La Necesidad de Control de Proceso en Sistemas de Galvanoplastia

No quiere decir que los otros baños no sean importantes porque lo son. Simplemente, el baño de galvanoplastia tiene la prioridad más alta. Un baño de galvanoplastia poco saludable siempre produce depósitos de mala calidad, tiene tasas de rechazo más altas y aumenta los costos de producción.

Afortunadamente, el baño de cromo hexavalente es bastante tolerante a niveles razonables de impurezas; de hecho, es uno de los más indulgentes de todos los procesos de galvanoplastia. Pero eso no significa que deba ser maltratado. Muy por el contrario, el baño de cromo funciona mejor cuando sus ingredientes y impurezas están controlados dentro de límites bastante estrechos. El peor error que puede cometer un galvanizador es esperar a que se desarrolle un problema antes de hacer un análisis del baño.

Ingredientes Críticos del Baño

El baño de cromo duro opera con solo dos ingredientes principales, ácido crómico y sulfato. Los baños de alta eficiencia incluyen 1-2 catalizadores adicionales, pero, independientemente de esto, los niveles de cromo y sulfato son los más críticos. Estos dos componentes requieren un análisis y control frecuentes. Es muy común que el sulfato en exceso entre en el baño sin que se sepa a través del suministro de agua y de las impurezas en el ácido crómico utilizado. El aumento de sulfato desajusta la relación cromo:sulfato, lo que resulta en una serie de problemas de galvanoplastia.

El sulfato es un verdadero catalizador, lo que significa que no se consume durante la electrólisis. Su concentración solo aumenta por arrastre o por adiciones al baño. El nivel de sulfato nunca disminuye; naturalmente, solo se pierde a través de arrastre, una fuga en el tanque o un desbordamiento. Esto, junto con su enorme impacto en la calidad de la galvanoplastia, es la razón por la que debe ser monitoreado y controlado de cerca.

Por otro lado, el nivel de ácido crómico disminuye gradualmente en relación con el número de amperios-hora plateados. La tasa de consumo de ácido crómico es típicamente de alrededor de 100 lbs. cada 400,000 amperios-hora de galvanoplastia si se utiliza la Recuperación de Descarga Cero para los sistemas de enjuague y ventilación. Será considerablemente mayor si no se emplea la Descarga Cero.

Qué se Hace Típicamente

Muchas tiendas de cromo duro no tienen capacidades de análisis interno, ni ven la necesidad de un control más cercano del baño. Este es un gran error porque mantener la relación adecuada de CrO3:SO4 es increíblemente importante. Sin este control, la calidad del depósito y, por lo tanto, la rentabilidad de la operación disminuye rápidamente.

Los galvanizadores de la vieja escuela simplemente utilizaban un hidrómetro para medir el Baumé (o densidad) del baño como un indicador del nivel de ácido crómico. Esta práctica es completamente inadecuada porque la lectura de Baumé incluye las impurezas en el baño, como trivalente, hierro y cobre. Por lo tanto, el nivel de ácido crómico siempre estará por debajo de lo que indica el Baumé. Esto perturba el equilibrio crítico de la presumida relación cromo:sulfato.

Otro error es que muchos galvanizadores de cromo duro por encargo y cautivo dependen únicamente de sus proveedores para realizar las pruebas de baño. Esto es problemático en varios frentes:

• El tiempo desde que se toma una muestra del baño, se recibe en el laboratorio externo y se devuelven los resultados suele ser de varias semanas, siendo 2-3 semanas lo típico en muchos casos.
• El baño ha cambiado significativamente con la producción continua durante este tiempo. Los resultados obtenidos, por lo tanto, son irrelevantes ya que no reflejan las condiciones actuales. Por lo tanto, las adiciones químicas realizadas según estos informes nunca son correctas, y el baño constantemente se mantiene fuera de balance.
• Para empeorar las cosas, también es común que algunos talleres esperen hasta que se desarrolle un problema de calidad antes de realizar un análisis del baño. Este escenario más desfavorable causa enormes problemas con la producción, la calidad del producto y las ganancias.

Nuestro laboratorio se especializa en análisis de baños de cromo duro y recibe muestras de todo Estados Unidos y del extranjero. La experiencia de los últimos treinta años indica que muchas muestras de baño fueron enviadas para resolver problemas de calidad que se relacionaban directamente con el desbalance de la relación cromo:sulfato. Esto no sería así si estas tiendas tuvieran sus propias capacidades de análisis interno.

