Evaluación técnico-económica para la adquisición, instalación y puesta en marcha de una máquina de soldadura

RESUMEN

El presente trabajo de investigación se llevó a cabo en CVG VENALUM, específicamente en el Departamento de Varillas y Refractarios. El estudio fue realizado empleando el diseño de investigación no experimental, del tipo descriptivo, evaluativo y de campo; se planteó como objetivo general realizar una evaluación técnico-económica para la adquisición, instalación y puesta en marcha de una máquina de soldadura por fricción. El resultado de este estudio determino que es factible técnica y económicamente adquirir una nueva máquina de soldadura por fricción, dicha maquina optimizará el proceso operativo, las condiciones de trabajo y permitirá la disminución de los costos operativos del Departamento de Varillas y Refractarios.

Palabras Claves: técnico-económico, máquina de soldadura, fricción, CVG VENALUM, varillas anódicas.

INTRODUCCIÓN

Hoy en día las organizaciones o empresas están sujeto a muchas variables para su crecimiento y desarrollo "exitoso", dentro de esta variables podemos mencionar, el nivel de compromiso de la Gerencia, la administración eficiente de todos los recursos que la conforman, la capacidad innovadora de la organización utilizando nuevas tecnologías, el uso de técnicas y métodos eficaces para medir y mejorar el proceso productivo, el optimismo o motivación de los empleados y personal obrero.

CVG VENALUM C.A., con 34 años de haber sido fundada se ha caracterizado por ser la principal empresa del país destinada a producir y comercializar aluminio primario o en aleaciones, satisfaciendo las expectativas y necesidades de sus clientes nacionales e internacionales a través de la alta gestión de calidad de sus procesos y productos.

Para su proceso de producción, la planta cuenta con diversas áreas que desempeñan un papel fundamental en el funcionamiento de la misma; dentro de estas áreas se encuentra Planta Carbón, cuyo objetivo es fabricar los ánodos cocidos, complemento fundamental en el proceso electrolítico. Para llevar a cabo con su objetivo Planta de Carbón cuenta con cuatro Superintendencia como lo son: Molienda y Compactación, Hornos de Cocción, Envarillado y Servicios a Carbón, en esta última se encuentra el Departamento de Varillas y Refractarios, que a través de su taller está encargada de asegurar la disponibilidad y acondicionamiento de las varillas anódicas utilizadas en el proceso de envarillado de ánodos del área de Carbón, así como el acondicionamiento refractario de los hornos de cocción, hornos de inducción, tapas, crisoles rociadores y crisoles de fundición, a fin de mantener su continuidad operativa y evitar interrupciones en el proceso productivo de envarillado de ánodos y hornos de cocción.

Actualmente la reparación de las varillas anódicas por parte del Departamento de Varillas y Refractarios (cambio de punta(s) cuya longitud es menor a ) ha disminuido considerablemente, siendo esta cantidad un promedio 49 (periodo 2007 – 2009). La causa de este declive en la reparación de varillas con este tipo de problemas es debido a múltiples factores relacionados con la máquina Friction Welder; entre los que se pueden mencionar: tiempo de vida útil de la máquina, poca disponibilidad de repuestos y por consiguiente la difícil mantenibilidad del equipo. En atención a esta situación se conformó un equipo multidisciplinario para evaluar la factibilidad para la adquisición de una máquina de soldadura automática por fricción que apoye en estas gestiones de reparación de varillas anódicas.

El proyecto se estructuro como se describe a continuación:

El Capítulo I, abarca el problema objeto de investigación, objetivo tanto general como específicos, justificación, alcance de la investigación, delimitación y limitaciones.

El Capítulo II, muestra las generalidades de la empresa, visión, misión, objetivos, estructura, proceso productivo y políticas.

El Capítulo III, contiene los fundamentos teóricos claves y base para el desarrollo del estudio.

El Capítulo IV, indica la metodología utilizada en el estudio, el tipo de investigación, la población y muestra utilizada; así como la técnica manejada para la recolección de datos y los pasos realizados para ejecución del mismo.

