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Con todo el proceso en una misma cadena de producción

Mecanizado en línea de cajas para turbinas de vapor

Hans Schürmann, periodista independiente, Dormagen (Alemania)07/05/2014
Hasta hace poco, aún no era posible la mecanización de componentes pesados de gran tamaño de más de 25 toneladas, que son habituales en la industria automovilística desde hace más de 20 años. Como primer fabricante mundial, el Grupo Siemens ha dedicado esfuerzos a la resolución de este problema y a finales de noviembre de 2013 puso en marcha la producción de componentes de cajas para turbinas con un peso hasta 63 toneladas en una línea de producción en su fábrica de turbinas de vapor ubicada en Mülheim an der Ruhr.

El estreno fue un rotundo éxito. A finales de noviembre de 2013 se dio el pistoletazo de salida para la nueva línea de producción, que de inmediato comenzó a producir cajas para nuevas turbinas de vapor utilizadas par generar energía eléctrica. Ya no hace falta mecanizar estos elementos en áreas de producción separadas, sino que todo el proceso tiene lugar en una misma cadena de producción. Las máquinas de fresado, torno giratorio y torno en carrusel con disposición en U se ubicaron en la nueva planta situada en el puerto de Mülheim. A través de la grúa de la nave no sólo se interconectó el flujo de materiales entre las máquinas, sino también el proceso de creación de valor a través del control de la producción.

“Ahora, las diferentes máquinas-herramienta trabajan en una sola línea en la nueva nave de producción que, desde principios de año, se ha ido equipando progresivamente con la maquinaria necesaria, de modo que con cada etapa de mecanización aumenta la creación de valor y se van terminando las cajas paso a paso sin necesidad de tener que transportarlas de un área de producción a otra“, describe el nuevo proceso Rüdiger Semmler, jefe de Producción de turbinas de vapor de Siemens AG, del Energy Sector de Mülheim.

Esta organización de la producción constituye un campo totalmente nuevo dentro de la mecanización de grandes componentes con pesos de más de 100 toneladas. En palabras de Semmler: “Cuando hace tres años comenzamos con la planificación, había mucho escepticismo”, recuerda. Pero, en este tiempo, incluso los más escépticos se han convencido del acierto de la nueva idea. Esta nueva forma de organización de la producción proporcionará a Siemens ahorros en los tiempos de transporte y almacenaje. “Además, los diferentes pasos de la producción también podrán coordinarse mejor entre sí. Así, es posible reducir considerablemente los tiempos de fabricación y los costes“, explica Semmler, resumiendo las ventajas de la nueva producción en línea.

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Rüdiger Semmler, jefe de Producción de turbinas de vapor de Siemens AG, Energy Sector de Mülheim, comenta sobre la nueva producción en cadena: “Cuando comenzamos hace tres años, existía mucho escepticismo. Pero, ahora, incluso los más escépticos se han convencido del acierto de la nueva idea”. Foto: Siemens.

La mecanización de cajas para turbinas es un proceso de fabricación individual, en el que cada componente es diferente. “Por esa razón, hemos realizado una producción basada en modelos”, explica Semmler. Todas las máquinas disponen de un control de Siemens con el que las máquinas-herramienta se integran en los procesos de comunicación, ingeniería y producción. Es decir, partiendo de un modelo de datos 3D, se genera información para la preparación del trabajo y se automatizan los programas para los diferentes pasos de producción; mediante Siemens NX (CAD/CAM), se establece una cadena cerrada desde el modelo 3D hasta la máquina.

“Ahora, las diferentes mecanizaciones, como las que son necesarias para cada uno de los componentes, se programan de forma automatizada, de manera que nuestro personal cualificado sólo tiene que intervenir en el programa en casos concretos “, explica el jefe de Producción en referencia a las ventajas de la conexión en red. “Asimismo, trabajamos con una sujeción estandarizada con posiciones de cero exactas, lo que sirve para facilitar y agilizar considerablemente el inicio de la mecanización”.

Gracias a este nuevo poceso de producción en cadena, los desarrolladores de Siemens han optimizado el proceso y, al mismo tiempo, también los diferentes pasos de la mecanización. “Ahora, ahorramos en los procesos de trabajo desde el momento en que se inicia el proceso de mecanización de las cajas sobre la gran fresadora de pórtico”, comenta Semmler. Esto es posible gracias a una mecanización completa más perfecta, que ya era habitual en los componentes pequeños y medianos, pero que no se había introducido aún en la construcción de maquinaria pesada.

La particularidad de este pórtico es que la cabeza fresadora está dispuesta de modo que los componentes pueden mecanizarse en la misma posición en la que después tienen que funcionar en la planta de generación del cliente. De esta forma se consigue un mayor grado de exactitud en la mecanización, del orden de centésimas de milímetro, incluso con componentes grandes. Estas tolerancias tan reducidas son necesarias, ya que dentro de las turbinas de vapor se producen altas presiones y temperaturas. “Las superficies de estanqueidad deben mecanizarse con esta exactitud para evitar escapes de vapor, dado que no existe ningún material de estanqueidad adecuado para temperaturas superiores a 500 °C”, explica Semmler.

