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Actualización de Equipos Hidráulicos Revive Prensa de Extrusión

Actualización de Equipos Hidráulicos Revive Prensa de Extrusión

Figura 1: Si el marco de la prensa está en buenas condiciones, una retro adaptación y actualización de componentes clave de la prensa como lo son los hidráulicos y de control, pueden extender la vida útil e incrementar la productividad de la misma (favor presione para agrandar la imagen).

Los fabricantes de partes de aluminio están evaluando el desempeño de sus prensas de extrusión debido a las exigencias por respuestas rápidas y tamaños de órdenes más pequeños por parte de fabricantes de vehículos, proveedores de partes aeroespaciales, fabricantes de ventanas y puertas y otros usuarios de volúmenes altos.

Estas condiciones, junto con la consolidación por parte de proveedores de formas de aluminio, están generando demandas adicionales en las prensas. Cuando los fabricantes de partes consolidan, generalmente distribuyen mayor cantidad de trabajo a una prensa y maximizan su utilización, lo que puede forzar a la máquina, en particular una que tenga tiempo.

Aunque algunos fabricantes piensen en reemplazar por completo una prensa existente para cumplir con las demandas del mercado, esta inversión tan pesada podría no ser necesaria. Si la estructura de la prensa está en buenas condiciones, efectuar una retro adaptación y actualización de componentes clave en la misma, como lo son los hidráulicos y controles, pueden extender la vida útil y proporcionar una solución más flexible, confiable y productiva a largo plazo.

La Retro-adaptación Ofrece Ventajas de Valor a Largo Plazo

El costo de una prensa de extrusión de alta capacidad nueva puede alcanzar los 2 millones de dólares o más, dependiendo de la capacidad (más los costos de instalación); mientras que los costos de una retro adaptación típica puede llegar a la mitad del costo de reemplazo.

En retro-adaptaciones, los componentes de sistemas hidráulicos y de control se analizan para identificar oportunidades de aplicación de tecnologías más eficientes y de última generación que permitan una mejora en el desempeño. Estas incluyen controles, como lo último en PLC´s e interfaces HMI´s, controladores de circuito cerrado y sistemas hidráulicos como la estación de bombeo, válvulas (tanto en línea como en bloques de mando), y la tubería de conexión.

Los beneficios de una retro-adaptación incluyen:

  • Impacto mínimo en el sistema y en tiempos muertos,
  • Maximización de la vida operativa de componentes mayores de la prensa, como por ejemplo el marco, que suelen ser sumamente costosos,
  • Mayor productividad, facilidad de resolución de fallas y mayor precisión de lar partes,
  • Mejores condiciones operativas y mayor facilidad de mantenimiento.

Cada operación de prensado es única, y la vida útil y el desempeño de la prensa puede variar en gran medida. Por lo tanto, cuando se consideren retro-adaptaciones de sistemas hidráulicos y de control, se sugiere evaluar los siguientes factores para determinar el alcance y beneficios de un proyecto de este tipo.

Primer Factor: Nivel Actual de Control de Extrusión

Figura 2: Válvulas hidráulicas proporcionales ofrecen muchas ventajas sobre las de vieja generación tipo servo.

Considere su nivel actual de control de extrusión: ¿cuán preciso es? ¿cuál es la tasa de pérdida? ¿cuánto tiempo y esfuerzo toma lograr la fabricación de partes de calidad y tasa baja de defectos consistentemente, sin la necesidad de intervención de un operador? Si el producto de la prensa debe ser desechado debido a una calidad inaceptable, entonces probablemente requiera de mejores controles electrohidráulicos.

Muchas prensas de extrusión utilizan interruptores o dispositivos analógicos para controlar los ciclos hidráulicos. Estos sistemas pueden limitar la productividad y contribuir a la pérdida. Los controladores PLC de hoy en día y sistemas de circuito cerrado de control de bombas permiten un control más fino y preciso, ya sea en casos que el operador utilice la velocidad de prensado o temperatura de la parte para regular la productividad de la extrusión. Un sistema de control con arquitectura mejorada permite obtener una mayor precisión y automatización de los circuitos hidráulicos, logrando así mejores niveles de control de posición, velocidad y puntos tope. Estos controles también permiten el ajuste durante el ciclo de extensión manteniendo así la producción en marcha durante el mismo. Al obtener una mayor precisión en la extrusión también se gana mayor control sobre la longitud límite, ayudando así a reducir el desecho de aluminio y aumentar el número de formas fabricadas por hora.

