Transportadores y sistemas de pintura

La selección de un sistema de acabados en polvo o de pintura depende de varios factores, incluyendo los tipos de piezas a recubrir, el proceso de tratamiento de superficie requerido, el tamaño y peso de las piezas, la secuencia de pasos del proceso y el flujo de material a través de todo el proceso de fabricación.

El diseño de la línea de acabados se debe planificar con base en los requisitos de espacio de los equipos del proceso y del espacio disponible. Ubique el transportador para llevar piezas desde el punto de carga en el área de fabricación a través del sistema de proceso hasta el punto de descarga en el área de ensamble y despacho. Este concepto minimizará el manejo de materiales, así como el daño de piezas y el personal requerido.

Sistemas de transporte

Para líneas de proceso de pintura líquida, se utilizan principalmente dos tipos de sistemas de transporte.

Los transportadores de monorriel elevados tienen combinadas en un elemento las funciones de carga y de accionamiento; esto es, en la cadena sin fin. Esta cadena es guiada por un sistema de rieles apoyado en una viga en forma de “I” o en una pista cerrada. Una estación de tensionamiento contrarresta la distensión de la cadena causada por variaciones de temperatura o desgaste. Un accionamiento de oruga o una rueda dentada mueve la cadena. Las piezas están suspendidas de la cadena mediante accesorios especiales o barras de carga. Este transportador sólo puede seguir un camino, no son posibles las desviaciones. Este sistema es simple y eficiente, pero poco flexible.

Los transportadores elevados asincrónicos son sistemas de dos rieles. El elemento de transporte de carga (carro o trolley) y el elemento de accionamiento (cadena), están separados. Los carros usan el “riel libre” inferior, mientras que las cadenas están en el “riel motriz” superior. Los perros de empuje establecen la conexión entre la cadena y el carro, y pueden engancharse y desacoplarse según sea necesario. El “riel libre” puede equiparse con interruptores, así como con estaciones elevadoras o paradas para permitir que los carros sigan caminos diferentes, o que puedan ser levantados o bajados, detenidos o movidos a diferentes velocidades a través del sistema. Todo el sistema de transporte está controlado por un PLC.

Este sistema es más costoso, pero es lo suficientemente flexible como para vincular procesos de fabricación, líneas de pintura, ensamble y despacho, así como para acomodar variaciones de procesos dentro de estas áreas. También reducirá la cantidad de personal y el costo del transporte de piezas a través de los distintos pasos de manufactura. Debido a esto, el riesgo de daño de piezas a través de varios pasos de manejo manual se reduce considerablemente.

Otros sistemas de transporte

Además de los dos sistemas descritos anteriormente, hay otros sistemas menos utilizados para acabados:

• Sistemas de elevación automáticos para procesos de inmersión (generalmente, E-coat y pretratamiento de inmersión).
• Sistemas de transferencia transversal (aplicaciones similares a las de los sistemas de elevación).
• Monorriel invertido o transportadores asincrónicos.
• Transportadores de rodillos para el transporte de skids de piezas o ensambles.
• Transportadores de cadena dual y de cadena de arrastre para sistemas de carrito.

Cualquiera de los tipos de transportadores anteriores se puede combinar para ofrecer el sistema de pintura óptimo para una aplicación específica. Los sistemas de transporte reducirán el manejo manual de las piezas, minimizando los costos de mano de obra y potenciales daños.

Equipos de proceso

En la mayoría de los casos, una línea de pintura o de recubrimiento en polvo consta de dos partes: el sistema de pretratamiento y la sección de recubrimiento.

Los sistemas de pretratamiento generan una superficie de sustrato adecuada para recibir el recubrimiento. Estos sistemas están destinados a tratamientos de limpieza, fosfatación y similares. Los productos químicos de pretratamiento están normalmente en soluciones acuosas y pueden usarse en aplicaciones de limpieza con vapor. También se utiliza el desengrase y la fosfatación con vapor. La limpieza mecánica, como el caso del granallado, es otro medio para tratar las piezas antes de la limpieza.

Cada proceso de pretratamiento comienza con la limpieza de las piezas, seguido de la aplicación de recubrimientos de conversión, tales como fosfatos o cromatos de hierro o zinc. Recientemente, se ha desarrollado una nueva generación de recubrimientos de conversión llamados nanocerámicos. Estos nuevos recubrimientos de conversión pueden funcionar a temperaturas más bajas y generar significativamente menos lodo que los procesos de hierro o fosfato de zinc. También son más amigables con el medio ambiente. La secuencia del proceso también incluye los enjuagues requeridos. La pulverización o la inmersión —o la combinación de éstos— podrían aplicar los pasos del proceso mencionados aquí, dependiendo de las configuraciones de las piezas y los pasos requeridos.

Un horno de secado por lo general sigue al proceso de pretratamiento. El horno funciona normalmente a alrededor de 300 °F y se calienta con gas natural. Si no hay gas disponible, se puede usar combustible, electricidad o vapor. Nota: los hornos de secado no están diseñados para evaporar los charcos de agua. Todas las acumulaciones de agua deben drenarse antes de aplicar el secado.

Entre los equipos auxiliares para sistemas de pretratamiento se incluyen: separadores de agua y aceite, sistemas de eliminación de lodos como filtros o centrifugadoras, sistemas de calefacción (agua caliente), sistemas de dosificación/alimentación de sustancias químicas y desmineralizadores/desionizadores. Diferentes procesos de recubrimiento requieren pasos específicos de pretratamiento. El E-coat, por ejemplo, requiere un enjuague final con agua desionizada antes de ingresar al tanque de E-coat.

