Consideraciones clave al planificar la actualización de hornos de vacío existentes

El techo está medio descapotado. Los armarios de la cocina no tienen puertas. Y no sabes muy bien qué le ha pasado al césped. Para colmo, has gastado el triple de lo previsto y ni siquiera estás cerca de terminar. En pocas palabras, es una pesadilla de reforma. Afrontar un proyecto de reforma de una casa es muy parecido a reparar o actualizar la caldera de la aspiradora. Y empezar el proceso sin tener todos los datos puede hacer que la situación se descontrole rápidamente.

Para cualquier proyecto o gran empresa, el coste es un factor que hay que tener en cuenta. El primer paso es determinar el presupuesto y, a continuación, calcular el precio. A partir de ahí, puedes determinar dónde sacar el máximo partido a tu dinero sin salirte de tus limitaciones y entendiendo las necesidades frente a los deseos.

La compra de equipos de tratamiento térmico es una inversión a largo plazo. Si se mantiene correctamente, puede esperar décadas de uso. Dicho esto, en algún momento tendrá que plantearse la pregunta: "¿Compro un equipo nuevo o invierto mucho dinero en el que ya tengo?".

Las siguientes preguntas le guiarán en este proceso de toma de decisiones:

• ¿Cuáles son las expectativas realistas para la vida útil del horno y sus principales componentes?
• ¿Qué espera de la calidad y el rendimiento de la zona caliente?
• ¿Qué necesita de su sistema de control?
• ¿Existen nuevos desarrollos o cambios tecnológicos que puedan mejorar el funcionamiento de los equipos, ayudar a satisfacer las necesidades cambiantes de sus clientes o incluso contribuir al crecimiento de su negocio?
• ¿Cuál es su plan para el mantenimiento sistemático de sus equipos?

Por supuesto, estos son sólo algunos aspectos a tener en cuenta. También es importante conocer los precios justos de mercado de un horno de vacío y sus subsistemas.

El coste de un nuevo horno

Cuando un equipo envejece, es difícil tomar una decisión informada y bien meditada sin tener todos los datos. Después de todo, tiene que determinar si ha presupuestado suficiente dinero para cuidar adecuadamente de su equipo (y en los intervalos adecuados), o si incluso merece la pena mantener su equipo antiguo frente a comprar uno nuevo. Para ofrecer una cierta perspectiva, la Tabla 1 ilustra algunos de los rangos de precios de mercado justos para un horno de vacío y varios componentes más costosos.

La vida útil típica de un horno de vacío es de aproximadamente 25-35 años. Al comprar un equipo que espera que tenga una larga vida útil, sin duda se encontrará con importantes revisiones que pueden ser costosas y que requieren una planificación presupuestaria adecuada. Una buena planificación y un mantenimiento adecuado del equipo pueden ayudarle a evitar que invierta más tiempo, energía y dinero en el equipo obsoleto en comparación con el coste de un horno nuevo (Fig. 1).

Así pues, la pregunta es: "¿Cuánto es demasiado invertir en equipos obsoletos?". Aunque la respuesta a esta pregunta difiere de una empresa a otra, hay que tener en cuenta la rentabilidad probable de la inversión en la compra de equipos nuevos, frente a la reparación de equipos usados.

El primer paso es evaluar sus necesidades reales. ¿Necesita un horno que cuente siempre con las características y la tecnología más novedosas para mantenerse al día con los estándares del sector? Todo el mundo quiere un equipo fiable, pero ¿necesita un tiempo de funcionamiento de 95% con una producción 24/7, o su ritmo de producción le permite un tiempo de funcionamiento de 70-80% con un solo turno? ¿Piensa retirar el horno de la producción con regularidad para realizar reparaciones menores y mantenimiento preventivo, o es el tiempo de producción el factor dominante que influye en el funcionamiento del horno?

En función de sus respuestas, sabrá qué sustituciones y actualizaciones son más importantes para usted y cómo tendrá que planificarlas. Puede que incluso fijes un umbral a partir del cual, una vez alcanzado, empieces a plantearte comprar algo nuevo frente a mantenerlo.

Un método para fijar este umbral es realizar un análisis del coste del ciclo de vida (ACV). Este análisis tiene en cuenta todos los costes de adquisición, propiedad y eliminación de un equipo [1]. Según Dan Herring, "el factor clave que hay que tener en cuenta al buscar un horno de tratamiento térmico es conocer el coste real del equipo (CET), que equivale a la inversión inicial más el coste total de mantenimiento (a lo largo del tiempo) dividido por la esperanza de vida del equipo" [2].

