Seleccionar página

Los seres humanos han estado consumiendo recursos a un ritmo alarmante en estos días que ciertamente no es sostenible ya que la tierra que habitamos no puede regenerar los materiales a ese ritmo. A modo de comparación, entre 1950 y 2005, la producción mundial de metales se multiplicó por seis, el consumo de petróleo por ocho y el consumo de gas natural por 14. Entonces, si continuamos en el mismo camino, nuestras generaciones futuras no tendrán acceso a los recursos de la forma en que lo tenemos ahora. Los efectos nocivos de nuestro consumo y su impacto final en la humanidad son bien conocidos.

Aunque los sistemas de fabricación crean riqueza material para los humanos, consumen una gran cantidad de recursos y generan muchos desechos. Los residuos generados durante los procesos de fabricación, durante el uso de los productos y después del final de la vida útil de los productos son responsables de la degradación del medio ambiente. Por lo tanto, minimizar el consumo de recursos y reducir el impacto ambiental de los sistemas de fabricación se ha vuelto cada vez más importante. Por lo tanto, es imperativo que las industrias manufactureras se esfuercen por lograr una 'fabricación sostenible' por su parte.

1. Definición de fabricación sostenible

La fabricación sostenible (SM) o fabricación verde para nuestro propósito se puede definir como un método de fabricación que minimiza los residuos y reduce el impacto ambiental. Estos objetivos se obtendrán principalmente mediante la adopción de prácticas que influirán en el diseño del producto, el diseño del proceso y los principios operativos. Por lo tanto, la fabricación sostenible puede definirse como un sistema que integra aspectos de diseño de productos y procesos con aspectos de fabricación, planificación y control de tal manera que identifique, cuantifique, evalúe y gestione el flujo de residuos ambientales con el objetivo de reducir en última instancia el impacto ambiental al de la capacidad de auto-recuperación de la Tierra podría abordarse al mismo tiempo que se intenta maximizar la eficiencia de los recursos.

Una encuesta de 198 pymes indias identificó los siguientes aspectos de la fabricación sostenible: “Los beneficios cuantitativos finales de la fabricación ecológica en orden de clasificación decreciente son una mejor moral, un mejor valor de marca, menores preocupaciones regulatorias, mayores oportunidades de mercado, un mejor rendimiento del producto y una menor pasivo. Los beneficios cuantitativos de la fabricación verde están relacionados con los desechos (costo reducido de manejo de desechos, costo reducido de categorización de desechos, costo reducido de tratamiento de desechos, costo reducido de eliminación de desechos y costo reducido de almacenamiento de desechos) o el ciclo de vida del producto (costo de transporte reducido, costo reducido de empaque). costo total reducido del producto, costo reducido de producción, costo reducido de operación/uso del usuario, costo reducido de mantenimiento/servicio y costo total reducido para la organización)”.

2. Herramientas de fabricación sostenible

La herramienta generalmente utilizada para implementar SM es el Análisis de Ciclo de Vida (LCA). Es un enfoque para examinar completamente el impacto ambiental de las diferentes actividades realizadas por los seres humanos, incluida la producción de bienes y servicios por parte de las empresas. LCA se puede aplicar para cualquier actividad que sea a nivel nacional o global para identificar las cargas ambientales resultantes de las actividades de una sociedad, región o sector industrial. De hecho, LCA puede proporcionar una excelente perspectiva para que el ingeniero estudie cualquier producto dado, de modo que pueda identificar los métodos para reducir el impacto ambiental de un producto o proceso específico. En la figura 1 se muestra un esquema de la metodología empleada para llevar a cabo el ACV.

LCA se preocupa por identificar el impacto ambiental de un producto o proceso dado en cada una de estas etapas de vida. La implementación completa de LCA le permite al ingeniero hacer una comparación cuantitativa de las etapas de la vida de un producto, determinar dónde se obtendrá el mayor beneficio ambiental y, en última instancia, monitorear el efecto a largo plazo de los cambios en el diseño y/o la fabricación.

Tomemos un ejemplo para ilustrar el punto de cómo la consideración de LCA hace un fuerte contraste con lo que normalmente pensamos sobre el impacto ambiental de los productos. Considere un automóvil utilizado para el transporte personal como ejemplo. La energía consumida durante la extracción de recursos y el transporte para fabricar el automóvil es del 9,2 %, la producción y venta de un automóvil es del 13,9 %, durante el uso real del automóvil durante su vida útil es del 76,8 % y la eliminación del vehículo al final de su vida útil es del 0,1 %. . Como se puede ver en este ejemplo, está claro que el mayor impacto se producirá en la etapa de vida útil del consumidor. Para reducir el impacto ambiental del automóvil, el enfoque debe ser desarrollar automóviles con mayor kilometraje y menores emisiones.