Qué se Debe Hacer

Como mínimo, una tienda de cromo debería tener la capacidad de probar sus niveles de ácido crómico y sulfato internamente. La frecuencia del análisis del baño se basa en mantener el equilibrio químico deseado dentro de límites del 2%-5%, siendo una variación del 2% más deseable. La mayoría de las operaciones descubrirá que hacerlo una vez por semana cumple con ese requisito.

El equipo necesario para un laboratorio interno no es excesivamente caro en relación con los beneficios obtenidos. El espacio requerido tampoco es prohibitivo, y normalmente se pueden hacer 4-5 muestras de baño en una hora una vez que el operador se familiariza con los procedimientos.

Las operaciones de mayor producción también pueden querer la capacidad de probar su catalizador secundario, trivalente, e impurezas como hierro, cobre y cloruros. Sin embargo, estas pruebas requieren equipo adicional y experiencia operativa. Normalmente, utilizar un laboratorio externo para verificar estos ítems es viable ya que sus niveles no cambian rápidamente, y los ligeros cambios que ocurren no afectan la calidad de la galvanoplastia. No quiere decir que sus concentraciones pueden ser ignoradas; muy al contrario, simplemente que tenerlas probadas mensualmente generalmente es adecuado.

Quién Debería Hacer Esto

La tarea de tomar una muestra del baño, hacer el análisis y realizar las adiciones al baño debería delegarse a una sola persona. Utilizar a múltiples empleados para esto invita a la confusión y posibles problemas. La mejor persona para esto es a menudo el capataz principal del turno o el supervisor de galvanoplastia.

Requisitos del Laboratorio

Los kits de prueba de tipo caja de la vieja escuela son inadecuados para los requisitos de control de procesos actuales. El equipo de laboratorio profesional es más duradero y proporciona los mejores resultados. Hay una enorme diferencia en la precisión obtenida entre el uso de un kit de prueba y el uso de un laboratorio dedicado con reactivos, vidrio y procedimientos de calidad profesional.

El laboratorio interno no necesita ser excesivamente grande o complicado, pero es mejor usar una pequeña habitación cerrada. Un área de 10 x 10 es adecuada si solo se utiliza para probar el cromo y el sulfato. Idealmente, esto estaría ubicado cerca de la línea de galvanoplastia pero alejado de cualquier operación de pulido o mecanizado, para que el laboratorio permanezca libre de desechos en el aire. Idealmente, esta habitación debería estar acondicionada. Esta configuración del laboratorio no necesita ser elaborada; todo lo que generalmente se requiere es lo siguiente:

1. Varias mesas de trabajo con armarios tipo cocina debajo para almacenar el vidrio de laboratorio. Idealmente, las superficies de las mesas estarían cubiertas con plástico duradero; el revestimiento de PVC de 1/4 es ideal. Tener un respaldo y un estante superior a lo largo de la parte trasera de las mesas de trabajo es una buena idea.
2. Varios armarios o estantes en la pared para almacenar los diversos reactivos.
3. Buena iluminación fluorescente, agua caliente y fría, y un pequeño fregadero profundo con un grifo de cuello de cisne.
4. Varias tomas eléctricas dobles, o regletas de alimentación, distribuidas a lo largo de las paredes detrás de las mesas de trabajo.
5. Un escritorio y un archivador para almacenar los registros del laboratorio, una computadora pequeña y una calculadora.

Pruebas de Respaldo

También se recomienda que las muestras de baño sean enviadas a un laboratorio externo de forma regular para un análisis de respaldo. Esto es necesario para probar los otros ingredientes del baño, así como los catalizadores utilizados y verificar la precisión de sus pruebas internas de cromo y sulfato. Este laboratorio también debería probar los niveles de impureza de cloruros, trivalente, hierro y cobre. Se recomienda encarecidamente utilizar un laboratorio que se especialice en tecnología de cromo duro para esto.

La frecuencia de realizar el análisis de respaldo variará con la cantidad de trabajo galvánico y los volúmenes de los tanques. La mayoría de los talleres encuentran que hacerlo mensualmente es suficiente. El objetivo es rastrear la acumulación de niveles de impurezas antes de que causen problemas de galvanoplastia. Esto previene los enormes picos y valles en la calidad que algunos talleres experimentan. El resultado es producir depósitos de alta calidad de manera continua de mes a mes y de año a año. También puede eliminar o reducir significativamente el volumen de retrabajo requerido.

El nivel de cloruros es crítico porque es un contaminante muy potente. Siempre debería estar por debajo de 50 ppm, y se recomienda mantenerlo por debajo de 20 ppm.