El propósito de realizar un LCCA (o TEC) es estimar los costes globales de las alternativas y seleccionar la opción que garantice que el equipo proporciona "el menor coste de propiedad coherente con su calidad y función" [3]. Sin embargo, es posible que "un producto industrial adquirido al menor coste inicial no sea necesariamente el que cueste menos dinero a largo plazo" [1].

Dónde invertir

La mayoría de las empresas tienen un presupuesto y, cada año, hacen lo posible por planificar los gastos de capital (capex) y de mantenimiento. Por ejemplo, si dispone de $30.000 para todo el año, buscará la forma de que ese dinero cubra todo el horno durante el año y le aporte el máximo valor. Podría comprar piezas de repuesto para la zona caliente y repuestos críticos para mantener el horno en funcionamiento. También tendrá que reservar dinero para el mantenimiento, así como para la sustitución y reparación de piezas.

Supongamos que dispone de un presupuesto considerable para reparar un horno antiguo. Todavía tiene que considerar si gastar dinero en un equipo antiguo es la decisión correcta. Por ejemplo, un coche clásico antiguo. ¿Lo está reconstruyendo porque tiene valor sentimental? O, ¿hay un punto en el que la cantidad de tiempo, energía y dinero que se invierte en él ya no se ajusta a sus objetivos?

Es razonable concluir que si va a sustituir la mayoría de los subsistemas principales, es muy probable que un horno nuevo sea una mejor inversión. Si se va a trasladar un horno antiguo y hay que pagar aparejos y gastos de mudanza, esto reforzaría aún más esa posición.

Así pues, ¿cuáles son los principales factores que debe evaluar y planificar a la hora de elaborar su presupuesto de inversiones? Empecemos por la zona caliente. Aunque hay varios factores que determinan la vida útil de la zona caliente, es probable que tenga que revestirla o sustituirla por completo cada 5 u 8 años. El sistema de control también necesitará una renovación, o incluso una sustitución, en torno a los 15 años. Sin embargo, es posible que el recipiente sólo tenga que sustituirse una vez a los 25 años (si es que se sustituye). Otros elementos importantes que habrá que revisar o sustituir son los motores, los transformadores de reactancia variable (VRT) y las bombas.

La figura 2 ilustra la tasa media de sustitución de equipos en el sector para tres de los elementos más caros de un horno. Una vez más, hay que señalar que existen múltiples factores que influyen en la frecuencia con la que se deben reconstruir o sustituir estos sistemas, como el tipo de procesos, la frecuencia de uso y los requisitos específicos del sector.

Todo el mundo quiere maximizar la vida útil de su equipo, pero para ello hay que seguir las mejores prácticas. Sin embargo, si la calidad del agua es deficiente, las paredes de la cámara están obstruidas y adelgazan, la zona caliente está destruida o envejecida sin posibilidad de reparación, las bombas no se han mantenido, los controles son anticuados y poco fiables y el motor nunca se ha reconstruido ni se ha sometido a mantenimiento, más pronto que tarde será necesario realizar trabajos importantes y una inversión importante. Sin embargo, si ha ejecutado un plan para mantener su equipo, es probable que nunca se encuentre en una situación en la que todos los componentes principales necesiten ser sustituidos al mismo tiempo.

¿Cómo evitar llegar a esta situación? Siguiendo las mejores prácticas, cuidando el equipo y gastando de forma inteligente.

Sustitución de la zona caliente

El corazón de cualquier horno es la zona caliente, y hay varios factores que afectan a cuándo y por qué su zona caliente debe ser reemplazado. Por ejemplo, ¿está considerando sustituir la zona caliente debido a la contaminación de alguna pieza? ¿O es porque el aislamiento se ha degradado hasta el punto de que la pérdida de calor es un verdadero problema (tal vez tanto que está viendo que el calor distorsiona o daña el armazón de su zona caliente)?

¿Es porque quiere el último diseño para poder conseguir la homogeneidad con sus otros hornos? ¿O porque la sustituye en un intervalo determinado, pase lo que pase, ya que es lo que ha hecho siempre? Sea cual sea el motivo, tendrá que sustituir la zona caliente a lo largo de la vida útil del horno. Aunque hay diferentes puntos de vista sobre cuándo el estado de la zona caliente justifica la sustitución, hay varios factores que pueden crear desgaste y tener una gran influencia en la vida de su zona caliente.

