Universidad Tecnològica de Querètaro

Firmado digitalmente por Universidad Tecnològica de Querètaro Nombre de reconocimiento (DN): cn=Universidad Tecnològica de Querètaro, o=UTEQ, ou=UTEQ, [email protected], c=MX Fecha: 2014.06.12 18:07:01 -05'00'

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO.

NOMBRE DEL PROYECTO: Propuesta de mejora en comportamiento del flujo de temperatura en horno de curado.

EMPRESA: Industrial Powder Coating de México SA. De C.V.

Memoria que como parte de los requisitos para obtener el título de: Ingeniero en mantenimiento industrial.

PRESENTA: Luis Alberto Morales López.

Asesor de la UTEQ: Ing. José Luis Toral Luna.

Asesor de la organización: Ing. Carlos Manuel Pacheco Cárdenas

Santiago de Querétaro Qro. Junio del 2014.

Resumen. En la presente tesis se habla de una mejora en el control del flujo de aire de temperatura dentro del horno de curado, tomándose en cuenta el quemador, el tipo de horno y el flujo de aire que se mueve dentro del horno de curado. El horno del tipo continúo menciona el ahorro de gas y los altos volúmenes de producción que absorbe al ser un horno que no necesita ser apagado y enfriado para obtener el producto final. Los quemadores del horno a gas por convección forzada son la principal fuente emisora de calor, es necesario que el quemador opere adecuadamente, para esto se le realizan carburaciones o servicios basados en la NOM-085-SEMARNAT2011. Se proponen mejoras de diseño al horno para un mejor aprovechamiento del aire caliente dentro del horno. Se utilizan dos tipos de análisis para la detección de las posibles causas que generan una inestabilidad de temperatura dentro del horno, las causas son entregadas al personal de la empresa con las recomendaciones para su realización.

Palabras clave: Flujo, control, aire, temperatura, horno, curado, quemador, batch, ahorro, continuo, gas, producción, producto, diagrama de Ishikawa, tabla de Pareto, carburaciones y calor.

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Summary. The present thesis speaks about the search of a best temperature control and hot air flow inside the cure oven. It is necessary to have into account the type of oven and consuming gas. The batch type oven is more efficient because it works in a continuous form; it is best for continuous processes. For the making of the project, two types of analysis detection, are generated: cause and effect, and Pareto diagram. With this methodology the various causes that directly affect the operation of the curing oven were detected, in case the recommendations mentioned were ignored, there could be problems in the machine. With the aid of the burners calibration norms NOM-085-SEMARNAT and two methods from the environmental protection agency, the causes and recommendations were delivered to the company’s staff and mentioned inside the organization. During in time inside the organization, I learned to use other types the analysis for problems detection in the cure oven, and more about the electroplanting processes.

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Dedicatorias. A mi esposa, familia, amigos, personal de la empresa y universidad tecnológica de Querétaro, por apoyarme en la realización de cada uno de los proyectos que he realizado.

Agradecimientos. A la UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO por darme las bases de una educación completa en mi preparación de ingeniería.

A INDUSTRIAL POWDER COATING de MÉXICO por apoyarme en el desarrollo de mi proyecto dentro de sus instalaciones.

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Indice.

Resumen. ................................................................................................ 2 Summary. ............................................................................................. 3 Dedicatorias. ........................................................................................... 4 Agradecimientos. ................................................................................... 4 Indice. ...................................................................................................... 5 I. INTRODUCCIÓN. .................................................................................. 7 II. ANTECEDENTES ................................................................................ 9 III. JUSTIFICACIÓN. ............................................................................. 10 IV. OBJETIVOS. ..................................................................................... 11 V. ALCANCES. ...................................................................................... 11 VI. ANÁLISIS DE RIESGOS. ................................................................. 12 VII. FUNDAMENTACION TEÓRICA. ..................................................... 13 7.1. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR. ................... 13 7.2. TIPOS DE HORNOS. .................................................................. 14 7.3. LA COMBUSTIÓN. ................................................................... 19 7.4. GASES DE COMBUSTIÓN. ........................................................ 20 7.5. TERMODINÁMICA....................................................................... 21 7.6. TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN FORZADA.21 7.7. PINTURA CATÓDICA. ................................................................. 22 7.8. PROCESO DE ELECTRODEPOSICIÓN. .................................... 22 VIII. PLAN DE ACTIVIDADES. .............................................................. 26

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IX. RECURSOS HUMANOS Y MATERIALES. ...................................... 27 X. DESARROLLO DEL PROYECTO. .................................................... 28 10.1 LA ORGANIZACIÓN. .................................................................. 28 10.2 EL PRIMER NIVEL SE CONFORMA DE PRETRATAMIENTO Y PINTURA. ...................................................................................................... 29 10.3 HORNO DE CURADO. ............................................................... 31 10.4 BÚSQUEDA DE OPORTUNIDAD DE MEJORA. ........................ 33 10.5 ANÁLISIS DE POSIBLES CAUSAS............................................ 33 XI. RESULTADOS OBTENIDOS. .......................................................... 42 XII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. .................................. 43 12.1 DISTRIBUCIÓN DE AIRE DENTRO DEL HORNO. .................... 44 XIII. BIBLIOGRAFIA.

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I. INTRODUCCIÓN. Esta empresa dedicada al servicio de pintura, cuenta en sus instalaciones con hornos de curado uno de ellos ubicado en la línea de E-COAT, los comportamientos en las temperaturas de este horno son monitoreados con un equipo DATAPAQ hasta la fecha no se ha podido controlar el comportamiento de temperatura y flujo de aire en el horno de curado como se muestra en la gráfica 1.

Grafica 1 comportamiento de temperatura en horno de curado.

La grafica muestra el comportamiento de las temperaturas y flujos de aire dentro del horno de curado, el DATAPAQ cuenta con 6 sondas que son colocadas en diferentes partes de una pieza y de esa manera es como registra el curado en la pieza, el horno está dividido en tres partes secado, curado y espera los primeros 20 min son de secado, los sig. 20 min son de curado y los últimos 10 min son de enfriado en la espera.

