Cómo el secado por vacío puede incrementar las ganancias en el procesamiento de plásticos

Al igual que sus principales competidores en la rama de componentes eléctricos y electrónicos, Yamauchi se enfrenta a tres desafíos estratégicos: presión para reducir costos e incrementar la productividad, exigencia de los clientes en cuanto a las propiedades del producto y perspectivas de reducir los altos costos de energía en el largo plazo.

La ventaja más obvia del secador de vacío se relaciona más con el tercer desafío. Comparado con un secador de aire caliente de tamaño similar, el secador por vacío requiere de 80% menos energía para secar la resina. Igualmente, este nuevo tipo de secador utiliza una sexta parte del tiempo que necesita el secador de aire caliente, por lo cual crea una oportunidad para aumentar la productividad. A corto plazo, el cambio puede verse en los arranques en frío con mayor antelación en las líneas de producción, pero en el largo plazo se abre la puerta a una operación más centralizada. Finalmente, la reducción del tiempo de residencia de la resina en el secador y la mayor eficacia del proceso hacen que se reduzcan sustancialmente los defectos del producto.

Yamauchi utiliza 26 de sus 40 máquinas de moldeo por inyección en su planta de Hasselt para la fabricación de pequeñas tapas de seguridad para baterías AA y AAA en poliamida 6.6. Para el secado de la resina, la empresa utilizaba doce secadores de aire caliente. Pero luego, al adquirir tres secadores de vacío Maguire LPD (más un cuarto secador para contingencias), la compañía obtuvo los siguientes resultados expuestos por el Gerente técnico de Yamauchi, Rudi Vermeulen:

· Reducción de costos de energía. El consumo de energía se redujo en 92% para un ahorro total de €15,700 (tabla 1). Los resultados de reducción de costos no incluyen un ahorro de €5,000 - penalidad que se obtiene de tener picos de consumo de energía, los cuales son cobrados por los proveedores de energía eléctrica. El ahorro mencionado al comienzo tampoco incluye la “dramática” disminución de costos asociados con la energía consumida por los sistemas de aire acondicionado utilizados en la reducción de temperatura dentro de la planta. 

· Mayor tiempo de producción. Mediante la reducción de los arranques en frío al comenzar la producción los lunes por la mañana, Yamauchi obtuvo 192 horas de producción adicionales por año. Haciendo un estimado preliminar, que supone un nivel de operaciones suficiente para mantener máxima capacidad de operación, esta producción adicional representa una cantidad de material que se puede vender en el mercado por unos € 57,600.

· Optimización y automatización. Mientras que cada una de los doce secadores de aire caliente no podía manejar sino el volumen de resina seca requerido por dos máquinas de moldeo por inyección, el ciclo de secado reducido de los secadores de vacío ha permitido a Yamauchi centralizar el transporte de material controlado por PLC a las 26 inyectoras. La reducción de doce secadores a tres (activos) ha reducido los costos de mantenimiento preventivo en 92%, lo que equivale a € 2,970 (tabla 2). El cambio de bolsas a contenedores también ha contribuido al ahorro de € 11,800.

· Menor cantidad de rechazos / menos desechos. Al evitar el secado excesivo y la obtención de resinas con menor humedad residual que las producidas por secadores de aire caliente (resultados obtenidos con los secadores de vacío), la cantidad de material rechazado se redujo.

El Sr. Vermeulen comenta que el cálculo de cifras de reducción de costos asociados con la disminución del uso del aire acondicionado, disminución de rechazos y de aumento de productividad no es preciso aún, pero se está trabajando en obtener un resultado exacto. Las cifras de los otros factores sí son exactas y totalizan un ahorro de € 35,470. Este ahorro, sumado a los € 57,600 obtenidos por aumento en la producción, representa una economía total de € 93,070.

Dado que la inversión inicial para la adquisición de los secadores de vacío es del orden de € 100,000, con las cifras de ahorro presentadas es posible obtener un retorno sobre la inversión en poco más de un año. También cabe señalar que, una vez se tengan datos exactos de mayores factores de economía, es factible que el retorno sobre la inversión sea obtenido en un tiempo menor a un año.

Menor tiempo de arranque
Los secadores de vacío utilizados por Yamauchi requieren un menor tiempo para preparar una tanda de resina seca lista para procesamiento, ya que el diseño de la máquina difiere en dos aspectos fundamentales de un secador común de aire caliente.

