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UNIVERSIDAD DE CARABOBO

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

PROPUESTA DE MEJORA AL PROCESO DE FOSFATIZADO

DE LA EMPRESA ENSAMBLADORA

CHRYSLER DE VENEZUELA L.L.C.

Valencia, Junio de 2011

Tutor Académico Realizado por:

Ing. María del Carmen Rodríguez BETANCOURT, Marco CI: 18265874

Tutor Industrial

Ing. Pedro Torrealba




TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

PROPUESTA DE MEJORA AL PROCESO DE FOSFATIZADO

DE LA EMPRESA ENSAMBLADORA

CHRYSLER DE VENEZUELA L.L.C.

Trabajo especial de grado presentado ante la ilustre Universidad de Carabobo

para optar al título de Ingeniero Químico.


Tutor Académico Realizado por:

Ing. María del Carmen Rodríguez BETANCOURT, Marco CI: 18265874

Tutor Industrial

Ing. Pedro Torrealba

RESUMEN

El presente trabajo especial de grado tuvo como propósito la evaluación del proyecto de

mejoras al proceso de fosfatizado de la empresa ensambladora Chrysler de Venezuela

L.L.C., con el fin de disminuir el consumo de agua fresca y de productos químicos en el

túnel de tratamiento metálico.

Para el cumplimento de los objetivos, inicialmente se diagnosticó el proceso por medio

de la observación directa y de entrevistas con el personal del área. Seguidamente se

compararon las variables críticas del proceso según su diseño y valor actual. Se

aplicaron pruebas de calidad al producto final lo que permitió diagnosticar el estado

inicial del proceso de fosfatizado.

Luego de recolectar datos experimentales de campo, se seleccionaron las etapas del

proceso que presentaban una mayor oportunidad de mejora según los consumos. Una

vez identificadas las etapas a mejorar se generaron alternativas de mejora para

disminuir el consumo de agua fresca y de productos químicos.

Para seleccionar las alternativas de mejora se calcularon los beneficios y costos

asociados a cada una de las alternativas, y luego se hizo uso de matrices de selección

que permitieron elegir las alternativas que presentaban un mayor beneficio al proceso.

Una vez seleccionadas las alternativas se procedió a diseñar las alternativas

seleccionadas, tomando en cuenta la dosificación de productos, la construcción de

tanques y el sistema de bombeo necesario.

Finalmente se determinaron los beneficios y costos generales del proceso para así

determinar la relación beneficio-costo del proyecto de mejoras al proceso de fosfatizado

de la empresa Chrysler de Venezuela L.L.C.

La alternativa 3 fue la seleccionada para la etapa de Enjuague DIW, pues se logra

disminuir el consumo de agua fresca en un 56,19%.

La relación beneficio-costo del proyecto de mejoras es igual a 4,02.

El proyecto de mejoras tiene un impacto ambiental positivo pues se ahorran 3242,86

metros cúbicos anuales de agua fresca, y 1752,67 kilogramos anuales de productos

químicos.




DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

CONSTANCIA DE APROBACIÓN

Los abajo firmantes, miembros del jurado designado para estudiar el Trabajo Especial

de Grado titulado: “PROPUESTA DE MEJORA AL PROCESO DE FOSFATIZADO DE

LA EMPRESA ENSAMBLADORA CHRYSLER DE VENEZUELA LLC”, realizado por

el bachiller: Betancourt R., Marco A. C.I.18.265.874, hacemos constar que hemos

revisado y aprobado dicho trabajo sin hacernos responsables de su contenido, sin

embargo lo encontramos correcto en su forma y presentación.

_______________________________

Prof. María del Carmen Rodríguez

Presidente

_______________________ ________________________

Prof. Katiuska Franceschi Prof. Adrián Sierra

Jurado Jurado


Índice

ÍNDICE

Contenido Página

INTRODUCCIÓN……………………………........................................................ 1

CAPÍTULO I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.......................................... 2

XXX 1.1 Descripción del problema..................................................................... 2

XXX 1.2 Formulación del problema.................................................................... 5

XXXXXX 1.2.1 Situación actual.......................................................................... 6

XXXXXX 1.2.2 Situación deseada...................................................................... 6

XXX 1.3 Objetivos.........................................................………………………….. 7

XXX 1.4 Justificación.......................................................………………………... 8

XXX 1.5 Limitaciones...............................…....................................................... 9

CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO................................…………………...……... 10

XXX 2.1 Antecedentes.........................…………………........……………………. 10

XXX 2.2 Fundamentos Teóricos.......................................……………………….. 13

XXXXXX 2.2.1 Corrosión de los metales.................……………………………… 13

XXXXXX 2.2.2 Recubrimiento cristalino de Fosfato de Zinc............................... 15

XXXXXX 2.2.3 Limpieza de superficies metálicas.............................................. 19

XXXXXX 2.2.4 Intercambio Iónico....................................................................... 21

XXXXXX 2.2.5 Ósmosis Inversa......................................................................... 23

XXXXXX 2.2.6 Bombas Centrífugas................................................................... 24

CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO........................................................ 26

XXX 3.1 Analizar el proceso de fosfatizado del túnel de tratamiento metálico... 27

Índice

ÍNDICE (Continuación)

Contenido Página XXV.3.2.Plantear las diferentes alternativas de mejora al proceso de fosfatizado............................................................................................................ 31

XXX.3.3.Seleccionar las alternativas de mejora que presenten un mayor beneficio al proceso............................................................................................. 33

XXX 3.4 Diseñar las alternativas de mejora seleccionadas................................ 37

XXX.3.5.Evaluar la relación beneficio-costo de cada una de las mejoras seleccionadas....................................................................................................... 39

CAPÍTULO IV. DISCUSIÓN DE RESULTADOS.................................................. 41

XXX 4.1 Análisis del proceso de fosfatizado del túnel de tratamiento metálico... 41

XXV.4.2.Planteamiento de las diferentes alternativas de mejora al proceso de fosfatizado............................................................................................................ 47

XXX.4.3.Selección de las alternativas de mejora que presenten un mayor beneficio al proceso............................................................................................. 57

XXX 4.4 Diseño de las alternativas de mejora seleccionadas............................. 66

XXX.4.5.Evaluación de la relación beneficio-costo de cada una de las mejoras seleccionadas....................................................................................................... 72

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES....................................................... 75

XXXXXXConclusiones......................................................................................... 75

XXXXXXRecomendaciones................................................................................. 76

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................... 77

APÉNDICES......................................................................................................... 80

XXXXXXApéndice A. Cálculos típicos................................................................. 81

XXXXXXApéndice B. Tablas y Gráficos.............................................................. 94

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla Página

4.1 Especificaciones de trabajo del proceso de fosfatizado........................ 45

4.2 Prueba de impacto en láminas de acero.......................................... 46

4.3 Consumo de agua fresca en el túnel de tratamiento metálico.......... 47

4.4 Consumo de productos químicos en el túnel de tratamiento metálico.. 48

4.5 Costos asociados al consumo de productos químicos en el túnel de tratamiento metálico...................................................................... 49

4.6 Alternativas de mejora generadas.................................................. 57

4.7 Comparación de las alternativas para la disminución del consumo de agua fresca.................................................................................. 59

4.8 Tabla de resultado de las alternativas para la disminución del consumo de productos químicos.................................................. 60

4.9 Matriz de selección de alternativas etapa Enjuague DIW................... 61

4.10 Matriz de selección de alternativas etapa Pasivador....................... 64

B.4 Densidades del agua a distintas temperaturas................................. 98

B.5 Dimensiones de tuberías PVC catálogo 40. 99

B.7 Viscosidad del agua.........................……………………………......... 101

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura Página

1.1 Unidades ensambladas en la empresa…………………………….......... 2

2.1 Proceso de corrosión del hierro……………………………………........... 13

2.2 Efecto de la corrosión en la superficie metálica de un automóvil................................................................................................ 15

2.3 Cristalografías de la morfología de cristales en distintos sustratos metálicos................................................................................................ 17

2.4 Diferencia en la estructura cristalina sobre el acero debido al uso del pasivador……………………………………………………........................ 18

2.5 Mecanismo para la remoción de grasa en las superficies metálicas……………………………………………………………….......... 21

2.6 Arreglo de resinas de intercambio iónico…………………………........... 22

2.7 Esquema del proceso de ósmosis inversa………………………............ 24

2.8 Equipo de ósmosis inversa…................................................................ 24

2.9 Componentes de una bomba centrífuga…………………...……............ 26

3.1 Equipo de cámara salina…………………........……………………......... 29

3.2 Equipo utilizado para la prueba de impacto……………………….......... 30

3.3 Herramienta de recolección de datos………………………………......... 31

3.4 Tabla de datos de consumo de agua fresca en el túnel de tratamiento metálico……………………………………………..................................... 32

3.5 Tabla de datos de consumo de productos químicos en el túnel de tratamiento metálico…………………..................................................... 32

3.6 Matriz de pesos ponderados de los factores de selección................... 36

3.7 Números de valoración para los parámetros de selección de alternativas............................................................................................ 37

3.8 Tanque recolector para la etapa 9........................................................ 38

4.1 Disposición física del Departamento de Pintura.................................... 41

4.2 Consumo de agua fresca por etapa del túnel de tratamiento metálico................................................................................................. 49

ÍNDICE DE FIGURAS (Continuación)

Figura Página

4.3 Costos asociados al consumo de productos en el túnel de tratamiento metálico............................................................................. 50

4.4 Resultado de la tormenta de ideas para la generación de alternativas........................................................................................... 51

4.5 Matriz de pesos relativos para las alternativas de disminución de consumo de agua................................................................................. 61

4.6 Disminución en el consumo de agua fresca de la etapa de Enjuague DIW...................................................................................................... 63

4.7 Matriz de pesos relativos para las alternativas de disminución de consumo de productos químicos......................................................... 64

4.8 Datos nominales de la bomba a utilizar............................................... 66

4.9 Consumos asociados al uso de Fixodine X......................................... 67

4.10 Datos técnicos de las bombas dosificadoras en la etapa de activación............................................................................................. 68

4.11 Comparación del recubrimiento cristalino en placas de aluminio utilizando el Fixodine X........................................................................ 68

4.12 Comparación del recubrimiento cristalino en placas de acero utilizando el Fixodine X........................................................................ 69

4.13 Diagrama de la alternativa para disminución de consumo de agua..................................................................................................... 70

4.14 Infraestructura de la etapa de pasivado............................................... 71

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo especial de grado tiene como objetivo principal evaluar la propuesta

de mejoras al proceso de fosfatizado para disminuir el consumo de agua fresca y

productos químicos en el túnel de tratamiento metálico de la Empresa ensambladora de

vehículos.

Para la realización de este trabajo se plantean una serie de objetivos específicos tales

como: analizar el proceso de fosfatizado del túnel de tratamiento metálico, plantear las

diferentes alternativas de mejora al proceso de fosfatizado, seleccionar las alternativas

de mejora que presenten un mayor beneficio al proceso, diseñar las alternativas

seleccionadas y evaluar la relación beneficio-costo del proyecto de mejoras.

Inicialmente se diagnosticará el proceso, comparando las especificaciones de diseño y

la situación real de cada una de las variables críticas del proceso; y aplicando pruebas

de calidad al producto final. Seguidamente, se recolectaron datos experimentales de

consumo para determinar las etapas del proceso con mayor consumo, y que presenten

una mayor oportunidad de mejora. Se generan alternativas de mejora que

posteriormente serán seleccionadas con una matriz de selección. Finalmente se

calcularán los beneficios y costos asociados a las alternativas seleccionadas para luego

determinar la relación beneficio-costo del proyecto.

El trabajo consta de cuatro capítulos, donde el Capítulo I contiene el planteamiento del

problema en estudio, la situación actual y la situación deseada, así como los objetivos

(general y específico) de la investigación. El Capítulo II contiene los antecedentes que

facilitarán este trabajo de grado y los fundamentos teóricos necesarios para la

comprensión de los procesos. El Capítulo III presenta la metodología a seguir para el

cumplimiento de los objetivos y finalmente el Capítulo IV se constituye de las

discusiones de los resultados obtenidos. Por último, se presentan las conclusiones y

recomendaciones al proyecto de mejoras al proceso de fosfatizado de la empresa

Chrysler de Venezuela L.L.C.

2

Capítulo I. Planteamiento del Problema.

I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En esta sección se presenta el problema a evaluar y el propósito global, definiendo los

objetivos que se persiguen, conjuntamente con las razones que justifican el desarrollo

de la investigación y las restricciones suscitadas para el logro de la misma.

1.1 Descripción del problema La Empresa ensambladora Chrysler de Venezuela L.L.C. ubicada en la avenida

Pancho Pepe Croquer de la zona industrial norte de Valencia, estado Carabobo, se

concibe como una empresa líder en la manufactura de vehículos rústicos y familiares

(ver figura 1.1), en la que la calidad ha sido la insignia y la característica más relevante

a lo largo de los años.

Figura 1.1 Unidades ensambladas en la Empresa. Fuente: Chrysler de Venezuela LLC

El 10 de junio de 2009, como resultado de una crisis económica, Chrysler GROUP

L.L.C. lleva a cabo una alianza estratégica global en la que un 80% de sus acciones

son adquiridas por el FIAT GROUP, el cual exige a Chrysler, entre otras cosas, una

disminución en los costos de producción que permita posicionar a la Empresa como un

negocio rentable.

3


Entre los departamentos de manufactura de la Empresa, el Departamento de Pintura es

el encargado de aplicar la base de color a las unidades, y está conformado por los

siguientes procesos:

Túnel de tratamiento metálico.

Ecoat o electrodeposición.

Latonería de Ecoat

Sello PVC

Fondo

Lijadura de Fondo

Cabina de Color y Clear

Retoque

Sala de mezcla

Cabina de partes plásticas

Específicamente en el túnel de tratamiento metálico, se genera un recubrimiento de

cristales de fosfato metálico en la superficie del metal, con la finalidad de crear una

capa protectora anticorrosiva y a su vez, que favorezca la adherencia de la pintura con

la superficie metálica.