El Capítulo V, consta de la descripción de la reparación de varillas anódicas, así como un diagnóstico de la situación actual. El capítulo VI, presenta los análisis y resultados obtenidos.

CAPITULO I

EL PROBLEMA

En el presente capitulo se plantea la descripción del problema, justificación, importancia, alcance y objetivos que se desean obtener en el desarrollo de la investigación. Además se hace referencia a las posibles limitaciones que se puedan presentar durante la realización del mismo.

1.1 Planteamiento del Problema

La Industria Venezolana de Aluminio (VENALUM), perteneciente a la Corporación Venezolana de Guayana (CVG), es una de las mayores plantas productoras de aluminio en Latinoamérica, por su capacidad instalada de

. Se dedica a la producción y comercialización de Aluminio con altos estándares de calidad ( de pureza).

CVG VENALUM para garantizar la producción de Aluminio y sus aleaciones en condiciones de eficiencia y productividad cuenta con tres áreas fundamentales: Carbón, Reducción, Colada, las cuales junto a las demás unidades de apoyo son la fuerza motora para llevar a cabo las diferentes operaciones necesarias para obtener el Aluminio líquido que es transformado en lingotes de , , y cilindros de extrusión en diferentes diámetros, además de comercializar Aluminio liquido a empresas de la zona.

Una de las áreas de apoyo encontradas en CVG VENALUM es el Taller de Varillas perteneciente al Departamento de Varillas y Refractarios el cual es el responsable de la reparación y acondicionamiento de las varillas anódicas provenientes del proceso de reducción electrolítica esto, con el fin de reinsertar las varillas al proceso de envarillado de ánodos.

La varilla anódica junto al ánodo cocido juega un papel fundamental en el proceso electrolítico para la obtención del aluminio, el ensamblaje de estos dos componentes forman lo que se conoce como ánodo envarillado, el cual dura en promedio 21 días en las celdas electrolíticas. En la siguiente tabla se puede apreciar los defectos encontrados en las varillas anódicas, además de la clasificación que le da el taller de Varillas y Refractarios, con la cual agiliza el proceso de reparación de las mismas en las estaciones de trabajo que la conforman. (Ver Tabla 1)

Tabla 1: Defectos de la Varillas Anódicas, Clasificación y Grupos

Fuente: Departamento de Varillas y Refractarios

Según datos del Departamento de Varillas y Refractarios la mayoría de varillas "procesadas" en su taller presenta problemas o defectos en las puntas (grupo: B1, B2 y C); representando estas en promedio el 94% anual del total de varillas entre los años 2007 – 2009, último periodo conocido en la cual CVG VENALUM operaba a su máxima capacidad instalada de planta.

La sustitución de puntas de yugos es un proceso que consiste en retirar mediante corte la(s) punta(s) dañadas del yugo y sustituirlas mediante la soldadura por fricción por puntas nueva.

Para la reparación de la varillas anódicas con defectos de cambio de puntas, el Departamento de Varillas y Refractarios cuenta dentro de su instalación con una máquina de soldadura por fricción modelo V200 AI Welder, La maquina Friction Welder con una vida útil de 10 años según lo previsto por la compañía fabricante del equipo, hoy en día tiene 27 años de haber sido adquirida por CVG VENALUM. En 1995 la maquina fue instalada y puesta en marcha en el taller de varillas y refractarios, lo que nos indica que para la fecha la misma tiene 17 años en funcionamiento y que además ha excedido su tiempo de vida útil. La obsolescencia de esta máquina, sumado a la dificultad de adquirir los repuestos ha traído como consecuencia que el rendimiento de la maquina se vea afectado, originalmente la Friction Welder tenía un rendimiento de 104 puntas en un turno de trabajo de 8 hoy por hoy su rendimiento se encuentra en 49 .

Un tercer hecho importante de mencionar es que la Friction Welder dentro de su característica, solo tiene la capacidad de soldar puntas menores a, lo cual es una limitante más sumado a lo ya antes mencionado en el párrafo anterior. Esta nueva limitante tiene como consecuencia que la empresa se vea en la obligación de adquirir la contratación de un servicio foráneo para la reparación de varillas defectuosas con puntas mayores a (Grupo C).

