Optimización del Proceso de Fabricación de Ánodos Verdes (página 2)

• Aumento de la producción

• Menores precios unitarios

El primer beneficio observado es el rápido aumento de la producción. La calidad puede incorporarse al producto. Para lograrlo con la máxima eficacia hay que emplear el mejor método. Cuando este mejor método ha sido estudiado y hallado a fin de alcanzar la mejor calidad posible del producto, se encontrará que dicho método es también el mejor para lograr la máxima producción. Además, como los descartes se reducen al mínimo y todos los productos satisfacen las normas de calidad, los planes de producción previstos se cumplen en su plenitud.

Otro beneficio del control de calidad estriba en los menores costos unitarios de fabricación. Estos costos menores son debido al empleo del mejor método posible y a la reducción de los descartes. Con mucha frecuencia, el control de calidad de una operación hace posible suprimir otra operación subsiguiente.

Cuando los descartes son muy numerosos, el costo de lo que solo es chatarra y del trabajo de reparación de las unidades aprovechables puede constituir un porcentaje apreciable en los costos de fabricación. Esto es particularmente cierto cuando los productos son de material caro y escaso en el mercado, o cuando el contenido de mano de obra en el producto es muy elevado. El costo de las piezas descartadas puede significar la diferencia entre perder dinero o ganarlo, cuando, debido a la competencia, dicho costo no puede cargarse a la clientela en aumento de precio.

Existen varias herramientas para el análisis de procesos, de las cuales, para efecto de esta investigación serán utilizadas dos (2) de ellas, el Diagrama de espina de pescado (causa-efecto) y el Diagrama de Pareto. A continuación se presenta un resumen que explica en que consiste cada una de ellas.

3.1 DIAGRAMA DE PARETO

Es un gráfico de barras que jerarquiza los problemas, condiciones o causas de estos por su importancia o impacto, siguiendo un orden descendente de izquierda a derecha. Este diagrama se utiliza, cuando se necesita determinar el orden de importancia de los problemas o condiciones a fin de seleccionar el punto de inicio para solución de estos o la identificación de la causa fundamental de un problema.

3.1.1 Aspectos que determinan el uso del Diagrama de Pareto

•  Al identificar un producto o servicio para el análisis para mejorar la calidad.

•  Cuando existe la necesidad de llamar la atención a los problema o causas de una forma sistemática.

•  Al identificar oportunidades para mejorar

•  Al analizar las diferentes agrupaciones de datos (ej: por producto, por segmento, del mercado, área geográfica, etc.)

•  Al buscar las causas principales de los problemas y establecer la prioridad de las soluciones

•  Al evaluar los resultados de los cambios efectuados a un proceso (antes y después)

•  Cuando los datos puedan clasificarse en categorías

•  Cuando el rango de cada categoría es importante

  El Diagrama de Pareto es una herramienta de análisis de datos ampliamente utilizada y es por lo tanto útil en la determinación de la causa principal durante un esfuerzo de resolución de problemas. Este permite ver cuáles son los problemas más grandes, permitiéndoles a los grupos establecer prioridades. En casos típicos, los pocos (pasos, servicios, ítems, problemas, causas) son responsables por la mayor parte el impacto negativo sobre la calidad. Si enfocamos nuestra atención en estos pocos vitales, podemos obtener la mayor ganancia potencial de nuestros esfuerzos por mejorar la calidad.

  Un equipo puede utilizar la Gráfica de Pareto para varios propósitos durante un proyecto para lograr mejoras:

• Para analizar las causas

• Para estudiar los resultados

• Para planear una mejora continua

• Las Gráficas de Pareto son especialmente valiosas como fotos de "antes y después" para demostrar qué progreso se ha logrado. Como tal, la Gráfica de Pareto es una herramienta sencilla pero poderosa.

3.1.2 Procedimiento para la elaboración de un Diagrama de Pareto

• a. Seleccionar categorías lógicas para el tópico de análisis identificado (incluir el periodo de tiempo).

• b. Reunir datos. La utilización de un Check List puede ser de mucha ayuda en este paso.

• c. Ordenar los datos de la mayor categoría a la menor

• d. Totalizar los datos para todas las categorías

• e. Calcular el porcentaje del total que cada categoría representa

• f. Trazar los ejes horizontales (x) y verticales (y primario – y secundario)

• g. Trazar la escala del eje vertical izquierdo para frecuencia (de 0 al total, según se calculó anteriormente)

• h. De izquierda a derecha trazar las barras para cada categoría en orden descendente. Si existe una categoría "otros", debe ser colocada al final, sin importar su valor. Es decir, que no debe tenerse en cuenta al momento de ordenar de mayor a menor la frecuencia de las categorías.

• i. Trazar la escala del eje vertical derecho para el porcentaje acumulativo, comenzando por el 0 y hasta el 100%

• j. Trazar el gráfico lineal para el porcentaje acumulado, comenzando en la parte superior de la barra de la primera categoría (la mas alta)

• k. Dar un título al gráfico, agregar las fechas de cuando los datos fueron reunidos y citar la fuente de los datos.

• l. Analizar la gráfica para determinar los "pocos vitales"

3.1.3 Consejos para la elaboración e interpretación de un Diagrama de Pareto

Como hemos visto, un Diagrama de Pareto es un gráfico de barras que enumera las categorías en orden descendente de izquierda a derecha, el cual puede ser utilizado por un equipo para analizar causas, estudiar resultados y planear una mejora continua. (Ver figura 11)

Dentro de las dificultades que se pueden presentar al tratar de interpretar el Diagrama de Pareto es que algunas veces los datos no indican una clara distinción entre las categorías. Esto puede verse en el gráfico cuando todas las barras son más o menos de la misma altura.

Otra dificultad es que se necesita más de la mitad de las categorías para sumar más del 60% del efecto de calidad, por lo que un buen análisis e interpretación depende en su gran mayoría de un buen análisis previo de las causas y posterior recogida de datos.

En cualquiera de los casos, parece que el principio de Pareto no aplica. Debido a que el mismo se ha demostrado como válido en literalmente miles de situaciones, es muy poco probable que se haya encontrado una excepción. Es mucho más probable que simplemente no se haya seleccionado un desglose apropiado de las categorías. Se deberá tratar de estratificar los datos de una manera diferente y repetir el Análisis de Pareto.

Esto lleva a la conclusión que para llevar a cabo un proceso de Resolución de Problemas /Toma de Decisiones (RP/TD) es necesario manejar cada una de las herramientas básicas de la calidad, tanto desde el punto de vista teórico como desde su aplicación.

La interpretación de un Diagrama de Pareto se puede definir completando las siguientes oraciones de ejemplo:

"Existen (número de categorías) contribuyentes relacionados con (efecto). Pero estos (número de pocos vitales) corresponden al (número) % del total (efecto). Se debe procurar estas (número) categorías pocos vitales, ya que representan la mayor ganancia potencial para nuestros esfuerzos."

Figura 11. Diagrama de Pareto

3.2 DIAGRAMA CAUSA- EFECTO

Cuando se ha identificado el problema a estudiar, es necesario buscar las causas que producen la situación anormal. Cualquier problema por complejo que sea, es producido por factores que pueden contribuir en una mayor o menor proporción. Estos factores pueden estar relacionados entre sí y con el efecto que se estudia. El Diagrama de Causa y Efecto es un instrumento eficaz para el análisis de las diferentes causas que ocasionan el problema. Su ventaja consiste en poder visualizar las diferentes cadenas Causa y Efecto, que pueden estar presentes en un problema, facilitando los estudios posteriores de evaluación del grado de aporte de cada una de estas causas.

Cuando se estudian problemas de fallos en equipos, estas pueden ser atribuidos a múltiples factores. Cada uno de ellos puede contribuir positiva o negativamente al resultado. Sin embargo, algún de estos factores pueden contribuir en mayor proporción, siendo necesario recoger la mayor cantidad de causas para comprobar el grado de aporte de cada uno e identificar los que afectan en mayor proporción. Para resolver esta clase de problemas, es necesario disponer de un mecanismo que permita observar la totalidad de relaciones causa-efecto.

Un Diagrama de Causa y Efecto facilita recoger las numerosas opiniones expresadas por el equipo sobre las posibles causas que generan el problema Se trata de una técnica que estimula la participación e incrementa el conocimiento de los participantes sobre el proceso que se estudia.