Además de crear problemas de galvanoplastia, estas impurezas también disminuyen la eficiencia del proceso, lo que aumenta el tiempo de galvanoplastia y los costos eléctricos de CA.

El nivel de cromo trivalente también es importante, y debe mantenerse en alrededor del 1% (como porcentaje del ácido crómico hexavalente); se convierte en una impureza cuando es mucho mayor que el 2%.

Las impurezas de hierro y cobre se vuelven problemáticas cuando están por encima de 5 g/l individualmente o 5 g/l en total al combinarlas. De hecho, el cobre tiene un efecto negativo mucho más fuerte que el hierro, por lo que debe mantenerse lo más bajo posible.

Una razón por la que estas impurezas causan problemas es que forman quelatos (se ligan) con el cromo hexavalente, desajustando así la relación de sulfatos utilizables. También aumentan la resistencia eléctrica del baño, lo que requiere o bien elevar el voltaje o utilizar amperios reducidos. Además de crear problemas de galvanoplastia, estas impurezas también disminuyen la eficiencia de la galvanoplastia, lo que incrementa el tiempo de galvanoplastia y los costos eléctricos de CA.

Como ejemplo, recientemente se envió una muestra de baño de cromo a nuestro laboratorio con la esperanza de resolver un importante problema de calidad de galvanoplastia. Era un baño de siete años que contenía 5% trivalente y 23.2 g/l de hierro y cobre combinado, dando como resultado un TCL de 28.2. Esto es casi 4 veces el máximo TCL recomendado y equivale a 348 libras de hierro y cobre vagabundo disuelto en la solución de 1,800 galones. No es sorprendente que no pudiera platear nada exitosamente. Desafortunadamente, ese baño tuvo que ser desechado y rehecho porque no había forma económica de salvarlo. El alto costo de reemplazar ese baño afectó significativamente las ganancias de la empresa. Sus altos costos operativos, calidad deficiente y pérdida de satisfacción del cliente podrían haberse evitado si esa tienda simplemente hubiera utilizado un mejor control de procesos. Un baño de cromo que se opera y controla adecuadamente durará más de cincuenta años y aún podrá realizar galvanoplastia de alta calidad.

Pero no puede controlar sus impurezas, o otros ingredientes del baño, sin realizar un análisis rutinario del baño y sus niveles de impurezas.

Sin embargo, muchos galvanizadores de cromo duro no hacen un esfuerzo serio para controlar las impurezas de su baño, sino que permiten que se acumulen a un nivel que crea serios problemas de galvanoplastia. En ese punto, dejan de usar ese baño o lo desechan y rehacen, un asunto muy costoso. Mientras tanto, su calidad, eficiencia y ganancias disminuyen continuamente, y pueden haber perdido uno o dos clientes en el camino. Todo esto podría haberse prevenido simplemente manteniendo su TCL entre 4.8 - 7.2.

Pero no puede controlar sus impurezas, o otros ingredientes del baño, sin realizar un análisis rutinario del baño y sus niveles de impurezas. El TCL debería ser rastreado a lo largo del tiempo para poder tratarlo cuando el TCL alcance 7.2. Por eso es tan importante tener la capacidad interna para probar los ingredientes básicos del baño y luego usar regularmente un laboratorio externo calificado para verificar los niveles de catalizadores e impurezas.

El costo de este servicio se compensa muchas veces con la mejora en la calidad de galvanoplastia, una reducción en el retrabajo y unos costos operativos mucho menores. Usar un laboratorio externo para pruebas de respaldo y apoyo no debería considerarse un gasto; es una inversión en control de calidad que se retribuye muchas veces con una mejor posición en el mercado y un aumento en las ganancias.

El Beneficio

El retrabajo debido a desequilibrios en el baño y excesivas impurezas es un asunto muy costoso porque la pieza debe someterse a despojo, reacondicionamiento y volver a platearse. Este costo es al menos 3 veces mayor que tenerla galvanizada correctamente la primera vez, y probablemente incluso más. Este costo adicional no se puede trasladar al cliente y, por lo tanto, debe ser absorbido.

Los galvanizadores de cromo duro que controlan los ingredientes de su baño dentro de una variación del 2%-5% y controlan su TCL de impurezas dentro del rango de 4.8 - 7.2 tienen costos operativos mucho más bajos, mayores eficiencias de producción y tasas de retrabajo reducidas. Estos factores se relacionan directamente con un aumento en la rentabilidad y incluso con su sostenibilidad a largo plazo.