Aunado a esto encontramos que en los últimos años se ha notado un crecimiento sostenido en la cantidad de varillas reparadas por problemas en sus puntas. Dicho incremento ha afectado la capacidad de respuesta del Departamento de Varillas y Refractarios, principalmente por los inconvenientes presentados en el funcionamiento de la máquina de soldar puntas de yugos.

Hoy en día, es importante mencionar que la empresa no se encuentra en funcionamiento al , debido a problemas operativos registrados durante el primer trimestre del año 2012, hecho que trajo como consecuencia que más del del parque de varillas de la empresa se halla dañado y estén almacenada , presentando estas en su mayoría problemas en sus puntas.

El que exista poca disponibilidad de varillas anódicas por parte del Departamento de Varillas hacia envarillado debido a las causas ya antes mencionadas, trae como consecuencia la baja producción de ánodos envarillado, lujo que no se puede dar CVG VENALUM aún más cuando hoy en día está planteado la incorporación de celdas hasta alcanzar la máxima capacidad operativa de la planta.

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo general

Realizar una evaluación técnica-económica para la adquisición, instalación y puesta en marcha de una máquina de soldadura automática por fricción de varillas anódicas en CVG VENALUM.

1.2.2 Objetivos Específicos

1. Diagnosticar la situación actual del Departamento de Varillas y Refractarios, evaluando aspectos como:

· Mano de obra.

· Insumos y equipos.

· Materia prima.

· Procedimientos de trabajo.

· Producción / servicio.

2. Evaluar las condiciones de operación de la máquina de soldar puntas con la que cuenta actualmente la empresa.

3. Determinar los costos por contratación de servicio foráneo para la reparación de varillas anódicas.

4. Caracterizar el equipo de soldadura a considerar.

5. Evaluar económicamente las alternativas técnica que se plantean en el presente estudio considerando la adquisición, instalación, puesta en marcha y los servicios industriales correspondiente entre otros.

6. Plantear la alternativa más factible y rentable para la empresa, desde el punto de vista técnico-económico que arroje el presente estudio.

1.3 Justificación

Esta investigación se argumenta en la situación actual en que se encuentra funcionando la máquina Friction Welder del Departamento de Varillas y Refractarios de CVG VENALUM la cual ha disminuido su nivel de producción a través de los años, debido a la distintas fallas que viene presentando el sus diferentes sistemas (Mecánico, Eléctrico, Hidráulico, etc.) y que además se trata de un equipo con un tiempo de vida útil cumplido y que solo brinda la posibilidad de reparación de puntas de yugos menores de 180mm, limitante que sigue haciendo al Departamento de Varillas y Refractarios (CVG VENALUM) dependiente de contrataciones externas a costos elevados para la reparación de varillas con puntas mayores a 180mm.

En términos de la producción de la planta los hechos antes mencionado podrían no garantizar en oportunidad y cantidad el suministro de varillas anódicas reparadas que se requiera en tiempo real, en este sentido se colocaría en riesgo el cumplimiento de las metas de producción debido a la falta de suministro de las varillas anódicas al área de envarillado.

Es por ello que la Gerencia de Ingeniería Industrial se encarga como unidad responsable, de la evaluación de los proyectos desde el punto de vista técnico y económico, el cual es de gran importancia para así garantizar la calidad y continuidad de las operaciones, así como la optimización de los costos, invirtiendo de la mejor forma los recurso disponibles.

1.4 Alcance

El presente trabajo contempla un estudio preliminar para la adquisición, instalación y puesta en marcha de un nuevo equipo de soldadura automática por fricción que permita no solo soldar puntas menores a sino además puntas con un rango mayor, logrando a través de esto reducir los costos de equipo y materiales, así como también los costos por contratación de servicio externo para la reparación de varillas. Permitiendo así mejorar el proceso y cubrir notablemente la demanda de varillas por parte de envarillado.

1.5 Delimitación

La evaluación técnico-económica es un estudio que estará centrado en una inversión capitalizable d el Departamento de Varillas y Refractarios la cual está adscrito a la Gerencia de Carbón de la empresa CVG VENALUM.