3.2.1 Construcción del Diagrama de Causa – Efecto

Esta técnica fue desarrollada por el Doctor Kaoru Ishikawa en 1953 cuando se encontraba trabajando con un grupo de ingenieros de la firma Kawasaki Steel Works. El resumen del trabajo lo presentó en un primer diagrama, al que le dio el nombre de Diagrama de Causa y Efecto. Su aplicación se incrementó y Ilegó a ser muy popular a través de la revista Gemba To QC (Control de Calidad para Supervisores) publicada por la Unión de Científicos e Ingenieros Japoneses (JUSE). Debido a su forma se le conoce como el diagrama de Espina de Pescado. El reconocido experto en calidad Dr. J.M. Juran publicó en su conocido Manual de Control de Calidad esta técnica, dándole el nombre de Diagrama de Ishikawa.

El Diagrama de Causa y Efecto es un gráfico con la siguiente información:

• El problema que se pretende diagnosticar

• Las causas que posiblemente producen la situación que se estudia.

• Un eje horizontal conocido como espina central o línea principal.

• El tema central que se estudia se ubica en uno de los extremos del eje horizontal. Este tema se sugiere encerrase con un rectángulo. Es frecuente que este rectángulo se dibuje en el extremo derecho de la espina central.

• Líneas o flechas inclinadas que llegan al eje principal. Estas representan los grupos de causas primarias en que se clasifican las posibles causas del problema en estudio.

• A las flechas inclinadas o de causas primarias llegan otras de menor tamaño que representan las causas que afectan a cada una de las causas primarias. Estas se conocen como causas secundarias.

• El Diagrama de Causa y Efecto debe llevar información complementaria que lo identifique. La información que se registra con mayor frecuencia es la siguiente: título, fecha de realización, área de la empresa, integrantes del equipo de estudio, etc.

3.2.2 Estructura de un Diagrama de Causa – Efecto

Buena parte del éxito en la solución de un problema está en la correcta elaboración del Diagrama de Causa y Efecto. Cuando un equipo trabaja en el diagnóstico de un problema y se encuentra en la fase de búsqueda de las causas, seguramente ya cuenta con un Diagrama de Pareto. Este diagrama ha sido construido por el equipo para identificar las diferentes características prioritarias que se van a considerar en el estudio de causa-efecto. Este es el punto de partida en la construcción del diagrama de Causa y Efecto.

Para una correcta construcción del Diagrama de Causa y Efecto se recomienda seguir un proceso ordenado, con la participación del mayor número de personas involucradas en el tema de estudio.

El Doctor Kaoru Ishikawa sugiere la siguiente clasificación para las causas primarias. Esta clasificación es la más ampliamente difundida y se emplea preferiblemente para analizar problemas de procesos y averías de equipos; pero pueden existir otras alternativas para clasificar las causas principales, dependiendo de las características del problema que se estudia. (Ver figura 12)

Causas debidas a la materia prima

Se tienen en cuenta las causas que generan el problema desde el punto de vista de las materias primas empleadas para la elaboración de un producto. Por ejemplo: causas debidas a la variación del contenido mineral, pH, tipo de materia prima, proveedor, empaque, transporte etc. Estos factores causales pueden hacer que se presente con mayor severidad una falla en un equipo.

Causas debidas a los equipos

En esta clase de causas se agrupan aquellas relacionadas con el proceso de transformación de las materias primas como las máquinas y herramientas empleadas, efecto de las acciones de mantenimiento, obsolescencia de los equipos, cantidad de herramientas, distribución física de estos, problemas de operación, eficiencia, etc.

Causas debidas al método

Se registran en esta espina las causas relacionadas con la forma de operar el equipo y el método de trabajo. Son numerosas las averías producidas por estrelladas de los equipos, deficiente operación y falta de respeto de los estándares de capacidades máximas.

Causas debidas al factor humano

En este grupo se incluyen los factores que pueden generar el problema desde el punto de vista del factor humano. Por ejemplo, falta de experiencia del personal, salario, grado de entrenamiento, creatividad, motivación, pericia, habilidad, estado de ánimo, etc.

Debido a que no en todos los problemas se pueden aplicar las anteriores clases, se sugiere buscar otras alternativas para identificar los grupos de causas principales. De la experiencia se ha visto frecuentemente la necesidad de adicionar las siguientes causas primarias:

Causas debidas al entorno.

Se incluyen en este grupo aquellas causas que pueden venir de factores externos como contaminación, temperatura del medio ambiente, altura de la ciudad, humedad, ambiente laboral, etc.

Causas debidas a las mediciones y metrología.

Frecuentemente en los procesos industriales los problemas de los sistemas de medición pueden ocasionar pérdidas importantes en la eficiencia de una planta. Es recomendable crear un nuevo grupo de causas primarias para poder recoger las causas relacionadas con este campo de la técnica. Por ejemplo: descalibraciones en equipos, fallas en instrumentos de medida, errores en lecturas, deficiencias en los sistemas de comunicación de los sensores, fallas en los circuitos amplificadores, etc.

El animador de la reunión es el encargado de registrar las ideas aportadas por los participantes. Es importante que el equipo defina la espina primaria en que se debe registrar la idea aportada. Si se presenta discusión, es necesario llegar a un acuerdo sobre donde registrar la idea. En situaciones en las que es difícil llegar a un acuerdo y para mejorar la comprensión del problema, se pueden registrar una misma idea en dos espinas principales. Sin embargo, se debe dejar esta posibilidad solamente para casos extremos.

Figura Nº 12. Diagrama Causa – Efecto

3.2.3 Interpretación del Diagrama de Causa – Efecto

En este paso se debe leer y obtener las conclusiones de la información recogida. Para una correcta utilización es necesario asignar el grado de importancia a cada factor y marcar los factores de particular importancia que tienen un gran efecto sobre el problema. Este paso es fundamental dentro de la metodología de la calidad, ya que se trata de un verdadero diagnóstico del problema o tema en estudio. Para identificar las causas más importantes se pueden emplear los siguientes métodos:

Diagnóstico con información cualitativa

Cuando se dispone en un Diagrama de Causa y Efecto numerosa información cualitativa, opiniones o frases, es el caso de causas relacionadas con la motivación del personal, falta de capacitación, sentido de pertenencia y otras causas difícilmente cuantificables, es necesario procesar esta información a través de técnicas especiales como el Diagrama de Afinidad y Diagrama de Relaciones. Esta clase de técnicas facilita el proceso información verbal y su priorización basándose en la búsqueda de relaciones Causa y Efecto. Se recomienda consultar estas técnicas en un manual especializado.

Diagnóstico cuantitativo

Cuando el Diagrama de Causa y Efecto contiene causas que son cuantificables y para las cuales podemos tener facilidad de recolección de datos, se recomienda realizar una evaluación del grado de contribución de cada una de las posibles causas al efecto. Esta clase de estudios se realiza empleando procedimientos estadísticos simples como el Diagrama de Dispersión y empleando el Papel Binomial como complemento.

Estas técnicas permiten evaluar en una forma fácil el grado en de contribución de cada causa al efecto. Con cada uno de los grados de contribución obtenidos a través del Papel Binomial y expresados en porcentaje (%), se podrá construir un Diagrama de Pareto e identificar la causa que más aporta al problema.

CAPÍTULO IV

• Marco metodológico

1. TIPO DE ESTUDIO

La investigación desarrollada estuvo enmarcada dentro del enfoque de una investigación por muestras con diseño no experimental de tipo descriptiva- evaluativa y de campo. Es descriptiva, de acuerdo al nivel de profundidad y amplitud de las variables, debido a que se describen e interpretan sus características principales, evaluándolas en una población o muestra definida. Se dice de campo, debido a la estrategia seleccionada para la recolección de los datos y realización de la investigación, la cual se basa en la observación directa de las diferentes actividades y fenómenos ocurridos en su ambiente natural (proceso productivo de carbones verdes), lo cual permite conocer a fondo el proceso en estudio.

2. POBLACIÓN Y MUESTRA

Para el desarrollo de la investigación se considera como población las distintas operaciones y etapas enmarcadas en el Proceso de Fabricación de Carbones Verdes, que se lleva a cabo en el área de Molienda y Compactación de Planta Carbón de la empresa C.V.G ALCASA, a las cuales se le realizó un seguimiento durante el turno de 7:00 a.m.- 3:00 p.m. para su posterior análisis.

En el presente estudio, también fueron cuantificados los tiempos a cada una de las etapas (8 etapas) del Proceso de Fabricación de Carbones Verdes, tomando una serie de observaciones (entre 15 y 20 por etapa) por tres meses consecutivos de forma aleatoria, recolectadas en formatos diseñados para cada una de las etapas del proceso, estableciéndose previamente un nivel de confianza (N.C.) del 95% y un margen de error del 5%, para obtener posteriormente la media (X) y las desviaciones estándar (S) correspondientes, utilizando las fórmulas que se presentan a continuación.

a. Media Muestral

El tamaño de la muestra, se definió sometiendo a la muestra representativa al criterio de decisión que contribuye a la confiabilidad de la muestra seleccionada. Esto es, calculando el intervalo de la muestra (Im) y el intervalo de confianza (I) y luego comparándolos de la siguiente manera:

Es importante destacar, que los tiempos de duración de las actividades cronometradas cumplieron con el criterio de decisión para verificar la confiabilidad de la muestra, por lo que no se hizo necesario el cálculo de observaciones adicionales.