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Los comportamientos no estables en la temperatura del horno afectan a las piezas provocando un curado de la pintura no uniforme, los defectos provocados por la temperatura son poco visibles, el departamento de calidad cuenta con un brillometro para medir el brillo de las pieza, y con un elcometro con el que miden el micraje de la pintura, de esta manera es más detectable algún problema causado por un mal curado.

Se decide que es importante atacar el problema por el scrap que genera diariamente, el costo de retrabajo también es algo elevado, por el defecto que se genera muchas veces se tiene que mandar a decapar las piezas y posteriormente volverlas a reprocesar.

Nota: Retrabajo: es cuando el personal operativo de la empresa agrega un toque final a la pieza dentro de la inspección. Reproceso: es cuando la pieza no cumple con las especificaciones del cliente se tiene que recuperar la pieza mediante un lavado y se mete a proceso nuevamente.

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II. ANTECEDENTES La empresa cuenta con un equipo para monitoreo en el curado de las piezas dentro del horno DATAPAQ figura 1, Las gráficas que muestra el DATAPAQ indican un comportamiento no uniforme dentro del horno de curado, el personal de calidad tiene como instrucción revisar 3 piezas de las 400 piezas que salen por rack, esto se realiza para lograr una mejor calidad en el producto y sirve como filtro en ocasiones que el material termina con variaciones no aceptadas por el cliente.

DATAPAQ es aplicado en el proceso de perfiles de temperatura del horno de curado para la industria del pintado automotriz en acabado de pintura liquida y polvo.

Figura 1 equipo de monitoreo para temperaturas

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III. JUSTIFICACIÓN. En la empresa se decide tomar el proyecto de “Mejora en comportamiento del flujo de temperatura en horno de curado”, por ser un problema fijo en la máquina y no reducido, los defectos provocados en las piezas muchas veces necesitan tener otros factores involucrados para generar un problema en la pieza y mandarse a decapar o convertirse en scrap estos retrabajos impactan en la empresa con gastos mayores, son causa de retrasos en la línea de producción y generan un costo.

Con respecto a la calidad del producto el curado uniforme de las piezas es muy importante porque mantiene una mejor apariencia, si alguna pieza llega al cliente con las condiciones de una mal curado o sobre curado el cliente reclama una contención de su material y una reinspección generando costos adicionales a la empresa y tiempos extras.

La propuesta de mejora de este proyecto busca mejorar la calidad del producto final disminuyendo costos por retrabajos y reproceso aumentando la calidad y disminuyendo los scrap.

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IV. OBJETIVOS. Analizar y preparar una propuesta de mejora en el comportamiento de temperatura y flujo de calor dentro del horno de curado mejorando la apariencia y calidad del producto final buscando disminuir los gastos por retrabajo y reproceso.

V. ALCANCES. Los resultados y las conclusiones deberán ser mostrados por el grafico que arroja el DATAPAQ y el producto final, el proyecto será aplicado específicamente en el horno de curado de la línea E-COAT.

Como etapa inicial se hará un levantamiento de datos y un monitoreo de comportamiento en los controles de temperatura y deflectores ubicados dentro del horno, con el objetivo de identificar los puntos de mejora e identificar donde pudiera haber perdidas de flujo de aire, posteriormente se darán a conocer las propuestas de mejora para el horno de curado considerando los datos que se tienen, todo esto será realizado en un plazo de 6 semanas y supervisado por el técnico que opera la máquina.

Al finalizar el proyecto se pretende tener una propuesta de mejora para corregir el comportamiento del flujo de temperatura dentro del horno de curado.

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VI. ANÁLISIS DE RIESGOS. Dentro del desarrollo del proyecto se presentaron limitantes a causa de las altas producciones que se tienen para el 2014, el tiempo que se dispuso con la máquina no fue suficiente para encontrar puntos clave y de mejora para la realización del proyecto, el personal de producción brindo su apoyo al facilitar la información necesaria para detectar el problema principal de desajuste de los deflectores y de esa manera realizar una análisis del problema, encontrar la posible causa raíz y entregar un diagnóstico. Se realiza un cuestionamiento para sugerir causas por hacer caso omiso de las recomendaciones como: ¿Qué pasa si no se genera un plan de contingencia por paros de línea? El no tener un plan genera problemas graves en la producción final no solo en el curado de las piezas, se debe definir un tiempo estándar para apagar el horno después de un paro de línea y el tiempo de encendido antes de arranque de línea. ¿Qué pasa si no ajusto deflectores? No hay una distribución uniforme o adecuada de aire caliente dentro del horno de curado. ¿Qué pasa si no se reduce la vibración de los motores? Seguirán generando problemas con la fijación de las pijas de los ductos y paredes dentro del horno. ¿Qué pasa si no se remplazan los cables de señal de los termopares? Seguirán teniendo problemas con la lectura de datos y se des calibran los controles de temperatura. ¿Qué pasa si no se controla la operación manual del horno? Seguirán teniendo problemas de alteración en el control de temperaturas y set poin. Estos son solo algunos de los problemas principales, el personal de producción debería hacerse esa pregunta con cada una de las fallas detectadas y dar importancia a todas las problemáticas por mínima que sea.

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VII. FUNDAMENTACION TEÓRICA. 7.1. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR. Según Xavier E. C. [1]

para liberar los compuestos orgánicos

volátiles (COV) de un combustible es preciso alcanzar un nivel de temperatura en el horno y, para ello, se debe transferir correctamente una cantidad de calor. La transmisión de calor actúa por tres mecanismos principales, distintos por su naturaleza física, aunque coexistentes en la mayor parte de los casos: Condición pura: el fenómeno se ejerce en el seno de medios materiales compactos y movimientos internos, como son los cuerpos sólidos. Convección forzada: bajo el efecto de fuerzas exteriores que tienden a acelerar los movimientos relativos (ventiladores, bomba, campos magnéticos, etc.). Radiación: este mecanismo de transferencia de calor se debe a la propiedad que tienen todos los cuerpos a emitir permanentemente radiaciones (visibles o invisibles) que se propagan a la velocidad de la luz y pueden ser absorbidas por otro cuerpo. La radiación térmica se asocia a una radiación electromagnética con un intervalo de longitudes de onda comprendidas principalmente entre 0.01 y 100 mm. La conducción y la convección se basan en que los átomos aumentan su energía cinética recibida de una fuente de calor y pueden propagar parte de esa energía por colisiones con otros átomos vecinos. En un sólido solo son posibles las colisiones entre átomos muy próximos es decir, que el calor se propaga por conducción. En un fluido (líquido o gas) el mismo medio puede moverse transportando átomos de gran energía cinética a sus zonas frías: el calor se propaga por convección pero el calor se puede transmitir incluso en el caso que no exista contacto físico de los átomos.