En la primera etapa del túnel, la unidad pasa por una área de prelimpieza (ETAPA 1)

donde se utiliza un compuesto limpiador P3Parco1523R®, cuyo contenido es

principalmente sales alcalinas, se remueven los posibles residuos de sucio, sellador y

remanentes de soldadura. En la siguiente etapa se lleva a cabo un desengrase y una

limpieza más profunda (ETAPA 2) removiendo las capas de aceites y grasas por medio

del compuesto P3Parco1523R® y un segundo compuesto limpiador P3Parco1523S®.

Para evitar la posible contaminación entre etapas, las unidades se someten a un primer

enjuague con agua cruda en un circuito de recirculación (ETAPA 3).

4


Seguidamente, en la etapa de activación (ETAPA 4) se rocían las unidades con una

solución constituida por un compuesto activador Bonderite ACZ8®, el cual acondiciona y

prepara la superficie metálica para el recubrimiento, creando zonas de reacción que

favorecen la formación de los cristales de fosfato en la superficie metálica.

A continuación las unidades son introducidas a un baño ácido de fosfato (ETAPA 5)

preparado principalmente con el producto Bonderite952®, compuesto principalmente por

ácido fosfórico (H3PO4) y fosfatos metálicos (Zn2+, Ni2+, Mn2+) conocido como “Fosfato

tricatiónico”. En dicha etapa, se llevan a cabo las reacciones entre los distintos sustratos

metálicos encontrados en la unidad (acero, acero galvanizado y aluminio) y el ácido,

creando así los cristales de fosfato metálico en la superficie. De igual manera al caso

anterior, las unidades son enjuagadas para evitar la contaminación entre etapas, esta

vez con agua cruda en un circuito de recirculación (ETAPA 6) para así remover los

contaminantes ácidos de la etapa de fosfatizado.

Aquellas zonas de la superficie metálica donde el recubrimiento cristalino no sea

uniforme, deberán ser recubiertas para evitar la corrosión y posteriores problemas de

calidad, por lo que las unidades ingresan a un baño con una solución preparada con un

compuesto “pasivador” BonderitePT91® (ETAPA 7) constituido principalmente por un

polímero quelante hidrosoluble, el cual se encarga de recubrir dichas zonas al formar

compuestos complejos insolubles.

Finalmente las unidades ingresan en dos etapas de enjuague consecutivas, en la

primera, se rocían las unidades con agua desionizada en un circuito de recirculación

(ETAPA 8) y en la segunda, un rociado final en el que un total de 200 litros de agua

desionizada virgen son rociados por unidad para disminuir la concentración de

electrolitos en la superficie metálica, los cuales perturban el proceso de

electrodeposición o Ecoat.

5


Naturalmente, en un proceso basado principalmente en el rociado de unidades con

soluciones acuosas, los costos por consumo de agua y sustancias químicas son muy

elevados.

Motivada por la exigencia en la disminución de costos, y en búsqueda de desarrollar

proyectos adheridos a la política ambiental, la Empresa ensambladora de vehículos

Chrysler de Venezuela L.L.C. se ve interesada en realizar una serie de mejoras al

proceso de fosfatizado, con la finalidad de disminuir los consumos de agua y sustancias

químicas en las etapas del túnel de tratamiento metálico, y así, disminuir los costos de

producción asociados al departamento.

1.2 Formulación del problema Para la Empresa ensambladora Chrysler de Venezuela L.L.C., la producción de

vehículos de calidad ha sido uno de los estandartes a lo largo de la historia.

En búsqueda de alternativas eficientes y ecológicas que permitan disminuir los costos

de transformación, la Empresa se ve interesada en el desarrollo de un nuevo proyecto

de mejoras, el cual consiste principalmente en el reemplazo de un compuesto químico

por uno de mayor tecnología, la disminución del consumo de agua fresca y la

disminución en el consumo de sustancias químicas manteniendo los parámetros de

calidad del producto.

En la actualidad, el departamento de pintura presenta el mayor consumo de agua y

productos químicos de la Empresa, específicamente en el túnel de tratamiento metálico

se preparan soluciones con agua fresca y desionizada y productos químicos para llevar

a cabo el tratamiento metálico; de ahí la necesidad de disminución de consumos.

6


1.2.1 Situación actual Entre los principales departamentos involucrados en el ensamble de vehículos que se

lleva a cabo en la planta, está el departamento de pintura, en el cual se realizan una

serie de procesos para dar la base final de color a la superficie metálica. Uno de dichos

procesos, quizás el más importante, es el tratamiento de la superficie metálica, en el

cual, luego de realizar distintas etapas de limpieza, se forma un recubrimiento de

cristales de fosfato metálico, que favorece la adherencia de la pintura con la superficie

metálica, y funciona como una protección anticorrosiva del metal.

En dicho proceso se utilizan distintos productos químicos que permiten el recubrimiento

de las superficies metálicas. En la etapa de desengrase se prepara una solución

limpiadora con P3Parco1523® y agua fresca recirculada. El compuesto Bonderite

ACZ8® funciona como activador de las superficies metálicas, el mismo, favorece la

formación del recubrimiento de cristales de fosfato metálico, desafortunadamente es un

producto muy sensible a la contaminación, por lo cual se requiere el uso de agua fresca

en la etapa anterior de enjuague. Para sellar los intersticios en la superficie, se necesita

de un compuesto pasivador Bonderite PT91®, lo que trae como consecuencia un

consumo de 200 litros de agua desionizada virgen por unidad para su posterior

enjuagado descontaminante.

Debido a esto, la empresa se plantea el desarrollo de un proyecto de mejoras que le

permita disminuir los consumos de agua y reducir los costos de transformación.

1.2.2 Situación deseada

La empresa, orientada por el compromiso ecológico adoptado, el mejoramiento

continuo de sus procesos de manufactura y por la necesidad de disminuir los costos de

transformación, se ve interesada en desarrollar el proyecto de mejoras al proceso de

fosfatizado llevado a cabo en el túnel de tratamiento metálico del Departamento de

7


Pintura, con la finalidad de disminuir el consumo de agua fresca y productos químicos,

lo que permitirá cumplir con los nuevas políticas corporativas.

La empresa busca desarrollar un proyecto de mejoras que permita disminuir los

consumos de agua fresca y de sustancias químicas en las etapas del túnel de

tratamiento metálico, lo que resulta en una disminución en los costos de transformación

del Departamento de Pintura. De igual manera, la reducción del consumo de agua

fresca y productos químicos disminuiría considerablemente el impacto ambiental pues

se disminuye la contaminación de las aguas residuales y se preserva el recurso

acuífero.

1.3 Objetivos 1.3.1 Objetivo general Evaluar las mejoras al proceso de fosfatizado para disminuir el consumo de agua fresca

y productos químicos en el túnel de tratamiento metálico de la Empresa ensambladora

de vehículos Chrysler de Venezuela L.L.C.

1.3.2 Objetivos específicos 1. Analizar el proceso de fosfatizado del túnel de tratamiento metálico.

2. Plantear las diferentes alternativas de mejora al proceso de fosfatizado.

3. Seleccionar las alternativas de mejora que presenten un mayor beneficio al

proceso.

4. Diseñar las alternativas de mejora seleccionadas.

5. Evaluar la relación beneficio-costo del proyecto de mejoras.

8


1.4 Justificación

El proyecto de mejoras al proceso de fosfatado del túnel de tratamiento metálico está

sustentado principalmente en el concepto de mejora continua aplicado por la Empresa,

y traerá consigo una disminución en el consumo de agua y productos químicos que

permitirá reducir los costos de transformación, y así cumplir con las expectativas

corporativas.

Una de las principales mejoras, el reemplazo del compuesto activador, resulta en un

recubrimiento cristalino más denso y de menor tamaño. Dichos resultados afectan

positivamente la calidad del recubrimiento cristalino y por lo tanto la capacidad

anticorrosiva del metal, así como el anclaje de la pintura con la superficie. Al mejorar

ambos parámetros de calidad, se asegura un mejor comportamiento de la pintura una

vez ensamblado el vehículo, lo que fortalece el nexo entre el cliente y la Empresa.

Como consecuencia del reemplazo del compuesto activador, se podrá eliminar el

consumo del pasivador Bonderite PT91®, para así sustituir la etapa de pasivado por un

enjuague de agua desionizada, dicho enjuague permitirá descontaminar las unidades.

Agregar una etapa adicional de enjuague permite recircular el agua desionizada de la

última etapa, lo que resulta en un ahorro de agua cruda, resaltando de nuevo el gran

aspecto ambientalista del proyecto.

Es claro como la aplicación de este proyecto disminuirá considerablemente el impacto

ambiental de la Empresa, sin dejar de lado los aspectos económicos y de calidad,

necesario para mantenerse como una Empresa élite en el ensamblado de vehículos.

9


1.5 Limitaciones Entre las posibles restricciones que pudieran limitar la correcta realización del presente

proyecto se tiene:

El tiempo de realización del proyecto.

La adquisición de productos se ve condicionada en general por el ente

gubernamental CADIVI (Comisión de Administración de Divisas).

La confidencialidad de algunos datos no permite revelar información de tiempos de

operaciones.

10

Capítulo II. Marco Teórico y Referencial

. II. MARCO TEÓRICO Y REFERENCIAL En esta sección se presentan las investigaciones realizadas en el área de estudio, que

por su contenido servirán de base para el desarrollo del trabajo especial de grado.

2.1 Antecedentes

Blasco y colaboradores (2008) presentan un trabajo de grado basado en la evaluación

de la incorporación del Fixodine X® en la etapa de activación del túnel de tratamiento

metálico de la empresa Chrysler de Venezuela L.L.C. con el fin de mejorar la

aplicación de la pintura y con ello alargar el tiempo de vida de la carrocería. Exponen

que al realizar la incorporación del producto se logra una excelente apariencia del

acabado del fosfato y la eliminación de una etapa del proceso.

El proyecto de mejoras al proceso de fosfatizado está fundamentado en los resultados

de esta investigación, pues la misma plantea la posible eliminación de la etapa de

pasivado al incorporar el Fixodine X® a la etapa de activación.

Agudelo y colaboradores (2007) desarrollaron un proyecto fundamentado en el ahorro y

recirculación de aguas de proceso. Establecieron las operaciones a realizar para poder

reutilizar el agua de desecho del proceso de curtido de cuero. Además recalcaron la

necesidad de desarrollar proyectos de reutilización de aguas de proceso de modo que

se pueda mantener la producción cumpliendo con las normas ambientales de la zona.

La factibilidad económica de dicho proyecto fue determinada.

Al igual que en el proyecto de mejoras al proceso de fosfatizado, se da énfasis a la

importancia de la reutilización de aguas de proceso para así disminuir la impacto

ambiental producido por la empresa. Es remarcable de igual manera el ahorro

económico asociado a la reutilización de dicha agua.

11


. Silva, M. (2004) presentó un trabajo cuyo objetivo fue evaluar el túnel de tratamiento

metálico de la empresa Daimler-Chrysler de Venezuela. Se basó principalmente en

desarrollar una serie de evaluaciones técnicas y de proceso al túnel, reseñando las

posibles mejoras para corregir las deficiencias técnicas y de control del túnel. Elaboró

un material técnico teórico acerca de las especificaciones óptimas de trabajo en el

túnel, que facilite la buena comprensión del funcionamiento del túnel de tratamiento

metálico. De igual manera reflejó la importancia de un buen control del proceso de

limpieza de las unidades para asegurar las condiciones necesarias de trabajo. Se

resalta la importancia de este trabajo de grado para la consecución del proyecto de

mejoras a desarrollar en la empresa, pues se dispone del manual técnico teórico del

área de trabajo, lo que permitirá comprender completamente las actividades a realizar y

las variables críticas del proceso a considerar.

De igual manera, Kawagoshi y colaboradores (2003) desarrollaron un trabajo de

investigación acerca de la utilización del compuesto activador Prepalene X® el cual

permite realizar el fosfatizado a temperaturas más bajas y bajo condiciones críticas de

contaminación; dicha investigación reflejó que las tecnologías que adicionen valor

ambiental al fosfatizado deben ser implementadas. Explica los beneficios obtenidos en

el sistema en comparación con un sistema de rocío a altas temperaturas. Los beneficios

principales de adicionar el compuesto activador Prepalene X® es la disminución en la

temperatura del baño, así como la eliminación de los sólidos precipitados. Dado que el

producto es más resistente a la contaminación del tanque, se observa un decremento

en la frecuencia de reposición del tanque de activador lo que incide positivamente en el

consumo de agua. Dicho trabajo de investigación representa una guía que permite

predecir los efectos del reemplazo del compuesto activador de una línea de fosfatizado.

Iranpour y colaboradores (1999) publican un artículo en el cual remarcan un cambio en

la ingeniería ecológica, la cual ya no basa sus esfuerzos simplemente en la óptima

disposición de desechos, sino en la importancia de ver los desperdicios como

potenciales recursos. Afirman que la reutilización usualmente consume menos energía

que producir nuevos materiales, por lo que incrementar el reciclaje de desperdicios no

12


. solo reduce la contaminación, también permite ahorrar energía. Adicionalmente,

indexaron innovaciones tecnológicas que contribuyen a la reutilización de los

desperdicios reciclados, y realizaron pruebas tanto en desperdicios sólidos como en

líquidos. Las aplicaciones de la reutilización de aguas de proceso son mencionadas.

En relación al proceso de fosfatizado, Tegehall y colaboradores (1991) estudiaron la

nucleación y conversión de fosfato de zinc en acero laminado. En dicho estudio se

plantean las reacciones básicas de nucleación y formación de fosfato de zinc en el

acero laminado.

Se determinó que una de las variables críticas del proceso de fosfatizado es la

composición de los óxidos de hierro presentes en la superficie metálica, reflejando que

el proceso de formación cristalina es óptimo cuando los óxidos de hierro están formados

principalmente por trióxidos (µ-Fe2O3). La temperatura del metal también es influyente

en el proceso. La presencia de aceleradores tales como nitritos y nitratos, incrementa la

rapidez de formación del recubrimiento cristalino e incide en la formación de cristales de

fosfato con una morfología adecuada.