En cuanto al estudio de pérdida de materia prima, se realizó un análisis cualitativo al respecto, realizando una serie de inspecciones a los distintos equipos y sistemas de transporte con que cuenta la planta y de esta forma se presenta un diagnóstico sobre el estado físico y los distintos casos de fuga de material para finalmente presentar alternativas que mejoren tal situación.

Con respecto al análisis de la cantidad de carbones rechazados durante el estudio, se tomaron en consideración los rechazos ocurridos en el turno de estudio (7:00 a.m.- 3:00 p.m.), de los meses Abril, Mayo, Junio y Julio realizando el análisis por cantidad y tipos de defectos.

Para complementar el estudio, se realiza un análisis de demoras observadas durante el proceso, cuantificando el tiempo y la frecuencia de ocurrencia de cada una, para luego representar los valores gráficamente con la finalidad de proponer mejoras que disminuyan el número de factores que afecten el buen desarrollo de las actividades del Proceso de Fabricación de ánodos.

3. INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS

Para conocer el desarrollo de los trabajos de mantenimiento y los factores que influyen en su desenvolvimiento, se utilizaron los siguientes recursos:

• h. Técnicas de observación directa y toma de notas en el área de trabajo.

• i. Entrevistas no estructuradas.

• j. Cronómetro

Observación directa

La observación directa es una de las técnicas de recolección de datos más importante, debido que permite obtener la información tal cual es, sin que se pueda presentar alguna distorsión; a través de ella se logra obtener el mayor número de detalles involucrados en el fenómeno, ahora bien en función del problema en la investigación que se lleva a cabo, la observación directa permite captar de una manera objetiva donde y cuando el proceso se ve afectado por algún atraso o demora, es decir, con la observación directa el proceso se estudia paso a paso, cuyo estudio arroja un resultado, el cual mostrará un sistema comparativo entre el deber ser y el ser del proceso desarrollado en el área de Molienda y Compactación de Planta Carbón de C.V.G ALCASA.

Entrevistas no estructuradas

La entrevista no estructurada, tiene como objetivo conocer todo lo que se ve a simple vista y viene siendo un producto de la observación directa, permitiendo formular interrogantes, las cuales surgen de forma inmediata y espontánea al momento en que se efectúa la observación; ofreciendo de ésta manera una aclaratoria confiable a dichas interrogantes, de manera que la distorsión que se pueda presentar por parte del informante se disminuya en un gran porcentaje, puesto que lo espontáneo de las interrogantes, obvia el sentido de evaluación que pueda percibir el informante en el momento en que se le aplica la técnica. De manera que, la entrevista no estructurada es una herramienta necesaria y confiable para aclarar si las fallas, alteraciones o cualquier fenómeno observado durante el estudio, son o no propias del proceso.

El cronómetro

En la investigación que se lleva a cabo, el uso del cronómetro es determinante, ya que por medio de éste aparato se realizó las mediciones de todas las etapas del proceso de fabricación de carbones, para el presente estudio se utilizó un cronómetro digital, marca casio, el cual tiene capacidad de medir hora, minutos, segundos, microsegundo, ofreciendo la mayor exactitud posible.

Por otra parte, para dar inicio al desarrollo del informe se necesitaron algunos conocimientos previos, los cuales se obtuvieron de la revisión de investigaciones anteriores vinculadas con el tema a investigar, textos de diseños de investigación, bibliografía variada, etc.

4. PROCEDIMIENTO UTILIZADO PARA PROCESAR LOS DATOS RECOLECTADOS

El procedimiento que se utilizará para la realización de esta investigación se presenta a continuación:

• Conocer el proceso de fabricación de carbones verdes.

• Definir y formular el problema objeto de la investigación.

• Recolectar los datos e información, mediante:

• Revisión de material bibliográfico, reportes, manuales, etc.

• Visitas e inspecciones al área de molienda y compactación.

• Entrevistas no estructuradas, realizadas al personal y operadores de equipos que labora en esa área.

• Observación directa.

• 4. Determinar el flujo de recorrido de la materia prima.

• 5. Cuantificar los tiempos de las distintas etapas del proceso.

• 6. Determinar las desviaciones del proceso.

• 7. Determinar cuantificar las demoras en el proceso, así como las causas que las originan.

• 8. Analizar los resultados obtenidos.

• 9. Elaborar el informe final de la investigación realizada.

CAPÍTULO V

• Análisis y resultados

• DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DONDE SE REALIZA EL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN. PLANTA CARBÓN C.V.G ALCASA.

La Planta de Carbón es la responsable de suministrar los ánodos y la pasta catódica a las áreas de Envarillado y Reacondicionamiento de Celdas, respectivamente, para ser utilizados en las celdas de las Líneas de Reducción.

Los ánodos son los electrodos positivos en el proceso electrolítico, se componen de coque de petróleo calcinado, brea de alquitrán, desechos verdes y cabos, que se mezclan y se compactan en una máquina vibratoria a 145 Cº, este proceso se lleva a cabo en el área de Trituración y Compactación. La etapa siguiente comprende el proceso de horneado continuo aproximadamente de 21 a 25 días, en dependencia de los ciclos de cocción, en las áreas de Hornos I y Hornos II. Finalmente los ánodos son llevados a la sección de envarillado y de allí a las celdas eléctrolíticas.

La Planta de carbón de C.V.G ALCASA utiliza tecnología tipo batch con 10 mezcladoras (de las cuales, actualmente sólo se encuentran funcionando 9 de ellas). La planta posee una vibrocompactadora para transformar la pasta anódica en bloques de ánodos y un sistema de enfriamiento para disminuir la temperatura de los ánodos después de ser vibrocompactados a 145 Cº hasta una temperatura de 100 Cº, en esta parte del proceso se obtienen ánodos verdes 1400 mm.

Posteriormente, los ánodos se someten a un proceso de cocción, con el propósito de mejorar las propiedades físicas y mecánicas del ánodo, para lo cual existen dos tipos de hornos en la empresa, un horno tipo abierto (Hornos I) de 56 secciones y otro tipo cerrado (Hornos II) con 48 secciones.

• PROCESO DE FABRICACIÓN DE ÁNODOS VERDES

MATERIAS PRIMAS

En la fabricación de bloque anódico (carbón verde), uno de los factores importantes para la producción de un buen ánodo, es la calidad de las materias primas (ver Anexo 1), por lo cual a continuación se presentan las características generales de las materias que intervienen en su elaboración.

Coque de Petróleo Calcinado

Se obtiene como producto de la calcinación del residuo resultante de la destilación del petróleo calcinado esta constituido principalmente por el elemento carbono y pequeñas cantidades de los elementos silicio, hierro, manganeso, azufre, titanio, vanadio y níquel. Todos estos elementos provienen del petróleo utilizado y su contenido depende entonces de la calidad del petróleo.

El coque verde es calcinado en Hornos Rotatorios a altas temperaturas, 1200 a 1350°C, con el propósito de eliminar las materias volátiles e incrementar la densidad de la estructura del coque, y la conductividad térmica del material. El resultado es una masa de carbón dura de bajo contenido de hidrogeno y una buena conductividad eléctrica que unido al bajo contenido de ceniza y elementos metálicos hacen que el coque de petróleo calcinado sea el mejor material disponible, por ahora, para la fabricación de ánodos de carbón para la industria del aluminio.

Brea de Alquitrán

Se obtiene de la destilación de los componentes volátiles que se desprenden por tratamiento del mineral, son recogidos en diferentes fracciones de las cuales la denominada brea de alquitrán contiene dos fases principales, la sólida a temperatura ambiente es la apropiada para la fabricación de ánodos, denominadas brea de alquitrán de alto punto de ablandamiento y la liquida a temperatura ambiente denominada brea de alquitrán de bajo punto de ablandamiento.

Cabos

Son los ánodos cocidos rechazados en Hornos de Cocción y residuos de los ánodos retirados en las líneas de reducción. Estos deben estar limpios de residuos de baños electrolitos y hierro metálicos.

Desechos Verdes

Ánodos verdes rechazados en el proceso de fabricación por mala compactación, exceso de alquitrán, segregación de orificios y otros defectos.