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Según Irene Sendiña Nadal [2]. El calor, transferencia de energía entre dos cuerpos debido a su diferencia de temperatura, puede transferirse en la atmósfera mediante tres mecanismos básicos: Conducción: la energía pasa de un cuerpo a otro por contacto, mediante los choques de moléculas vecinas en sólidos, líquidos o gases. El flujo de energía se produce desde el cuerpo más caliente al más frio no cesa hasta que se establece el equilibrio térmico. Según Frank Kreith [3]. La transferencia de calor se puede definir como la transmisión de energía de una región a otra como resultado de una diferencia de temperatura entre ellas. Como existen diferencias de temperatura en todo el universo, los fenómenos de flujo de calor no se rigen por una relación única sino más bien por una combinación de varias leyes físicas independientes.

7.2. TIPOS DE HORNOS. Existe una clasificación de hornos de gas industrial en tipo batch y continuo tabla 1. El tipo batch que es cuando se utilizan para corridas de producto relativamente cortas, en el tipo batch el horno se abre, se introduce el producto, se cierran las puertas, se hornea el producto hasta que se alcanza su temperatura de proceso y se abre para retirar el producto, este procedimiento se repite nuevamente de ser necesario.

El horno continúo de gas industrial siempre está abierto y utiliza un transportador mecánico del tipo aéreo o de piso para introducir continuamente el producto, normalmente es usado para grandes producciones y su consumo de energéticos es mayor, pero realmente es más económico si se contempla el nivel de producción que alcanza.

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Para la línea de E-COAT el horno del tipo continuo está dentro de su diseño ayudando a producir volúmenes más altos, ahorrando más, en el consumo de gas ya que este mantiene el horno todo el tiempo caliente y el producto es el que se traslada.

TIPO HORNOS BATCH        

HORNOS CONTINUOS

          

CARACTERÍSTICAS Hornos eléctricos y a gas  Fabricación modular con paneles aislados  Construcción en lámina galvanizada y aluminizada  Calentamiento directo por convección Ventiladores industriales tipo plug  Cámara de calentamiento Equipos de combustión Maxon o similiar  Tren de gas norma IRI ó FM Control de temperatura on-off o modulante Hornos a gas  Fabricación modular con paneles  aislados Construcción en lámina galvanizada y aluminizada Calentamiento directo o indirecto por  convección  Opcional con paredes radiantes Ventiladores industriales tipo plug Ductos de recirculación ajustables Cámara de calentamiento Equipos de combustión Maxon o similar Tren de gas norma IRI ó FM Control de temperatura modulante

Tabla [1] tipos de hornos

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APLICACIÓN Ideales para producción baja y media Curado de pintura liquida y en polvo Secado de partes metálicas o plásticas Calentamiento de vestiduras Secado de barniz o resina Temperaturas hasta 250°C

Ideales para alta producción Curado de pintura liquida y en polvo Secado de partes metálicas o plásticas Temperaturas hasta 250°C Calentamiento por radiación

Los hornos a gas por convección forzada continuo figura 2, son muy similares a los de resistencia eléctrica por convección forzada, la diferencia es la fuente de la energía calorífica que se va a transferir a las piezas que se desean curar. Para los hornos a gas el elemento que entregará esta energía calorífica se llama quemador. Los quemadores son equipos que se encargar de generar una combustión entre el gas y el oxígeno en su interior, ocasionando a su vez una llama, la cual posteriormente calentará el aire que se inducirá al horno. Los quemadores para este tipo de aplicaciones son muy similares y varían en tamaños y potencia de acuerdo al fabricante y a la necesidad que se requiera.

Figura 2 quemador horno a gas continuo (igm.Mex. Pág.40)

Las variables a tener en cuenta para conseguir la temperatura deseada para las diferentes aplicaciones son: • Potencia térmica (Kw)

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• Consumo de gas (m3/h) • Potencia eléctrica del motor (Kw) • Alimentación eléctrica (V) • Dimensiones y peso. Además de estas variables también se tienen que garantizar unas condiciones especiales para el buen funcionamiento de estos equipos como lo son: • Una adecuada estabilidad de la mezcla aire-gas. • Un nivel de CO2 elevado y constante en todo el campo de carga del quemador. • El control preciso del exceso de aire. • Eliminar las variaciones positivas y negativas de la presión del gas. • Eliminar las variaciones del caudal de aire debidas a las fluctuaciones de la tensión de la red eléctrica y al cambio de presión atmosférica. • Preservar la carga en función de las variaciones de la presión del hogar, sobre todo durante los períodos de encendido.

Para lograr una mezcla adecuada del aire-gas es necesario realizar una carburación y un análisis de emisión de gases al sistema del tren de gas esto en base a la NOM-085-SEMARNAT-2011/94[4], que menciona el nivel máximo permitido de marca por hollín y gases contaminantes como son bióxido de azufre y óxido de nitrógeno, la contaminación atmosféricafuentes fijas-determinación de la densidad de humo en los gases de combustión que fluyen por un ducto o chimenea-método del número de mancha. Se realizan pruebas en base a el procedimiento de la environmental protection agency EPA

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El METODO EPA 3ª [5]. Menciona

la determinación de la

concentración de oxígeno y bióxido de carbono emitido por un conducto. Se extrae una muestra de forma continua desde la chimenea, una porción de la muestra se transporta a un instrumental analizador para determinar la concentración de O2 y CO2. Este método no describe completamente todo el equipo, los suministros, el muestreo y analítica de procedimientos que deberán ser referidos a otros métodos para algunos de los detalles. Tanto, para obtener resultados fiables, también deben tener un conocimiento profundo de estos métodos de ensayo adicionales que se encuentran en el apéndice A de esta parte: (a) Método 1 - Muestra y velocidad atraviesa por fuentes estacionarias. (b) Método 3 - Análisis de gases para la determinación del peso molecular. (c) Método 4 - Determinación del contenido de humedad en la pila de Gases. (d) Método 7E -Determinación de Óxidos de Nitrógeno Las emisiones de fuentes estacionarias.