Wessling, B. (2004) publicó un artículo en el que expone que la protección anticorrosiva

de las superficies metálicas desprotegidas puede llevarse a cabo al recubrirlas con

dispersiones de polianilina, lo que resulta en una disminución significativa en el

potencial de corrosión. Indicó que al utilizar un microscopio de barrido electrónico se

observa que la pasivación es un proceso de múltiples etapas, que empieza con una

estación de decapado en la cual los granos son visibles, en la segunda etapa, la

superficie metálica es recubierta con una capa protectora de óxido.

De manera análoga al proyecto de mejoras del proceso de fosfatizado, se evidencia la

necesidad de una etapa de pasivación mientras el recubrimiento cristalino no sea el

adecuado.

13


. 2.2 Fundamentos teóricos 2.2.1 Corrosión de los metales La corrosión de los metales se lleva a cabo cuando estos son expuestos a un ambiente

que favorezca la oxidación, debilitando la estructura física del metal, lo que ocasiona un

daño en la superficie de los mismos.

Uno de los agentes corrosivos más comunes es el agua, y ya que los aceros y las

aleaciones de hierro son los materiales metálicos expuestos con mayor frecuencia al

agua, se hace especial énfasis en las reacciones del hierro (Fe) con el agua. La figura

2.1 describe la naturaleza electroquímica del proceso de corrosión.

Fuente: Handbook of Corrosion Engineering-2000.

Figura 2.1 Proceso de corrosión del hierro.

14


. En el caso de las aleaciones de hierro, la reacción que usualmente se lleva a cabo en la

zona anódica es la reacción I:

Fe(s) → Fe2+ + 2e- (I)

La rata de corrosión usualmente es controlada por la reacción catódica, que usualmente

es más lenta. La reacción catódica que se lleva a cabo es la reacción II:

2H+ + 2e- → H2(g) (II)

Esta reacción usualmente ocurre rápido en soluciones ácidas, pero lento en soluciones

básicas o neutras. La reacción catódica puede ser acelerada por la reducción del

oxígeno disuelto, un proceso llamado despolarización, tal como se muestra en la

reacción III:

4H+ + O2(l) + 4e- → 2H2O(l) (III)

El oxigeno disuelto reacciona con los átomos de hidrógeno adsorbidos de la superficie

del hierro, y la reacción de oxidación será tan rápida como el oxigeno llegue a la

superficie metálica. Uniendo la reacción (I) y (III), y sabiendo que el agua en equilibrio

se descompone en iones hidronios y oxidrilos, se obtiene la reacción IV:

2Fe(s) + 2H2O(l) + O2(l) → 2Fe(OH)2 (s) (IV)

El hidróxido ferroso formado compone la barrera superficial por la cual el oxigeno debe

difundir. En la superficie externa de la capa de óxido, el contacto con el oxigeno disuelto

forma el hidróxido férrico tal como lo muestra la reacción (V).

4Fe(OH)2(s) + 2H2O(l) + O2(l) → 4Fe(OH)3(s) (V)

El hidróxido férrico es de un color naranja rojizo y forma parte del óxido común

observado en las superficies metálicas corroídas.

15


.

Figura 2.2 Efecto de la corrosión en la superficie metálica de un automóvil. Fuente: Automative Paints and Coatings - 2008

Existe una gama de tratamientos anticorrosivos para las superficies metálicas, los

cuales ofrecen un recubrimiento que puede ser orgánico o inorgánico según el uso del

metal. En la industria automotriz, se utiliza un recubrimiento de cristales de fosfatos de

zinc que forman una barrera anticorrosiva entre la superficie metálica y las capas

internas de la base de pintura.

Fuente: Automative Paints and Coatings-2008

2.2.2 Recubrimiento cristalino de Fosfato de Zinc

Como se mencionó anteriormente, en la industria automotriz se utiliza un recubrimiento

anticorrosivo de cristales de fosfatos de zinc para generar una barrera anticorrosiva

entre la superficie metálica y las capas internas de la base de pintura.

El primer paso para todos los tratamientos de cristalización es un decapado de la

superficie metálica con un ácido (comúnmente se utiliza el ácido fosfórico). La pérdida

de metal para el acero laminado es de aproximadamente 2 gramos por metro cuadrado.


16


. La reacción de decapado en superficies de acero es mostrada a continuación:

Fe(s) + 2H3PO4(l) → Fe(H2PO4)2(s) + H2(g) (VI)

Dado que el hidrógeno molecular formado en la reacción anterior puede inhibir la

formación cristalina al adherirse en forma de burbujas a la superficie, compuestos

aceleradores son utilizados para despolarizar el hidrógeno, favoreciendo la reducción

de ellos mismos.

El consumo de protones lleva a un cambio en el pH en la capa de difusión adyacente a

la superficie metálica, por lo que la solubilidad del fosfato de zinc disminuye,

ocasionando su precipitación, de aquí que al tratamiento anticorrosivo aplicado a las

superficies metálicas también se le conozca como fosfatizado de metales.


La precipitación de cristales de fosfato en la superficie metálica se puede observar en

las reacciones VII a la IX.

3Zn2+ + 2H2PO-4 + 4H2O(l) → Zn3(PO4)2∙4H2O(s)↓(hopeíta) + 4H+ (VII)

2Zn2+ + Fe2+ + 2H2PO-4 + 4H2O(l) → Zn2Fe(PO4)2∙4H2O(s)↓(fosfofilíta) + 4H+ (VIII)

2Mn2+ + Zn2+ + 2H2PO-4 + 4H2O → Mn2Zn(PO4)2∙4H2O(s)↓(hopeíta modif.) + 4H+ (IX)

Los aceleradores (usualmente nitritos) favorecen la formación de lodos, los cuales

deben ser retirados periódicamente de la solución para mantener la calidad del

recubrimiento. Las reacciones de formación de lodos son las reacciones X y XI:

Fe2+ + H+ + Ox(l) → Fe3+ + HOx(s) (X)

Fe3+ + H2PO-4 → Fe(PO4)2(s) + 2H+ (XI)

17


. Especial énfasis debe hacerse si se tratan superficies de aluminio pues el ion aluminio

(Al+3) formado en la reacción de decapado inhibe la formación del recubrimiento

cristalino, por lo que productos que contengan fluoruros deberán ser utilizados para

retirar el aluminio en forma de lodos. Las siguientes reacciones corresponden a la

formación de lodos de aluminio por precipitación.


Al+3 + 6F- + 3Na+ → Na3AlF6(s) (Criolita) (XII)

Al+3 + 6F- + 2K+ + Na+ → K2NaAlF6(s) (Elpasolita) (XIII)

La morfología de los cristales obtenidos es muy importante para el desempeño de la

barrera anticorrosiva, un recubrimiento de cristales con espacios entre sí, presenta

zonas de reacción en las que se podría corroer la superficie. De igual modo, un

recubrimiento de cristales denso aumenta el poder anticorrosivo pues disminuye

considerablemente los espacios de reacción.


La figura 2.3 presenta cristalografías de la morfología de cristales de fosfato en

superficies de aluminio y acero respectivamente.

Figura 2.3 Cristalografías de la morfología de los cristales en distintos sustratos metálicos.

Fuente: Chrysler de Venezuela

18


.

La formación del recubrimiento cristalino se lleva a cabo en sitios de reacción catódica

en la superficie metálica, por lo que un gran número de sitios de reacción resulta en un

recubrimiento más denso. Por otro lado, de igual manera, un número reducido de zonas

de reacción resulta en cristales de fosfato muy separados y de un tamaño superior al

requerido.

Fuente: Crystallization-2001

La activación metálica previa al proceso de fosfatizado incrementa el número de lugares

de cristalización en la superficie metálica, esto deriva en un incremento del número de

cristales de fosfato por área de superficie metálica (ver figura 2.4).

Figura 2.4 Diferencia en la estructura cristalina sobre el acero debido al uso de activador.

Fuente: Silva-2004.

Dado que la superficie será cubierta uniformemente con cristales en un tiempo más

corto, el tratamiento de activación también representa un efecto acelerador al proceso

subsiguiente de fosfatizado.

19


. En el proceso de activación de superficies metálicas, son utilizadas dispersiones

acuosas de ortofosfatos de titanio con un pH entre 7 y 11. Los activadores de fosfatos

de titanio están disponibles en el mercado en forma líquida y en polvo.

El desempeño de los baños de activador disminuye con el tiempo, independientemente

del tamaño de la superficie metálica tratada, esto puede ser explicado por la

precipitación de los coloides de fosfato de titanio al reaccionar con cationes divalentes o

trivalentes, especialmente los iones Ca2+ y Mg2+ contenidos en el agua dura.

En búsqueda de reducir la degradación por iones divalentes, la mayoría de los

productos activadores contienen polifosfatos condensados para acomplejar los cationes

antes mencionados.


Aun cuando la activación fomenta un recubrimiento cristalino más denso, existen

espacios donde la superficie metálica no es recubierta. Estos espacios porosos proveen

un medio perfecto donde las reacciones de corrosión pueden llevarse a cabo, por lo que

deben ser cubiertas para evitar daños por corrosión.

Estas áreas son recubiertas por un polímero quelante hidrosoluble derivado del poli-4-

vinifenol, el cual pasiva los espacios vacios. Este producto se quela con el fosfato de

zinc formando una capa de 10 nanómetros sobre la superficie metálica, lo que aumenta

la protección anticorrosiva.


2.2.3 Limpieza de superficies metálicas La limpieza de superficies metálicas se basa en remover todo tipo de contaminación de

la superficie metálica, para conseguir una película continua de agua en la superficie

luego de enjuagar el excedente de químicos desengrasantes.

En los procesos de limpieza de superficies metálicas, los limpiadores líquidos son

usualmente más utilizados y se componen principalmente de dos compuestos con la

20


. base y el surfactante separados. Los desengrasantes alcalinos son los productos más

utilizados en la industria automotriz, y están compuestos por sales inorgánicas,

limpiadores alcalinos y surfactantes. La principal tarea de la base es remover los

contaminantes inorgánicos y contaminantes como restos de soldadura y óxidos. La

tarea del surfactante es remover las grasas y aceites, lubricantes, selladores y otros

contaminantes orgánicos.

Fuente: Physical Chemistry-1983

Las bases utilizadas en limpiadores alcalinos están formadas por los siguientes

compuestos:

Hidróxidos y carbonatos para mantener la alcalinidad.

Silicatos como removedor de partículas, inhibidor y buffer.

Ortofosfatos como desengrasantes.

Fosfatos condensados para su uso como desengrasantes.

De igual manera los surfactantes utilizados contienen un grupo hidrofílico, que no es

más que una larga cadena de moléculas de etoxi (EO) y/o cadenas de moléculas de

propoxi (PO), y un grupo hidrofóbico que usualmente es una cadena alquílica.

Los surfactantes comúnmente están clasificados como aniónicos, catiónicos y no

iónicos. En los últimos años, los surfactantes más utilizados son los no-iónicos acorde a

sus bondades ambientales en comparación a los otros.

Fuente: Physical Chemistry-1983

El mecanismo mediante el cual actúan los surfactantes en la superficie es mostrado en

la figura 2.5.

21


.

Figura2.5 Mecanismo para la remoción de grasa en las superficies metálicas. Fuente: Automative Paints and Coatings-2008. El surfactante primero se adsorbe en la superficie grasosa (2), y luego reduce la tensión

superficial para remover las gotas de grasa que se encontraban en la superficie (3).

El aumento controlado de la temperatura permite disminuir la viscosidad de las grasas,

de igual manera, la temperatura aumenta la emulsificación de las grasas para su

posterior remoción.

2.2.4 Intercambio Iónico El intercambio iónico es un proceso en el cual los iones retenidos en un sólido poroso,

esencialmente insoluble, son intercambiados por los iones de una disolución que se ha

puesto en contacto con el sólido.

Las resinas sintéticas de intercambio iónico son polímeros de alto peso molecular que

contienen un gran número de un mismo grupo funcional iónico por molécula.

22


. Las resinas de intercambio catiónico contienen grupos ácidos, las resinas de

intercambio aniónico contienen grupos básicos. Los intercambiadores de tipo ácido

fuerte tienen grupos de ácido sulfónico (HSO3) unidos a la matriz polimérica, y tienen

una mayor aplicación que los intercambiadores del tipo ácido débil, que deben su

acción a grupos ácido carboxílicos (-COOH). De igual manera, los intercambiadores

aniónicos de base fuerte contienen grupos amino cuaternarios (HO-N(CH3)3), mientras

que los de tipo base débil contienen aminas secundarias o terciarias.

Fuente:Perry´s Chemical Engineers´ Handbook

El intercambio de cationes se ilustra por el siguiente equilibrio químico:

xRSO3-H+

(s) + Mx+ ↔ (RSO3-)xMx+

(s) + xH+ (XIV)

Donde Mx+ representa al catión y R representa la parte de una molécula de resina que

contiene un grupo de ácido sulfónico. El equilibrio análogo que implica un

intercambiador aniónico de base fuerte y un anión Ax- es el siguiente:

xRN(CH3)3+OH-

(s) + Ax-(ac) ↔ (RN(CH3)3

+)xAx-(s) + xOH-

(ac) (XV)

Figura 2.6 Arreglo de Resinas de Intercambio Iónico.

23


. Dado que la selectividad por los iones polivalentes disminuye considerablemente con la

concentración, las resinas de intercambio iónico son regeneradas con ácidos y bases

fuertes de una alta concentración.

Típicamente, las resinas de intercambio iónico son utilizadas para el tratamiento de

agua de procesos industriales, removiendo los iones calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2+)

responsables de la precipitación de sales insolubles, así como los sulfatos (SO3-2);

aunque otras aplicaciones son observadas en las industrias farmacéuticas y de

alimentos.

Fuente:Perry´s Chemical Engineers´ Handbook

2.2.5 Ósmosis Inversa

La ósmosis inversa es un proceso de filtrado, mediante el cual una presión aplicada,

mayor que la presión osmótica, separa un fluido desde el compartimiento con mayor

concentración de minerales hacia el compartimiento de menor concentración, a través

de una membrana semipermeable.