ETAPAS DEL PROCESO DE FABRICACION DE ANODOS VERDES

La Planta de Carbón de la empresa C.V.G ALCASA cuenta con seis sistemas operativos para la fabricación de ánodos verdes, los cuales son:

• a. Sistema de clasificación y almacenamiento de alquitrán.

• b. Sistema de trituración y clasificación de coque.

• c. Sistema de trituración, clasificación y almacenamiento de cabos.

• d. Sistema de molienda y clasificación de desechos verdes.

• e. Sistema de dosificación y mezclado.

• f. Sistema de conformación del bloque anódico.

A continuación se presenta una descripción detallada de cada uno de los sistemas nombrados anteriormente

A. Sistema de Clasificación y Almacenamiento de Alquitrán

En este sistema de la planta el alquitrán suministrado por el proveedor NALON, ALLEID o VFT es tamizado a través de una cernidora de rejillas de malla ¾ de pulgada (S-22).

El material sobremedida que resulta del tamizado es apilado para ser procesado por el sistema de desechos verdes y el que pasa a través de la malla es transportado al silo (S-16) por medio de la correa transportadora (M3-20), el elevador (M1-1) y el tornillo (M2-16).

Al final del elevador (M1-1) esta colocado un separador magnético (SM-5) cuyo objetivo es extraer las partículas metálicas que pueda contener el alquitrán. (Ver Figura 13)

Figura 13. Clasificación y almacenamiento del alquitrán

B. Sistema de Trituración y Clasificación de Coque

En esta etapa se disminuye el tamaño de grano del coque mediante un molino de martillo (T-5), y se clasifica el producto obtenido en diferentes granulometrías. El material clasificado cuya granulometría se encuentra en un rango de 84 a 89 % entre las mallas –4 y +20 se denomina fracción mediana, y aquel que pasa la malla 200 en un rango de 56 a 61 %, fracción fina.

El coque que proviene del muelle es depositado en las tolvas (S-23) y (S-24), este material cae en la correa (M3-16) después de pasar a través de los tornillos (AV-1) y (AV-2), posteriormente es llevado mediante el elevador de cangilones (M1-13) al silo (S-8), de donde es extraído por un alimentador vibratorio (AV-3), y depositado en el tornillo (M2-45), que lo transporta hasta la correa (M3-17) para ser colocado en una fosa. El material de la fosa es conducido a través de una cinta transportadora (M4-5) al molino de martillo (T-5), donde una vez que es molido es descargado en el elevador (M1-3), para su traslado a las cernidoras (CV-1) y (CV-2). (Ver Figura 14)

Figura 2.8 Trituración y clasificación de coque IF

Figura 14. Sistema de trituración y clasificación de coque

La fracción sobremedida de estas cernidoras es devuelta al molino de martillo (T-5) a través del tornillo (M2-2). Durante el recorrido del material por la cinta transportadora (M4-5) se extrae una muestra del material, y el inspector de control de calidad de manera visual, determina si el tamaño de grano es el requerido o si necesita ser molido. Mediante una válvula (VD-6) ubicada al final esta cinta se desvía el material hacia el elevador (M1-3) cuando no se requiere de la molienda. (Ver Figura 14.1)

Figura 14.1 Trituración y clasificación de coque II

La fracción mediana se deposita en el tornillo (M2-17) y luego en el tornillo (M2-3) o (M2-46) los cuales lo trasladan a los silos de mediano (S-2) o (S-3) respectivamente. Cuando se presenta escasez de fracción fina o demasiada fracción mediana, el material enviado al tornillo (M2-3) es desviado al silo de mediano (S-4) para ser utilizado en el proceso de obtención de polvo. El material depositado en los silos (S-2) y (S-3) se transporta a través de los tornillos (M2-8) y (M2-47) respectivamente hasta el elevador (M1-7), y posteriormente al tornillo (M2-13), el cual lo conducirá al silo de mediano de la balanza (S-13).

La fracción fina es enviada al silo (S-5), para ser descargada al molino de bolas (T-6), o desviada por los tornillos (M2-37) y (M2-38) a los silos (S-6) y (S-7) donde se almacena y utiliza en el caso de escasez de fino. Esta fracción que proviene del silo (S-5) o del silo de mediano (S-4) se alimenta al molino mediante un alimentador rotativo (AR-1). La descarga del material molido se deposita en el tornillo (M2-7) y este a su vez sobre el elevador (M1-4) para ser transportado al silo de polvo (S-1). (Ver Figura 15)

Figura 15. Molienda de fracción fina de coque

Paralelamente la fracción ultrafina proveniente de los colectores de polvo de la sección de finos se deposita en el tornillo (M2-24) el cual traslada dicho material a la tolva (S-26) y luego al tornillo (M2-7) donde se combina con el fino proveniente del molino. La mezcla de ambas fracciones es transportada a través del elevador de cangilones (M1-4) al silo de polvo (S-1). Posteriormente el material es transportado por el tornillo (M2-10) al elevador (M1-5) y este a su vez lo lleva al tornillo (M2-11) el cual entrega el material al silo de polvo de la balanza (S-12).

C. Sistema de trituración, clasificación y almacenamiento de cabos.

En esta etapa se efectúa la trituración de los cabos o residuos anódicos que ya han cumplido su tiempo de vida útil en las celdas. A través de la trituradora de mandíbulas (T-1) y de cono (T-2) se disminuye el tamaño de partículas de los mismos a rangos menores de 1 y de ¾ pulgada respectivamente.

Figura 16. Trituración, clasificación y almacenamiento de los cabos

El cabo llega a la trituradora de mandíbulas por medio de la cinta transportadora (M4-6) (Ver Anexo 1.b). Luego de ser triturado se transporta a la tolva (S-11) mediante la cinta transportadora (M3-12), y el elevador (M1-10). El material depositado en la tolva S-11 se traslada mediante la cinta transportadora (M3-18) hasta la trituradora de cono (T-2), descargándose luego en el tornillo (M2-30), que lo lleva a la cernidora (CV-3) por medio del elevador (M1-11).

La fracción sobremedida de la cernidora es devuelta a la trituradora de cono (T-2), por medio del tornillo (M2-31). La fracción gruesa cuya granulometría debe encontrarse en un rango de 88 a 94 % entre las mallas –3/4 y +4, es transportada al silo de cabos gruesos (S-10) a través del tornillo (M2-32) y luego llevada al silo de cabos gruesos de la balanza (S-14) por medio de los tornillos (M2-33) y (M2-35), el elevador (M1-8) y el tornillo (M2-15). (Ver Figura 16)

La fracción de granulometría menor a la malla 4, es llevada al silo (S-9) donde se descarga a través de los tornillos (M2-51) y (M2-52) a un camión. Dicho material por no usarse en el proceso es vendido a empresas foráneas.

D. Sistema de Molienda y Clasificación de Desechos Verdes

Esta parte del proceso consiste en la molienda de los desechos de mezcla verde y del material contenido en el tanque de almacenamiento de desechos verdes (S-19), empleando el molino de doble rodillo (T-4). El tamaño de partícula obtenido es menor a 19 mm. (Ver Figura 17)

Figura 17. Clasificación y almacenamiento de desechos verdes

E. Sistema de Dosificación y Mezclado

Los materiales mediano, cabos gruesos, desechos y alquitrán son dosificados mediante un microprocesador que contiene en su memoria las recetas de proceso. Cada uno de los materiales, es extraído independientemente de los silos de la balanza S-13, S-14, S-15 y S-16 en proporciones prefijadas pasando por los vibradores AV-4, AV-5, AV-6 y AV-7 respectivamente y depositados en la balanza (S-17). A diferencia de estos materiales el polvo es extraído del silo (S-12) por gravedad y transportado a la balanza (S-17) por el tornillo (M2-43). La proporción de las cantidades adicionadas a la balanza de dichos materiales la dicta la receta utilizada, que estará relacionada con la calidad de los insumos y la disponibilidad de los mismos. (Ver Figura 18)

Figura 18. Pesaje, distribución, mezclado y formación de los ánodos en verde

La cantidad total de material dispuesto para la balanza (S-17) dependerá de la capacidad de la mezcladora a la cual será transportado el mismo.

Existen 10 mezcladoras de las cuales 5 son de marca PATTERSON y 5 de marca KHD, la capacidad de las mismas son de 3100 Kg y 2200 Kg respectivamente. Ambos tipos de mezcladoras poseen un sistema de calentamiento por transferencia de calor con el aceite Terminol 66 y presentan diferencias entre sí en cuanto al recorrido del aceite por el interior de las paredes de las mezcladoras, lo que ocasiona que las mezcladoras PATTERSON alcancen la temperatura óptima de mezclado en menor tiempo que las mezcladoras KHD.