La industria del siglo XXI exige entregas de alta calidad y a tiempo. Una de las mejores maneras de cumplir con sus objetivos es tomar control sobre el baño de galvanoplastia y mantenerlo saludable. Los galvanizadores que siguen este concepto prosperarán, mientras que aquellos que lo ignoren, bueno, no tanto.

Todo lo que se necesita para esta mejora operativa es ejercer un mejor control de procesos. El costo de hacerlo se compensa enormemente y se retribuye muchas veces. No es solo un tema de calidad; también es lógico y tiene sentido comercial.

Eric Svenson Sr. es CEO de Plating Resources, Inc., en Cocoa, Florida. Visite www.plating.com o

La gran línea de NATIONAL PLATING puede producir 20,000 lbs de piezas en una hora.

Cuando Mark, un fotógrafo de 20 años que trabajaba en California, escuchó el deseo de su padre de salir del negocio, decidió intentarlo. “Le dije que volvería aquí y lo probaría al menos durante el verano”, se rió, “¡y aquí estoy, once años después!”

Cuando Mark asumió el control de National Plating, era el momento de comprometerse a grandes mejoras o arriesgarse a perder el negocio. Para la familia Palik, cada generación había reaccionado a su tiempo, aplicó su propia filosofía y tuvo éxito a su manera.

En ese momento, era un pequeño taller, con alrededor de ocho empleados. El plan de Mark era claro: responder a este desafío y mejorar las operaciones. Inmediatamente comenzó a expandir el negocio y, en dos años, había triplicado las ventas. Hoy, emplea a 40 personas.

¿Cómo financió estas primeras expansiones? “Trabajo duro”, es su respuesta rápida. “Siempre hemos tenido personas hábiles y nuestros propios soldadores. No es ciencia espacial construir un tanque de galvanoplastia. Incluso construimos algunos de nuestros propios barriles en un momento. Construir tu propio equipo es una ventaja distintiva, no algo que muchos pueden hacer.”

MARK PALIK verifica el grosor del recubrimiento utilizando equipos capaces de realizar mediciones dentro de aproximadamente 1%.

Al igual que en la película Field of Dreams, la teoría de Mark era “Si lo construyes, ellos vendrán”. Sin embargo, cuando la gente preguntaba si había asegurado trabajo para esta nueva línea, tuvo que admitir que no, pero tenía en mente dos o tres cuentas grandes. “No tenía duda de que cuando les mostrábamos que podíamos manejar volúmenes masivos rápidamente con mejores niveles de control de calidad y control estadístico de procesos que los que estaban obteniendo, al menos nos darían la oportunidad de ser una segunda fuente”, explicó. “Eso es todo lo que necesitaríamos para ganar más de su negocio.”

¿Ha funcionado? “Sí”, respondió con una sonrisa. “Aunque no fue tan fácil como pensé que sería.” Sabía que, incluso con los altibajos de la demanda en este negocio, cualquier galvanoplastista que trabajara en la industria automotriz tendría que cumplir con los difíciles requisitos ISO y QS de esa industria con el control de calidad y el control estadístico de procesos que su empresa tenía en marcha.

Tenía razón. Esto ha ayudado a atraer nuevos negocios. “Desde que nos embarcamos en el carro de volúmenes grandes, nuestro volumen ha aumentado más del 300%, las ventas se han duplicado, ¡y apenas estamos comenzando! Ahora estamos operando la línea a aproximadamente tres cuartos de capacidad y esperamos alcanzar la capacidad total para fin de año. No conozco ninguna línea de galvanoplastia de barril que sea más productiva.”

Debido a que la empresa realizó gran parte del trabajo internamente, el Sr. Palik señaló que la inversión fue probablemente la mitad de lo que habría costado si hubiera sido diseñada e instalada por una empresa externa. “Aunque no hay otra línea de barriles en EE. UU. como esta”, dijo. “Visité una línea automatizada similar en Canadá que costó más de $4 millones.”

Otra filosofía que siempre ha empleado Mark Palik es no tener un tercer turno, incluso en los momentos más ocupados. Considera que operar las 24 horas del día, siete días a la semana no puede hacerse sin sacrificar la calidad. “Trabajamos dos turnos cinco días a la semana”, dijo, “de ocho a doce horas por turno, dependiendo de cuán ocupados estemos, y siempre tenemos capacidad disponible. Si nos ocupamos demasiado mientras trabajamos dos turnos de doce horas, simplemente trabajaremos un sábado y nos pondremos al día.”