Fuente: Ósmosis Inversa-2010

De esta manera, el agua pasa por la membrana separándose de los minerales en

sentido contrario al de la transferencia por ósmosis. Por lo tanto, del proceso de

ósmosis inversa se obtienen dos corrientes, una de agua “limpia” o permeada y otra rica

en minerales.

Fuente: Ósmosis Inversa-2010

La figura 2.7 muestra un esquema del proceso de ósmosis inversa.

24


.

Figura 2.7 Esquema del proceso de Ósmosis Inversa. Fuente: Pure-pro Venezuela-2008

Los equipos de ósmosis Inversa son utilizados en casi todas las industrias pues

permiten disminuir en gran medida, la concentración de contaminantes metálicos y

orgánicos de las cargas de agua, lo que los ubica como unos de los procesos de filtrado

más eficientes para el tratamiento de agua de proceso.

Figura 2.8 Equipo de Ósmosis Inversa Fuente: Culligans-2010

25


. El proceso de ósmosis Inversa es utilizado previo al proceso de intercambio iónico ya

que protege las resinas utilizadas, disminuyendo enormemente la cantidad de residuos

sólidos en el efluente.

2.2.6 Bombas Centrífugas Una bomba es un equipo utilizado para trasladar fluidos desde un punto a otro a través

de conductos. A lo largo de los años, los diseños de bombas han evolucionado para

cumplir con distintos requerimientos. Los requerimientos básicos para definir la

aplicación de las bombas son la presión de succión y la presión de entrega, así como

las pérdidas de energía generadas en el trayecto y el caudal.

Fuente: Fluid Mechanics-2003

Las formas de transferir energía más utilizadas, son la gravedad, el desplazamiento, la

fuerza centrífuga, la fuerza magnética, la transferencia de momento y la combinación de

estos mecanismos.

Los parámetros para la construcción de bombas han sido estandarizados, y especifican

el diseño y el material de fabricación entre otros. Existen cuatro grandes grupos de

bombas, listadas a continuación:

− Bombas de desplazamiento positivo.

− Bombas dinámicas.

− Bombas de elevación

− Bombas electromagnéticas.

Entre las bombas dinámicas, se encuentran las bombas centrífugas, las cuales utilizan

la fuerza centrífuga para transportar el fluido. La función básica es producir energía

cinética mediante la acción de la fuerza centrífuga para luego convertir la energía en

presión al reducir la velocidad del fluido.

Fuente: Fluid Mechanics-2003

26


. Existen muchos diseños, pero la mayoría de las bombas centrífugas cuentan con los

siguientes componentes:

Figura 2.9 Componentes de una Bomba Centrífuga.

26

Capítulo III. Marco Metodológico.

III. MARCO METODOLÓGICO En esta sección se presentan los procedimientos y actividades experimentales que se

emplearán para el cumplimiento de los objetivos de la investigación.

Tipo de investigación La investigación llevada a cabo en este trabajo de grado es de tipo evaluativa con una

estrategia de campo, según dice Hurtado de Barrera (2000), ya que tiene como

propósito prever o anticipar situaciones futuras. La predicción puede estar orientada

hacia la estimación de los valores que asumirá un evento en el futuro. Comenzará con

la observación e investigación de los aspectos involucrados en el proceso de

fosfatizado, proponiéndose alternativas de mejora al proceso y seleccionando aquella

que ofrezca las mejores condiciones.

A continuación se presentan los métodos, actividades, herramientas y técnicas de

recolección de datos para el alcance de cada uno de los objetivos descritos en el primer

capítulo.

Fases metodológicas:

1. Análisis del proceso de fosfatizado del túnel de tratamiento metálico.

2. Planteamiento de las diferentes alternativas de mejora al proceso de fosfatizado.

3. Selección de las alternativas de mejora que presenten un mayor beneficio al

proceso.

4. Diseño de las alternativas de mejora seleccionadas.

5. Evaluación de la relación beneficio-costo de cada una de las mejoras.

27


3.1 Análisis del proceso de fosfatizado del túnel de tratamiento metálico. 3.1.1 Reconocimiento de la disposición física del área.

Por medio de una visita de campo con el personal experto en el área, permitió la

familiarización con el área en estudio.

Seguidamente, y para consolidar la información se utilizaron los planos del proceso

suministrados por la empresa, para identificar los equipos.

3.1.2 Comparación Diseño-Real.

Se revisó la bibliografía especializada en técnicas de fosfatizado así como los manuales

técnicos que poseía la empresa. Se llevaron a cabo entrevistas técnicas con personal

especializado, y se comparó con los equipos instalados actualmente.

3.1.3 Elaboración de matrices técnicas con las variables críticas.

Una vez evaluado el proceso de fosfatizado llevado a cabo en el túnel de tratamiento

metálico se resaltaron las variables críticas involucradas en el proceso.

3.1.4 Aplicación de pruebas de control de calidad al proceso.

Luego de revisar la bibliografía especializada en técnicas de control de calidad del

proceso, así como los manuales técnicos que posee la empresa, se realizaron distintas

pruebas de calidad. Las pruebas de calidad llevadas a cabo fueron las siguientes:

28


Prueba de Adherencia

Las pruebas de adherencia se realizan en pequeñas láminas de acero y aluminio que

son preparadas según el estándar corporativo; las láminas son colocadas en

dispositivos que entran al túnel para ser fosfatizadas, seguidamente reciben la capa de

pintura por electrodeposición, pintura de fondo y base de color blanco para luego ser

recubiertas con una capa de transparente.

Las láminas son raspadas en cruz con un instrumento de raspado (garra de tigre) en un

área de una pulgada al cuadrado. La superficie raspada es recubierta con cinta

adhesiva la cual luego es retirada. La presencia de pintura en la cinta se considera un

resultado insatisfactorio.

A una población de siete láminas en cada prueba (cinco láminas de acero y dos láminas

de aluminio) se le realizaron las pruebas de calidad de adherencia una vez por semana

durante tres semanas, por lo que se utilizaron un total de veintiuna láminas.

Prueba de Corrosión

Las pruebas de corrosión se realizan en pequeñas láminas de acero y aluminio que son

preparadas según el estándar corporativo; las láminas son colocadas en dispositivos

que entran al túnel para ser fosfatizadas, donde seguidamente reciben la capa de

pintura por electrodeposición.

Las placas de prueba ecoateadas son marcadas en cruz con un instrumento de

raspado. La superficie raspada es recubierta con cinta adhesiva. La lámina luego es

sometida a un ataque de niebla salina en el equipo de cámara salina con una solución

saturada de agua y sal común por lapsos de tiempo prolongados.

29


La presencia de burbujas entre la película de pintura, marcas de oxidación o pérdida de

adhesión entre las capas de pintura y la superficie metálica en un período menor a las

240 horas de sumersión es considerado insatisfactorio.

De igual manera, siete láminas (cinco láminas de acero y dos láminas de aluminio)

fueron utilizadas para realizar la prueba a la corrosión en el equipo de cámara salina.

La puesta a punto del equipo se realizó de acuerdo al Manual de operación de la

Cabina de Salt Spray (ver apéndice B.8).

El equipo utilizado para aplicar la prueba de corrosión es mostrado a continuación:

Figura 3.1 Equipo de cámara salina.

Prueba de Impacto

Las pruebas de adherencia se realizan en pequeñas láminas de acero y aluminio que

son preparadas según el estándar corporativo; las láminas son colocadas en

dispositivos que entran al túnel para ser fosfatizadas, seguidamente reciben la capa de

pintura por electrodeposición, pintura de fondo y base de color blanco para luego ser

recubiertas con una capa de transparente.

30


Las láminas son fijadas a la base de un dispositivo donde le dejan caer un balín desde

distintas alturas, a mayor altura, mayor será la presión de impacto entre el balín y la

lámina.

Figura 3.2 Equipo utilizado para la prueba de Impacto.

La pérdida de adhesión entre la película de pintura y la superficie metálica a una

presión de impacto menor a 80 psi es considerado insatisfactorio.

3.1.5 Elaboración de herramientas de recolección de datos.

Se elaboraron tablas que contenían los resultados de cada una de las pruebas de

control de calidad aplicadas.

31


Figura 3.3 Herramienta de recolección de datos.

Finalmente se analizaron los resultados de cada prueba de control de calidad realizada.

3.2 Planteamiento de las diferentes alternativas de mejora al proceso de fosfatizado 3.2.1 Recolección de datos en campo

Se registraron en tablas los datos de todo el proceso de fosfatizado para una muestra

definida de unidades (producción diaria promedio de 60 unidades).

Los datos de consumo de agua fresca se registraron en una tabla como la observada

en la figura 3.4.

32


Figura 3.4 Tabla de datos de consumo de agua fresca en el túnel de tratamiento metálico.

Los valores asociados al consumo de productos químicos se recolectaron en cada una

de las etapas, y se registraron en una tabla como la observada en la figura 3.5.

Figura 3.5 Tabla de datos de consumo de productos químicos en el túnel de tratamiento.

33


3.2.2 Selección de las estaciones del túnel de tratamiento metálico a mejorar.

Para seleccionar la etapa que debe ser mejorada para disminuir el consumo de agua

fresca se realizó un diagrama de Pareto en el que se ordenaron los valores por etapa.

La etapa seleccionada fue aquella que mostró un mayor consumo de agua fresca.

De igual manera, para determinar la etapa del proceso en la que se debe disminuir el

consumo de productos químicos se utilizó un diagrama de Pareto.

La selección de las etapas a atacar se hizo considerando las restricciones del proceso y

corporativas.

3.2.3 Generación de alternativas de mejora a las etapas identificadas.

Por medio de una tormenta de ideas junto al personal especializado se generaron

posibles modificaciones a las etapas seleccionadas a mejorar, para luego plantear las

alternativas de mejora. Luego de la tormenta de ideas con el equipo de trabajo

multidisciplinario, se generaron las alternativas de mejora, tomando en consideración

las especificaciones del proceso de fosfatizado y las tecnologías disponibles.

3.3 Selección de las alternativas de mejora que presenten un mayor beneficio al proceso. 3.3.1 Cálculo de los costos y beneficios asociados a la implementación de cada una de las alternativas.

Se determinó el costo asociado a la adquisición de equipos y conexiones necesarios

para implementar las alternativas, tomando en todos los casos una producción

promedio de 60 unidades diarias y un año laboral de 227 días.

34


Se calcularon los beneficios asociados a cada alternativa tomando en cuenta la

disminución en consumo de agua fresca y productos químicos, así como los ahorros

asociados a la disminución en el consumo. Adicionalmente se consideraron los

beneficios ambientales relacionados con la disminución en el consumo, considerando

en todos los casos una producción promedio de 60 unidades y un año laboral de 227

días.

3.3.2 Comparación de las alternativas de mejora planteadas para cada etapa

Para cada una de las alternativas de mejora planteadas se evaluaron cada uno de los

factores de selección, para esto se determinaron los consumos de agua fresca y

productos químicos y los posibles ahorros relacionados.

Se procesaron placas de prueba para la determinación de la resistencia al ataque

salino. Salvo para la alternativa de reemplazo del producto activador, las placas fueron

colocadas en dispositivos instalados a un dolly de piezas que se ingresó al túnel de

tratamiento metálico, el cual constaba con una etapa de enjuague adicional por la

propuesta de eliminación de la etapa de pasivado.

La evaluación de la alternativa de reemplazo del producto activador se realizó siguiendo

una serie de pasos para llevar a cabo la prueba funcional, dichos pasos son los

siguientes:

Se prepararon 6 láminas (tres de acero y tres de aluminio) para su colocación en

dispositivos.

Se instalaron los dispositivos en un dolly de piezas.

Se ingresó el dolly de piezas al túnel de tratamiento metálico.

Al salir de la etapa de Enjuague 1, se detuvo el conveyor y se retiraron los

dispositivos con las placas.

35


Cada una de las placas fueron sumergidas durante veinte segundos en un

recipiente con la solución preparada según el boletín técnico (apéndice B-9) con el

Fixodine X® y el aditivo 4977®.

Se instalaron nuevamente los dispositivos en el dolly de piezas, reanudando

luego el funcionamiento del conveyor.

Al salir del túnel de tratamiento metálico, las placas fueron envueltas cuidadosamente.

Dos placas de cada sustrato metálico fueron ecoateadas para su posterior análisis de

resistencia al ataque salino en el equipo de Cámara Salina, siguiendo la misma

metodología mencionada a inicios de este capítulo.

Se debe considerar que la prueba en el túnel de tratamiento metálico se realizó

después de la jornada laboral, luego de la reposición del tanque de Pasivador, lo que

permitió manipular el proceso, deteniendo a conveniencia el conveyor.

Las alternativas de mejora para la disminución de consumo de agua fresca se

compararon entre sí, considerando los siguientes factores:

− Porcentaje de disminución del consumo de agua fresca.

− Conductividad del fluido de enjuague.

− Costos asociados a la implementación de la alternativa de mejora.

Análogamente, las alternativas de mejora para la disminución en el consumo de

productos químicos se compararon entre sí, considerando los siguientes factores:

− Porcentaje de disminución de consumo de Bonderite PT91®

− Porcentaje de disminución de consumo de Bonderite 952R®

− Resultados en cámara salina

− Disminución de costos por consumo de químicos

36


3.3.3 Selección de las alternativas de mejora

Para determinar los porcentajes relativos de cada uno de los factores de selección se

hizo uso de la matriz de pesos ponderados, en la que se comparan los factores entre sí,

y se otorgan valoraciones de ponderación de uno (1) si son más influyentes, cinco

decimas (0,5) si son de igual importancia o cero (0) para las de menor influencia.

La matriz de pesos ponderados correspondiente a los factores de selección de las

alternativas para la disminución de consumo de agua fresca se muestra en la figura 3.6.

Figura 3.6 Matriz de pesos ponderados de los factores de selección.

Para determinar números de valoración afines entre los distintos parámetros de

selección, se discretizaron los valores de cada variable, creando rangos, como se

observa en la siguiente figura:

37


Figura 3.7 Números de valoración para los parámetros de selección de alternativas.