La distribución del material se realiza una vez que este a sido pesado en la balanza (S-17), mediante la abertura de una válvula (VM-1) la cual permite el deposito del mismo en la tolva (S-18). En forma manual el operador de cuarto de control selecciona la mezcladora a ser llenada mediante un selector de 10 pasos ubicado en el panel de control. Posteriormente el material es vaciado en la mezcladora escogida a través del distribuidor de salidas (DR-1).

El transporte de material desde el distribuidor a la mezcladora 5 y 6 se realiza a través de los tornillos (M2-49) y (M2-50), respectivamente. El vaciado del material sobre los tornillos es regulado por un temporizador de 15 segundos con el propósito de evitar una sobrecarga de material en los tornillos.

El tiempo de mezclado no debe ser menor de 40 minutos y la temperatura de la mezcla debe oscilar alrededor de los 160 ºC. La abertura de la compuerta de las mezcladoras KHD y PATTERSON se realiza manualmente desde el cuarto de control.

F. Sistema de Conformación del Bloque Anódico

La mezcla es transportada desde las mezcladoras hacia la vibrocompactadora KHD (F2) a través de las correas (M3-5), (M3-8) y (M3-9), y la cinta transportadora (M4-7) (Ver Anexo 3). Esta cinta presenta dos velocidades de operación controladas automáticamente por la balanza de la vibrocompactadora (F2). El material es descargado sobre el molde, el cual se desplaza automáticamente y se coloca en la posición de vibrado, baja la mesa de vibrado y baja la tapa del molde, la cual es rociada con aceite. La duración del vibrado es de 56 a 57 segundos aproximadamente, al culminar este tiempo se separan las grapas, se levanta la tapa compactadora y seguidamente el molde, dejando el carbón al descubierto (Ver Anexo 4), posteriormente se levanta la mesa de vibrado y sale un empujador que desplaza al carbón a una mesa móvil (Ver Anexo 5) donde es transportado por vía aérea (Ver Anexo 6), hacia la piscina de enfriamiento donde el carbón pasará aproximadamente de 55 a 60 minutos sumergido.

Luego del proceso de enfriamiento, los carbones son extraídos y posteriormente almacenados por medio de grúa y montacargas.

• ANÁLISIS CUALITATIVO DE LA MATERIA PRIMA QUE SE PIERDE POR MAL MANEJO Y POR RECHAZO DURANTE EL PROCESO DE FABRICACIÓN DE ÁNODOS VERDES

En el proceso de fabricación de ánodos verdes, son utilizados cuatro (4) tipos de materiales como materia prima, tal como se explica al principio de este capítulo. Estos materiales son; Coque, Alquitrán, Cabo y Desechos Verdes, de los cuales, los dos últimos son generados en planta, uno del proceso de celdas y el otro del mismo proceso de fabricación de ánodos.

Para realizar un análisis cualitativo de la materia prima que se puede estar perdiendo antes, durante y después del proceso en estudio, es necesario determinar las áreas donde se esté presentando tal situación. Por tal razón, durante el presente estudio, se realizaron una serie de inspecciones a los distintos almacenes de materia prima y sistemas de manejo de materiales, para constatar si existía o no algún foco de pérdida de materiales y poder precisar cuales son las causas que la generan y en función de esto dar respuestas y posibles soluciones.

• 3.1 ÁREAS DONDE SE PRESENTA PÉRDIDA DE MATERIA PRIMA

Por medio de inspecciones realizadas a las distintas áreas de almacenamiento y sistemas de manejo de materiales con los cuales cuenta la Planta de Molienda y Compactación, se pudo constatar que existen fugas grandes y moderadas de materia prima a través de las estructuras de algunos equipos, tales como correas, elevadores, tornillos sin fin, tolvas, bajantes y otros.

Los resultados obtenidos, son expuestos a continuación en tablas 2- 3- 4- 5- 6, donde se especifica el área, los equipos que presentan las fugas de material por cada sistema de manejo de materiales y las observaciones al respecto.

• Sistema de Trituración y Clasificación de Coque

Tabla Nº 2

Áreas y equipos que presentan fugas de material, en el Sistema de clasificación y trituración de coque.

• Sistema de Clasificación y Almacenamiento de Alquitrán

Tabla Nº 3

Áreas y equipos que presentan fugas de material, en el Sistema de clasificación y almacenamiento de alquitrán

• Sistema de Trituración y Almacenamiento de Cabos

Tabla Nº 4

Áreas y equipos que presentan fugas de material, en el Sistema de trituración, clasificación y almacenamiento de cabos

• Sistema de Molienda y Clasificación de Desechos Verdes

Tabla Nº 5

Áreas y equipos que presentan fugas de material, en el Sistema de molienda y clasificación de desechos verdes

• Sistema de Dosificación y Mezclado

Tabla Nº 6

Áreas y equipos que presentan fugas de material, en el Sistema de dosificación y mezclado

Es importante mencionar que la mayor parte del material que se fuga durante el proceso, tales como: Coque en sus distintas granulometrías, Alquitrán y Desechos Verdes son recuperados y nuevamente devueltos a cada uno de sus sistemas, garantizando de esta manera el mayor aprovechamiento de la materia prima que entra al proceso de Fabricación de Ánodos.

Por otra parte se puede afirmar, que existen dos casos donde realmente se puede hablar de pérdida de materia prima.

• El primero se refiere al Fino de Cabo que se obtiene del proceso de selección de la granulometría del cabo, que se lleva a cabo en la Cernidora CV5 luego del proceso de trituración y molienda. Este, es un polvo que por su alto contenido de sodio, se hace necesario desecharlo totalmente, ya que afecta negativamente la calidad del producto terminado.

Por turno, la cantidad estimada de fino de cabo que se produce, es de cinco (5) a seis (6) sacas, cada saca llena tiene un peso aproximado de 1 tonelada, es decir, que se desechan aproximadamente seis (6) toneladas de este material por turno.

• El segundo caso, es la cantidad de mezcla que se adhiere a las paredes de cada una de las mezcladoras, la cual no se puede utilizar como desecho verde, por que luego de estar sometida por largo tiempo a altas temperaturas durante el mezclado, pierde características físicas y químicas necesarias para garantizar la calidad del producto. Por lo tanto, esta mezcla es desechada completamente cada vez que se realiza la parada general de mantenimiento de Planta Carbón (cada 3 ó 4 semanas).

• PRINCIPALES CAUSAS QUE OCASIONAN LAS DISTINTAS FUGAS DE MATERIA PRIMA EN LOS DIFERENTES SISTEMAS DE MANEJO DE MATERIALES DEL PROCESO

Dentro del proceso de fabricación de ánodos verdes, la causa principal por el cual se presentan todos los casos de fugas y descarte de materia prima, es el tipo de material que se maneja en el mismo. Tanto el Coque como el Cabo, son materiales altamente abrasivos, lo cual ocasiona el desgaste constante de las estructuras y piezas de los diferentes equipos, así como también de los bajantes y conductos que trasladan material de un lugar a otro y de un equipo a otro.

También existen otras causas que afectan el manejo adecuado de la materia prima, las cuales se mencionan a continuación:

• a. Utilizar los equipos por encima de su capacidad, tal es el caso del elevador M1-13 (Sistema de Coque), que por daños en los cangilones y en la correa motriz se producen trancas en el equipo, por tal razón, existe la necesidad de desviar el material por la tolva de transferencia de la correa M3-16 a la M3-17, ocasionando derrames de material, debido a que el flujo del mismo supera su capacidad. (Ver Anexo 7)

• b. Variaciones en el diseño original del sistema de manejo de materiales, tales como:

• Anteriormente las tolvas S-23 y S-24 (Sistema de coque), contaban con un alimentador vibratorio, el cual permitía la descarga moderada del coque a la correa M3-16 sin ocasionar derrames por los laterales. Actualmente, debido a que el alimentador vibratorio cumplió con su vida útil, se adaptaron dos (2) tornillos sin fin, uno para cada tolva, los cuales bajan el material al mismo tiempo, sobrecargando la correa y ocasionando fuga de material constante en la descarga.

• El sistema de descarga del Molino Doble Rodillo (Sistema de Desechos Verdes), era de tipo zigzag, el cual tenía la función de regular el flujo de descarga del material al tornillo M2-1. Actualmente, este equipo no funciona con ese sistema, por lo que ahora la descarga del material al tornillo es directa, ocasionando fugas de material debido al impacto que se genera en la salida del mismo.

• c. Ausencia de protectores laterales en las descargas de las correas, que impida el derrame de material.