Saber cuándo ha llegado el momento de sustituirlo

Aunque el mantenimiento preventivo puede ayudar a prolongar la vida útil de su zona caliente, puede que haya llegado el momento de plantearse sustituirla cuando ya no funcione a pleno rendimiento. Hay varios factores que afectan a la vida útil de una zona caliente, entre ellos:

1. Fugas - el oxígeno en el horno decolorará u oxidará sus piezas y hará que la zona caliente se degrade rápidamente.
2. Limpieza - la contaminación en el horno puede provocar la decoloración de las piezas y la degradación de la zona caliente.
3. Presión - el temple de gas a alta presión, por naturaleza, crea una atmósfera turbulenta en el horno; por tanto, cuanto mayor sea la presión y mayor sea el motor de refrigeración de la turbina de gas, mayor será el potencial de deterioro.
4. Temperatura - hacer funcionar el horno cerca de su temperatura máxima de funcionamiento provocará un desgaste acelerado de la zona caliente.
5. Tiempo total de funcionamiento: cuantos más ciclos realice el horno, más frecuentemente necesitará mantenimiento la zona caliente [4].

Entre los indicios de desgaste de la zona caliente se incluyen la rotura excesiva de los herrajes; los elementos calefactores que muestran signos de picaduras, deterioro o rotura; la distorsión y el desgaste general de los rieles del hogar; y la evidencia de que el aislamiento se ha roto, deformado o erosionado hasta el punto de que los valores de aislamiento se han visto significativamente comprometidos.

Si el aislamiento se ha deteriorado hasta el punto de que se ve la pared del plénum interior o el marco, se está irradiando un calor considerable al marco y es probable que se produzcan daños permanentes. Los signos de daños incluyen grietas, deformaciones y decoloración del marco, todo lo cual requerirá reparación o sustitución.

Ciertos factores durante su ciclo de proceso también sirven como señales de advertencia de una zona caliente degradada, incluyendo la pérdida de uniformidad de la temperatura, tiempos de ciclo prolongados debido a la pérdida de calor o contaminación excesiva, tiempos de bombeo más largos, más consumo de energía y decoloración de sus piezas o zona caliente.

Actualización y sustitución de controles

Determinar si una actualización o sustitución de los controles es la opción adecuada también se basa en las expectativas y necesidades generales. A la hora de decidir, las preguntas clave que hay que plantearse son:

• ¿Una actualización le proporcionará una mejor adquisición de datos, trazabilidad y precisión?
• ¿Una actualización le proporcionará mejores datos para mejorar la calidad de las piezas y cumplir las normas del sector que exigen más información?
• ¿Permitirá que sus equipos y operaciones en general sean más inteligentes y eficientes?
• ¿Un sistema de controles y/o componentes obsoletos le pondrán en peligro?

En general, hay datos básicos que necesita para permitir que el horno funcione correctamente y proporcionar un funcionamiento seguro del equipo. Más allá de eso, hay varias opciones que le permiten ser mucho más preciso con la cantidad y el tipo de datos que recopila, la frecuencia con la que recopila estos datos y la forma en que se almacenan y se recuperan.

Así pues, ¿por dónde empezar para determinar si le conviene actualizar los controles o mantener el sistema actual para evitar una inversión importante?

Gama de opciones de control

Las actualizaciones y sustituciones de los controles disponibles suelen depender de la antigüedad del horno de vacío y de sus necesidades. Debido al ritmo de la tecnología, los componentes empiezan a quedarse obsoletos al cabo de unos pocos años. Incluso los sistemas de control que tienen diez años pueden ser un problema y no contar con el apoyo del OEM (fabricante de equipos originales) [5].

Si falla un procesador y existe un recambio directo, puede haber una actualización mínima con un PLC (controlador lógico programable) más reciente. También puede ser necesario actualizar sólo el software o la plataforma OIT (terminal de interfaz de operador), o pasar de un registrador de papel a uno digital. Otras sustituciones menores de componentes incluirían el hardware básico dentro del armario, incluidos cables, fusibles y contactores. Todas las anteriores son soluciones de coste relativamente bajo para mantener su sistema de control en funcionamiento con la oportunidad de realizar algunas actualizaciones menores.

Por otra parte, si su horno tiene entre 20 y 25 años, es probable que le convenga más una actualización parcial de los controles o la sustitución de todo el armario eléctrico. A esta edad, la gran mayoría de los componentes están obsoletos y la tecnología está definitivamente atrasada para la mayoría de las industrias.

En general, es importante recordar que siempre hay tecnología nueva en el horizonte y tecnología más antigua que acabará quedándose obsoleta. Así que pregúntese: "¿Qué necesito realmente?". Luego, basándose en esas necesidades, considere las opciones disponibles para determinar qué solución proporcionará realmente los resultados deseados a corto y largo plazo. Si se hace esta pregunta con regularidad, es menos probable que le pille desprevenido un gasto importante no planificado por una actualización de los controles.

