UNA PROPUESTA DE METODOLOGÍA PARA EL EQUILIBRIO DE PROCESOS DE TRATAMIENTO SUPERFICIAL "Los procesos de tratamiento de superficie requieren dispendio energético, asociados a niveles de desperdicio, inherentes y de difícil control, que pueden llegar a ser relevantes en faz del subempleo de las instalaciones existentes." I- Introducción Muchos procesos de tratamiento superficial (TS), en razón de los largos tiempos de residencia que demandan y de bajos niveles de automatización, no son conducidos de modo continuo. Los tanques correspondientes a los respectivos procesos químicos y físico-químicos son dispuestos en serie y las operaciones, muchas veces, se suceden como lotes controlados de manera aislada, ocasionando bajos niveles de eficiencia en relación a la capacidad fabril instalada. El presente trabajo propone una metodología capaz de maximizar la utilización de la línea de TS, previamente existente, concibiéndola como un proceso semi continuo en una configuración hipotética de tanques seriados. La capacidad de cada uno de los tanques es admitida como variable, de manera a ampliar el alcance de su aplicación. Finalmente, es realizada una breve aplicación de este modelo para el caso particular de la línea de fosfatizado de la planta de galvanoplastia de la fábrica de Juiz de Fora de la Industria de Material Bélico – FJF/IMBEL, donde, como en la mayor parte de las situaciones reales, los tanques tienen capacidad idéntica. II- Metodología propuesta para instalaciones industriales con tanques de volumen variable Cabe, preliminarmente a la concepción y al entendimiento del equilibrio de las líneas de tratamiento superficial, una breve revisión de otros tipos de procesos industriales. En ingeniería química, los procesos contemplan entradas y salidas de sustancias a granel en dado sistema. En estos casos, el dimensionamiento de los reactores y equipos está relacionado al concepto de tiempo de residencia, definido por la razón entre el volumen del sistema y el flujo del proceso. Por otro lado, como objeto de estudio característico de la ingeniería de producción, tenemos las líneas de montaje con manufactura individual, pieza a pieza, donde debe ser realizada la identificación de las productividades de cada operación en particular, para la búsqueda del mejor equilibrio de la producción seriada. En el presente caso, se tiene un conjunto de piezas que pasan por procesos químicos y físico químicos en serie, trasladándose tanque a tanque hasta la última operación prevista. Donde Tn = tiempo de operación en el enésimo tanque. Se describe una metodología capaz de optimizar la utilización de la capacidad ya instalada en determinado taller. El abordaje presentado considera variable la capacidad de cada uno de los tanques dispuestos, ampliando las posibilidades de utilización del presente trabajo. Las tres etapas que serán descriptas, por tanto, son necesarias, apenas, para el caso general. En gran parte de las situaciones existentes, como en el taller de galvanostegia de la FJF (OGFJF), los tanques tienen la misma capacidad, dispensándose la utilización metódica de las 2ª y 3ª etapas del procedimiento dispuesto. 1ª Etapa: Identificación del tanque limitante y determinación de la productividad del proceso. La productividad máxima que cada tanque, por definición, podría alcanzar es expresada por la razón entre el número máximo de piezas que pueden ser comportadas y su respectivo tiempo de operación. Pn =   Cn             Tn Pn = Productividad máxima en el enésimo tanque; Cn = Capacidad máxima en piezas en el enésimo tanque; Tn = Tiempo de operación en el enésimo tanque. En un proceso semi continuo ideal, todos los tanques deberán presentar la misma productividad. Habrá, por tanto, que identificar el tanque limitante en relación a este parámetro. El aprovechamiento máximo (ideal) de la configuración en proceso semi continuo presupone que el tanque correspondiente a la menor productividad máxima Pn deberá operar sin interrupciones. Este valor particular de Pn determinará la etapa limitante del proceso, su productividad global (Pg) y la de cada una de las operaciones. La utilización semi continua de la línea no presupone la utilización sin interrupciones de cada uno de los tanques a lo largo de toda la jornada de trabajo. Con excepción del tanque limitante, todos los otros operarán en régimen que los subutilizará en relación a las respectivas productividades máximas. 2ª Etapa: Determinación de la celda de movimiento (Q) Del punto de vista de la logística interna de los procesos, siempre será más ventajoso mover la mayor cantidad posible de piezas. La cantidad máxima de ítems será limitada, naturalmente, por la capacidad del menor tanque. En los casos en que la capacidad del tanque limitante de productividad es un múltiplo de la capacidad del menor tanque, se debe adoptar este último parámetro como la cantidad de piezas que debe componer la celda de movimiento. En los casos no múltiplos, la definición de la celda de movimiento ocurrirá de un compromiso entre la maximización de la productividad y de la mejor logística interna. Presentamos abajo dos ejemplos que tipificarían los dos casos: Ejemplo 1: El tanque de menor productividad comporta 15 piezas, mientras que el de menor capacidad comporta apenas 5. En este caso, la celda de movimiento debería comportar 5 ítems (Q=5) Ejemplo 2: El tanque de menor productividad comporta 17 piezas, mientras que el de menor capacidad comporta apenas 5 (Q=5 o 4). Se puede trabajar con 4 celdas de 4 ítems o 3 celdas de 5 ítems, si se prioriza, respectivamente, la productividad (procesamiento de 16 ítems, en vez de 15 en el mismo intervalo de tiempo) o la logística (movimiento de 5 ítems, en vez de 4). 