• d. Ausencia de compuertas o válvulas que regulen el flujo de salida del material en la descarga de los silos, lo cual genera derrames y sobrecarga en los equipos donde es depositado.

• e. El espacio de descarga del coque en el almacén, no esta delimitado, tal situación permite que los camiones descarguen e cualquier espacio fuera del mismo, sin tomar en cuenta la presencia de alcantarillas por donde se pierde parte del material.

• PROPUESTAS DE MEJORAS PARA EL SISTEMA DE MANEJO DE MATERIALES

A continuación se mencionan una serie de alternativas viables, cuya implementación ayudaría a disminuir la fuga de material en el manejo, durante los procesos de trituración, molienda y clasificación que se llevan a cabo en el Proceso de Fabricación de Ánodos Verdes.

• 10. Elaborar un plan de inspección para cada uno de los sistemas de manejo de materiales, que garantice el funcionamiento adecuado de los mismos y se eviten paradas imprevistas por intervenciones de tipo correctivas a estructuras y equipos.

• 11. Realizar reparaciones mayores al Elevador M1-13 (cambio de cangilones y correa motriz), ya que actualmente se encuentran en un estado avanzado de deterioro.

• 12. Considerar nuevamente, la instalación del sistema de descarga tipo "zigzag" en el Molino Doble Rodillo.

• 13. Considerar, la instalación de un Alimentador Vibratorio en las tolvas S-23 y S-24 del Sistema de Coque. Son instalados comúnmente debajo de silos, depósitos o tolvas, dirigiendo la masa de materiales a granel sobre correas, roscas transportadoras, etc. Estos equipos cumplen la función de dosificadores y además reemplazan las roscas helicoidales con simplicidad y menor desgaste, por no tener piezas giratorias en contacto con el material. (Ver anexo 14)

• 14. Considerar, la instalación de Camas de Impacto en la correa M3-9, específicamente en las áreas donde descargan las mezclas las correas M3-8 y M3-5. Este sistema, es un nuevo concepto para el soporte de correas transportadoras en áreas de transición, convirtiéndose en una solución para el impacto y desgaste a los cuales están sometidas. (Ver anexo 15)

• 15. Colocar Guarderas Laterales (protectores laterales) resistentes al desgaste, en las zonas de carga y descarga de las correas transportadoras. La goma para Guarderas laterales evita daños en la cubierta y bordes de la correa, aumentando así su vida útil. El material transportado, se mantiene dentro de las ranuras, y de esta forma se evita el derrame del mismo. (Ver anexos 16)

• 16. Los bajantes, conductos y protectores laterales que se instalen en planta, deben estar elaborados de materiales resistentes al desgaste y a impactos, tales como: Acero al carbono (resistentes al desgaste por impacto) y Hierros Blancos al Cromo-Níquel (con elevada aleación de cromo), los cuales tienen una gran importancia industrial, ya que han sido utilizados por más de 50 años con resultados eficientes y a bajo costo, en procesos donde existe molienda y trituración de materiales abrasivos.

• 17. Desincorporar conductos con avanzado estado de desgaste en su estructura e instalar nuevos, tal es el caso del tubo que transporta la sobremedida del Cabo de la Cernidora CV3 a la Trituradora de Cono, el cual presenta numerosa intervenciones en su estructura (láminas soldadas).

• 18. Instalar Compuertas o Válvulas tipo cortina en la descarga de los silos, que regulen el flujo de la salida del material, evitando sobrecarga e impactos de descarga que deterioren constantemente la estructura y condiciones físicas de los equipos. Estas válvulas pueden ser operadas con activadores manuales (cremayeras) y neumáticos, además son de fácil instalación. (Ver anexos 17– 18)

• CUANTIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LOS CARBONES RECHAZADOS

En el presente estudio, por medio de las observaciones realizadas a las distintas etapas del proceso de Fabricación de Ánodos, se pudo constatar la existencia de factores que producen desviaciones en las características físicas del producto terminado, ocasionando una serie de defectos por atributos que obligan a descartar el ánodo que al final del proceso presente dichos defectos, debido a que su presencia en ellos causaría efectos negativos durante el proceso de electrólisis llevado a cabo en las celdas. (Ver Anexo 19)

Durante el tiempo de estudio en los meses de Abril, Mayo, Junio y Julio, se tomaron como muestra los descartes realizados en el turno de 7:00 a.m.-3:00 p.m. de lunes a viernes (Ver sección de Apéndices), encontrándose de esta manera un total de cinco (5) tipos de defectos (Porosos, Laminados, Rotos, Altos y Alquitranados) en todo el universo de la muestra estudiada. Los datos obtenidos en cuanto a la cantidad y porcentajes de rechazos, se muestran en la tabla nº 7 y son representados gráficamente por los gráficos 1 y 2, para su respectivo análisis.

Tabla Nº 7

Total Defectos por Atributos presentes en los ánodos por los cuales son descartados

Gráfico 1. Total de Ánodos descartados

Gráfico 2. Porcentaje de Ánodos rechazados durante el estudio, por tipo de defecto

Los resultados que se presentan en los gráficos 1 y 2, evidencian que del total de ánodos rechazados el 48% presenta defecto por alta porosidad (porosos) en la superficie del ánodo, seguido por un 22% de ánodos con superficie laminada (laminados), e igualmente para ánodos rotos. Finalmente el menor porcentaje de descarte se obtuvo en ánodos con alto contenido de alquitrán (alquitranados) en la mezcla y otros que sobrepasan la altura establecida (altos), representando un 5 y 3% respectivamente.

Es importante mencionar, que actualmente sólo existe un parámetro guía por el cual los operadores descartan los ánodos con defectos. Este tiene que ver con las características físicas superficiales de los ánodos, por lo que el porcentaje de descarte varía según la carga de subjetividad y experiencia del operador de turno al momento de realizar la inspección de los mismos.

5.1 CAUSAS QUE PRODUCEN LOS DEFECTOS EN LOS ÁNODOS

La aparición de los distintos tipos de defectos, obedece a una serie de factores presentes en el proceso de fabricación de ánodos, tales como, la materia prima, equipos, manejo de materiales, mano de obra, etapas del proceso, etc.

Luego de realizar un seguimiento al proceso, entrevistas a técnicos de control de calidad, ingenieros de proceso y supervisores de área, se logró sintetizar las posibles causas que puedan estar originando la aparición de los distintos defectos en los ánodos, las cuales se presentan a continuación.

Ánodos Porosos: Este tipo de defecto ocurre, cuando la granulometría del cabo se encuentra por encima del rango (88 -94), creando espacios vacíos en la mezcla, si la temperatura de mezcla es mayor de 160 ºC, al ser vibrado crea un carbón poroso y de baja densidad, así como también producto de alguna fuga a nivel de conductos u otros equipos del sistema de alguna otra materia prima del agregado seco de la receta, no pudiendo obtener de esta manera una mezcla homogénea. (Ver Anexo 20)

Ánodos Laminados: Este tipo de defecto ocurre, específicamente por dos razones, una por contar con dos tipos de tecnologías de mezclado (KHD y Patterson), una menos eficiente que la otra para alcanzar los 160 ºC de temperatura, trayendo como consecuencia descargas de mezclas de forma intermitente y otra producto de las demoras en el proceso a causa de las diferentes fallas que presenten los equipos del sistema. Estas variaciones de temperaturas, traen como consecuencia un ánodo con dos tipos mezclas de temperaturas distintas, esta diferencia de temperatura no permite que en el momento de vibrado estas mezclas se compacten de forma homogénea, creando un ánodo con dos capas. (Ver Anexo 21)

Ánodos Alquitranados: Un ánodo con alto contenido de alquitrán es producido, por deficiencia de material fino en la receta, a causa de fugas de material por los equipos y por un mal manejo de la receta por parte del operador del cuarto de control de la planta (se limitan a bajar y subir los niveles de alquitrán en la mezcla, sin variar los otros componentes de la misma). También se debe a la descarga de la mezcla sin haber alcanzado la temperatura adecuada (160 ºC), esto debido a la desviación de temperatura que presentan los medidores en el panel (indican temperaturas erradas), los cuales deben ser calibrados constantemente.

Ánodos Rotos: Existen dos razones principales, por las cuales se producen ánodos rotos. Una a causa del tiempo en piscina y de la temperatura del agua, cuando la bomba de recirculación del agua se daña, el sistema de enfriamiento no funciona eficientemente, manteniendo el agua con temperaturas altas lo cual no permite que el ánodo reduzca su temperatura de 145 ºC a 90 ºC en su etapa de enfriamiento necesaria para que el ánodo se haga más sólido. Otra, a causa de los golpes y forma de apilamiento, producto del mal manejo realizado por parte de los operadores de montacargas y grúas. (Ver anexo 22)

Ánodos Altos: (altura mayor de 57 cm) Este defecto se presenta cuando las temperaturas de mezclado superan los 160 ºC, produciendo una mezcla seca y poco maleable al momento de vibrocompactarla. También el exceso de kilogramos de mezcla en la tolva de la prensa produce ánodos con mayor altura, esto, a causa de problemas de calibración en la balanza de la vibrocompactadora.