El METODO EPA 10 [6]. Menciona la determinación de monóxido de carbono por un ducto. Una muestra de gas de la chimenea es extraída, pasa a través de un alcalino permanganato para eliminar los óxidos de azufre y óxidos de nitrógeno,

la

concentración

CO

de

la

muestra

se

mide

espectrofotométricamente Este método no incluye la totalidad de la especificaciones (por ejemplo, equipos y suministros) y procedimientos (por ejemplo, toma de

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muestras y de análisis) indispensable para su rendimiento. Parte del material se incorpora por referencia de otros métodos en esta parte. Tanto, para obtener resultados fiables, las personas que usan este método deben tener un profundo conocimiento de, al menos, la siguiente prueba adicional Métodos: Método 1 - Muestra y velocidad atraviesa por fuentes. Método 4 - Determinación del contenido de humedad en la pila de Gases. Método 5 determinación de las partículas emisiones de fuentes fijas.

Índice de hollín. Conforme lo establecido para un muestreo en campo se utilizó un equipo BACHARAT TRUE SPOT. El aparato de medición del índice de hollín aspira en cada medición a través de una superficie de 1cm2 activando un papel filtro, se tiene un muestrario para definir el grado de hollín que se emite. 7.3. LA COMBUSTIÓN. Según Kurt C. Rolle [7].

Combustión, Es una reacción química

durante la cual se oxida un combustible y se libera una gran cantidad de energía. El oxidante empleado con mayor frecuencia en los procesos de combustión es el aire. Así que la combustión es un proceso de oxidación que se lleva acabo a gran velocidad. Los combustibles que participan en un proceso de quemado reaccionan con oxígeno y forman los productos de la combustión. Es común mezclar un combustible con aire y no con oxígeno, porque el oxígeno puro no es un material fácilmente disponible como el aire. Además, el oxígeno puro puede ser una sustancia peligrosa, que representa un riesgo de incendio. Por lo anterior, si el aire se mezcla con un combustible para

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promover un proceso de combustión, se debe revisar la ecuación estequiometría, para tener en cuenta que se trata de aire y no de oxígeno.

Según Michael J. M [8]. El proceso de combustión cuando tiene lugar una reacción química, los enlaces de las moléculas de los reactivos se rompen, y los átomos y electrones se agrupan para formar los productos. En las reacciones de combustión, la oxidación rápida de los elementos reactivos del combustible trae como consecuencia la liberación de energía al formarse los productos de la combustión, los tres elementos activos más importantes en los combustibles habituales son el carbono, el hidrogeno y el azufre. En general, el azufre contribuye poco a la energía liberada pero es la causa de problemas importantes de contaminación y corrosión. La combustión es completa si todo el carbono presente en el combustible se ha transformado en dióxido de carbono, todo su hidrogeno en agua, todo su azufre en dióxido de azufre y todos los demás componentes se han oxidado completamente. Si estas condiciones no se cumplen, la combustión es incompleta. Cabe mencionar que todos los combustibles derivados del petróleo cuentan con una cantidad de azufre en todos los casos estos niveles de azufre varían dependiendo la pureza del combustible. 7.4. GASES DE COMBUSTIÓN. Para la determinación de porcentaje de emisión en volumen de dióxido de carbono (CO2) y oxigeno diatónico (O2) y partes por millón de monóxido de carbono (CO) y óxidos de nitrógeno (NOx) emitidos por la quema del combustible se utiliza un equipo TESTO 300XL-I que ayuda a medir la temperatura, exceso de aire y eficiencia de combustión.

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Según la guía básica tener una mezcla adecuada de aire gas y una baja emisión de gases contaminantes para una mejor eficiencia del equipo como se muestra en la figura 3.

Figura 3 las emisiones contaminantes y el exceso de oxigeno aportado en la combustión.

7.5. TERMODINÁMICA. Flujos de aire. Según Valera N. [9] El concepto flujo implica el movimiento o traslado de una cantidad de masa, o de un volumen de materia a través de un área o a lo largo de una trayectoria hay dos tipos de flujos laminar y turbulento. En el flujo turbulento las partículas del fluido se mueven en trayectorias muy irregulares originando un intercambio de cantidad de movimiento de una porción de fluido a otra, de manera semejante al intercambio de cantidades de movimientos moleculares.

7.6. TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN FORZADA. Según Frank P. I. [10] El efecto de la transferencia de calor en un flujo forzado está fuertemente influido por la dirección de empuje con

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relación a la del flujo. Tres casos especiales que se han estudiado de manera extensa corresponden a los movimientos inducidores por el empuje y forzados que tienen la misma dirección (flujo asistido), direcciones opuestas (flujo opuesto), y direcciones perpendiculares (flujo transversal).