Características de la nueva línea. Aquí están las características clave que hacen que esta nueva línea de galvanoplastia de zinc sea única y eficiente:

• Rectificación: La línea tiene rectificación individual para cada estación de galvanoplastia. “Esto nos da la versatilidad de galvanizar un barril a 1,000 amperios,” explicó el Sr. Palik, “y seguirlo con una carga de 100 amperios, ajustando así la corriente de galvanoplastia al área de superficie de la parte en cada barril.”
• Tancos de acero inoxidable: Otro gran compromiso fue usar solo tanques de acero inoxidable en lugar de tanques de acero recubiertos. Un gran gasto inicial, sí, pero que se paga con fiabilidad y facilidad de mantenimiento al final.
• Grúas automáticas: Se diseñaron y construyeron en casa cuatro grúas automáticas de alta velocidad. Costaron alrededor de $20,000 cada una para construir, lo que representó un gran ahorro en comparación con comprarlas fuera.
• Automatización de barriles: Con el manejo automatizado de barriles, los resultados son consistentes de ciclo a ciclo, sin variar de turno a turno. “Nuestros cromatos están constantemente en medidores de conductividad con bombas que controlan automáticamente la concentración,” observó. “Es lo mismo cada vez: concentración, tiempo de inmersión y resultado final. En una línea manual, puedes tener un operador contando el tiempo de inmersión y siendo más rápido o más lento que el tipo del turno siguiente.” Los barriles tienen puertas de bloqueo automáticas. Los operadores cargan el barril y, cuando gira en una dirección, la puerta se cierra automáticamente. Después del procesamiento, gira el barril en la otra dirección y la puerta se abre y el barril se vacía. Esto es mucho más rápido que las puertas de barril estándar que requieren quitar manualmente cuatro o cinco abrazaderas de la puerta cada vez que cargas y descargas.
• Procesamiento de soluciones: Mantener la química del baño es clave para el control de calidad, y aquí el Sr. Palik confía en métodos de control estadístico de procesos y monitoreo constante, que incluye pruebas diarias del contenido metálico y niveles de química. “Usamos SPC para mantener constantemente todos los niveles de química,” dijo. “Todo está chartado en la computadora. Si obtenemos ampollas en una parte que corrimos hace dos meses, por ejemplo, podemos volver a nuestros gráficos SPC y ver exactamente dónde estaban nuestros niveles de química el día que la corrimos.” Pavco Inc., Cleveland, Ohio, es el principal proveedor de productos químicos, y ha sido fundamental para proporcionar soporte técnico. “Una vez a la semana, el proveedor hace un análisis de básicamente todo lo que hacemos diariamente, incluyendo una revisión de los productos químicos patentados, que no podemos hacer. También puede solucionar cualquier problema con su equipo analítico mucho más sofisticado.”
• Secador de cinta: El secador de cinta maneja las piezas con cuidado. “Gastamos mucho en ventilación,” recordó el Sr. Palik. “No se trata solo de tener un adecuado sistema de extracción, también necesitas introducir más aire fresco del que exhaustas. Tenemos una gran unidad de aire de recambio en nuestro techo, bombeando aire hacia adentro y hacia afuera. Eso fue un requisito del código para mudarnos a este edificio. Otro fue que no solo nuestras salas de almacenamiento de productos químicos debían tener puertas cortafuegos, sino que todo en el edificio tenía que estar completamente rociado.”
• Pruebas de grosor: Tres probadores de corriente de Eddy en línea monitorean el grosor del recubrimiento dentro de aproximadamente 5%. Esto se complementa con una máquina de prueba de rayos X que puede medir recubrimientos a aproximadamente 1% en las superficies más complicadas, como partes con roscas.

Barrels automatizados se mueven por la línea de galvanoplastia de zinc.

Los talleres de galvanoplastia que sirven a la industria automotriz enfrentan un requisito de que todos los proveedores de nivel dos estén registrados ISO para fin de año. Mark Palik ve eso también como una oportunidad. “Planeamos estar registrados para entonces,” dice. “Ya estamos a mitad de camino.”

Aunque la demanda de galvanoplastia en el área de Cleveland ha disminuido desde que se comprometió con esta nueva línea, el Sr. Palik sigue siendo optimista. Una vez que convenció a algunos
clientes de gran volumen de que su pequeño taller estaba avanzando hacia lo grande, no pasó mucho tiempo para que la noticia se difundiera. “La gente empezó a hablar sobre la línea y el trabajo que estábamos haciendo para ellos,” recordó. “Pronto, personas a las que había llamado meses atrás comenzaron a llamarme de nuevo. Nuestra reputación comenzó a dar frutos.” PF