Los estándares ISO asumen un enfoque LCA basado en procesos y están organizados en cuatro pasos: definición de objetivos y alcance, análisis de inventario, evaluación de impacto e interpretación, como se muestra en la Fig. 2. Es importante comprender los objetivos del LCA y los métodos para lograrlos Aunque este es un marco, la forma en que se formulan los objetivos, el trabajo involucrado será enorme. Cuanto más profundo sea el nivel de análisis, mejor será la comprensión. Eso también proporcionará mejores soluciones para lograr los resultados requeridos. Sin embargo, esto también requerirá mucho esfuerzo por parte del usuario. Por lo tanto, durante el primer paso, se debe definir el alcance apropiado. Esto será seguido en el segundo paso para desarrollar un análisis cuantitativo de las entradas de material y energía al producto o proceso en todos los niveles. En esto, también es importante medir las posibles emisiones ambientales. Aquí, en el problema, aunque nuestro interés es encontrar las versiones reales durante todo el ciclo de vida, el diseñador/ingeniero solo tendrá un conocimiento o control limitado sobre lo que hará el usuario del producto.

En el tercer paso, las salidas del sistema en cada etapa están relacionadas con el impacto directo en el mundo exterior. El problema con esta etapa es que los datos que se generarán son controvertidos, incompletos o totalmente inaccesibles. Además, muchos de los impactos dependerán de la naturaleza global y no serán necesariamente regionales. Por ejemplo, la liberación de CFC's a la atmósfera. Como resultado, los datos para este paso suelen ser de naturaleza cualitativa. El último paso del proceso utiliza los hallazgos de los tres pasos anteriores y hace recomendaciones para la mejora ambiental del producto o proceso bajo consideración. Idealmente, esta información proporciona información directa para enfoques proactivos, como iniciativas de diseño para el medio ambiente.

3. Enfoques de fabricación sostenible

La fabricación sostenible requiere que todas las organizaciones de fabricación apunten a las siguientes cuatro actividades que ayudarían al medio ambiente en toda su cadena de suministro con actividades que se identifican como en la figura 3.

• Reducción del uso de energía

• Reducción del uso del agua

• Reducción de emisiones

• Reducción de la generación de residuos

La fabricación sostenible debe integrar actividades sostenibles en todos los niveles de fabricación: producto, proceso y sistema. Estamos familiarizados con las 3R como reducir, reutilizar y reciclar que se sigue comúnmente. Esto debe expandirse a más R, como reducir, reutilizar, reciclar, recuperar, rediseñar, remanufacturar, reutilizar, restaurar, rechazar, etc., como se muestra en la Fig. 4.

La reducción siempre debe comenzar en el nivel de la fuente para que sea más eficaz. Por lo tanto, la primera parte del esfuerzo debe ser incorporar la sostenibilidad en el diseño del producto para tener en cuenta los impactos ambientales durante toda la vida útil del producto. El diseño de productos que sean benignos para el medio ambiente puede contribuir a su introducción y mantenimiento exitosos. El diseño de productos con fácil desmontaje ayuda en el proceso de reparación, reutilización, reutilización y remanufactura. El diseño de productos con fácil mantenimiento ayuda a prolongar el uso del producto de manera más eficiente. La flexibilidad del producto, por ejemplo, permite mejoras ambientales, como la sustitución de materiales, al tiempo que conserva la competitividad. Es probable que la disminución esperada en los ciclos de vida del producto con una mayor personalización del producto haga que la flexibilidad sea cada vez más importante.

Procesos de fabricación sostenibles: los procesos y sistemas de fabricación empleados deben tener en cuenta la sostenibilidad en todos los niveles, de modo que haya una adhesión integral a los principios de sostenibilidad. Todos los procesos utilizados son energéticamente eficientes manteniendo la calidad requerida. Todos los sistemas interconectados también comparten la misma filosofía. Reducir la intensidad energética y las emisiones en todas las operaciones y en la cadena de suministro. La fabricación de cero emisiones (es decir, de circuito cerrado) considera el sistema de fabricación como un ecosistema industrial y requiere la reutilización de desechos o subproductos dentro del sistema de fabricación. Los sistemas de fabricación empleados deben tener la flexibilidad para la sustitución de materiales y adaptarse a las variaciones en los flujos de materiales para ayudar a mejorar la sostenibilidad y mantener la competitividad. Para reducir los impactos ambientales de los procesos de fabricación, es necesario optimizar el desempeño ambiental de los procesos existentes, así como desarrollar nuevos procesos ecológicos.