Una vez obtenidos los porcentajes relativos de cada uno de los factores, se hizo uso de

matrices de selección para determinar cuáles eran las alternativas de mejora más

beneficiosas para el proceso.

3.4 Diseño de las alternativas de mejora seleccionadas. 3.4.1 Reconocimiento de las nuevas especificaciones de trabajo.

Una vez seleccionadas las alternativas de mejora, se reconocieron todos los aspectos

que influyen en las especificaciones de trabajo del proceso, control de variables críticas

y cambios en la metodología de operación.

3.4.2 Evaluación de las alternativas de mejora seleccionadas. Se evaluaron cada una de las acciones requeridas para la implementación de las

alternativas de mejora, comprendiendo los cambios de productos y la preparación de

los tanques, los cuales se harán según los boletines técnicos de cada producto.

38


De igual manera se consideró el bombeo de los productos químicos a utilizar,

remarcando los datos técnicos de los equipos de bombeo utilizados.

Seguidamente se evaluó la eliminación del producto pasivador y las posibles

modificaciones requeridas en el sistema producto de la eliminación.

Mediante una cristalografía SEM, se fotografiaron placas de pruebas de aluminio y

acero laminado tratadas con el producto activador Fixodine X®, para determinar la

calidad del recubrimiento cristalino.

3.4.3 Diseño de las alternativas de mejora seleccionadas

Para la alternativa de mejora en la disminución del consumo de agua fresca, se realizó

una visita al área y se estimó la colocación de un tanque recolector que contenga el

fluido de enjuague, considerando las medidas adecuadas que se adapten al área

disponible y al proceso de enjuague llevado a cabo en el túnel de tratamiento metálico.

Figura 3.8 Tanque recolector para la etapa 9.

39


Se calculó la velocidad del fluido por las tuberías, para luego determinar las cargas de

succión y de entrega y las pérdidas asociadas a la fricción en las tuberías.

Finalmente se determinó la potencia de la bomba requerida para el transporte del fluido

de enjuague desde el tanque recolector hasta la entrada de los raisers de enjuague,

sabiendo que en este punto final, la presión requerida era de 8 psig.

Para la eliminación del producto pasivador se determinó si era necesario modificar la

infraestructura instalada, así como los equipos necesarios para el reemplazo del

producto activador.

3.5 Evaluación de la relación beneficio-costo de cada una de las mejoras seleccionadas.

3.5.1 Determinación de los costos asociados a las mejoras seleccionadas. Para determinar la relación beneficio-costo del proyecto de mejoras se tomaron todos

los costos asociados a la adquisición de equipos y productos químicos necesarios para

la implementación de las alternativas.

3.5.2 Determinación de los posibles beneficios asociados a las mejoras seleccionadas

Para determinar la relación beneficio-costo del proyecto de mejoras se tomaron en

consideración todos los beneficios asociados al ahorro por la disminución en el

consumo de agua fresca y productos químicos.

40


3.5.3 Determinar la relación beneficio-costo del proyecto.

La relación beneficio-costo de cada una de las alternativas seleccionadas se calculó

relacionando los beneficios con los costos. Un valor de relación B-C menor a 1 fue

considerado insatisfactorio.

De igual manera, la relación beneficio-costo del proyecto de mejoras se calculó

relacionando los beneficios con los costos. Un valor de relación B-C menor a 2 fue

considerado insatisfactorio.

41

Capítulo IV. Discusión de Resultados.

IV. DISCUSIÓN DE RESULTADOS En este capítulo se presentan los resultados obtenidos, así como el análisis y discusión

de los mismos para el cumplimiento de cada uno de los objetivos propuestos en el

trabajo especial de grado.

4.1 Análisis del proceso de fosfatizado del túnel de tratamiento metálico. 4.1.1 Reconocimiento de la disposición física del área. Se realizó una visita en campo en la que se reconoció la disposición física del área del

Departamento de Pintura y se comparó con el plano suministrado por la empresa, la

cual se muestra en la figura 4.1:

Figura 4.1 Disposición física del Departamento de Pintura.

42


4.1.2 Comparación Diseño - Real.

El túnel de tratamiento metálico consta de nueve etapas las cuales son:

1. Prelimpieza: En esta etapa se reciben las unidades provenientes del área de

latonería, y representa la primera etapa de tratamiento metálico. En la etapa de

preparación, las unidades se frotan con un paño impregnado en alcohol para eliminar el

polvo y cualquier suciedad presente y adicionalmente se instalan dispositivos para fijar

secciones de la unidad. Seguidamente, las unidades son rociadas por una solución

acuosa formada por el limpiador P3Parco 1523R® constituido de sales alcalinas para

remover restos de sellador, grasa y restos de soldadura. Una buena prelimpieza es

necesaria para prevenir contaminaciones en el proceso.

El rango de operación de presión por diseño está entre (4 – 8) psig, y actualmente la

presión de operación en la entrada de los raisers es igual a (6,2 ± 0,1) psig.

2. Desengrase: En la etapa de desengrase, a las unidades se les aplica un baño de

una solución limpiadora acuosa formada por el limpiador alcalino P3Parco 1523R® y el

compuesto surfactante P3Parco 1523S®. En la etapa de desengrase, como su nombre

lo dice se busca retirar las grasas y aceites presentes en la superficie metálica además

de remover las manchas de óxido.

El rango de operación de presión por diseño para esta etapa está comprendido entre

(14 – 18) psig, y actualmente la presión de operación en la entrada de los raisers es

igual a (15,6 ± 0,1) psig.

3. Enjuague 1: En la etapa de enjuague se rocían las unidades con agua cruda para

retirar los restos de limpiador remanentes en la superficie metálica, evitando de esta

manera la contaminación en etapas posteriores del proceso.

43


El rango de operación de presión en los raisers por diseño para esta etapa se

encuentra entre (4 – 8) psig, y actualmente la presión de operación en la entrada de los

raisers es igual a (7,6 ± 0,1) psig.

4. Activador: Ya con la superficie metálica de las unidades perfectamente limpia, se

da paso al proceso de activación de la superficie metálica al bañar las unidades con

una solución acuosa compuesta del Bonderite ACZ8® el cual favorece la formación de

cristales al promover un mayor número de zonas de reacción entre el metal y la

solución del baño. Para la regulación del pH en el baño, el producto utilizado es la

SodaSolvay® compuesta básicamente de carbonato de sodio.

La presión por diseño para esta etapa opera en un rango entre (4 – 8) psig, y

actualmente la presión de operación en la entrada de los raisers es igual a (6,3 ± 0,1)

psig.

5. Fosfato: En la etapa de Fosfato las unidades son rociadas con una solución

acuosa formada por la serie de productos Bonderite 952®. La reacción que se da entre

la solución ácida y la superficie metálica trae como resultado la formación de un

recubrimiento cristalino de fosfatos de zinc metálicos.

La presión de operación de diseño se da en un rango entre (4 – 8) psig. Actualmente, la

presión de operación en esta etapa es (5,1 ± 0,1) psig.

6. Enjuague 2: En esta etapa de enjuague, se rocían las unidades con agua cruda

para retirar los posibles residuos de la etapa de fosfato remanentes en la superficie

metálica, evitando de esta manera la contaminación en etapas posteriores el proceso.

La presión de operación en la etapa de Enjuague 2 es igual a (7,1 ± 0,1) psig, dicho

valor se encuentra entre el rango de operación por diseño (4 – 8 psig).

44


7. Pasivador: Debido a que el recubrimiento cristalino de fosfatos metálicos no es

completamente uniforme se rocían las unidades con una solución acuosa que contiene

Bonderite PT91® la cual favorece el sellado de los espacios donde el recubrimiento

cristalino es deficiente, para de esa manera proteger la superficie metálica de la

corrosión. El rango de operación de presión por diseño para esta etapa está

comprendido entre (4 – 8) psig, y actualmente la presión de operación en la entrada

de los raisers es igual a (5,5 ± 0,1) psig.

8. Enjuague 3: En la etapa subsiguiente a la pasivación, se busca remover los

posibles residuos del producto pasivador aún presentes en la superficie metálica, con la

finalidad de evitar la contaminación en procesos subsiguientes en el Departamento de

Pintura. En esta etapa se enjuagan las unidades con agua desionizada recirculada para

disminuir la concentración de contaminantes en la superficie metálica de las unidades.

La presión por diseño para esta etapa opera en un rango entre (4 – 8) psig, y

actualmente la presión de operación en la entrada de los raisers es igual a (6,0 ± 0,1)

psig.

9. Enjuague DIW: En la etapa final del túnel de tratamiento metálico las unidades

son rociadas con agua desionizada virgen. El objetivo es disminuir la concentración de

electrolitos en la superficie metálica, logrando así disminuir la conductividad superficial

en las unidades, la cual perturba el proceso de electroforesis llevado a cabo en la etapa

de Ecoat.

La presión de operación de la etapa es (7,2 ± 0,1) psig, y se encuentra entre los valores

de diseño (4 – 8) psig.

4.1.3 Elaboración de matrices técnicas con las variables críticas.

Las variables involucradas en el proceso de fosfatizado llevado a cabo en el túnel de

tratamiento metálico son las siguientes:

45


Tabla 4.1. Especificaciones de trabajo del proceso de fosfatizado

Etapa Variable Diseño Real Presión (psig ± 0,1) Prelimpieza Alcalinidad (mL ± 0,01) 3 – 7 3,36 6,2

Desengrase Alcalinidad (mL ± 0,01) 3 – 7 6,18

15,6 Temperatura (°C ± 1) 43 – 53 48

Enjuague 1 Alcalinidad (mL ± 0,01) 0 – 0,5 0,36 7,6

Activador Titanio total (ppm ± 1) 7 – 10 8

6,3 pH (adim ± 0,01) 8.5 – 9.5 8,85

Fosfato

Nivel de flúor (µA ± 1) 125 – 175 170

5,1

Nivel de lodo (mL/L ± 1) 0 – 3 1 Acelerador (mL ± 0,01) 1 – 2.5 2,15 Acidez libre (mL ± 0,01) 0.9 – 1.2 0,97 Acidez total (mL ± 0,01) 23 – 28 23,34

Conductividad (µMHO ± 0,1) 15 – 20 15,2 Temperatura (°C ± 1) 49 – 54 50

Enjuague 2 Acidez total (mL ± 0,01) 0 – 0.5 0,38 7,1

Pasivador Concentración (mL ± 0,01) 9 – 13 10

5,5 pH (adim ± 0,1) 4.5 – 5.5 5,0

Enjuague 3 Conductividad (µMHO ± 0,1) 0 – 40 30,1 6,0 Enjuague DIW Conductividad (µMHO ± 0,1) 0 – 10 7,0 7,2

Las variables de proceso del túnel de tratamiento metálico mostradas en la tabla 4.1

comprenden las nueve etapas del túnel de tratamiento metálico.

Dichas variables deben mantenerse en determinados valores para asegurar que el

proceso de fosfatizado se mantenga dentro de las especificaciones de trabajo

suministradas por el proveedor lo que permite controlar la calidad del producto final.

4.1.4 Aplicación de pruebas de control de calidad al proceso.

Aun con un control riguroso de las variables críticas, la calidad del producto final no está

completamente asegurada, por lo que se deben realizar pruebas de Control de Calidad

que permitan certificar el producto como conforme a los estándares de calidad

corporativos de la empresa.

46


Las siguientes son pruebas de calidad corporativas aplicadas al producto final:

Adherencia

Corrosión (Cámara salina)

Impacto

4.1.5 Elaboración de tablas de resultados de las pruebas de control.

Las pruebas de adherencia arrojaron resultados satisfactorios en cada una de las

láminas, esto demuestra que el proceso de fosfatizado actual provee a la superficie

metálica de un recubrimiento cristalino con intersticios definidos que permiten el anclaje

entre la pintura y la superficie metálica, por lo que cumple con los estándares de calidad

corporativos de adherencia.

La prueba de corrosión aplicada a las láminas arrojó resultados satisfactorios pues se

evidencia que el recubrimiento cristalino en todas las láminas forma una capa

protectora contra la corrosión que cumple con el estándar corporativo de la empresa de

240 horas bajo el ataque salino.

Adicionalmente se observa que para un lapso de tiempo de ataque de (400,00 ± 0,02)

horas las láminas empiezan a desconcharse.

Los resultados obtenidos para la prueba de impacto en las láminas de acero se

muestran en la tabla 4.2:

Tabla 4.2. Prueba de impacto en láminas de acero

Prueba Acero 1 (60 ± 1) psi

Acero 2 (70 ± 1) psi




Semana 1 Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio No Satisfactorio

Semana 2 Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio No Satisfactorio

No Satisfactorio

Semana 3 Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio No Satisfactorio

47


De igual manera, los resultados de la prueba de impacto para las láminas de aluminio

demostraron que para las tres semanas, las pruebas fallaron para presiones de impacto

mayores a 80 psi.

La prueba de impacto aplicada a las láminas arrojaron resultados que permiten

comprobar la calidad del recubrimiento cristalino, pues se evidencia que, para todas las

láminas (ambos sustratos), la adherencia entre el recubrimiento cristalino y la capa de

pintura resiste una presión de impacto de 80 psi (estándar corporativo de la empresa).

4.2 Planteamiento de las diferentes alternativas de mejora al proceso de fosfatizado 4.2.1 Recolección de datos en campo. Una vez realizado el análisis preliminar del proceso de fosfatizado, se buscan

alternativas de mejora al proceso que permitan disminuir el consumo de agua fresca y

productos químicos involucrados.

De esta manera se disminuye el impacto ambiental del proceso, consiguiendo además

disminuir los costos de transformación del producto.

Se recolectaron datos de los consumos de agua fresca en cada etapa:

Tabla 4.3. Consumo de agua fresca en el túnel de tratamiento metálico

Etapa Consumo de agua fresca (m3/año ± 0,03 )

Costos asociados (Bs/año ± 0,1 )

Prelimpieza 216,21 886,4 Desengrase 216,21 886,4 Enjuague 1 216,21 886,4 Activador 144.15 590,9 Fosfato 114,66 470,1

Enjuague 2 216,21 886,4 Pasivador 216,21 886,4

Enjuague 3 108,12 443,2 Enjuague DIW Virgen 4323,81 17727,6

48


De igual manera se registraron los datos de consumo de productos químicos en cada

una de las etapas del túnel de tratamiento metálico, los mismos se encuentran

reflejados en la tabla 4.4.

