerimenti, man mano che si svolgeranno le seguenti attività:
Simulazione, campioni e test
Valutazione comparativa tramite test di prodotti di rivestimento della concorrenza
Esaminare le migliori pratiche
Esaminare le procedure di certificazione della qualità
Scopri gli integratori UV
Elaborare un piano d'azione dettagliato per il futuro.
Fase 6. Richiesta di offerta / Specifiche generali del progetto
Il documento di richiesta di offerta (RFQ) del cliente deve includere tutte le informazioni e i requisiti rilevanti per la nuova operazione di rivestimento UV, come definiti nelle discussioni di processo. Il documento deve incorporare le migliori pratiche individuate dall'azienda fornitrice della tecnologia 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
La comunicazione tra cliente, integratore UV e azienda produttrice di rivestimenti UV è fondamentale e va incentivata. La tecnologia odierna rende molto semplice programmare e partecipare a regolari videoconferenze tramite Zoom o altri canali simili. In questo modo, non dovrebbero esserci sorprese durante l'installazione delle apparecchiature o del sistema UV.
Risultati conseguiti dal produttore di tubi
Un aspetto cruciale da considerare in qualsiasi progetto di rivestimento UV è il risparmio complessivo sui costi. In questo caso, il produttore ha realizzato risparmi in diverse aree, tra cui i costi energetici, i costi della manodopera e i materiali di consumo per i rivestimenti.
Costi energetici: riscaldamento a microonde UV vs. riscaldamento a induzione
Nei tipici sistemi di rivestimento a base d'acqua, è necessario un preriscaldamento o un postriscaldamento a induzione del tubo. I riscaldatori a induzione sono costosi, consumano molta energia e possono presentare problemi di manutenzione significativi. Inoltre, la soluzione a base d'acqua richiedeva un consumo energetico del riscaldatore a induzione di 200 kW 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 evince dalla Tabella 1, il produttore di tubi ha realizzato un risparmio di oltre 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'energia elettrica.
Il risparmio sui costi derivante da questa riduzione del consumo energetico è stato stimato sulla base di un costo stimato dell'elettricità pari a 14,33 centesimi/kWh. La riduzione di 100 kWh del consumo energetico, calcolata su due turni per 50 settimane all'anno (cinque giorni a settimana, 20 ore per turno), si traduce in un risparmio di 71.650 dollari, come illustrato nella Figura 3.
Riduzione dei costi del lavoro – Operatori e addetti alla manutenzione
Poiché le aziende manifatturiere continuano a valutare i propri costi di manodopera, il processo UV offre un risparmio unico in termini di ore lavorative per operatori e addetti alla manutenzione. Con i rivestimenti a base d'acqua, il rivestimento liquido può solidificarsi a valle sulle attrezzature di movimentazione dei materiali, che alla fine devono essere rimosse.
Gli operatori dello stabilimento di produzione impiegavano complessivamente 28 ore a 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 dollari [costo oneroso] all'ora = 1.008,00 dollari a settimana o 50.400 dollari all'anno), lo sforzo fisico richiesto agli operatori può essere frustrante, dispendioso in termini di tempo e persino pericoloso.
Il cliente aveva programmato la pulizia del rivestimento ogni trimestre, con costi di manodopera pari a 1.900 dollari a trimestre, più i costi di rimozione del rivestimento già sostenuti, per un totale di 2.500 dollari. Il risparmio totale annuo ammontava a 10.000 dollari.
Risparmio sui rivestimenti: a base d'acqua rispetto ai rivestimenti UV.
La produzione di tubi presso lo stabilimento del cliente era di 12.000 tonnellate al mese di tubi con 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 target tipico di 1,5 mil. La polimerizzazione è stata effettuata mediante lampade a microonde UV Heraeus. I risparmi sui costi di rivestimento e sui costi di trasporto/movimentazione interna sono riassunti nelle Tabelle 2 e 3.