1) En vez de hacer fluir aire caliente alrededor de los gránulos para ir extrayendo la humedad progresivamente, el secador de vacío reduce la temperatura de ebullición del agua, transformando rápidamente la humedad en vapor – literalmente halando el vapor de agua de los gránulos.

2) El secador de vacío lleva a cabo el secado por vacío y calentamiento de los gránulos simultáneamente en tres estaciones de separación, haciendo posible formar pequeños grupos sin afectar el flujo dinámico de material que requieren las inyectoras para el procesamiento.

El tiempo que duraba en alistarse el material para que pudiera ser utilizado por la inyectora fue reducido de cuatro horas a cuarenta minutos. Esta es la razón principal de la reducción de arranques en frío de los lunes por la mañana.

Para el moldeo de las tapas de seguridad para baterías, Yamauchi utiliza 20 prensas de moldeo de cincuenta toneladas y 5 prensas de moldeo de diez toneladas. Estas máquinas trabajan tres turnos por día, doscientos treinta y seis días hábiles al año, empleando dos operadores por máquina. El tiempo de calentamiento de las prensas de moldeo de cincuenta toneladas es de treinta minutos por máquina, mientras que el de las de diez toneladas es de quince minutos, totalizando once horas y media el tiempo requerido para que las veintiséis máquinas trabajen a completa capacidad. Además, es necesario sumar el tiempo requerido para secar por completo la resina para ser procesada.

Con los secadores antiguos, el tiempo de secado se aumenta en cuatro horas, para un total de quince horas y media antes de entrar en completa capacidad de producción (ver gráfica 1). Utilizando los secadores de vacío, se puede tener resina lista para procesamiento cuando las primeras prensas de moldeo se encuentren en capacidad de operación (ver gráfico 2). Adicionalmente, el arranque de los doce secadores de aire caliente no podía hacerse simultáneamente y el proceso era bastante complicado, mientras que el arranque de los secadores de vacío es mucho más sencillo y solo son tres máquinas. En la empresa se colocaron temporizadores para que los lunes por la mañana, los secadores (de vacío) arranquen una hora que los secadores que se utilizaban previamente. Con esta modificación se asegura que en el momento en que los operarios lleguen a la empresa, el material ya esté seco y puedan iniciar las prensas de moldeo de manera inmediata.

Mayor calidad y menos rechazos
Dado que el proceso de secado por vacío elimina la humedad de manera más eficiente que los métodos de secado convencional, la resina adquiere menor “historia” de calor. Esto genera una reducción de 85% de la exposición del material a altas temperaturas y reduce las posibilidades de degradación del polímero. Adicionalmente, hay menores niveles de humedad residual, la cual es una causa de la presencia de burbujas o vacíos y otros defectos del material procesado.

La eficiencia de secado es particularmente importante para las resinas de poliamida como las que son utilizadas por Yamauchi en su planta de Hasselt. “Estos materiales son sensibles y si son expuestos por mucho tiempo a las temperaturas de secado, pueden resultar piezas descolorizadas, quemadas y frágiles. Desde que instalamos los secadores LPD, hemos visto mejoras sustanciales en el número de piezas de desecho ocasionadas por un secado impredecible”, asegura el Sr. Vermeulen.

Se reporta que el nivel de humedad de la poliamida 6.6 cuando llega a la planta es del orden de 0,3%. Con los secadores de aire caliente se reduce la humedad hasta llegar a un rango entre 0,1% y 0,15%, mientras que con el secador de vacío se pueden obtener humedades de hasta 0,05%.

El secado por vacío también previene otro problema que es particularmente especial en el procesamiento de la poliamida. Cuando la humedad es eliminada de la resina y su nivel se acerca al 0%, el material se vuelve frágil y produce serios defectos en el producto terminado. Dado que los secadores de desecante remueven totalmente la humedad, la prolongación del ciclo de secado puede resultar en una poliamida sobre-secada. En el proceso de vacío no se presentan estos problemas ya que en el tambor de secado el vacío no es completo (existe una pequeña presión positiva), lo que permite que permanezca un mínimo de humedad en el material. Los niveles de humedad dentro y fuera de los gránulos logran equilibrarse eventualmente en un porcentaje muy pequeño, lo que reduce el riesgo de fragilización del material.

En resumen Rudi Vermeulen asegura: “Parece excesiva la utilización de lechos de secado y ciclos de regeneración para la obtención de materiales secos, cuando el material calentado puede ser simplemente colocado bajo la influencia de vacío para llegar al mismo resultado con ahorros en tiempo, espacio y costo.