Tabla 4.4. Consumo de productos químicos en el túnel de tratamiento metálico

Etapa Producto utilizado Consumo (kg/año ± 23)

Prelimpieza P3 Parco1523R® 4324

Desengrase P3 Parco1523R® 4324

P3 Parco1523S® 230

Activador BonderiteACZ8® 276

SodaSolvay® 253

Fosfato

Bonderite952MU® 414

Bonderite952R® 13639

BonderiteSP131® 2277

BonderiteSPF® 4554

Pasivador BonderitePT91® 920

4.2.2 Selección de las estaciones del túnel de tratamiento metálico a mejorar.

De acuerdo a los consumos de productos químicos, se calcularon los costos asociados

por concepto de consumo de químicos para el lapso de un año laboral (227 días).

Dichos costos reflejaron el impacto económico que tenía cada una de las etapas del

túnel de tratamiento metálico para la Empresa.

El despliegue de cada uno de los costos asociados por consumo de productos químicos

se encuentra en la tabla 4.5.

49


Tabla 4.5. Costos asociados al consumo de productos químicos en el túnel de tratamiento metálico

Etapa Producto utilizado Costos (Bs/año ± 3440)

Costos por etapa (Bs/año ± 13760)

Prelimpieza P3 Parco1523R® 60813,30 60813

Desengrase P3 Parco1523R® 60813,30

74660 P3 Parco1523S® 13847,00

Activador BonderiteACZ8® 17127,49

18388 SodaSolvay® 1260,87

Fosfato

Bonderite952MU® 7569,42

371041 Bonderite952R® 182508,00

BonderiteSP131® 88076,00 BonderiteSPF® 92888,00

Pasivador BonderitePT91® 135800,00 135800

Mediante un diagrama de Pareto se priorizaron los consumos de agua fresca en el

sistema, lo que permitió identificar las etapas en las que el consumo de agua fresca era

mayor para atacarlas.

Figura 4.2 Consumo de agua fresca por etapa del túnel de tratamiento metálico

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0,00

500,00

1000,00

1500,00

2000,00

2500,00

3000,00

3500,00

4000,00

4500,00

Con

sum

o de

agu

a fre

sca

por e

tapa

(m3/

año

±0,

03)

Etapas del túnel de tratamiento metálico

50


Como se aprecia en la figura 4.2, el consumo de agua fresca necesario para generar la

cantidad de agua desionizada requerida en la etapa de Enjuague DIW, representa el 75

por ciento del consumo de agua en el túnel de tratamiento metálico. Claramente, se

observó la necesidad de generar alternativas de mejora para la disminución del

consumo de agua de enjuague en esta etapa.

La priorización de los valores permitió identificar aquellas etapas en las que los costos

asociados por consumo de productos químicos eran mayores, para luego atacarlas con

el fin de disminuirlos.

La relación comparativa entre los valores correspondientes a cada uno de los productos

utilizados se muestra en la siguiente figura:

Figura 4.3 Costos asociados al consumo de productos en el túnel de tratamiento metálico

La figura 4.3 exhibe los costos asociados al consumo de productos químicos, y gracias

a la tendencia que siguen los valores es posible determinar cuáles consumos de

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0,00

20000,00

40000,00

60000,00

80000,00

100000,00

120000,00

140000,00

160000,00

180000,00

200000,00

Cos

tos

asoc

iado

s (B

s/añ

o ±

3440

)


51


producto deben atacarse. Al observar la figura se evidenció que los consumos que se

debían disminuir eran los correspondientes al Bonderite 952R® y al Bonderite PT91®.

4.2.3 Generación de alternativas de mejora a las etapas identificadas.

Las alternativas de mejora planteadas buscaron una disminución en el consumo de

agua de la última de etapa de enjuague, generando un impacto ambiental positivo en el

área.

Por medio de una tormenta de ideas junto al personal especializado se generaron

posibles modificaciones a las etapas seleccionadas a mejorar, para luego plantear las

alternativas de mejora.

El resultado de la tormenta de ideas se ve en la figura 4.4.

Figura 4.4 Resultado de la tormenta de ideas para la generación de las alternativas

52


Las alternativas propuestas fueron las siguientes:

Alternativa 1: Realizar el enjuague final con agua fresca, manteniendo los consumos por unidad

Descripción: Sustituir el fluido de enjuague por agua fresca.

Consumo de agua fresca: El consumo de agua fresca anual sería de

(2724 ±0,03) metros cúbicos, lo que resulta en una disminución de consumo de

(1599,81±0,03) metros cúbicos.

Conductividad del fluido: La conductividad del agua fresca es (715,0 ± 0,1)

µmho, 710 unidades por encima del agua desionizada generada en la planta.

Alternativa 2: Realizar el enjuague final con una solución compuesta por agua desionizada y agua fresca recirculada.

Descripción: Sustituir tanto el fluido de enjuague, como el tipo de enjuague. La

solución compuesta a partes iguales por agua desionizada y agua fresca es

almacenada en un tanque del cual, mediante un sistema de bombeo, se rocían

las unidades. La reposición del tanque sería diaria.


(880,99 ± 0,03) metros cúbicos, lo que resulta en una disminución de (3442,83 ±

0,03) metros cúbicos.

Conductividad del fluido: La conductividad de la solución 50/50 es

(480,0 ± 0,1) µmho, 475 unidades por encima del agua desionizada generada en

la planta.

53


Costos asociados a la implementación: Para la implementación de la

alternativa los costos asociados son de (10114,00 ± 0,01) Bs, lo que incluye la

adquisición de equipos y tubería.

Alternativa 3: Realizar el enjuague final con agua desionizada recirculada.

Descripción: El agua desionizada es almacenada en un tanque del cual,

mediante un sistema de bombeo, se rocían las unidades. La reposición del

tanque sería diaria.


(1080,95 ± 0,03) metros cúbicos, lo que resulta en una disminución de (3242,86

± 0,03) metros cúbicos.

Conductividad del fluido: La conductividad del fluido de enjuague es (8,0 ± 0,1)

µmho.

Costos asociados a la implementación: Para la implementación de la

alternativa los costos asociados son de (10114,00 ± 0,01) Bs, lo que incluye la

adquisición de equipos y tubería.

Las alternativas de mejora planteadas para la disminución del consumo de agua fresca

en la etapa final del túnel de tratamiento metálico contemplan una serie de cambios que

incluyen cambios en el fluido de enjuague y el uso del fluido de enjuague.

Los aspectos más importantes a considerar al seleccionarlas fueron:

− Consumo de agua fresca: Disminución general del consumo de agua fresca en la

etapa final del túnel de tratamiento metálico.

54


− Conductividad del fluido: El fluido de enjuague debe garantizar la remoción

efectiva de los contaminantes superficiales de la superficie metálica para poder

asegurar el correcto funcionamiento en etapas posteriores.

− Costos asociados a la implementación de la alternativa de mejora: Todos

aquellos costos necesarios para implementar la alternativa de mejora.

Las alternativas de mejora planteadas buscaron una disminución en el consumo de

dichos productos, generando un impacto ambiental positivo en el área así como una

disminución en los costos totales de transformación. Las alternativas propuestas fueron

las siguientes:

Alternativa A: Eliminar el consumo de Bonderite PT91®

Descripción: Eliminar en un 100 por ciento el consumo de Bonderite PT91®.

Disminución en consumo Bonderite PT91®: El consumo de Bonderite PT91®

se elimina en un 100 por ciento (908 ± 23) kg/año.

Disminución de consumo Bonderite 952R®: El consumo de Bonderite 952R®

permanece igual.

Resultados en cámara salina: Las placas de prueba soportaron (250,00 ± 0,02)

horas de ataque salino.

Ahorro por consumo de químicos: La eliminación total del consumo de

Bonderite PT91® conlleva un ahorro de 20,55 por ciento (135800 ±c3440)

Bs/año.

Alternativa B: Eliminar el consumo de Bonderite PT91® y disminuir el consumo de Bonderite 952®

55


Descripción: Eliminar en un 100 por ciento el consumo de Bonderite PT91® y

disminuir en un 10 por ciento el consumo de Bonderite 952R®.

Disminución de consumo Bonderite PT91®: El consumo de Bonderite PT91®


Disminución en consumo Bonderite 952R®: El consumo de Bonderite 952R®

disminuye en un 10 por ciento (1362 ±23) kg/año.

Resultados en cámara salina: Las placas de prueba soportaron 110 horas de

ataque salino.

Ahorros por consumo de químicos: La eliminación total del consumo de

Bonderite PT91® conlleva un ahorro de 20,55 por ciento (135800,48 ± ) Bs/año,

de igual manera, la disminución en el consumo de Bonderite 952R® trae consigo

un ahorro de 10 por ciento (18250,80 Bs/año).

Alternativa C: Reemplazar el Bonderite ACZ8® por el Fixodine X® para eliminar el consumo de Bonderite PT91®.

Descripción: Reemplazar el Bonderite ACZ8® por el Fixodine X® para eliminar

en un 100 por ciento el consumo de Bonderite PT91® y disminuir en un 5 por

ciento el consumo de Bonderite 952R®.

Disminución de consumo Bonderite PT91®: El consumo de Bonderite PT91®


Disminución en consumo Bonderite 952R®: El consumo de Bonderite 952R®

disminuye en un 5 por ciento (681 ± 23) kg/año.

56


Resultados en cámara salina: Las placas de prueba soportaron (600,00 ± 0,02)

horas de ataque salino.

Ahorro por consumo de químicos: El reemplazo del Bonderite ACZ8® por el

Fixodine X® permite ahorrar 32353,24 Bs/año, análogamente, la eliminación total

del consumo de Bonderite PT91® conlleva un ahorro de 20,55 por ciento

(135800,48 Bs/año), y la disminución en el consumo de Bonderite 952R® trae

consigo un ahorro de 5 por ciento (9125,40 Bs/año).

Las alternativas de mejora planteadas para la disminución de los costos asociados al

consumo de productos químicos en el túnel de tratamiento metálico, incluyen

eliminación y disminución de consumos de productos químicos, así reemplazo de

productos.

Los aspectos más importantes a considerar fueron:

− Disminución de consumo de Bonderite PT91®: Disminución general del consumo de

Bonderite PT91® en la etapa de pasivado.

− Disminución en consumo de Bonderite 952R®: Disminución general del consumo de

Bonderite 952R® en la etapa de fosfato.

− Resultados en cámara salina: El tiempo soportado por las placas de prueba en el

equipo de cámara salina determina la calidad del recubrimiento cristalino.

− Ahorro por consumo de químicos: La disminución en los costos relacionada con la

disminución en los consumos de productos químicos.

En resumen, las alternativas generadas son:

57


Tabla 4.6. Alternativas de mejora generadas

Alternativa Descripción General

ALTERNATIVA 1 Sustituir el fluido de enjuague por agua fresca.

ALTERNATIVA 2 La solución compuesta a partes iguales por agua desionizada y agua fresca es

almacenada en un tanque del cual, mediante un sistema de bombeo, se rocían las unidades. La reposición del tanque sería diaria.

ALTERNATIVA 3 El agua desionizada es almacenada en un tanque del cual, mediante un sistema de bombeo, se rocían las unidades. La reposición del tanque sería diaria.

ALTERNATIVA A Eliminar el consumo de Bonderite PT91®.

ALTERNATIVA B Eliminar el consumo de Bonderite PT91® y disminuir en un 10 por ciento el consumo de Bonderite 952R®.

ALTERNATIVA C Reemplazar el Bonderite ACZ8® por el Fixodine X® para eliminar el consumo de Bonderite PT91® y disminuir en un 5 por ciento el consumo de Bonderite 952R®.

4.3 Selección de las alternativas de mejora que presenten un mayor beneficio al proceso.

4.3.1 Cálculo de los costos y beneficios asociados a la implementación de cada una de las alternativas.

Las alternativas de mejora generadas fueron evaluadas para determinar cuáles debían

ser implementadas, y así lograr una mayor disminución en los consumos de agua fresca

y de productos químicos en el túnel de tratamiento metálico de la Empresa.

Como previamente se determinó, la etapa seleccionada para disminuir el consumo de

agua fresca fue la etapa final de enjugue DIW, pues ésta constituye el 75 por ciento del

consumo de agua fresca del túnel de tratamiento.

Las alternativas planteadas para la disminución del consumo de agua fueron:

58


Alternativa 1: Realizar el enjuague final con agua fresca, manteniendo los

consumos por unidad:

El consumo de agua fresca anual sería de 2724 metros cúbicos, lo que resulta en una

disminución del 37 por ciento (1599,81 metros cúbicos).

Alternativa 2: Realizar el enjuague final con una solución compuesta por agua

desionizada y agua fresca recirculada:

El consumo de agua fresca anual sería de 880,98 metros cúbicos, lo que resulta en una

disminución de (3442,83 ± 0,03) metros cúbicos.

Para la implementación de la alternativa los costos asociados son de

(10114,00 ± 0,01) Bs, lo que incluye la adquisición de equipos y tubería.

Alternativa 3: Realizar el enjuague final con agua desionizada recirculada:

El consumo de agua fresca anual sería de 1080,95 metros cúbicos, lo que resulta en

una disminución del 75 por ciento (3242,86 metros cúbicos).

Para la implementación de la alternativa los costos asociados son de 10114 bolívares,

lo que incluye la adquisición de equipos y tubería.

Alternativa A: Eliminar el consumo de Bonderite PT91®:

La eliminación total del consumo de Bonderite PT91® conlleva un ahorro de 20,55 por

ciento (135800,48 Bs/año).