Mantenimiento y reparación de cámaras

La cámara del horno de vacío es una gran inversión. Si se mantiene correctamente, no debería tener que sustituirla. A la hora de decidir si repararla o sustituirla, hay que tener en cuenta varios factores:

• ¿Hay fugas que ha estado persiguiendo y que simplemente no puede soldar y reparar con confianza?
• ¿Las paredes de la cámara se están obstruyendo y adelgazando por la mala química del agua hasta el punto de que ya no se puede reparar con seguridad?
• ¿Hay puntos calientes significativos por falta de flujo de agua en la propia cámara?
• ¿Se trata de una cámara de alta presión que ha superado los límites de su ciclo de trabajo?

La reparación de la cámara es posible si ha realizado una conservación y un mantenimiento adecuados, pero una de las claves para maximizar la vida útil de la cámara es un sistema de agua adecuado.

El papel de un suministro de agua de calidad

El agua es necesaria y crítica para la protección y el funcionamiento de su horno de vacío, y se requiere para varias áreas del horno. El espacio enchaquetado dentro de las paredes de la cámara de vacío y el intercambiador de calor requieren la mayor cantidad de flujo de agua. El agua mantiene la pared interior del recipiente con seguridad por debajo de la temperatura máxima típica de 148 °C (300 °F) [6].

Un caudal, una presión y un tratamiento del agua adecuados evitarán que las altas temperaturas causen grandes daños a su horno. La mala calidad del agua sin tratar es una de las principales causas del deterioro de una cámara de acero al carbono por acumulación y corrosión de las paredes interiores y exteriores del recipiente. Una solución para la corrosión del acero al carbono es un recipiente de acero inoxidable. Aunque este diseño tiene la ventaja de reducir la erosión, la acumulación puede producirse -y se producirá- dentro de las paredes de la cámara si la calidad del agua es deficiente.

Disponer de un suministro de agua de calidad es una forma sencilla de aumentar la vida útil de la cámara. Como tal, el suministro de agua debe cumplir estos requisitos (como mínimo):

• Dureza: 7 granos/galón (máximo)
• Nivel de carbonato cálcico: 3-100 ppm
• pH: 7,0-8,0
• Sólidos en suspensión: < 10 ppm
• Conductividad: 300 micro mho/cm [7]

Le recomendamos que utilice agua tratada en un sistema de circuito cerrado para ayudar a prolongar la vida útil de la cámara de su horno.

Estrategia general de mantenimiento

Parte de la planificación anticipada consiste en comprender que los hornos de vacío pueden sufrir un desgaste significativo de varias formas a lo largo de su vida útil. La más extrema es la ocurrencia de un suceso catastrófico. Puede tratarse del fallo de un motor; de un termopar que no se ha introducido completamente, lo que permite que el horno funcione por encima de su temperatura de funcionamiento estándar; de la fusión de una carga de trabajo dentro del horno; o de un error del operario durante la carga/descarga del horno.

Además, un estudio de Deloitte reveló que "unas estrategias de mantenimiento deficientes pueden reducir la capacidad productiva global de una planta entre un 5% y un 20%" [8]. Esto hace que la realización periódica del mantenimiento preventivo y predictivo sea aún más esencial. Sobre todo porque ambos desempeñan un papel a largo plazo en la vida útil de sus equipos y a menudo son la diferencia entre una respuesta proactiva y una reactiva.

Un plan de mantenimiento preventivo (MP) suele incluir inspecciones periódicas, revisiones de los equipos, reparaciones y sustituciones. En general, los programas de MP permiten a las empresas programar con antelación los tiempos de inactividad y ayudan a prever los costes anuales de mantenimiento.

El mantenimiento predictivo, por su parte, aplica la analítica para detectar un riesgo de fallo, ayudando así a prevenirlo antes de que se produzca. Por ejemplo, PdMetrics de Ipsen^® La plataforma de software de mantenimiento predictivo se conecta a los sensores del horno para recopilar datos, analizarlos y proporcionar diagnósticos en tiempo real sobre cualquier necesidad de mantenimiento futura [9]. La integración del mantenimiento predictivo ayuda a los usuarios de hornos a planificar con antelación, ya sea programando al personal para realizar el mantenimiento o asegurándose de que las piezas necesarias del horno están en stock.

Buenas prácticas de mantenimiento

Si emplea una estrategia de mantenimiento, es posible que gaste un poco más en el servicio o en las piezas críticas que guarda en la estantería. Sin embargo, esto también le mantiene mejor preparado en caso de avería de un componente, que acabará costando más que el mantenimiento necesario para evitar la avería.