Tabella 2. Confronto dei costi di rivestimento: rivestimenti UV rispetto a rivestimenti a base d'acqua per metro lineare.
Tabella 3. Risparmi aggiuntivi derivanti da minori costi di trasporto in entrata e da una minore movimentazione dei materiali in loco.
Inoltre, è possibile realizzare ulteriori risparmi sui costi dei materiali e della manodopera, nonché una maggiore efficienza produttiva.
I rivestimenti UV sono riciclabili (a differenza di quelli a base d'acqua), garantendo un'efficienza di almeno il 96%.
Gli operatori dedicano meno tempo alla pulizia e alla manutenzione delle apparecchiature di applicazione perché il rivestimento UV non si asciuga se non esposto a energia UV ad alta intensità.
Le velocità di produzione sono aumentate e il cliente ha la possibilità di incrementarle da 100 piedi al minuto a 150 piedi al minuto, con un incremento del 50%.
Le apparecchiature per il processo UV in genere dispongono di un ciclo di lavaggio integrato, monitorato e programmato in base alle ore di funzionamento del sistema. Questo ciclo può essere regolato in base alle esigenze del cliente, riducendo così la manodopera necessaria per la pulizia dell'impianto.
In questo esempio, il cliente ha realizzato un risparmio sui costi pari a 1.277.400 dollari all'anno.
Riduzione dei VOC
L'implementazione della tecnologia di rivestimento UV ha inoltre ridotto le emissioni di VOC, come illustrato nella Figura 4.
Figura 4. Riduzione dei VOC a seguito dell'implementazione del rivestimento UV.
Conclusione
La tecnologia di rivestimento UV consente ai produttori di tubi di eliminare virtualmente i VOC (composti organici volatili) nelle loro operazioni di rivestimento, offrendo al contempo un processo produttivo sostenibile che migliora la produttività e le prestazioni complessive del prodotto. I sistemi di rivestimento UV consentono inoltre un notevole risparmio sui costi. Come illustrato in questo articolo, il cliente ha ottenuto un risparmio totale superiore a 1.200.000 dollari all'anno, oltre a eliminare oltre 154.000 libbre di emissioni di VOC.
Per ulteriori informazioni e per accedere ai calcolatori del ROI, visita il sito www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Per ulteriori miglioramenti dei processi e un esempio di calcolatore del ROI, visita il sito www.uvebtechnology.com.
BARRA LATERALE
Sostenibilità e vantaggi ambientali del processo di rivestimento UV:
Assenza di composti organici volatili (COV)
Assenza di inquinanti atmosferici pericolosi (HAP)
Non infiammabile
Senza solventi, acqua o riempitivi
Nessun problema di produzione dovuto a umidità o temperatura.
Miglioramenti complessivi del processo offerti dai rivestimenti UV:
Velocità di produzione elevate, fino a 800-900 piedi al minuto, a seconda delle dimensioni del prodotto.
Ingombro ridotto, inferiore a 35 piedi (lunghezza lineare)
Lavori in corso minimi
Asciugatura istantanea, senza necessità di post-polimerizzazione.
Nessun problema di rivestimento umido a valle
Nessuna regolazione del rivestimento in base alla temperatura o all'umidità.
Nessuna manipolazione/stoccaggio speciale durante i cambi di turno, la manutenzione o le chiusure del fine settimana.
Riduzione dei costi di manodopera associati agli operatori e alla manutenzione
Capacità di recuperare l'overspray, rifiltrarlo e reintrodurlo nel sistema di verniciatura.
Prestazioni del prodotto migliorate grazie ai rivestimenti UV:
Risultati migliorati nei test di umidità
Ottimi risultati dei test con nebbia salina
Possibilità di regolare le caratteristiche e il colore del rivestimento
Disponibili vernici trasparenti, metallizzate e colorate.
Costi di rivestimento inferiori per metro lineare, come dimostrato dal calcolatore del ROI:
Data di pubblicazione: 14 dicembre 2023