Alternativa B: Eliminar el consumo de Bonderite PT91® y disminuir el consumo de

Bonderite 952®:

59


La eliminación total del consumo de Bonderite PT91® conlleva un ahorro de 20,55 por

ciento (135800,48 Bs/año), de igual manera, la disminución en el consumo de Bonderite

952R® trae consigo un ahorro de 10 por ciento (18250,80 Bs/año).

Alternativa C: Reemplazar el Bonderite ACZ8® por el Fixodine X® para eliminar el

consumo de Bonderite PT91®:

El reemplazo del Bonderite ACZ8® por el Fixodine X® permite ahorrar 32353,24 Bs/año,

análogamente, la eliminación total del consumo de Bonderite PT91® conlleva un ahorro

de 20,55 por ciento (135800,48 Bs/año), y la disminución en el consumo de Bonderite

952R® trae consigo un ahorro de 5 por ciento (9125,40 Bs/año).

4.3.2 Comparación de las alternativas de mejora planteadas para cada etapa

Los resultados obtenidos, para cada una de las alternativas de mejora para la

disminución en el consumo de agua fresca, son mostrados en la tabla 4.7.

Tabla 4.7. Comparación de parámetros de las alternativas para la disminución del consumo de agua fresca.

Parámetros Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3

Consumo de agua fresca (m3/año ± 0,03) 2724,71 880,98 1080,95

Conductividad del fluido de enjuague (µmho ± 0,1 )

715,0 480,0 8,0

Costos asociados a la implementación (Bs/año ± 0,02)

0,00 10114,00 10114,00

60


Los resultados obtenidos, para cada una de las alternativas de mejora para la

disminución en el consumo de productos químicos, son mostrados en la siguiente tabla:

Tabla 4.8. Comparación de parámetros de las alternativas para disminución en consumo de productos químicos.

Parámetro Alternativa A Alternativa B Alternativa C

Disminución en consumo de Bonderite952R®

(kg/año ± 23) 0 1362 681

Resultados en cámara salina

(h ± 0,02) 250,00 110,00 600,00

Ahorro por consumo de químicos

(Bs/año ± 3440) 135800 154051 177279

4.3.3 Selección de las alternativas de mejora que presenten un mayor beneficio al proceso.

Para seleccionar la alternativa de disminución del consumo de agua fresca más

beneficiosa para el proceso, se hizo uso de una matriz de selección, la cual, en base a

los resultados obtenidos para cada una de las alternativas, permite elegir entre las

distintas alternativas planteadas.

Previo a la aplicación de la matriz de selección se determinaron los porcentajes

relativos de selección como se muestra en la figura 4.5:

61


Figura 4.5 Matriz de pesos relativos para las alternativas de disminución de consumo de agua.

Seguidamente se hizo uso de una matriz de selección para elegir la mejor alternativa,

dicha matriz de selección de alternativas es expuesta a continuación en la tabla 4.9.

Tabla 4.9. Matriz de selección de alternativas etapa Enjuague DIW

Parámetros Porcentaje Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3

Consumo de agua fresca 31% 1 5 5

Conductividad del fluido de enjuague 39% 1 2 5

Costos asociados a la implementación 15% 5 1 1

Impacto Ambiental 15% 1 5 3

Total 100% 1,6 3,2 4,1

La alternativa seleccionada fue la alternativa 3 pues es la que representa un mayor

beneficio para el proceso. Los aspectos considerados fueron:

COSTO ASOCIADO A LA IMPLEMENTACIÓN DE LA ALTERNATIVA

CONDUCTIVIDAD DEL FLUIDO DE ENJUAGUE

CONSUMO DE AGUA FRESCA

TOTAL

COSTO ASOCIADO A LA

IMPLEMENTA-CIÓN DE LA

ALTERNATIVA

CONDUCTI-VIDAD DEL FLUIDO DE ENJUAGUE

COSTO ASOCIADO A LA IMPLEMENTACIÓN DE

LA ALTERNATIVA

T O T A L

PORC. %

62


Conductividad del fluido

La conductividad del agua desionizada virgen es de 5 µmho, lo que permitió mantener

los valores de conductividad en la solución del tanque por debajo de 10 µmho

(requerido para el correcto funcionamiento de la etapa de Ecoat). El agua desionizada

almacenada en el tanque receptor al final de la jornada laboral poseía una

conductividad de 8 µmho, la conductividad de gota en la unidad se mantuvo en un

rango entre 5 µmho y 10 µmho, lo que garantizó la correcta operación en etapas

subsiguientes.

Consumo de agua fresca

El agua desionizada para el enjuague final de las unidades es almacenada en un

tanque receptor de 3000 litros, y como la reposición es diaria, el consumo de agua

desionizada es 3000 litros diarios, lo que representa un consumo de (1080,95 ± 0,03)

metros cúbicos de agua fresca anuales, y resulta en un ahorro del 75 por ciento en el

consumo de agua fresca de la etapa. La disminución en el consumo de agua fresca de

la etapa se puede observar en la figura 4.6.

Naturalmente, el agua desionizada tiene un costo asociado, un costo relacionado a la

adquisición del agua fresca y otro a los costos de generación de agua desionizada por

medio de resinas de intercambio iónico.

Dado que la cantidad de agua desionizada utilizada disminuyó en un 75%, existe un

ahorro vinculado a la disminución en el consumo de agua fresca igual a 13295,71

Bs/año.

63


Figura 4.6 Disminución en el consumo de agua fresca de la etapa de Enjuague DIW

Costos asociados a la implementación

Los costos asociados a la implementación comprenden tanto los equipos utilizados para

la implementación como las conexiones necesarias. Se requirió la adquisición de una

bomba electrica para impulsar el agua desionizada de enjuague pues inicialmente no

existía el sistema de bombeo para realizar la recirculación, el costo de la bomba

eléctrica fue de 8872,00 Bs. Los costos asociados a las tuberías y accesorios

necesarios para llevar a cabo la recirculación de agua fueron 1242,00 Bs.

De manera análoga al caso anterior, se utilizó una matriz de pesos relativos para los

criterios de selección de la alternativa de mejora para la disminución del consumo de

productos químicos, como se muestra:

0,00

500,00

1000,00

1500,00

2000,00

2500,00

3000,00

3500,00

4000,00

4500,00

5000,00C

onsu

mo

de a

gua

fresc

a po

r eta

pa (m

3 /año

±0,

03)


Ahorro = 3242,86 metros cúbicos.

64


Figura 4.7 Matriz de pesos relativos para las alternativas de disminución de consumo de

productos químicos.

Para seleccionar la alternativa para la disminución del consumo de productos químicos

que representara un mayor beneficio para el proceso, se hizo uso de la una matriz de

selección la cual permite elegir entre las alternativas seleccionadas.

Tabla 4.10. Matriz de selección de alternativas etapa pasivador

Parámetro Porcentaje Alternativa A Alternativa B Alternativa C

Disminución en consumo de Bonderite952R® 31% 1 5 3

Resultados en cámara salina 39% 2 1 5

Ahorro por consumo de químicos 15% 1 2 5

Impacto Ambiental 15% 1 3 5

Total 100% 1,11 2,14 3,44

La alternativa seleccionada fue la alternativa C pues es la que representa un mayor

beneficio para el proceso. Los aspectos considerados para la selección fueron:

65


− Disminución en consumo de Bonderite 952R®:

Según Blasco (2008) y la teoría otorgada por el proveedor, el compuesto activador

Fixodine X® favorece una disminución aproximada de 5 por ciento en el consumo de

Bonderite 952®. La disminución en el consumo de Bonderite 952® fue de 681,00

kilogramos anuales.

De igual manera, la eliminación del consumo de Bonderite PT91® conllevó a una

reducción de 908 kilogramos anuales.

− Resultados en cámara salina:

Las placas de prueba sometidas al ataque corrosivo en el equipo de cámara salina

soportaron (600,00 ± 0,02) horas bajo el ataque del medio agresivo, lo que corroboró

que el tratamiento metálico cumplía con el estándar de calidad requerido por la

corporación, al sobrepasar el tiempo de resistencia al ataque salino.

− Ahorro por consumo de químicos:

La eliminación total del consumo de Bonderite PT91® conlleva un ahorro de 135800,48

Bs/año, y la disminución en el consumo de Bonderite 952R® permite ahorrar 9125,40

Bs/año.

El reemplazo del Bonderite ACZ8® por el Fixodine X® permite ahorrar 10555,12 Bs/año.

4.4 Diseño de las alternativas de mejora seleccionadas.

4.4.1 Reconocimiento de las nuevas especificaciones de trabajo.

Al implementar las alternativas de mejora, las especificaciones de trabajo del proceso

cambian por lo que se debió elaborar un nuevo formato de control de variables, en el

66


que se encuentran los rangos operacionales de cada variable en cada una de las

etapas modificadas.

4.4.2 Evaluación de las alternativas de mejora seleccionadas.

Para la implementación de la alternativa para la disminución de consumo de agua

fresca se requirió la adquisición de una bomba centrifuga para transportar el fluido de

enjuague.

El mismo se transporta desde el tanque recolector hasta la entrada de los raisers donde

se rocía a las unidades.

La figura 4.8 muestra los datos técnicos nominales de la bomba centrifuga a utilizar

para el bombeo del fluido de enjuague.

Figura 4.8 Datos técnicos de la bomba a utilizar.

La alternativa 3, permite disminuir el consumo de agua fresca en 75% al recircular el

fluido de enjuague. Esto permite reducir el consumo de agua fresca del departamento,

sin afectar la calidad del producto.

67


Ya que por la eliminación del producto pasivador, se agrega una nueva etapa de

enjuague, que utilizará la misma cantidad de agua; se incrementa el poder de enjuague

a la unidad obteniendo una disminución en el consumo de agua.

Adicionalmente, existe una reducción en el impacto ambiental del proceso, ya que se

ahorran más de 3200 metros cúbicos de agua fresca.

Entre los aspectos a evaluar para implementar la alternativa de disminución de

consumo de químicos se encuentran las abajo listadas:

Productos utilizados: El reemplazo del producto activador, trae consigo el

reemplazo del producto regulador de pH utilizado (cambia la SodaSolvay® por el

aditivo 4977B®). Los consumos establecidos para cada uno de los productos son

determinados de acuerdo al boletín técnico del producto activador (apéndice B-9),

dichos consumos se muestran en la figura 4.5:

Figura 4.9 Consumos asociados al uso del Fixodine X®

Bombeo de productos: Dado que el nuevo producto activador Fixodine X® es

liquido, y requiere la adición de dos aditivos adicionales (Aditivo 4977® y Aditivo

4977B®) se hizo uso de tres bombas dosificadoras que suministraran el producto al

68


tanque de la etapa de activación. Los datos técnicos de las bombas dosificadoras

antes mencionadas son indicados en la siguiente figura:

Figura 4.10. Datos técnicos de las bombas dosificadoras en la etapa de activación.

El recubrimiento cristalino de las placas de prueba para la alternativa C, tratadas con el

producto activador Fixodine X® fue evaluado haciendo uso de cristalografías SEM, y se

obtuvieron los siguientes resultados:

Figura 4.11 Comparación del recubrimiento cristalino en placas de Aluminio utilizando el

Fixodine X®

En la figura 4.11, se puede observar un recubrimiento cristalino en el que los cristales

se encuentran mucho mas unidos entre sí en las placas que fueron tratadas con el

69


productos activador Fixodine X®, logrando una mayor protección anticorrosiva ya que se

disminuyen los espacios libres.

De igual manera, las placas de acero tratadas con Fixodine X® presentaron un

recubrimiento cristalino más denso, por lo que la protección anticorrosiva es mayor.

Figura 4.12 Comparación del recubrimiento cristalino en placas de Acero utilizando el Fixodine X®

4.4.3 Diseño de las alternativas de mejora seleccionadas

Los componentes necesarios para la implementación de la alternativa seleccionada son

listados a continuación:

Tanque receptor:

Capacidad: 3000 litros.

Dimensiones:

− Alto: 1 metro.

− Ancho: 1 metro.

70


− Largo: 3 metros.

Material: Acero Inoxidable.

Sistema de bombeo:

− Bomba con motor trifásico 1,5 HP 440 V modelo CP-170.

− Doce metros de tubo PVC. Diámetro nominal 2”.

− Cinco codos PVC de 90°. Diámetro nominal 2”.

− Tres válvulas de bola. Diámetro nominal 2”.

− Válvula de retención o check. Diámetro nominal 2”.

Una vez seleccionadas, las alternativas de mejora al proceso de fosfatizado fueron

diseñadas para establecer claramente cómo serán llevadas a cabo.

Para la disminución del consumo de agua fresca en el túnel de tratamiento metálico se

seleccionó una alternativa que propone la recirculación del fluido de enjuague con un

ciclo de reposición de tanque diario.

Figura 4.13 Diagrama de la alternativa para disminución de consumo de agua fresca.

71


Como se observa en la figura 4.13, las líneas de color verde representan las tuberías

necesarias para la recirculación del fluido de enjuague por medio de la bomba

seleccionada.

Una serie de válvulas y accesorios necesarios para el sistema son también

representados en la siguiente figura.

El tamaño de la bomba necesitada fue calculado para cumplir con una presión en la

entrada de los raisers igual a 8 psi. La potencia requerida por la bomba para realizar el

trabajo fue de 0,77 HP, y de acuerdo al porcentaje de sobrediseño utilizado en la

Empresa el valor obtenido fue de 1,15 HP.

De igual modo, la alternativa generada para la disminución en el consumo de productos

químicos conlleva a una serie de acciones entre los cuales se encuentra el reemplazo

del producto activador Bonderite ACZ8® y la eliminación del producto pasivador

Bonderite PT91®.

Figura 4.14 Infraestructura de la etapa de Pasivado.

La eliminación total del consumo de pasivador permite crear una etapa adicional de

enjuague en el túnel de tratamiento metálico, ya que la superficie metálica de la unidad

72


no será rociada con el producto, lo que facilitará la descontaminación superficial de la

unidad, y alargará la frecuencia de reposición de los tanques de las etapas

subsiguientes de enjuague.

No se requirieron cambios en el diseño del equipo para la implementación de la nueva

etapa de enjuague ya que se contaba con la infraestructura necesaria (ver figura 4.14).