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En la planta de Siemens se ubicaron las máquinas de fresado, torno giratorio y torno en carrusel con disposición en U. De esta forma y por vez primera se pueden mecanizar cajas de turbinas de vapor con pesos hasta 63 t en una sola cadena de producción. Foto: Siemens.

El siguiente paso que llevará a cabo Siemens en Mülheim será la mecanización completa mediante virutaje, fresado y perforación en una misma posición de fijación, con posterior control de calidad mediante aplicación de procedimientos de medición automatizados y documentación. “Cuando hace tres años pedimos ofertas para una máquina destinada a una nueva unidad de producción, no existía en todo el mundo ningún fabricante en condiciones de ofrecer una máquina herramienta para la mecanización completa de componentes tan grandes y pesados como los que fabricamos aquí”, comenta Semmler.

“Lo ideal para nosotros sería una máquina capaz de mecanizar componentes hasta 100 toneladas de peso. Pero también nos contentaríamos con una capacidad de 60 toneladas, porque entonces el espectro de componentes sería lo suficientemente amplio para poder sacar el máximo partido de una máquina de este tipo”, dice el jefe de Producción de Siemens. El grupo energético ya ha encontrado empresas que trabajan junto a Siemens en el desarrollo de una máquina de este tipo. Semmler se muestra confiado al constatar el interés de los fabricantes de máquina herramienta. “A lo largo de la primavera del próximo año dispondremos de las primeras ofertas y entonces podremos proceder a la construcción”, dice el jefe de Producción.

Pero el gran reto no es sólo la mecanización completa, sino también la integración de la tecnología de medición aplicada durante el proceso. Para acomodar las tolerancias y ejecutar controles de calidad, en la fabricación de maquinaria de gran tamaño muchas mediciones se ejecutan aún manualmente. “También queremos automatizar este proceso, por lo que estamos en conversaciones con un gran número de fabricantes de equipos de medición”, explica Semmler.

Hasta la fecha, los trabajadores aún tienen que acceder al interior de las cajas para medir las tolerancias. “En el futuro deberá ser la misma máquina la que ejecute este proceso, y deberá ser capaz de optimizarse por sí misma”, augura Semmler. Como ya sucede en la industria automovilística, en el futuro un proceso seguro de mecanización deberá garantizar la calidad de los componentes, según el lema de que “la calidad se produce durante la fabricación y no durante la medición”. Este objetivo sólo se puede alcanzar mediante un control del proceso, cuando se verifica la aptitud de las piezas para la fabricación. Para poder abandonar las técnicas de medición manual, los fabricantes de Mülheim acaban de desarrollar junto a sus compañeros de Siemens CT de Munich las primeras técnicas propias de medición. “En este campo ya hemos hecho grandes avances y las primeras técnicas ya se han puesto en práctica en algunas áreas”, afirma el jefe de Producción.

La producción de turbinas de vapor en Mülheim

Las turbinas de vapor convierten el calor en energía mecánica. El calor se puede producir mediante fuentes fósiles como carbón, petróleo y gas, que se queman en calderas especiales (centrales termoeléctricas y centrales eléctricas de vapor y gas), o bien mediante energía solar (plantas solares termoeléctricas). El calor calienta el agua. El vapor de agua producido de esta forma produce un impulso giratorio en los álabes de la turbuna. De esta manera se pone en marcha un rotor. Debido a la fuerte caída de la presión y la necesidad de un rendimiento enormemente alto, dicho proceso se ejecuta de forma escalonada.

Dentro de la red global de producción de Siemens Energy, Mülheim ocupa un lugar muy importante como centro de desarrollo y producción de grandes turbinas de vapor. Mülheim dirige todos los servicios de ingeniería, compras y producción, y establece las especificaciones de calidad y suministro. La producción tiene lugar tanto en Mülheim como en las plantas hermanas de Budapest (Hungría), Cilegon (Indonesia) y Newcastle (Inglaterra), por citar sólo algunas.

Una de las características destacadas de las turbinas de vapor de Siemens es su alta calidad. Durante todo el proceso productivo, el estricto control de calidad garantiza una elevada calidad constante y el cumplimiento de las especificaciones exigida, tanto en la misma planta como por parte de los proveedores internos y externos. Los controles de funcionamiento, materiales de fabricación y de geometría acompañan a la turbina a través de todos los pasos de producción.

La fabricación se realiza en diferentes pasos paralelos, pero conectados sucesivamente. Comienza con la producción de los árboles. Los árboles de turbina se fabrican en acero ultrarresistente y se suministran como piezas soldadas prefabricadas. Se les da la forma óptima en tornos de alta precisión. En este proceso se exige máxima exactitud de las tolerancias, del orden de centésimas de milímetro.

También en la fabricación de las cajas se exige una exactitud máxima. A pesar de su tamaño, las fresadoras, los tornos y las perforadoras trabajan con una precisión máxima y tolerancias de centésimas de milímetro.

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