Segundo Factor: La Eficiencia y Efectividad del Sistema Hidráulico

Evalúe la eficiencia y confiabilidad de sus sistemas hidráulicos y de control. Probablemente esté utilizando componentes menos eficientes y más problemáticos que estén reduciendo la productividad de su operación. Por ejemplo, muchas prensas de generación antigua utilizan servo válvulas para controlar las bombas hidráulicas y la velocidad de prensado. Estas válvulas son generalmente costosas y requieren que el fluido hidráulico cuente con un sistema de filtración con un nivel de partículas más fino que el del sistema convencional. Si el filtro se degrada debido al uso, o si los sistemas de filtración no son correctamente mantenidos, las válvulas servo se tapan fácilmente, causando una  perturbación en el proceso de extrusión.

En cambio, la última generación de válvulas hidráulicas proporcionales ofrecen la misma (y a veces mejor) funcionalidad que una válvula servo en el circuito hidráulico, y tienen una tolerancia mucho mayor a variaciones en la calidad del fluido hidráulico. Esto no significa que se puede ignorar la filtración; como hemos comentado en otras oportunidades (ver artículo sobre Filtración Fina), ésta representa uno de los elementos más importantes para que un sistema tenga una larga vida útil. En nuestro ejemplo, si las válvulas reguladoras de la bomba no son tan resistentes, o exigiesen mantenimiento constante que por ende cause tiempos muertos de la prensa, entonces una retro-adaptación que incorpore válvulas proporcionales podría reducir los costos operativos.

Los sistemas hidráulicos pueden además ser simplificados y por ende hacerlos más fáciles de operar y mantener, reemplazando diseños de válvulas en línea con bloques de mando hidráulicos. Esto permite una consolidación del diseño hidráulico, reduce el número de puntos potenciales de fuga (y mantenimiento), y también puede reducir el número de partes de reemplazo a mantener en inventario para mantener la prensa operativa.

Figura 3: Los controladores PLC y de circuito cerrado de bombas permiten obtener una gran precisión y el efectuar ajustes durante el ciclo de extrusión para así mantener la productividad.

Tercer Factor: Eficiencia Energética

Otro reto para las fábricas de extrusión de aluminio es el reducir el consumo energético en su operación sin sacrificar productividad.

Una oportunidad de retro adaptación en este sentido está en evaluar el motor eléctrico que acciona a las bombas hidráulicas. En muchos sistemas antiguos, estos motores tendían a ser sobredimensionados para compensar por ineficiencias aguas abajo en el sistema hidráulico (fugas, caídas de presión). Nuevas regulaciones como por ejemplo el Energy Independence and Security Act of 2007 (EISA 2007), exige que los sistemas de manufactura sean dimensionados de la manera correcta y utilizando motores que sean más eficientes.

Figura 4: Los sistemas electrohidráulicos de nueva generación permiten el control más preciso, lo que minimiza esfuerzos sobre la prensa durante el ciclo de extrusión.

Estos motores pueden ser utilizados en conjunto con un concepto de diseño de sistemas denominado: energy on demand,  o energía cuando sea requerida, el cual integra controles sofisticados y bombas de velocidad variable con motores correctamente dimensionados para entregar solo la energía que se requiera para completar el ciclo de la prensa.

Vale la pena también evaluar la eficiencia de las bombas utilizadas. Todas las bombas utilizan una porción del flujo para lubricación interna. Para generar la fuerza requerida en una secuencia de movimiento, más energía se deberá obtener del motor que acciona la bomba para compensar por esta pérdida. Las bombas de generación vieja tienen menos eficiencia y por ende requieren de mayor lubricación. También generan más calor, lo que sobrecarga los sistemas de enfriamiento y conllevan un consumo de energía innecesario.

La última generación de bombas hidráulicas es más eficiente y requiere menos lubricación, que por ende implica lo contrario que lo mencionado anteriormente, por lo que permiten una reducción en el consumo de energía. Además incluyen sensores integrados y pórticos de diagnóstico para verificar la presión del sistema.