4.5 Evaluación de la relación beneficio-costo del proyecto de mejoras. 4.5.1 Determinación de los costos asociados a las mejoras seleccionadas.

Aun cuando las alternativas representan una oportunidad de mejora al proceso, uno de

los aspectos más importantes del proyecto de mejoras es el impacto económico que

representa la implementación de cada una de las alternativas antes mencionadas.

Costos asociados al proyecto de mejoras:

Alternativa 3: Realizar el enjuague final con agua desionizada recirculada

Los costos asociados a la implementación de esta alternativa se dividen en dos:

− Costos por equipos: 8872,00 Bs.

− Costos por tuberías y accesorios: 1242,00 Bs (Ver apéndice B-05)

Alternativa C: Reemplazar el Bonderite ACZ8® por el Fixodine X® para eliminar el

consumo de Bonderite PT91®

Los costos asociados a la implementación de esta alternativa se dividen en dos:

− Costos por uso del Fixodine X®: 7833,24 Bs/año.

− Costos por bombas dosificadoras: 25970,00 Bs. (Ver apéndice B-06)

73


Los costos asociados al proyecto de mejora, correspondientes al primer año de

implementación son 43917,24 bolívares.

4.5.2 Determinación de los posibles beneficios asociados a las mejoras seleccionadas

Beneficios obtenidos con el proyecto de mejoras

Alternativa: Realizar el enjuague final con agua desionizada recirculada

Los beneficios obtenidos con la implementación de esta alternativa son los

correspondientes a la disminución en el consumo de agua:

− Ahorro por disminución de consumo de agua fresca: 13295,71 Bs.

Alternativa: Reemplazar el Bonderite ACZ8® por el Fixodine X® para eliminar el

consumo de Bonderite PT91®

Los beneficios obtenidos con la implementación de esta alternativa se dividen en tres:

− Disminución en consumo de Bonderite ACZ8®: (10555 ± 3440) Bs/año.

− Disminución en consumo de Bonderite 952R®: (9125 ± 3440) Bs/año.

− Disminución en consumo de Bonderite PT91®: (135800 ± 3440) Bs/año.

Los beneficios obtenidos con la implementación del proyecto de mejoras,

correspondientes al primer año de implementación son (176609 ± 3440) bolívares.

74


4.5.3 Determinar la relación beneficio-costo del proyecto.

La relación Beneficio-Costo del proyecto de mejoras al túnel de tratamiento metálico

resultó:

Costos: 43917 Bolívares

Beneficios: 176609 Bolívares

RELACIÓN BENEFICIO-COSTO DEL PROYECTO (B/C): 4,02 Relación B/C Alternativa 3: 1,31 Relación B/C Alternativa C: 4,83

Esto indica que el proyecto de mejoras es atractivo económicamente a la empresa,

pues los beneficios obtenidos el primer año, aún con la adquisición de equipos;

resultaron más de cuatro veces mayores a los costos asociados al proyecto.

76

Conclusiones y Recomendaciones.

CONCLUSIONES

1. Actualmente el proceso de fosfatizado en el túnel de tratamiento metálico es

controlado y ofrece oportunidades de mejora.

2. La etapa de Enjuague DIW presenta el mayor consumo de agua fresca del túnel

de tratamiento metálico (4323,81 metros cúbicos anuales).

3. La alternativa 3 fue la seleccionada para la etapa de Enjuague DIW, pues se

logra disminuir el consumo de agua fresca en un 56,19%.

4. La alternativa C fue la seleccionada para la etapa de Pasivador, ya que permite

disminuir los costos asociados al consumo de productos en un 23,39%.

5. El uso del producto activador Fixodine X® permite disminuir el consumo de

Bonderite 952R® en un 5%.

6. El uso del producto activador Fixodine X® proporciona la eliminación del

consumo de Bonderite PT91® en su totalidad.

7. Las láminas de prueba utilizadas para la alternativa 6 soportaron 600 horas bajo

el ataque salino, cumpliendo los estándares de calidad corporativos.

8. La relación beneficio-costo del proyecto de mejoras es igual a 4,02.

9. El proyecto de mejoras tienen un impacto ambiental positivo pues se ahorran

3242,86 metros cúbicos anuales de agua fresca, y 1752,67 kilogramos anuales de


77

Conclusiones y Recomendaciones

RECOMENDACIONES

Evaluar la implementación del sistema de Fosfatizado de nueva tecnología

“Nanofosfato” que en teoría permite disminuir los consumos de productos químicos

considerablemente.

Estudiar a profundidad el efecto de los iones aluminio (Al+3) en el baño de fosfato,

para eliminar el uso del compuesto Bonderite SPF®.

Elaborar un programa de control de calidad frecuente que permita evaluar la

condición del proceso de fosfatizado.

Implementar un plan de mantenimiento preventivo a las boquillas instaladas en

los raisers del túnel de tratamiento metálico.

Considerar las posibles incrustaciones por la recirculación propuesta de agua

desionizada, así como la implementación de un monitoreo al sistema.

78

Referencias Bibliográficas.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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79


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http://purepro.com.ve/osmosis.html

http://www.sciencedirect.com/journals/corrosionscience

80


WHITE F (2003). Fluid Mechanics. Quinta Edición, Editorial Mc Graw Hill.

81

Apéndices.

Apéndice A.

Cálculos Típicos

82

Apéndices.

APÉNDICE A. CÁLCULOS TÍPICOS 1. Consumo de agua fresca anual: El consumo de agua fresca extrapolado a un período

de un año laboral (227 días).

(Propia)

A.1

Donde:

: Consumo de agua fresca anual (m3/año).

: Consumo de agua fresca diario (m3/día).

: Año laboral (227 día/año).

Sustituyendo los valores de consumo de agua fresca en la etapa de pasivador se tiene:

El error asociado al cálculo anterior viene dado por:

Sustituyendo los valores correspondientes se obtiene:

Finalmente el consumo de agua fresca anual es:

83

Apéndices.

2. Porcentaje de consumo de agua fresca: La relación porcentual de consumo de una

etapa con respecto al consumo total.

(Propia)

A.2

Donde:

: Porcentaje de consumo de agua fresca (%).

: Consumo de agua fresca de una etapa (m3/año).

: Consumo de agua fresca total (m3/año).

Sustituyendo los valores de consumo de agua fresca de la etapa de Enjuague DIW y el

consumo total de agua fresca a condiciones actuales se observa:


Sustituyendo los valores correspondientes:

Finalmente, el porcentaje de consumo de agua fresca en la etapa Enjuague DIW con respecto

al total es:

84

Apéndices.

3. Porcentaje de disminución en el consumo de agua fresca: La disminución en el

consumo de agua fresca en una etapa con respecto al consumo de agua fresca total.

(Propia)

A.3

Donde:

: Porcentaje de disminución de consumo de agua fresca (%).

: Consumo de agua fresca antes (m3/año).

: Consumo de agua fresca después (m3/año).

Sustituyendo los valores de consumo de agua fresca de la etapa de Enjuague DIW antes y

después de la implementación de la alternativa 3 se observa:


Sustituyendo los valores se tiene:

85

Apéndices.

Finalmente, el porcentaje de disminución de consumo de agua fresca en la etapa Enjuague DIW

es:

4. Consumo anual de Químicos: El consumo de productos químicos extrapolado a un

período de un año laboral (227 días).

(Propia)

A.4

Donde:

: Consumo de productos químicos anual (kg/año).

: Consumo de productos químicos diario (kg/día).

: Año laboral (227 día/año).

Sustituyendo los valores de consumo producto químico en la etapa de pasivador se tiene:




86

Apéndices.

5. Costos por consumo de productos químicos: Costos asociados al consumo de


(Propia)

A.5

Donde:

: Costos productos químicos anual (Bs/año).

: Consumo de productos químicos anual (kg/año).

: Precio del producto (Bs/kg).

Sustituyendo los valores de consumo producto químico en la etapa de pasivador se tiene:




87

Apéndices.

6. Ahorro por disminución de consumo: El ahorro asociado a la disminución de

consumo.

(Propia)

A.6

Sustituyendo los valores correspondientes, a la disminución en el consumo de agua fresca en la

etapa de Enjuague DIW para la alternativa 3, se tiene:



Finalmente la disminución de consumo de agua fresca en la etapa de Enjuague DIW es:

7. Capacidad del tanque: La capacidad del tanque recolector de agua para la alternativa 3.

(White-2003)

A.7

Donde:

88

Apéndices.

= Volumen del tanque (m3)

= Largo (m)

= Ancho (m)

= Profundidad (m)


El error asociado al cálculo de la velocidad viene dado por la siguiente ecuación:


De esta manera, la capacidad del tanque recolector es igual a:

8. Velocidad del fluido: La velocidad en el tramo de tubería de los raisers de la etapa

Enjuague DIW.

(Perry-1999)

A.8

Donde:

89

Apéndices.

= Velocidad en el tramo (m/s).

= Caudal de operación de la etapa de Enjuague DIW (m3/s).

= Área transversal de la tubería (m2).

Sustituyendo los valores:

El error asociado al cálculo de la velocidad está representado por la siguiente ecuación:


Finalmente, la velocidad del tramo queda:

9. Caudal de operación: El caudal de operación de la tubería de raisers de la etapa

Enjuague DIW.

90

Apéndices.

(Propia)

A.9

Donde:

= Consumo de agua en la etapa Enjuague DIW (m3).

= Caudal de operación de la etapa de Enjuague DIW (m3/s).

= Tiempo de rociado (s).

Sustituyendo:

El error asociado al cálculo del caudal viene dado por:

Si se sustituyen los valores:

Finalmente, el caudal de operación de la etapa de Enjuague DIW es:

10. Cabezal de Presión: Cálculo del cabezal de presión en un punto del sistema.

91

Apéndices.

(White-2003)

A.10

Donde:

= Cabezal de presión (m)

= Presión (Pa)

= Peso específico del fluido (N/m3)

Sustituyendo, los valores correspondientes a la entrada de los risers, se tiene:

El error asociado al cálculo del cabezal de presión se obtiene mediante la siguiente ecuación:

Sustituyendo:

Así, el valor del cabezal de presión en la entrada de los raisers queda:

11. Cabezal de Velocidad: Cálculo del cabezal de velocidad en un punto del sistema.

(White-2003)

A.11

Donde:

92

Apéndices.

= Cabezal de velocidad (m)

= Velocidad del tramo (m/s)

= Aceleración de gravedad (m/s2)

Sustituyendo, los valores correspondientes a la entrada de los risers, se tiene:

El error asociado al cálculo del cabezal de velocidad se obtiene mediante la siguiente ecuación:

Sustituyendo:

Así, el valor del cabezal de presión en la entrada de los raisers queda:

12. Cabeza total de un punto: El cabezal total de un punto del sistema de tuberías para la

alternativa 3.

(White-2003)

A.12

Donde:

= Cabezal total (m)

= Cabezal de altura (m)

= Cabezal de velocidad (m)

= Cabezal de presión (m)

93

Apéndices.

Sustituyendo los valores para el punto 2 observado en la figura 4.13 se tiene:

El error asociado al cálculo es igual a:

13. Cabeza de pérdidas por fricción: El cabezal de pérdidas de un tramo de tuberías para

la alternativa 3.

(White-2003)

A.13

Donde:

= Cabezal de pérdidas por fricción (m)

= Factor de fricción por accesorios (adim)

= Factor de fricción (adim)

= Longitud de la tubería (m)

= Diámetro de la tubería (m)

Sustituyendo los valores, para un Reynolds igual a Re = 16277,30 y un ε/d = 2,88x10-5 se tiene:

14. Cabeza total del sistema: El cabezal total del sistema de tuberías para la alternativa 3.

(White-2003)

A.14

Donde:

= Cabezal total del sistema (m)

= Cabezal total del punto 1 (Figura 4.13) (m)

94

Apéndices.

= Cabezal total del punto 2 (Figura 4.13) (m)

= Cabezal de pérdidas por fricción (m)

Sustituyendo los valores para el sistema observado en la figura 4.13 se tiene:

15. Potencia de la bomba: Potencia de la bomba centrifuga del sistema de tuberías para la

alternativa 3.

(Perry-1999)

A.15

Donde:

= Potencia de la bomba (HP)

= Cabezal total del sistema (m)

= Caudal del sistema (m3/h)

= Densidad del agua (kg/m3)

Sustituyendo los valores para el sistema observado en la figura 4.13 se tiene:

Trabajando a un porcentaje de sobrediseño de 50%, la potencia queda:

95

Apéndices.

Apéndice B.

Tablas y Gráficos

96

Apéndices.

APÉNDICE B.1: COTIZACIÓN DE TUBERÍAS Y ACCESORIOS.

FUENTE: SUMINISTROS E INSTALACIONES CARABOBO

97

Apéndices.

.

APÉNDICE B.2: DIAGRAMA DE MOODY.

FUENTE: WHITE 2003.

98

Apéndices.

APÉNDICE B.3: CURVA CARACTERÍSTICA DE LA BOMBA UTILIZADA

FUENTE: PEDROLLO 2010.

99

Apéndices.

APÉNDICE B.4: DENSIDADES DEL AGUA A DISTINTAS TEMPERATURAS.

FUENTE: PERRY 1999.

100

Apéndices.

APÉNDICE B.5: DIMENSIONES DE TUBERÍAS PVC CATÁLOGO 40.

FUENTE: HARVEL PLASTICS, INC. 2010.

101

Apéndices.

APÉNDICE B.6: COTIZACIÓN DE LAS BOMBAS DOSIFICADORAS.

FUENTE: PROMINENT 2010.

102

Apéndices.

APÉNDICE B.7: VISCOSIDAD DEL AGUA

FUENTE: WHITE 2003

103

Apéndices.

APÉNDICE B.8: MANUAL DE OPERACIÓN DE LA CABINA DE SALT SPRAY.

FUENTE: CHRYSLER DE VENEZUELA L.L.C. 1998

104

Apéndices.

APÉNDICE B.9: BOLETÍN TÉCNICO DEL FIXODINE X.

FUENTE: HENKEL 2006

universidad de carabobo facultad de...

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