Como fabricantes de equipos originales, hemos comprobado que Listas de control PM le permiten realizar un mejor seguimiento de todos los elementos que debe inspeccionar periódicamente. Algunas de las actividades de mantenimiento esenciales que debe realizar son:

• Cambiar el aceite de las bombas de vacío a intervalos regulares (en función del ciclo, el proceso y la utilización general del horno).
• Sustitución de juntas dinámicas, como juntas de puertas y juntas de válvulas de asiento (cada año).
• Calibración periódica de los instrumentos
• Comprobación periódica del correcto equilibrio y funcionamiento del motor.
• Evaluación diaria de la zona caliente y comprobación de la presencia de residuos, decoloración y ajuste correcto de los componentes de la zona caliente.

Piezas de recambio

Al plantearse la compra de un nuevo horno o la sustitución de los componentes principales, una pregunta importante que debe hacerse es: "¿Qué recambios debería mantener en la estantería para reducir los tiempos de inactividad imprevistos"? La respuesta debe tener en cuenta la vida útil (en horas o ciclos térmicos), la criticidad, el plazo de entrega y la vida útil de los componentes, así como el coste del tiempo de inactividad.

A menudo, se necesitan artículos de alta rotación en stock para su sustitución inmediata. Estos artículos son componentes que tienden a fallar después de x cantidad de horas o son propensos a fallos mecánicos debidos a errores del operario. Otros componentes que es una buena práctica tener a mano incluyen elementos para la zona caliente, aceites para la bomba, cables, arandelas, herrajes para la zona caliente y juntas para todo el horno. Si tiene varios hornos del mismo modelo y diseño, puede incluso plantearse tener una zona caliente o un motor de repuesto en la estantería.

Al sopesar el rendimiento de la inversión frente al tiempo de actividad y el tiempo de inactividad planificado, ser proactivo en la forma de realizar el mantenimiento suele ser la opción más rentable.

Conclusión

Un nuevo sistema de tratamiento térmico y sus componentes principales son una inversión importante, y debe esperar obtener décadas de ellos. Sin embargo, para sacar el máximo partido de esta inversión, no sólo tiene que elegir las actualizaciones y reparaciones adecuadas para su equipo, sino también tener un plan de mantenimiento del equipo. Puede comprar el equipo más robusto del mundo, pero si no lo mantiene y no sigue las mejores prácticas, no importa lo bien que esté construido: no va a sacar todo su potencial.

La clave para asegurarse de que su caldera se mantiene en buen estado consiste en ser inteligente con su inversión, planificar con antelación el mantenimiento y realizar las tareas básicas a diario. Por supuesto, no tiene por qué hacerlo usted solo. Aproveche los cursos de formación sobre calderas como Ipsen Uque imparten expertos técnicos, y no tengas miedo de pedirles ayuda y asesoramiento. Su experiencia puede ser de gran ayuda en este proceso de toma de decisiones.

Referencias

[1] Herring, D., "Ahorrar dinero maximizando la productividad del horno". Calefacción industrial, junio de 2013, http://www.industrialheating.com/articles/90856-saving-money-by-maximizing-furnace-uptime-productivity.

[2] Fuller, S., "Análisis del coste del ciclo de vida (ACV)". WBDG, Septiembre de 2016, https://www.wbdg.org/resources/life-cycle-cost-analysis-lcca.

[3] Grann, J., "El mantenimiento importa: Extending the Hot Zone's Life Span", Tratamiento térmico, enero de 2017, http://thermalprocessing.com/article/detail/6364/maintenance-matters-extending-the-hot-zones-life-span.

[4] Herring, D., Tratamiento térmico al vacío, Volumen II, BNP Media II, LLC (Michigan, 2016), pp. 141.

[5] Mike Berna, Ipsen USA, 984 Ipsen Road, Cherry Valley, Illinois, 61016, Ipsen U: Una mejor comprensión de los hornos de vacío, Manual Ipsen U, 2017, pp. 56-64.

[6] Herring, D., Tratamiento térmico al vacío, BNP Media II, LLC (Michigan, 2012), pp. 168.

[7] Coleman, C. y otros., "Making Maintenance Smarter", Deloitte University Press, mayo de 2017, https://dupress.deloitte.com/dup-us-en/focus/industry-4-0/using-predictive-technologies-for-asset-maintenance.html.

[8] Goldsteinas, A., "Optimización de las operaciones de procesamiento térmico con mantenimiento predictivo". Calefacción industrial, octubre de 2015, http://www.industrialheating.com/articles/92505-optimizing-thermal-processing-operations-with-predictive-maintenance.