Optimice el desempeño ambiental: hasta ahora, los procesos de fabricación generalmente están diseñados para un alto rendimiento y bajo costo, con poca atención a los problemas ambientales. La mayoría de las veces, la optimización de un proceso se realiza con referencia a minimizar el tiempo de mecanizado o el costo de mecanizado sin tener en cuenta el medio ambiente. Los modelos de costos considerados rara vez incluían el costo del cumplimiento ambiental. Sin embargo, es necesario considerar el costo del cumplimiento de la guía ambiental.

Por ejemplo, al estimar el costo del fluido de corte, los siguientes costos se consideran como parte del costo total de mecanizado.

• Costo de compra del fluido de corte, incluido el costo de recarga

• Costo de mantenimiento del fluido de corte, costo de los aditivos junto con el costo de mano de obra asociado

• Costo del fluido auxiliar, el costo asociado a la pérdida volumétrica de fluido de corte por evaporación, fuga, etc.

• Costo de bombeo del fluido de corte usado

• Costo de limpieza del sistema, es decir, enjuagar el sistema después de desechar el fluido de corte gastado

También es posible mejorar la eficiencia del funcionamiento de las máquinas herramienta modificando el software. Por ejemplo, en el taladrado de agujeros profundos cuando se programa con ciclo de picoteo, la herramienta se retira a intervalos programados para limpiar las virutas. Esto puede no ser un uso eficiente de la energía. Es posible en la perforación de agujeros profundos; el consumo de energía se puede reducir con un ciclo de picoteo adaptativo, que ejecuta el picoteo según sea necesario al detectar la carga de corte. Además, la sincronización de la aceleración/deceleración del husillo con el sistema de avance durante una etapa de avance rápido puede reducir el consumo de energía hasta en un 10 %.

Es posible desarrollar modelos matemáticos para el uso de energía eléctrica en el mecanizado y validarlos a lo largo de la trayectoria de una máquina herramienta, como en torneado y fresado. Esto ayuda a evaluar las trayectorias de las herramientas y rediseñar las máquinas herramienta para hacerlas más eficientes desde el punto de vista energético. También se observa que el requerimiento total de energía está más controlado por el equipo auxiliar que por el proceso principal en muchas situaciones. Por lo tanto, las máquinas herramienta deben rediseñarse teniendo esto en cuenta.

Desarrollar nuevos procesos verdes

Además de mejorar y optimizar los procesos existentes, también será importante desarrollar nuevos procesos que utilicen materiales menos nocivos y generen menos emisiones que luego puedan considerarse procesos verdes. Un ejemplo podrían ser los procesos basados ??en láser. Es probable que los procesos de fabricación asistidos por láser brinden algunas ventajas ambientales al reducir las emisiones durante los procesos de fabricación y extender la vida útil de la herramienta debido a su naturaleza sin contacto. Sin embargo, el consumo de energía de los procesos láser es mayor en comparación con los procesos convencionales. La deposición directa de metal (DMD) es un proceso de fabricación aditiva que es mejor para moldes simples con una baja relación de volumen de sólido a cavidad que será menos gravoso para el medio ambiente en comparación con el fresado CNC.

Se sabe que la selección de los parámetros del proceso puede tener una influencia significativa en la energía y los recursos consumidos. La reducción del consumo de energía en una máquina herramienta se puede lograr recuperando la energía mediante el uso de un sistema de recuperación de energía cinética (KERS) similar a los frenos regenerativos que se usan en los automóviles. Se descubrió que se puede lograr un ahorro de energía del 5 al 25 % al tener un dispositivo KERS en la máquina herramienta en condiciones simuladas. Es posible que el consumo de energía para taladrado y planeado/fresado final se pueda reducir ajustando las condiciones de corte (velocidad de corte, velocidad de avance y profundidad de corte) altas, acortando así el tiempo de mecanizado, pero dentro de un rango de valores que no comprometa la herramienta. vida útil y acabado superficial.