7.7. PINTURA CATÓDICA. Según Luis B. A. [11]. Los recubrimientos de pintura tratan de impedir, o frenar, el proceso corrosivo del sustrato metálico de los siguientes mecanismos: Efecto barrera: la película de pintura imita el acceso a la superficie del metal de las siguientes especies químicas presentes en el electrolito, agua oxígeno, iones, etc., se actúa sobre el ánodo de la pila de corrosión. Las películas de pintura no son totalmente permeables al agua y al oxigeno de modo que la reacción catódica y anódica del proceso de corrosión puede suceder. Efecto inhibidor. Las películas de pintura pueden contener en su formulación pigmentos inhibidores de la corrosión, de modo que cuando el electrolito difunde a través del recubrimiento hacia el metal y se crean las condiciones propicias para que se verifique el proceso de corrosión aquellas especies inhibidoras incrementan la polarización de los ánodos y/o cátodos reduciendo por lo tanto la magnitud del fenómeno corrosivo. 7.8. PROCESO DE ELECTRODEPOSICIÓN. Básicamente el pintado por electrodeposición es un proceso por inmersión, en el que las partículas de pintura en suspensión coloidal se depositan sobre el objeto a recurrir por medio de la acción de una corriente continua. Según la carga eléctrica de las partículas de pintura, es decir, de los aglutinantes con los pigmentos que los rodean, se produce un transporte de material, bien hacia el ánodo, denominado en este caso proceso de

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electrodeposición anódica (anaforesis). O bien hacia el cátodo, que corresponde al proceso de electrodeposición catódica (cataforesis). 7.9. DIAGRAMA DE PARETO. Según Alberto Galgano [12] diversos son los usos que se pueden hacer del diagrama de Pareto. El diagrama de Pareto representa uno de los primeros pasos que se deben darse para realizar mejoras. Efectivamente: Ayuda a definir las áreas prioritarias de intervención. Atrae la atención de todos sobre las prioridades y facilita la creación del consenso. El diagrama de Pareto responde plenamente a las exigencias: es muy útil para aprender a concentrar los esfuerzos en los aspectos más importantes y rentables del problema analizado, es decir, en los aspectos que ocupan las partes más elevadas del propio diagrama. Dado que, en la vida real, contamos con un tiempo y unos recursos limitados para la consecución de los resultados, es necesario saber centrar los esfuerzos sobre los aspectos prioritarios, para lo que el análisis de Pareto resulta de fundamental importancia. Otro interesante aspecto de análisis de Pareto radica en el hecho de que permite comparar dos representaciones del mismo fenómeno tiempos diferentes y, por consiguiente, poner de relieve los resultados de las medidas de mejora adoptada.

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7.9.1 EL DIAGRAMA DE ISHIKAWA. Según Edgar J. Escalante Velázquez [13] el diagrama de Ishikawa es un esquema que muestra las posibles causas clasificadas de un problema. El objetivo de este tipo de diagrama es encontrar las posibles causas de un problema. En un proceso productivo (manufactura), el diagrama de Ishikawa puede estar relacionado con uno o más de los factores (seis, ms) que intervienen en cualquier proceso de fabricación: 1.- métodos: procedimientos por usar en la realización de actividades. 2.- mano de obra: la gente que realiza las actividades. 3.- materia prima: el material que se usa para producir. 4.- medición: los instrumentos empleados para evaluar procesos y productos. 5.- las condiciones del lugar de trabajo 6.- maquinaria y equipo: los equipos y periféricos usados para producir. El diagrama de Ishikawa se basa en un proceso de generación de ideas llamado lluvia de ideas, que puede realizarse de la siguiente manera. 1.- cada miembro del equipo asignado al análisis de algún problema genera una sola idea cada vuelta, de manera ágil, ordenada y sin discusiones. Un miembro del equipo, se declara como secretario, toma nota numerando cada una de las ideas expresadas. 2.- una vez en analizada la lluvia de ideas se procede a descartar las ideas repetidas. 3.-Se verifica que las ideas restantes tengan relación con el problema por analizar. 4.- se clasifican las ideas resultantes en el diagrama de Ishikawa.

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Una manera más directa de hacer el diagrama es realizando lluvias de ideas para cada una de las diferentes ramas y colocarlas ideas resultantes hay mismo.

7.9.2 FM: FACTORY MUTUAL. Según

La división de Aprobaciones de Factory Mutual [14],

determina la seguridad y confiabilidad de equipos, materiales o servicios que se utilizan en lugares peligrosos de Estados Unidos y el resto del mundo. Para que un producto sea aprobado por FM, debe cumplir con dos criterios. En primer lugar, debe tener un desempeño satisfactorio, confiable y repetible durante una vida útil razonable. En segundo lugar, debe producirse en condiciones de control de alta calidad. Además, Factory Mutual cuenta con acuerdos entre laboratorios y puede certificar normas canadienses y europeas. La norma está permitida para capacidades por debajo de los 5,000,000 Btu/hr. Este tren consta de una válvula de seguridad debida a que está diseñado para bajas capacidades. 7.9.3 IRI: INSURANCES RISK INSTITUTE. Esta norma se emplea para trenes con capacidades por arriba de los 5,000,000 Btu/hr. Consta de dos válvulas de seguridad y una de venteo, por lo que garantiza que el gas no pasará a la cámara de combustión mientras que el quemador no se encuentre encendido.

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VIII. PLAN DE ACTIVIDADES. El plan de actividades a seguir de acuerdo al desarrollo del proyecto se muestra en la tabla 2

21/02/2014

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inspección visual de los equipos del horno

24/02/2014

07/03/2014

5

inspección visual del horno

03/03/2014

14/03/2014

6

Entrega de la propuesta de mejora.

7

revisión de proyecto de tesis

18/03/2014 21/03/2014 24/03/2014 28/03/2014

Tabla 2 plan de actividades.

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SEM.16

27/01/2014

SEM.15

SE MONITOREA COMPORTAMIENTO Y FUNCIONAMIENTO DE HORNO DE CURADO

SEM.14

3

SEM.13

24/01/2014

SEM.12

13/01/2014

SEM.11

REVISION DE DATOS

SEM.10

2

SEM.9

10/01/2014

SEM.8

06/01/2014

SEM.7

ASIGNACION DE PROYECTO

SEM.6

1

SEM.5

FIN

SEM.4

INICIO

SEM.3

ACTIVIDAD

SEM2

No.

SEM.1

PLAN DE ACTIVIDADES.

IX. RECURSOS HUMANOS Y MATERIALES. En la siguiente tabla 3 se muestran los distintos recursos utilizados para el desarrollo del proyecto.

RECURSOS HUMANOS Y MATERIALES

cámara

6

Entrega de la propuesta de mejora.

Información obtenida, resultados de análisis.

Se entrega la posible solución de mejora.

7

revisión de proyecto de tesis

Tesis y asesor.

