Comprendiendo la pulverización de pintura

Pregunta: ¿Cómo funciona la pulverización de pintura y en qué se diferencia el proceso para los aplicadores de spray neumáticos y los de campana giratoria de alta velocidad?

En los años 1800, Joseph Binks, director de mantenimiento de la tienda por departamentos Marshall Field, en Chicago, inventó la pistola atomizadora por aire. En su nuevo invento, la pintura se rompió en pequeñas gotas mediante una corriente de aire presurizado. Usó su nueva técnica de pulverización, en lugar del antiguo pincel, para pintar de manera eficiente las paredes de la tienda.

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La pulverización es clave para transferir pintura líquida de manera eficiente a una parte objetivo. El término pulverización se refiere al proceso de aplicar una fuerza para romper líquidos a granel —como la pintura— en gotitas muy pequeñas que luego pueden ser dirigidas por una corriente de aire para cubrir un objetivo.

Hay dos técnicas principales de pulverización. La primera es el innovador método neumático utilizado por Joseph Binks, modificado después de 1900 para las latas de aerosol. Y el moderno método de aplicación de campana giratoria de alta velocidad, común en la pintura industrial y, más aún, para pintar carrocerías de automóviles.

En el caso neumático, la pulverización ocurre cuando el aire se mezcla violentamente en una corriente fluida y la rompe en pequeñas gotas. El tamaño de las gotas depende del caudal de pintura, su viscosidad y los ajustes de presión de aire en la pistola de pulverización. La presión del aire y el caudal suministran energía para impulsar las gotículas de pintura desde la boquilla de la pistola de pulverización hacia la pieza. La película comienza a formarse cuando las gotas alcanzan el objetivo y se nivelan. Las gotas se fusionan en una fina película de pintura.

La cantidad de aire aplicado y la geometría del cabezal de aire son características críticas en la pulverización neumática. Hay dos puntos de origen donde se aplica fuerza de aire. Una fuente es el aire central, llamado aire para pulverización primaria, que estirará la pintura para atomizar el líquido. La segunda fuerza del aire proviene más de la trompa lateral del cabezal de aire y se llama aire de trompa. El aire de pulverización secundario “choca” contra la pulverización central. Estas dos fuerzas de pulverización crean un patrón primario y un patrón secundario, que se fusionan para formar el patrón general de pintura en aerosol.

Podemos controlar la pulverización y el patrón del ventilador mediante la presión del aire de trompa y del aire central. Al aumentar el aire de trompa y mantener constante el aire de pulverización, el diámetro de las partículas se vuelve un poco más pequeño y el patrón de abanico de pulverización se torna cada vez más amplio. La velocidad de la gota disminuye. Si el aire de trompa es constante y se incrementa el aire de pulverización central, las microgotas se vuelven más pequeñas y el patrón de pulverización es más estrecho, pero la velocidad de la gota es significativamente más rápida.

Los aplicadores neumáticos funcionan con un impulso de aire para la pulverización, y los de campana giratoria de alta velocidad operan con fuerzas centrífugas de campo giratorio. Las fuerzas aplicadas difieren bastante en cada caso. En el atomizador neumático, la fuerza de velocidad del aire es de aproximadamente 100 a 300 m/s y este flujo de aire, combinado con el caudal de pintura, determinan el grado de pulverización. Para los aplicadores giratorios de alta velocidad, la velocidad de rotación de la campana (que es muy alta, alrededor de 15,000 a 70,000 rpm) y el caudal de pintura definen la pulverización. Veamos ahora la campana giratoria de alta velocidad.

La campana giratoria es un atomizador muy común para los grandes talleres de pintura industrial debido a su mayor eficiencia. Igual que con la pistola neumática, la cantidad de aire aplicado y la geometría del cabezal de aire son fundamentales en la pulverización. Para un atomizador de campana giratoria, el diámetro de la campana, su velocidad de rotación e, incluso, el tipo de geometría de su borde tendrán un efecto significativo en la pulverización. El aire formado en la campana también es importante para transferir las partículas atomizadas al objetivo.

El aplicador de campana tiene un puerto de descarga central para el flujo de pintura. La campana gira muy rápido, por ejemplo, ¡a 60,000 rpm! La pintura fluye desde el puerto de salida central y se mueve a través de la superficie de la campana. La pintura cubre por completo la superficie de la campana y luego, justo en el borde, se forman hilos líquidos. Las cuerdas de líquido se rompen y configuran las microgotas. Este es el proceso de pulverización.

El principio operativo básico de la campana giratoria consiste en que existen tres tipos de aire para su funcionamiento. El aire de los cojinetes los sostiene para una rotación suave y muy rápida, que le permite llegar a 60,000 rpm. El aire de la turbina proporciona la energía para la rotación. Y el aire de formación puede dirigir las microgotas atomizadas a medida que se forman a partir del flujo de pintura.

Existen algunos parámetros clave que controlan la pulverización cuando se usa una campana giratoria. Por ejemplo, la velocidad de rotación de la campana, la cantidad de aire de formación y la distancia entre el atomizador y el objetivo son todos importantes. Una mayor velocidad de rotación de la campana aumentará la pulverización. Cuando aumenta la velocidad de la campana, el diámetro del hilo de pintura disminuye y, por lo tanto, el tamaño de las partículas también. Esto da como resultado gotículas de pintura más pequeñas y muy buen flujo de pintura y nivelación en la pieza. Con una velocidad de campana baja, los filamentos grandes forman gotículas de pintura grandes, lo que hace menos óptimo el flujo de pintura. El aire de formación a valores altos, junto con una rotación rápida, puede aumentar la pulverización. Un aire de formación y velocidad bajos disminuirán la pulverización. La distancia al objetivo puede afectar el tiempo de transferencia. Sin embargo, esta es con frecuencia una variable fija.

Con cualquiera de estos dos métodos de pulverización, la eficiencia de la pintura se puede mejorar aún más mediante un voltaje aplicado entre el atomizador y el objetivo. Este crea un campo electrostático que atrae las gotas de pintura al objetivo. Se aplica una carga, Q, a la pintura en un campo eléctrico de fuerza E, por lo que la fuerza que actúa sobre las partículas de pintura es: F = Q*E. Las partículas de pintura son atraídas hacia la pieza objetivo con carga opuesta. En aplicadores neumáticos simples sin un campo electrostático, la eficiencia de transferencia es de apenas 30%. Esto significa que 70% de la pintura no alcanza el objetivo y se desperdicia. El proceso de aplicación de campana giratoria que utiliza un campo electrostático alcanza una eficiencia de entre 75% y 80%, ¡menos del 20% de desperdicio!

Desde el trabajo pionero de Joseph Binks hemos mejorado considerablemente la calidad y la eficiencia del proceso de pintura. Esta es una gran noticia para los productores de artículos de consumo pintados, como los de automóviles brillantes, y mucho mejor para nuestro medioambiente.

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Tim es experto técnico de BASF Automotive Coatings Solutions.

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