4. Ejemplos de fabricación sostenible

Los fluidos de corte se utilizan ampliamente en los procesos de mecanizado de metales para eliminar y reducir el calor durante las operaciones de mecanizado. El uso de fluidos de corte mejora en gran medida la calidad del mecanizado al mismo tiempo que reduce el costo del mecanizado al prolongar la vida útil de la herramienta. Sin embargo, la neblina y el vapor generados durante los procesos de mecanizado son perjudiciales para el operador y existen normas estrictas para controlarlos. La exposición directa a fluidos de corte ha sido responsable de varios casos de cáncer de piel. Las estrictas legislaciones ambientales exigen que los fluidos de corte gastados se reciclen o eliminen de una manera que no sea dañina para el medio ambiente. Esto requiere un mayor gasto en los procedimientos de reciclaje y eliminación utilizados según el tipo de fluido de corte.

El costo del mecanizado, el impacto medioambiental y las preocupaciones sobre la salud de los operadores han llevado a los investigadores a buscar alternativas como la cantidad mínima de lubricación (MQL) o condiciones de corte en seco equivalentes que puedan satisfacer los requisitos de mecanizado sin el uso de fluidos de corte. En MQL, el fluido utilizado generalmente es aceite puro, pero algunas aplicaciones también han utilizado fluidos solubles en agua. Estos fluidos se alimentan a la herramienta y/o al punto de mecanizado en pequeñas cantidades. Cuando el aire se combina con el lubricante, se atomiza en la boquilla para formar gotas extremadamente finas, lo que se denomina aplicación de niebla.

Los fluidos de corte a base de aceites vegetales son biodegradables y renovables. Los datos experimentales indicaron que los fluidos de base biológica se desempeñaron mejor que los productos a base de aceite mineral en la perforación en términos de vida útil prolongada de la herramienta, mejor rotura de virutas, menor desgaste de la herramienta y menores fuerzas de corte. Esto mejorará sus principales credenciales como fluido de corte ecológico, ya que no tiene aditivos nocivos que compliquen los procedimientos de eliminación y, por lo tanto, el costo de eliminación.

Conclusiones

La fabricación sostenible es el aspecto más importante a tener en cuenta por todos los ingenieros de producción, no porque sea una moda sino una necesidad como una obligación para el mundo en el que vivimos. El análisis del ciclo de vida del producto se ha convertido en una herramienta de elección que se utiliza para establecer el entorno ambiental. impacto de los productos que producimos. Aunque la aplicación de PLA requiere mucho tiempo y datos, proporciona vías muy claras en las que los ingenieros podrán reducir el impacto ambiental. Hay una serie de áreas dentro de la fabricación que se pueden beneficiar en gran medida con la adopción de prácticas de fabricación ecológicas. Los tres principios principales a considerar son reducir la utilización de recursos en el proceso, usar materiales amigables con el medio ambiente, reducir todas las formas de desperdicio y reutilizar y reciclar la mayor cantidad de material posible para lograr el objetivo de la capacidad de auto-recuperación de la tierra.

El artículo está escrito por el Dr. Nageswara Rao Posinasetti, Profesor, Departamento de Tecnología, Universidad del Norte de Iowa, EE. UU.

¿Cuáles son ejemplos de fabricación sostenible?

Ejemplos de fabricación sostenible

Los fluidos de corte se utilizan ampliamente en los procesos de mecanizado de metales para eliminar y reducir el calor durante las operaciones de mecanizado. El uso de fluidos de corte mejora en gran medida la calidad del mecanizado al mismo tiempo que reduce el costo del mecanizado al prolongar la vida útil de la herramienta.

¿Qué son las prácticas de fabricación sostenible?

La fabricación sostenible es la creación de productos manufacturados a través de procesos económicamente sólidos que minimizan los impactos ambientales negativos mientras conservan la energía y los recursos naturales. La fabricación sostenible también mejora la seguridad de los empleados, la comunidad y los productos.

¿Cómo puede la fabricación ser más sostenible?

Seis factores clave para lograr una fabricación sostenible

  1. Optimice su uso actual de combustibles fósiles. Esto es un hecho.
  2. Eliminar residuos. Otra obviedad.
  3. Reducir o eliminar la contaminación.
  4. Reciclar.
  5. ¡Recupera energía, no la conviertas en calor!
  6. Ahorrar tiempo.

¿Cómo es la fabricación sostenible buena para la industria?

La fabricación sostenible también puede ser muy rentable. Al mejorar la eficiencia de sus equipos y procesos, puede reducir el consumo de energía, disminuir el tiempo de fabricación, reducir los desperdicios y usar menos material, todo lo cual puede proporcionar ahorros de costos significativos para usted y sus clientes.

Video: sustainable manufacturing