Revisión con asesor de la universidad.

Tabla 3 recursos humanos y materiales.

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SEM.16

inspección visual del horno

SEM.15

5

SEM.14

cámara

SEM.13

inspección visual de los equipos del horno

SEM.12

4

SEM.11

DATAPAQ, TECNICO DE PROCESOS Y ING. DE MANTENIMIENTO

SEM.10

3

SE MONITOREA COMPORTAMIENTO Y FUNCIONAMIENTO DE HORNO DE CURADO

SEM.9

HISTORIAL DE CALIDAD

SEM.8

REVISION DE DATOS

SEM.7

2

SEM.6

IDENTIFICACION DE PUNTOS DE MEJORA

SEM.5

ASIGNACION DE PROYECTO

SEM.4

1

SEM.3

RECURSO HUMANO O MATERIAL

SEM2

ACTIVIDAD

SEM.1

No.

COMENTARIOS SE ANALISAN Y BUSCAN PUNTOS DE MEJORA REVISAR INFORMACION EN COMPUTADORA DE CALIDAD SE MONITOREA FUNCIONAMIENTO EN HORNO DE CURADO Y SE IDENTIFICAN PUNTOS DE MEJORA RESPECTO AL FLUJO DE CALOR Y TEMPERATURA DE CURADO. los equipos del horno trabajan adecuadamente se detectan irregularidades dentro del horno

X. DESARROLLO DEL PROYECTO. 10.1 LA ORGANIZACIÓN. Referencia histórica. Industrial Powder Coatings de México es una empresa de origen estadounidense que inicio en el 2000 en México figura 4, con el servicio de pintura en la industria automotriz y línea blanca siendo una de las más competitivas dentro del mercado de la pintura por electrodeposición en procesos e-coat y polvo

Figura 4 Industrial Powder Coatings de México.

La empresa cuenta con 2 líneas principales de producción cada una con su pre-tratamiento. Línea de polvo se encarga de la aplicación de pintura en polvo usando la técnica de electrodeposición, la línea tiene un túnel de pretratamiento y un horno de secado. E-COAT cuenta con dos niveles, en el primer nivel se tiene el proceso de pre-tratamiento, pintura, el segundo nivel es conformado por el horno de curado.

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10.2 EL PRIMER NIVEL SE CONFORMA DE PRETRATAMIENTO Y PINTURA. Las tinas de desengrase son la primera etapa del proceso, y comienza con la limpieza de las piezas retirando polvo y grasas. Tina 1: Primero se aplica

un primer desengrase por aspersión

utilizando un desengrasante (parco cleaner 470) ayudando a la pieza a reducir una cantidad de grasa y polvo. Tina 2: Segundo desengrase por inmersión a una temperatura de 60°c retira la grasa faltante de la pieza utilizando desengrasante (parco cleaner 415 y parco cleaner 415s). Tina 3:] Ultimo desengrase por aspersión a una temperatura de 60°c utilizando desengrasante (parco cleaner 415 y 415s). Tina 5: Aplicación de un acondicionador (fixodine ZL) aplicado para corroer una pequeña capa de la pieza y prepara para el siguiente paso. Tina 6: Aplicación fosfato de metales (bandorite 952r y acelerador 131) crea capa de adherencia a la pieza, retirando una pequeña capa de metal. Tina 7: Enjuague de agua para retirar el excedente de fosfato que se adhiere a la pieza por arrastre. Tina 8: Aplicación de sello que ataca las partes que no ataca pieza por fosfatizado. Tina 9: Aplicación de un enjuague de agua (RO) agua sin sales ni minerales para una mejor limpieza de la pieza y una mejor aplicación de pintura. Tina 10: Tina de escurrimiento o espera para evitar el arrastre de cualquier solido a la tina de pintura. Tina

11:

Figura

5

aplicación

de

pintura

catódica

por

electrodeposición, durante el proceso las piezas pasan por diferentes baños

29

y enjuagues como se observa anteriormente, para adecuar la pieza y aplicar la pintura recubriéndola en su totalidad. La tina de pintura consta de un rectificador que convierte la corriente alterna a directa con una capacidad de hasta 400 amperes en corriente directa, la corriente es distribuida dentro de la tina mediante 24 ánodos que aplican de 10 a 15 amperes cada uno, mantiene una recirculación constante dentro de la tina por una configuración de tuberías y eductores (ramales) y una bomba de 25 hp la que también alimenta un sistema de filtros que separa los sólidos o basuras que se generan en la tina.

Figura 5 tina de pintura. Tina 12: Se aplica un enjuague de pintura por aspersión para retirar el exceso de pintura en la pieza procurando que la pintura sea más uniforme. Tina 13: Se aplica un enjuague por inmersión en toda la pieza mejorado el acabado de pintura.

30

Tina 14: Se aplica el último enjuague a la pieza asegurándose de que no contenga ningún exceso de pintura o alguna basura antes de que entre al horno de curado.

10.3 HORNO DE CURADO. Dentro del horno de curado se desarrollara el proyecto, el horno de curado está ubicado en la segunda planta de la línea E-COAT figura 6, y está dividido en, curado y enfriado.

Figura 6 línea de E-COAT El curado de la pieza inicia 9 minutos después de entrar al horno, ya estando en el túnel se observa el bloque de deflectores figura 7 y el orden de las barras deslizantes que transportan los racks con piezas.

Figura 7 túnel de curado.

31

El curado se logra por la mezcla de flujo de aire, temperatura y la configuración en los deflectores; El flujo de aire es generado por una turbina conectada a un motor de 35 HP por medio de bandas y poleas, una entrada de aire en un costado del hogar. El ducto principal figura 8 está compuesto por varias ventanas en su costado utilizadas para inducir el flujo de aire caliente dentro del horno de curado, el comportamiento de la temperatura y flujo de aire dentro del horno depende de cómo se ajusten las ventanas de un 0% a un 100% y de cuantas se ajusten, los comportamientos varían dependiendo de los ajustes.

Figura 8 ducto principal y ventanas.