1.6 Limitaciones

Las limitaciones e inconvenientes que pudieran presentar para la realización de esta investigación son:

· Debido a las políticas de seguridad de la empresa, se recogerá la información durante el turno normal (de 7:00 am hasta las 3:00 pm), el cual es el permitido para los pasantes y tesistas.

· Escasa información acerca del control de fallas, tiempos de parada de la maquina Friction Welder.

CAPITULO II

GENERALIDADES DE LA EMPRESA

2.1 Reseña Histórica de la Empresa

La Industria Venezolana de Aluminio, C.A. (CVG VENALUM), se constituyó el 29 de agosto de 1973, con el objeto de producir aluminio primario en diversas formas con fines de exportación. Convirtiéndose en una empresa mixta, con una capacidad de y un capital mixto de 34.000 millones de bolívares; donde el fue suscrito por seis empresas japonesas y el restante de la Corporación Venezolana de Guayana.

Posteriormente, la propuesta fue considerada por el Ejecutivo Nacional y para Octubre de 1974 CVG VENALUM amplía su capacidad a y se negocia con los socios japoneses, no sólo el incremento del capital social, sino también un cambio estructural que favorece a Venezuela, tomando CVG posesión del de las acciones, mientras que la participación japonesa se reduce al .

La primera línea de celdas fue puesta en marcha el 27 enero de 1975 y terminada en diciembre de 1978 y la última línea de las primeras cuatro (04) se comenzó el 27 de octubre de ese mismo año. En 1977 se inicia el funcionamiento de la planta de cátodos y el muelle de carga y descarga sobre el margen del Río Orinoco para atracar barcos de hasta 30.000 toneladas. El 27 de enero de 1978 arranca la celda 302 de la Sala 3, Línea II. Al día siguiente se produce aluminio por primera vez en CVG VENALUM.

El alcance de expansión de CVG VENALUM apunta a ampliar sus operaciones con la construcción de las VI y VII Líneas de reducción, una Planta de Carbón, una Sala de Colada, una Planta de Extrusión, un Sistema de manejo y Almacenamiento de Materia Prima, la ampliación de la capacidad del Muelle, Gestión ambiental, Servicios Industriales, instalaciones auxiliares, edificaciones anexas y desarrollo del urbanismo industrial completo.

2.2 Ubicación Geográfica

CVG VENALUM está ubicada en la Av. Fuerzas Armadas, Zona Industrial Matanzas, Ciudad Guayana – Estado Bolívar, Venezuela. La escogencia de la zona de Guayana, se debe a los privilegios y virtudes de esta región: (Ver Figura 1)

· Integrada por los Estados Bolívar, Delta Amacuro y Amazonas, esta zona geográfica ubicada al sur del Rio Orinoco y cuya porción de ocupa exactamente la mitad de Venezuela, reúne innumerables recursos naturales.

· El agua constituye el recurso básico por excelencia en la región Guayana, teniendo grandes vertientes como lo son los Ríos Orinoco, Caroní, Paraguas y Cuyuní, entre otros.

· La presa „?Raúl Leoni?? en Gurí, con una capacidad generadora de 10 millones de , es una de las plantas hidroeléctricas de mayor potencia instalada en el mundo, y su energía es requerida por las empresas de Guayana, para la producción de acero, alúmina, aluminio, mineral de hierro y ferro silicio.

· La navegación a través del Rio Orinoco en barcos de gran calado en una distancia aproximada de 184 millas náuticas ( ) hasta el Mar Caribe.

Figura 1: Ubicación Geográfica de la Empresa

Fuente: Manual de Inducción de CVG VENALUM

2.3 Espacio Físico

CVG VENALUM posee un área total de distribuida entre infraestructuras industriales, edificios administrativos, áreas verdes, carreteras y un gran terreno en el cual se tiene planeado realizar la VI y VII línea de producción. (Ver Tabla 2).