También existen otros factores que influyen en las condiciones físicas adecuadas para que el ánodo no sea descartado. Estos factores se presentan en el proceso de vibrado, desde el momento en que se distribuye la mezcla en el molde de la vibrocompactadora, hasta el proceso de vibrocompactado, los cuales se explican a continuación:

La forma en que cae la mezcla de la balanza al molde de la vibrocompactadora no es la más idónea, ya que la distribución de la mezcla en el molde no es uniforme, lo cual ocasiona que en el mismo carbón se encuentren resultados distintos en los estudios físicos (Densidad y Granulometría principalmente) a los cuales son sometidos en laboratorio.

El Proceso de vibrado, no se está realizando de forma adecuada, esto se evidencia en la apariencia física del carbón ya vibrado, ya que por un lado del mismo la mezcla se nota bien compactada (apariencia lisa) y por el otro lado se observa una superficie irregular (apariencia porosa), indicando que el proceso de vibrocompactado no es uniforme en todo el espacio del molde. (Ver Anexo 23)

Se observa que aproximadamente en el segundo 20 durante el proceso de vibrado (el cual dura 57 segundos aproximadamente), la vibrocompactadora comienza a realizar saltos, lo cual pudiera estar produciendo daños que desmejoran la calidad del ánodo ya formado en el molde, tales como fracturas internas que no pueden ser detectadas visualmente y que afectarían la eficiencia de éste en la celda.

A continuación, son presentadas de forma gráfica todas las causas expuestas anteriormente en el diagrama Causa-Efecto que muestra la figura 19.

Figura 19. Causas que originan la aparición de defectos en los ánodos

Cada uno de los defectos por los cuales se realiza el descarte de los ánodos, puede ocasionar efectos negativos desde el punto de vista del rendimiento del ánodo en las celdas, así como también de daños a la misma. Por tal razón, es importante conocer el porque del descarte de dichos ánodos, lo cual se explican a continuación:

Ánodos Porosos: la presencia de gran cantidad de poros en la superficie del ánodo, trae como consecuencia que luego de ser horneados se puedan desintegrar parte de ellos ya que su estructura deja de ser estable, lo cual produciría residuos en la celda o en el peor de los casos, pudiera partirse el ánodo dentro de la misma.

Ánodos Laminados: el hecho de producir un ánodo con dos capas producto de dos mezclas distintas, podría ocasionar que en la celda una de estas capas se desprenda, lo cual contaminaría el aluminio producido y paralizaría el proceso, además de utilizar horas hombre extra para la extracción del ánodo y la limpieza de la celda.

Ánodos Alquitranados: cuando los ánodos presentan gran cantidad de alquitrán, traen problema a la hora de ser horneados, ya que el calor lo evapora, y en esos espacios del ánodo donde se encuentre acumulado se tienden formar huecos, produciendo un carbón tipo esponja, el cual va a tener un bajo rendimiento en las celdas.

Ánodos Rotos: el ánodo roto puede presentar grietas internas, ocasionando desprendimientos durante la manipulación en el horno y en las celdas.

Ánodos Altos: estos ánodos que supera los 60 cm de altura son descartados como desechos verdes, ya que las dimensiones de los hornos (específicamente las fosas de Hornos II) están diseñadas para alojar carbones entre 55.5 y 57 cm de altura aproximadamente. Además un ánodo alto tiende a ser seco y de baja densidad lo cual ocasiona bajo rendimiento en las celdas.

• ANÁLISIS DE LOS TIEMPOS CUANTIFICADOS EN LAS ESTAPAS DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE ÁNODOS VERDES.

El Proceso de Fabricación de Ánodos Verdes, cuenta con ocho (8) etapas principales, cada una con un tiempo promedio, que puede variar debido a factores que afecten el flujo del proceso, tales como, fallas en los equipos, falta de materia prima para el proceso y otros. Estas etapas se mencionan a continuación y posteriormente serán presentados los resultados de los tiempos obtenidos con su respectivo análisis para cada una de ellas.

• a. Traslado de la Materia Prima de los Silos (12, 13, 14, 15 y 16) a la Balanza S17.

• b. Traslado de la Materia Prima de la Balanza S17 a la Tolva de Retención.

• c. Traslado de la Materia Prima de la Tolva de Retención a las Mezcladoras KHD y Patterson.

• d. Mezclado de la materia Prima (Mezcladoras KHD y Patterson).

• e. Traslado de las Mezclas, desde las mezcladoras a la Balanza de la Vibrocompactadora KHD.

• f. Vibrado de la Mezcla (Conformación del bloque anódico, Vibrocompactadora KHD).

• g. Enfriamiento del Ánodo (Piscina).

• h. Traslado del Ánodo de la zona de enfriamiento a la zona de almacenaje.

Es importante mencionar, que cada una de estas etapas son controladas por medio de un tablero de control (Ver Anexo 7), donde un operador se encarga de realizar todas las acciones necesarias para dar continuidad al proceso productivo (cargas y descargas de materia prima, descarga de mezcla, encendido y apagado de los equipos, así como también el control de los diferentes sistemas de manejo de materiales y de los niveles de material en los distintos Silos de la planta).

Por tal razón, se puede decir que el proceso está controlado automáticamente, y que los tiempos obtenidos durante el estudio son netamente tiempos de máquina donde la mano del hombre no se encuentra involucrada.

Para la toma de las muestras de los tiempos de las diferentes etapas, se utilizó la metodología que se explica de forma detallada en el Capítulo IV (Marco Metodológico) del presente informe.

• TIEMPO DE TRASLADO DE LA MATERIA PRIMA DE LOS SILOS A LA BALANZA S17. (CARGA DE LA BALANZA)

Para realizar este estudio, se llevó un registro de los tiempos de carga de la Balanza (un total de 20 muestras aleatorias para cada caso (ver anexo 24), uno para la carga de la materia prima de las mezcladoras Patterson (tiempo de carga para 3100 Kg.) y otro para la carga de la materia prima de las mezcladoras KHD (tiempo de carga para 2200 Kg.).

A continuación se presentan los resultados obtenidos del estudio:

Según los resultados presentados en las tablas 8 y 9, el tiempo promedio para la carga de 2200 Kg. es de 3 minutos y 22 segundos y para la carga de 3100 Kg. es de 5 minutos y 3 segundos. Estos tiempos, pueden ser afectados específicamente por los siguientes factores:

• a. Falta de algún material en los Silos de Materia Prima (12, 13, 14, 15 y 16).

• b. Fallas en algunos equipos del sistema, que demoren la carga de alguno de los silos de materia prima, tales como: fallas en los motores y reductores de los tornillos y elevadores, etc.

• c. Obstrucción de bandejas y tolvas debido a material grueso que se acumula e impide el flujo adecuado, tales como: bandeja del M1-1 y tolva receptora del alquitrán.

• TIEMPO DE TRASLADO DE LA MATERIA PRIMA DE LA BALANZA S17 A LA TOLVA DE RETENCIÓN. (DESCARGA DE LA BALANZA)

Para realizar este estudio, se llevó un registro de los tiempos de descarga de la Balanza (un total de 20 muestras aleatorias para cada caso (ver anexo 25), uno para la descarga de 3100 Kg. y otro para la descarga de 2200 Kg..

A continuación se presentan los resultados obtenidos para esta etapa en las tablas # 10 y 11:

Como se puede notar en la tabla 10 y 11 de los resultados, el tiempo de descarga de la balanza tanto para 3100 Kg. como para 2200Kg. es considerablemente rápido, ya que el traslado del material se da en caída libre y sólo depende de cuanto material esté adherido a las paredes del conducto de descarga, lo cual puede ocasionar obstrucción en el paso.

• TIEMPO DE TRASLADO DE LA MATERIA PRIMA DE LA TOLVA DE RETENCIÓN A LAS. (CARGA DE LAS MEZCLADORAS)

Para realizar este estudio, se llevó un registro de los tiempos de carga para cada una de las Mezcladoras según su capacidad (3100 Kg. o 2200 Kg.), acumulando un total de 20 muestras aleatorias para cada caso. (Ver anexo 26)

A continuación se presentan los resultados obtenidos para esta etapa en la tabla 11:

Tabla Nº 12

Tiempo promedio de carga de las Mezcladoras

En esta etapa, al momento de la descarga del material depositado en la tolva de retención, el operador selecciona en el panel de control la mezcladora que va a ser cargada y a través de conductos y tornillos para el caso de las mezcladoras 5 y 6 es trasladado el material a las mismas.