Cuarto Factor: El Ambiente de Trabajo

La seguridad para el operador de la máquina y para la prensa en sí tienen más importancia en el ambiente actual de manufactura. Las prensas más viejas podrían no manejar estos aspectos de seguridad industrial tan bien como los sistemas de control actuales. Por ejemplo, los sistemas nuevos permiten una configuración de límites superiores de presión para cada molde en la prensa para así protegerlo de daño (así como también a los otros componentes). Al actualizar los controles se puede obtener una seguridad industrial mejorada y extender la vida útil del equipo a la misma vez.

Figura 5: Los sistemas hidráulicos pueden ser simplificados al reemplazar válvulas en línea por bloques de mando, simplificando así su operación y mantenimiento.

Otras quejas asociadas con los sistemas hidráulicos de prensas de extrusión son las fugas y el ruido. Las fugas crean peligros como lo son pisos resbalosos, sucio y hasta riesgos de incendio. Además, las fugas persistentes requieren de un reemplazo frecuente del aceite en los tanques, lo cual resulta costoso. La mayoría del ruido asociado a sistemas hidráulicos en prensas, proviene de los motores de alta potencia que accionan a las bombas, así como también de éstas.

Generalmente se asume que estos problemas vienen con la potencia y dinámica que sólo la hidráulica puede lograr – inclusive si implica una necesidad mayor de mantenimiento y un ambiente de operación inadecuado. Muchos de ellos resultan de sistemas antiguos, mal mantenidos o diseñados inapropiadamente, lo cual por supuesto puede ser fácilmente resuelto a través de una retro adaptación. Por ejemplo: las prensas que utilizan válvulas en línea tienen más sellos y puntos de fuga que sistemas con bloques de mando.

Además, limitaciones en los sistemas de control o controladores antiguos, podrían introducir niveles altos de golpe hidráulico a través del ciclo de prensado, lo que fatiga a las válvulas y sellos. Los sistemas electrohidráulicos modernos ofrecen un nivel de control más fino, lo que minimiza éste golpe sobre el sistema. Para reducir el ruido, simples carcasas de bombas y motores o la reorientación de grupos bomba-motor para redirigirlo pueden resolver esta situación con una inversión mínima.

Quinto Factor: Costos Operativos

Muchos operadores de prensas constantemente invierten tiempo y recursos en reparaciones repetitivas y esfuerzos de mantenimiento. Estos incluyen el mantener repuestos en inventario, contratos de servicio y reparación con proveedores externos de hidráulica y controles, y ciclos de mantenimiento más frecuentes – lo que por ende reduce la disponibilidad de las prensas. Estos costos no solo se relacionan con tiempo y materiales, sino también con oportunidad. Existe un riesgo mayor de perder un negocio potencial con operaciones de extrusión menos eficientes o propensas a tener problemas. Equipo nuevo  podría aliviar estos problemas, pero los mismos pueden ser resueltos con un costo significativamente menor a través de una retro adaptación.

Un objetivo clave es el de también reducir el ciclo muerto de la prensa, que es aquél en el cual no se están fabricando partes. Una retro adaptación hidráulica y de controles tiene también el potencial de reducir considerablemente éstos tiempos.

Revitalización de las Prensas de Extrusión

El preservar y extender el valor de equipo de manufactura existente tiene mucho sentido, el reto está en determinar la solución que ofrezca un retorno confiable y mesurable sobre la inversión. El tiempo y desempeño de los sistemas existentes requieren ser analizados. Aunque no hay factor individual que pueda justificar por sí solo una retro adaptación, tiene sentido considerar todos los aspectos que afectan el desempeño, disponibilidad y calidad de las partes de una prensa de extrusión.

También es lógico consultar con los expertos diseñando y efectuando retro adaptaciones de sistemas hidráulicos y de control de alta eficiencia para prensas: con seguridad encontrará ineficiencias en su plataforma de producción que podrían ser atendidas de inmediato.

Artículo originalmente publicado por Jeff Grube, Gerente de Segmento: Prensas e Industria Pesada en Bosch Rexroth Corp.

Ricardo Solórzano se desempeña como Director General de EEM Technologies Corp., un proveedor de soluciones en Hidráulica, Neumática y Automatización Industrial para los mercados de Centro, Sur América y El Caribe. Lo puede contactar al:  +1(855)462-7633, [email protected], www.eemtechnologies.com.

 

 

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