Tabla 2: Divisiones de la Empresa

Fuente: Manual de Inducción de CVG VENALUM

2.4 Descripción de la Empresa

La industria del aluminio CVG VENALUM se encarga de la producción del aluminio, utilizando como materia prima la alúmina, criolita y aditivos químicos (fluoruro de calcio, litio y magnesio). Este proceso de producir aluminio se realiza en celdas electrolíticas. Dentro del proceso de producción de la planta industrial, existen mecanismos de alimentación que desempeñan un papel fundamental en el funcionamiento de la misma, los cuales son: la Planta de Carbón, Planta de Colada, Planta de Reducción e instalaciones auxiliares.

En la actualidad CVG VENALUM está formado por tres complejos de celdas: Complejo I, Complejo II y V Línea. Los Complejos I y II están conformados por celdas P-19 de tecnología Americana Reynolds, cada una con dos líneas de 180 celdas y la V línea conformada por celdas de tecnología Noruega Hydro aluminium con una línea de 180 celdas electrolíticas para finalmente constituir un total de 900 celdas de reducción sin incluir las 5 celdas prototipo V-350 de tecnología Venezolana, ubicadas en V línea y fue un proyecto concebido por ingenieros de CVG VENALUM quienes basándose en las tecnologías existentes y desarrollo de los modelos electromagnéticos, térmicos, mecánico estructurales, así como los sistemas automatizados, lograron diseñar esta celda que supera los índices de productividad conocidos.

2.4.1 Estructura Organizativa

La estructura organizativa de CVG VENALUM es de tipo lineal y de asesoría, donde las líneas de autoridad y responsabilidad se encuentran bien definidas como se puede ver en la Figura 2.

Figura 2: Estructura Organizativa General de CVG VENALUM

Fuente: Manual de Inducción de CVG VENALUM

2.4.2 Áreas de Producción

CVG VENALUM consta de 3 plantas básicas para la obtención de sus distintos productos.

2.4.2.1 Planta de Carbón

En la Planta de Carbón y sus instalaciones se fabrican los ánodos que hacen posible el proceso electrolítico. En el Área de Molienda y Compactación se construyen los bloques de ánodos verdes a partir de coque de petróleo, alquitrán y remanentes de ánodos consumidos. Los ánodos son colocados en hornos de cocción, con la finalidad de mejorar su dureza y conductividad eléctrica. Luego el ánodo es acoplado a una barra conductora de electricidad en la Sala de Envarillado. (Ver Figura 3)

Figura 3: Vista de la Planta de Carbón. CVG VENALUM C.A

Fuente: Intranet http://venalumi

2.4.2.2 Reducción

En las celdas se lleva a cabo el proceso de reducción electrolítica que hace posible la transformación de la alúmina en aluminio. El área de Reducción está compuesta por Complejo I, II, y V Línea para un total de 900 celdas, 720 de tecnología Reynolds y 180 de tecnología Hydro Aluminun. Asimismo, en V Línea existen 5 celdas experimentales V-350, un proyecto desarrollado por ingenieros venezolanos al servicio de la empresa. La capacidad nominal de estas plantas es de . El funcionamiento de las celdas electrolíticas, así como la regulación y distribución del flujo de corriente eléctrica, son supervisados por un sistema computarizado que ejerce control sobre el voltaje, la rotura de costra, la alimentación de alúmina y el estado general de las celdas. (Ver Figura 4).

Figura 4: Celda de Reducción Electrolítica. CVG VENALUM C.A

Fuente: Intranet http://venalumi

2.4.2.3 Colada

El aluminio líquido obtenido en las salas de celdas es trasegado y trasladado en crisoles al área de Colada, donde se elaboran los productos terminados. El aluminio se vierte en hornos de retención y se le agregan, si es requerido por los clientes, los aleantes que necesitan algunos productos. Cada horno de retención determina la colada de una forma específica: lingotes de 10 con capacidad nominal de , lingotes de con capacidad de 250.000 t/año, lingotes de con capacidad de , cilindros con capacidad para y metal líquido. Concluido este proceso el aluminio está listo para la venta a los mercados nacionales e internacionales. (Ver Figura 5).

Figura 5: Sala de Colada. CVG VENALUM C.A.

Fuente: Intranet http://venalumi

En la Figura 6 se muestra de manera ilustrativa los procesos descritos anteriormente.

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