El tiempo promedio de carga de las mezcladoras, tal como se observa en la tabla 12, presenta variaciones, que dependen específicamente de tres (3) factores, los cuales se mencionan a continuación:

• a. Material adherido a los conductos por medio de los cuales son cargadas las mezcladoras, ocasionando la obstrucción del mismo.

• b. Debido a que las mezcladoras no se encuentran a una misma distancia de la tolva de retención, los tiempos de cargas varían de acuerda a la longitud del conducto que le distribuye el material.

• c. ** Para el caso de las mezcladoras 5 y 6 se utilizan dos tornillos sin fin, ya que la distancia de la tolva de retención a ellas es más larga en comparación con las demás, por tal razón, el tiempo de carga de estas mezcladoras es mayor.

• TIEMPO DE MEZCLADO PARA CADA UNA DE LAS MEZCLADORAS EN SERVICIO

Para realizar este análisis, fue necesario llevar un registro de los tiempos de carga y descarga de las distintas mezcladoras que durante el estudio estuvieron en servicio y que hayan alcanzado la temperatura óptima de descarga de las mezclas (160ºC), siendo éste el tiempo óptimo de mezclado.

Este registro, se llevó a cabo por tres meses seguidos (Abril, Mayo y Junio), tomando para cada mes, un total de veinte (20) muestras aleatorias a cada mezcladora. (Ver anexos 27, 28 y 29)

Las mezcladoras realizan un trabajo continuo para producir así la mezcla anódica, la mezcladora empleará un tiempo de mezclado y alcanzará una temperatura de mezclado, estos dos parámetros dependen de la eficiencia de calentamiento del equipo y del buen control por parte del operador de los tiempos de carga y descarga.

A continuación se presentan los resultados obtenidos del estudio de tiempo óptimo de mezclado de las diferentes mezcladoras, por medio de tablas y gráficos para su respectivo análisis.

Tabla Nº 13

Resultados de los Tiempos promedios de mezclado para cada mezcladora por los meses de Abril, Mayo y Junio

Gráfico 3. Tiempo óptimo de mezclado para las mezcladoras Patterson

El gráfico 3 presenta el tiempo promedio de cada mezcladora Patterson por los tres meses de muestra (ver tabla 13), y se evidencia claramente que la mezcladora Patterson # 5 alcanza la temperatura óptima de mezclado en menor tiempo (48 minutos) en comparación con las otras, pero esto se debe a que la carga de esta mezcladora (2200 Kg.) es menor a las otras, las cuales se cargan con 3100 Kg.

Por tal razón, la mezcladora Patterson # 1, es la más eficiente en el calentamiento, ya que requiere menor tiempo en alcanzar los 160ºC de temperatura. El tiempo promedio de mezclado para esta mezcladora es de 50,37 min:seg considerándose éste como el tiempo óptimo de mezclado para las Patterson.

Gráfico 4. Tiempo óptimo de mezclado para las mezcladoras KHD

Igualmente, para el caso de las mezcladoras KHD, el gráfico 4 presenta el tiempo promedio de cada mezcladora KHD por los tres meses de muestreo (ver tabla 12), y muestra claramente que la mezcladora KHD # 9 alcanza la temperatura óptima de mezclado en menor tiempo en comparación con las otras.

Por tal razón, la mezcladora KHD # 9, es la más eficiente en el calentamiento, ya que requiere menor tiempo en alcanzar los 160ºC de temperatura, con una carga mayor (3100 Kg.) que las demás. El tiempo promedio de mezclado para esta mezcladora es de 64 minutos, considerándose éste como el tiempo óptimo de mezclado para las mezcladoras KHD.

A través del presente análisis se puede constatar, que la eficiencia en el calentamiento de la mezcla anódica de las mezcladoras Patterson es mayor con respecto a la Mezcladoras KHD. Esta situación se debe al sistema de calentamiento que posee cada mezcladora, las Patterson cuentan con un sistema de calentamiento tipo Serpentín y las KHD tipo Camisa, estos sistemas tienen que ver con la forma en que se distribuye el aceite terminol que calienta la mezcla durante el proceso de mezclado, siendo una más eficiente que el otro.

Cabe destacar, que el tiempo de mezclado, también es afectado por los distintos atrasos que se presentan durante el proceso de fabricación, por lo que en oportunidades este puede ser bastante alto, ya que dichos atrasos impiden la descarga de las mezclas. Entre los atrasos más ocurrentes podemos mencionar los siguientes:

• Fallas y reparaciones en la Vibrocompactadora KHD

• Problemas en el Conveyor Aéreo

• Falta de Formaletas

• Reparaciones en la correa M3-9

• TIEMPO DE TRASLADO DE LAS MEZCLAS DESDE LAS MEZLADORAS HASTA LA BALANZA DE LA VIBROCOMPACTADORA KHD

Esta etapa comienza, justo en el momento que cada mezcladora es descargada. La mezcla se traslada a través de las correas M3-8, M3-5 y M3-9 hasta la Tolva S25, donde se almacena por corto tiempo mientras se traslada constantemente a través de un transportador de bandeja (M4-7) hasta la tolva de la balanza de la vibrocompactadora.

Para realizar este estudio, se registraron dos (2) tiempos, el tiempo de traslado de las mezclas desde las mezcladoras hasta la tolva S25 y el tiempo de traslado de la tolva S25 a la tolva de la balanza de la vibrocompactadora. (Ver anexo 30)

Los resultados de estos tiempos, son presentados a continuación en la tabla 13, para su respectivo análisis.

Tabla Nº 14

Resultados de los tiempos de traslado de la mezcla desde las mezcladoras hasta la vibrocompactadora

La tabla 14, muestra claramente que el tiempo promedio que transcurre mientras la mezcla se traslada de la tolva S25 hasta la vibrocompactadora es de 10,14 minutos y que los demás tiempos varían a causa de la distancia en que se encuentra cada mezcladora de la correa M3-9.

Observando el croquis que muestra la figura 20, se puede entender esta última afirmación, el cual presenta la distribución y posición de cada mezcladora, pudiendo notar que las mezcladoras que se encuentran más alejadas de la correa M3-9 son, la 5 y la 6, por lo que las mezclas de ambas tardan más tiempo en llegar a la tolva de la vibrocompactadora, mientras que las demás presentan tiempos muy aproximados. (ver valores en la tabla 14).

Figura 20. Vista de Planta. Distribución y posición de las mezcladoras

• TIEMPO DE VIBRADO DE LA MEZCLA ANÓDICA

El proceso de vibrado comienza cuando la balanza pesa una cantidad aproximada de mezcla (960-980 Kg) y luego la deposita en la caja molde de la vibrocompactadora, a partir de ese momento la mezcla anódica es vibrocompactada hasta formar bloques de carbón (ánodos).

Para realizar este estudio, se llevó un registro del tiempo de vibrado y de fabricación del ánodo, para un total de 15 observaciones, los cuales se muestran en el anexo 31. El resultado del tiempo promedio de vibrado y fabricación del ánodo, se muestran a continuación en la tabla 15.

Tabla Nº 15

Tiempo promedio de vibrado y fabricación del ánodo

El tiempo promedio de vibrado de la mezcla, según muestra la tabla 15 es de 57,47 segundos y el tiempo de fabricación es de 2,07 minutos, se podría decir que estos tiempos se mantienen constantes, ya que la máquina está programada para que el proceso de vibrado se realice en ese tiempo y las variaciones que presenta son en milésimas de segundos.

A continuación se presenta el gráfico 5, en este se evidencian las variaciones de tiempo en el proceso de vibrado de la mezcla anódica.

Gráfico 5. Tiempos de vibrado y tiempo promedio

• TIEMPO DE ENFRIAMIENTO DEL ÁNODO

El proceso de enfriamiento del ánodo, se lleva acabo en una piscina con capacidad actual de 27 ánodos, donde permanecen sumergidos hasta que su temperatura varíe de 145 ºC a 90 ºC aproximadamente (Ver Anexos 8 y 9). Para el análisis de esta etapa, se realizaron un total de 15 observaciones aleatorias durante el estudio. (ver anexo 32)

En la tabla 16, se muestra el tiempo promedio de enfriamiento del ánodo, el cual es de 61,40 minutos y puede variar principalmente por tres razones que se mencionan a continuación.

• a. Cantidad de Formaletas en servicio

• b.  Operador de turno y

Partes: 1, 2, 3