UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE...
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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
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.
Trabajo especial de grado presentado ante la ilustre Universidad de Carabobo
para optar al título de Ingeniero Químico.
Valencia, Junio de 2011
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.
UNIVERSIDAD DE CARABOBO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
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
Valencia, Junio de 2011
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
Capítulo I. Planteamiento del Problema.
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
Capítulo I. Planteamiento del Problema.
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
Capítulo I. Planteamiento del Problema.
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
Capítulo I. Planteamiento del Problema.
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
Capítulo I. Planteamiento del Problema.
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
Capítulo I. Planteamiento del Problema.
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
Capítulo I. Planteamiento del Problema.
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
Capítulo II. Marco Teórico y Referencial
. 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
Capítulo II. Marco Teórico y Referencial
. 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
Capítulo II. Marco Teórico y Referencial
. 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
Capítulo II. Marco Teórico y Referencial
. 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
Capítulo II. Marco Teórico y Referencial
.
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.
Fuente: Automative Paints and Coatings-2008
16
Capítulo II. Marco Teórico y Referencial
. 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.
Fuente: Automative Paints and Coatings-2008
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
Capítulo II. Marco Teórico y Referencial
. 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.
Fuente: Automative Paints and Coatings-2008
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.
Fuente: Automative Paints and Coatings-2008
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
Capítulo II. Marco Teórico y Referencial
.
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
Capítulo II. Marco Teórico y Referencial
. 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.
Fuente: Automative Paints and Coatings-2008
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.
Fuente: Automative Paints and Coatings-2008
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
Capítulo II. Marco Teórico y Referencial
. 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
Capítulo II. Marco Teórico y Referencial
.
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
Capítulo II. Marco Teórico y Referencial
. 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
Capítulo II. Marco Teórico y Referencial
. 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
Capítulo II. Marco Teórico y Referencial
.
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
Capítulo II. Marco Teórico y Referencial
. 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
Capítulo II. Marco Teórico y Referencial
. 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
Capítulo III. Marco Metodológico.
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
Capítulo III. Marco Metodológico.
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
Capítulo III. Marco Metodológico.
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
Capítulo III. Marco Metodológico.
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
Capítulo III. Marco Metodológico.
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
Capítulo III. Marco Metodológico.
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
Capítulo III. Marco Metodológico.
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
Capítulo III. Marco Metodológico.
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
Capítulo III. Marco Metodológico.
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
Capítulo III. Marco Metodológico.
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
Capítulo III. Marco Metodológico.
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
Capítulo III. Marco Metodológico.
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
Capítulo III. Marco Metodológico.
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
Capítulo III. Marco Metodológico.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Acero 3 (80 ± 1) psi
Acero 4 (85 ± 1) psi
Acero 5 (90 ± 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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
)
Etapas del túnel de tratamiento metálico
51
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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.
Consumo de agua fresca: El consumo de agua fresca anual sería de
(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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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.
Consumo de agua fresca: El consumo de agua fresca anual sería de
(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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
− 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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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®
se elimina en un 100 por ciento (908 ± 23) kg/año.
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®
se elimina en un 100 por ciento (908 ± 23) kg/año.
Disminución en consumo Bonderite 952R®: El consumo de Bonderite 952R®
disminuye en un 5 por ciento (681 ± 23) kg/año.
56
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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)
Etapas del túnel de tratamiento metálico
Ahorro = 3242,86 metros cúbicos.
64
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
− 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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
− 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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
Capítulo IV. Discusión de Resultados.
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
productos químicos.
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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http://www.redalyc.uaemex.mx [Consulta 2010, Mayo 21].
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de la escuela de Ingeniería Química de la Facultad de Ingeniería de la Universidad
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HARVEL PLASTICS INC. (2010). Harvel Product Specifications. Disponible en
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http://www.sciencelinkjapan.com/listofjournaltitles. [Consulta 2010, Abril 21]
79
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PERRY, R. y GREEN, D (1999). Perry´s Chemical Engineers´ Handbook.
Séptima Edición, Editorial Mc Graw Hill.
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http://purepro.com.ve/osmosis.html
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WESSLING, B. (1994). Passivation of metals by coating with polyaniline: Corrosion potential shift and morphological changes. Advanced Materials,
6: 226–228. doi: 10.1002/adma.19940060309
80
Referencias Bibliográficas.
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:
El error asociado al cálculo anterior viene dado por:
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:
El error asociado al cálculo anterior viene dado por:
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:
El error asociado al cálculo anterior viene dado por:
Sustituyendo los valores correspondientes se obtiene:
Finalmente el consumo de agua fresca anual es:
86
Apéndices.
5. Costos por consumo de productos químicos: Costos asociados al consumo de
productos químicos.
(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:
El error asociado al cálculo anterior viene dado por:
Sustituyendo los valores correspondientes se obtiene:
Finalmente el consumo de agua fresca anual es:
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:
El error asociado al cálculo anterior viene dado por:
Sustituyendo los valores correspondientes se obtiene:
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)
Sustituyendo los valores correspondientes:
El error asociado al cálculo de la velocidad viene dado por la siguiente ecuación:
Sustituyendo los valores correspondientes:
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:
Sustituyendo los valores correspondientes:
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