Al final después de que se realiza el curado la pieza sale del túnel y 12 min. antes se comienza a enfriar, de esta manera el operador puede descargar la pieza sin algún riesgo de sufrir una quemadura.

32

10.4 BÚSQUEDA DE OPORTUNIDAD DE MEJORA. El objetivo es la búsqueda de una propuesta de mejora de la curva de temperatura dentro del horno de curado, basándose en la captura de datos mostrados por el monitoreo del DATAPAQ se detecta un pico de temperatura alta en el minuto 28 como se muestra en la gráfica 2.

Grafica 2 resultados de DATAPAQ.

10.5 ANÁLISIS DE POSIBLES CAUSAS. La información mostrada sirve para analizar e identificar las posibles causas que ocasionan el sobrecurado, se revisan los componentes que conforman el horno de curado dentro y fuera, se analizan los tiempos de proceso y se definen las causas más comunes como se muestra en la tabla 4 y la gráfica3 de Pareto y diagrama 2 de Ishikawa.

33

problema

frecuencia

% acumulado

Hoja de procedimiento en paros de línea

120

36.92%

120

Modificación del tiempo de producción

80

61.54%

200

Paros de línea (falla de termopar)

30

70.77%

230

Laminas caídas

30

80.00%

260

Desajuste de deflectores

30

89.23%

290

Descarga de piezas

20

95.38%

310

Calidad de la pintura

8

97.85%

318

Operación manual del horno

6

99.69%

324

Barras caídas dentro del horno

1

100.00%

325

Total

325

Tabla de Pareto 4

34

100.00% 300

90.00% 80.00%

250

70.00% 200

60.00% 50.00%

150 40.00% 100

30.00% 20.00%

50 10.00% 0

frecuencia % acomulado

Hoja de modificaci paros de procedimi on del linea (falla entos en tiempo de de paros de producció termopar) linea n

0.00% laminas caidas

desajuste barras operación de descarga calidad de caidas manual del deflectore de piezas la pintura dentro del horno s horno

120

80

30

30

30

20

8

6

1

36.92%

61.54%

70.77%

80.00%

89.23%

95.38%

97.85%

99.69%

100.00%

Grafica de Pareto 3

35

10.5 ISHIKAWA Y 5 WHY´S. Existen 6 posibles causas que se deben de corregir para mejorar el comportamiento de la temperatura dentro del horno y se muestran en 4 secciones. Objetivo: identificar las causas principales más probables de un problema.

10.5.1 MÁQUINA. -

Deflectores desajustados.

-

Laminas sueltas.

-

Falla de termopar

10.5.2 MEDICIONES. -

Modificación de tiempo del proceso.

10.5.3 MÉTODO. -

descarga de producto terminado.

-

Hoja de procedimientos.

10.5.4 MANO DE OBRA. -

Operación manual del hombre. 10.5.5 MATERIALES.

-

calidad de la pintura.

Ahora se debe de aplicar un análisis de 5 ¿por qué? Esto sirve para definir el problema de fondo y encontrar una solución, la más adecuada.

36

Mediciones

Máquina

Deflectores desajustados Modificar tiempo de proceso Falla de sensor termopar

(aumentar tiempo)

Sobre curado de las piezas genera un

Fijar láminas flojas.

incumplimiento con las Hoja de procedimientos en paros de línea

Mala operación manual del

Mala

horno

calidad

especificaciones

de la

Descarga de piezas

pintura

Método

Mano de obra

Diagrama 1 Ishikawa

37

Materiales

del cliente

10.5.1 MÁQUINA. Desajuste de los deflectores. ¿Por qué? Están desajustados los deflectores, (por qué no se revisan ajustes en los ductos de aire). ¿Por qué? el operador no lo hace. ¿Por qué? No sé a definido alguna inspección visual o análisis de comportamiento de aire dentro del horno. ¿Por qué? No hay una frecuencia de revisión o un check list. ¿Por qué? Nunca se ha generado uno. ¿Por qué? No se tiene definido dentro de los procedimientos de mantenimiento. Solución. Realizar pruebas con los deflectores del ducto del aire caliente figura 9, con las ventanas ajustadas de forma distinta, definir método de ajuste para cada ventana deflectora y realizar análisis con el DATAPAQ.

Figura 9 muestra la forma correcta de cómo debería ser la distribución de apertura en ventanas para obtener un mejor flujo de aire caliente para el curado de las piezas.

38

10.5.2 LAMINA SUELTA. FIGURA 10 ¿Por qué? Esta suelta la lámina (por la vibración que hay dentro del horno). ¿Por qué? los motores de los extractores y recirculadores generan mucha vibración. ¿Por qué? los soportes de goma están dañados. ¿Por qué? por la temperatura del ambiente y la tensión de las bandas es alta. ¿Por qué? se encuentran ubicados cerca del hogar del horno. ¿Por qué? así es el diseño de la máquina. Solución: al no poder sustituir el diseño, se deberán emplazar las gomas de los soportes y las bandas de un material diferente que sea más resistente a la temperatura alta y la tensión, se recomienda análisis de vibración.

Figura 10 comportamientos de aire caliente por lámina caída en ducto dentro del horno de curado.

10.5.3 FALLA DE LOS TERMOPARES. ¿Por qué? la temperatura que muestra la pantalla del control no es la correcta.

39

¿Por qué? Los termopares no mandan la señal correcta (La información). ¿Por qué? Se están descalibrados. ¿Por qué? El cable con el que se conectaron no está polarizado. Solución: Remplazar la instalación eléctrica de los termopares, posteriormente mandarlos a calibrar.

10.5.4 MEDICIONES. Modificación del tiempo de proceso. ¿Por qué? se modifica el tiempo de proceso ¿Por qué? hay números de parte que necesitan más tiempo de deposición. ¿Por qué? Su espesor de pintura debe ser mayor. ¿Por qué? así lo requiere el cliente. ¿Por qué? En su control interno así se lo solicita al personal de ventas. Solución: Programar en logística las corridas de una manera que se procesen en la primer vuelta los números de pare que necesitan otro tipo de especificación 10.5.5 MÉTODO. No hay una hoja de procedimientos, si se llega a detener el proceso por un problema o falta de material. ¿Por qué? El operador no sabe en qué momento apagar el horno cuando hay un problema y cuánto tiempo lo debe de prender antes de arrancar la línea. ¿Por qué? Nunca se ha generado un análisis. ¿Por qué? No se cuenta con el equipo necesario. ¿Por qué? No se ha requerido. ¿Por qué? los operadores no le dan seguimiento.