3ª Etapa: Comprobación de la compatibilidad de los tiempos de operación con la productividad y el tamaño de la celda determinada. La concepción más general del problema no permite su agotamiento a partir de la identificación de los dos parámetros arriba. Supóngase que la productividad del proceso sea definida por un tanque con capacidad de 15 piezas y el tiempo de proceso sea de 10 minutos (Pg = 1,5 piezas/min) y que el menor tanque comporte 5 piezas (Q = 5). En el caso, por ejemplo, que exista un tanque que comporte 13 piezas y que demande tiempo de proceso de 8 minutos, la productividad global (Pg) y / o la celda de movimiento (Q) tendrían que ser reevaluadas. Pues, con la celda de movimiento dimensionada para contener 5 piezas, los tanques deberán procesar, obviamente, una cantidad de piezas que sea múltiplo de este valor. Un tanque con capacidad 13 podrá procesar, por tanto, apenas 10 piezas. Con un tiempo de operación de 8 minutos, proporcionará una productividad máxima de 1,25 piezas / min, inferior a la productividad general del proceso, Pg = 1,5 piezas / min. Cabe aclarar aquí que no hubo error cuando se identificó la productividad limitante, al inicio del abordaje del problema, pues, a principio, la productividad del tanque en cuestión sería de 13/8 = 1,63 piezas / min, mayor que la Pg definida hasta entonces. Por tanto, el abordaje de situaciones con capacidades variables de tanques exigirá, para cada uno de ellos, la comprobación, cuanto al atendimiento o no, de la siguiente relación: Tn <   C*            Pg Donde C* es la real cantidad de piezas que podrán ser procesadas en cada tanque, considerando su respectiva capacidad máxima (Cn) y la cantidad de piezas por celda (Q). En los casos en que la relación arriba no se verifica, será necesario, por tanto, un proceso de reevaluación de Pg y / o Q. III- Breve abordaje del fosfatizado de granadas en la OGFJF La línea de fosfatizado de la OGFJF se compone de 9 tanques con la misma capacidad, en serie, correspondientes a las 9 operaciones previstas en el proceso. La maximización del uso de su capacidad instalada, por tanto, requiere apenas la identificación de Pg, dispensándose las dos etapas siguientes de la metodología, dispuestas en el capítulo anterior. La tabla abajo presenta tiempos hipotéticos para el proceso de fosfatizado de cuerpos de granadas. Su observación nos muestra, de manera inmediata, que el fosfatizado propiamente dicho es la etapa limitante del proceso. Etapa Operación Tiempo (min) 1 Desengrase electrolítico 7,0 2 Lavado pos desengrase 3,0 3 Decapado ácido 6,0 4 Lavado pos decapado 1 2,5 5 Lavado pos decapado 2 2,5 6 Fosfatizado 18,0 7 Lavado pos fosfatizado 2,5 8 Pre secado 3,0 9 Secado 4,0 Se admite que cada uno de los tanques de la línea sea capaz de comportar hasta 27 granadas, En estos casos de tanques de volumen igual, deberemos hacer que la celda de movimiento (Q) sea igual a la capacidad de los tanques (C), maximizando la productividad y la logística. Se obtiene, por tanto, un valor de productividad máxima (Pg) para este proceso de 1,5 granadas / minuto. La línea de fosfatizado en cuestión deberá operar con un flujo de 27 granadas a cada 18 minutos, lo que implicará la utilización sin interrupciones del tanque de fosfatizado e intermitente en los demás tanques. El tanque de decapado, por ejemplo, a cada 18 minutos, sería ocupado por 6 minutos e inoperante por 12. Las operaciones de lavado, al contrario de las que utilizan sustancias químicas activas, pueden tener sus tiempos de operación flexibilizados. En la OGFJF, son conducidas con participación activa de los operadores que sumergen y retiran las ojivas, volcándolas en seguida para devolver el líquido retenido en su interior, de manera que sean más eficientes los procesos de lavado. Cabría verificar, por tanto, si el aumento de los tiempos de lavado no reduciría, o hasta eliminaría, la necesidad de ejecución manual de estas operaciones. Observamos que cada uno de los lavados podría tener su tiempo aumentado para hasta 18 minutos, sin que implique en cualquier reducción de la producción del proceso en régimen estacionario. IV- Conclusión El trabajo en cuestión buscó el entendimiento de la dinámica de un proceso semi continuo aplicable al contexto industrial de los procesos de tratamiento de superficial, objetivando optimizar el uso de la capacidad instalada. Algunos presupuestos, como el esfuerzo de la gerencia de estos procesos cuanto a la máxima utilización del tanque referente a la operación limitante, son de fundamental importancia. Se resalta, también, que la conducción de la línea de producción en niveles máximos de productividad puede ocurrir en concomitante subutilización de algunos tanques, lo que puede, al principio, contrariar el sentido común. Los procesos de TS requieren dispendio energético, asociados a niveles de desperdicio, inherentes y de difícil control, que pueden llegar a ser relevantes en faz del subempleo de las instalaciones existentes. Este aspecto, asociado a diversos factores, debe impulsar los profesionales del sector a la búsqueda de la maximización de la utilización de los medios empleados. << Boletin Acabados Superficiales - Edición de octubre 2011 Alexandre de Souza Leite Ingeniero Químico por la UFRJ. Maestro en Tecnología de Procesos Químicos por la Escuela de Química de la UFRJ. Actualmente trabaja en la Sección de Ingeniería del Producto de la División de Ingeniería de la Fábrica de Juiz de Fora de la Industria de Material Bélico (FJF-Imbel), teniendo, entre otras actividades, la especificación de tratamientos de superficie para artefactos de empleo militar.