40

Definir: los tiempos de curado de la maquina cuando hay un paro o hay fala de material después de cuanto tiempo de debe de apagar la máquina para que no le afecte al curado de las piezas, y cuanto tiempo antes se debe de encender la maquina antes de que continue3 con el proceso. 10.5.6 MANO DE OBRA. Operación manual de la máquina. ¿Por qué? Operan el control de temperatura de la máquina de forma manual. ¿Por qué? Manipulan el control. ¿Por qué? Mueven el set poin ¿Por qué? No saben cómo utilizarlo ¿Por qué? No han recibido algún curso de control de temperatura. Solución: Capacitar al personal de producción en manejo de control.

10.5.7 MATERIALES. Calidad de la pintura. ¿Por qué? El espesor y brillo de la pieza es bajo. ¿Por qué? Los sólidos de la pintura se asientan en el fondo de tótem. ¿Por qué? La pintura ya no es apta para el proceso ¿Por qué? Ya caduco. ¿Por qué? Así la envió el cliente Solución: implementar un filtro en área de embarques y realizar pruebas de solidos a los tótem de pintura antes de dosificar en tina.

41

XI. RESULTADOS OBTENIDOS.

Como propuesta de mejora no se implementa la mejora por políticas de la empresa, la propuesta fue aceptada por parte del personal involucrado en gerencia y área de operación como una posible mejora correctiva y preventiva en el horno de curado. Se realiza un análisis de las fallas más frecuentes y significativas que afectan directamente el curado de las piezas, gracias a la tabla de Pareto 4 se genera una gráfica y posteriormente el diagrama de causa efecto que muestra más a detalle la problemática y ayuda a definirla por categorías. La solución es mostrada gracias a un 5 why´s considerando los factores que se involucran directamente al horno. Se presenta el proyecto y la evaluación basándose en la información que proporcionó el DATAPAQ y las imágenes tomadas de las instalaciones y componentes del horno de curado, el análisis en campo y el levantamiento de datos ayuda a tomar una mejor decisión si es que se quiere tener un mejor curado. Las acciones a tomar son decisión del personal administrativo y gerencial de la empresa basándose en la información obtenida con este análisis.

42

XII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Se detectan varias causas que ocasionan la inestabilidad del curado dentro del horno, se monitorean los comportamientos de la curva de calor con el DATAPAQ cada semana, se observa que por cada material diferente hay un patrón distinto de la curva, se mantiene en constante observación y se decide que con la información que se obtenga se defina una media de la curva que se asemeje a los cambios de cada número de parte diferente. Los deflectores o ventanas de flujo de aire caliente se mantienen cerradas y aun no se decreta una fecha de configuración por las producciones altas que se mantienen. Se recomienda la generación de los la hoja de procedimientos en caso de tener un paro de línea y para el arranque después del paro de línea, para la manipulación de tableros de control (controles de temperatura).

43

Recomendaciones:

Se

recomienda

seguir

monitoreando

los

comportamientos de la curva de todos y cada uno de los diferentes números de parte que se manejen y definir una curva media que no afecte las especificaciones que solicita cada uno de sus clientes. Es necesario que se trabaje con las configuraciones de .los deflectores del ducto de aire caliente de esta manera se busca una curva más estable. Se recomienda tomar en cuenta la modificación del horno, se busca disminuir las caídas de flujo de presión y los puntos calientes. 12.1 DISTRIBUCIÓN DE AIRE DENTRO DEL HORNO. La distribución del aire caliente dentro del horno de curado es importante, es el aire el que circula sobre las piezas y logra el curado, el flujo que se mantiene dentro del horno deberá ser uniforme y bien distribuido dentro y sobre las piezas y con una temperatura adecuada. El siguiente esquema muestra una propuesta de diseño en donde se podría aprovechar mejor el flujo de aire eliminando las caídas de presión por choques sobre las esquinas del horno y los cambios bruscos de los flujos de aire. La idea de este diseño Figura 11 es disminuir los puntos calientes como son las esquinas donde golpea primero el aire caliente antes de llegar a las piezas. + Las flechas de color rojo muestran el flujo del aire caliente + Las esquinas son sustituidas por ángulos y en el centro del horno se coloca un direccionador hacia las piezas. + Los círculos de color gris son una simulación de las piezas.

44

Rieles para deslizamiento de barras

Aire caliente

Barra carga

Racks con boosters

Direccionador de aire.

Figura 11 corte longitudinal del horno de curado.

45

XIII. BIBLIOGRAFIA.

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[4]

Contaminación

atmosférica-Niveles máximos permisibles de emisión de los equipos

de

combustión

de

calentamiento

indirecto

y

su

medición. Environmental Protection A gency método 3 2011 [5]. Análisis de gases para la determinación de tintorería Peso molecular Environmental Protection A gency método 10 2006

[6].

Determinación de las emisiones de monóxido de carbono fuentes fijas. Kurt C. Rolle [7]. Procesos de combustión. Combustión VI edición. Michael J. Moran/ Howard N. Shapiro [8]. El proceso de combustión fundamentos de termodinámica técnica 2ª edición. Valera Negrete / José Pedro Agustín [9]. El concepto flujos, física general 2005. Frank P. Incropera / David P. de W it. [10] El efecto de la fuerza de empuje .fundamentos de transferencia de calor 4ª edición.

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[12] diagrama de Pareto, los siete

instrumentos de la calidad total. Edgar J. Escalante Velázquez [13] diagrama de Ishikawa, causa – efecto seis-sigma metodología y técnicas. La división de Aprobaciones de Factory Mutual [14], determina la seguridad y confiabilidad de equipos, materiales o servicios que se utilizan en lugares peligrosos de Estados Unidos y el resto del mundo.