Aplicación de pintura

La pintura se suministra en dos formas diferentes: líquido y polvo.

La pintura líquida se suministra como material diluido en solventes o a base de agua. La pulverización o inmersión sirve para aplicar ambos tipos de pintura.

Los recubrimientos en polvo se aplican pulverizando electrostáticamente el polvo cargado de manera que este sea atraído hacia las piezas o sumergiendo las partes calentadas en un lecho de polvo fluidizado para que el polvo se derrita sobre la superficie caliente. La mayoría de los sistemas de recubrimiento utilizan pulverización electrostática.

Todos los sistemas de aplicación de pintura líquida, salvo el E-coat, requieren estos pasos en el proceso:

• Aplicación de pintura (spray o inmersión).
• Disipación de solvente/agua (evaporación).
• Curado de pintura.

• La aplicación de recubrimiento en polvo electrostático requiere dos pasos de proceso:
• Aplicación de polvo.
• Fundido o curado de polvo.

Pulverización de pintura. La pintura líquida se puede aplicar usando pistola de pulverización manual o automática. En cualquier caso, la pulverización se realiza en un recinto ventilado equipado para eliminar y filtrar la sobrepulverización de pintura. La cantidad de partículas de pintura que pueden descargarse a la atmósfera está regulada por la EPA.

El recinto tiene una abertura de trabajo a través de la cual el aire se mueve hacia el área de pulverización, o está completamente cerrado y equipado con una cámara de suministro de aire. El propósito del recinto es contener la sobrepulverización de pintura y solventes.

Los filtros secos (supresores de pintura) o los sistemas de lavado con agua (depuradores) eliminan las partículas excesivas del aire de escape. Un sistema de filtro seco se utiliza normalmente para pintar bajos volúmenes de pintura. Este sistema puede ser instalado de manera relativamente económica, pero requiere la compra de materiales de filtro, así como eliminar adecuadamente estos materiales luego de que se cargan con pintura en exceso.

El sistema de lavado con agua (depurador) cuesta más pero no necesita el intercambio constante de materiales de filtración. Al utilizar un agente de coagulación en el agua que fluye a través de la cortina de lavado que atrapa el exceso de pulverizado, se puede flocular y degradar la pintura sobreaplicada, atrapada en la cortina. Luego, ésta puede ser eliminada del sistema como lodo de pintura. El sistema de depuración proporciona un flujo de aire constante, no requiere interrupciones de la producción para los cambios de filtro, y asumirá una carga más pesada de la pulverización excesiva. Las pinturas a base de solvente y de agua se pueden aplicar en el mismo tipo de cabina de pulverización.

Aplicación de inmersión. Ambos tipos de pintura por inmersión (solvente y a base de agua) usan el mismo tipo de tanque de inmersión. Este tanque tiene un sistema de recirculación de pintura para evitar la sedimentación del material de pintura y, si es necesario, un sistema de enfriamiento de pintura. El tanque de inmersión debe estar en un recinto ventilado que evite que los solventes lleguen al área circundante.

Flash-off y curado

Después de aplicar la pintura y antes del curado, los solventes necesitan un tiempo para prevenir el burbujeo del solvente que se evapora de la pintura, al ser aplicado a temperaturas más altas en el horno de curado; este tiempo se conoce como flash-off. Normalmente, el flash-off ocurre a temperaturas ambiente en un área cerrada y ventilada. El escape de este recinto se descarga a la atmósfera o a un sistema de control de contaminación del aire.

Después del flash-off, la pintura se cura en el horno a temperaturas de 175 a 400°F, dependiendo del tipo de pintura utilizada. El horno más común calienta el aire utilizando gas natural y convección. También se utilizan hornos de infrarrojo (IR, en inglés). Otros sistemas de curado, como el UV, son altamente especializados y no se tratarán aquí.

Generalmente, es conveniente seguir las recomendaciones del proveedor de pintura para el diseño del horno de curado. Cada horno debe cumplir con los requisitos de seguridad para el sistema de calefacción (trenes de gas), los ciclos de purga, los volúmenes de aire de escape y las áreas de alivio de presión. El aire expulsado del horno se descarga a la atmósfera o a un sistema de control de la contaminación del aire.

Aplicación de polvo

Los recubrimientos en polvo se pueden aplicar manualmente o con un sistema automático, utilizando pistolas de pulverización electrostáticas. La carga electrostática en el polvo se aplica con carga de “corona” de alto voltaje o con carga de fricción “tribo”. El equipo más común es la “corona” cargada.

La cabina de polvo tiene filtros que recogen el polvo sobreaplicado. El proceso consiste en:

• El polvo es almacenado en una tolva fluidizada.
• El polvo es conducido a las pistolas, cargado y electrostáticamente atraído a las partes.
• Los filtros atrapan el exceso de pulverización.
• Los filtros se soplan periódicamente para ser descargados y el polvo se mueve a través de una unidad de tamizado, de vuelta hacia la tolva de polvo. De esta manera, se repone el polvo en la tolva.

El recubrimiento en polvo es una forma muy eficiente de aplicar un recubrimiento duradero siempre que se apliquen grandes cantidades de los mismos colores. Si se requieren muchos colores y frecuentes cambios de color, esto requiere tiempo y, por lo tanto, es costoso. La decisión de introducir un recubrimiento en polvo en una instalación implica muchos detalles relacionados con la inversión, los costos de mano de obra y la variedad de colores y piezas.

E-coat

La pintura E-coat brinda una excelente resistencia a la corrosión. Aplicada en un tanque de inmersión, la pintura a base de agua es atraída eléctricamente hacia la superficie de la pieza. A medida que esto sucede y la pintura se adhiere a la superficie, la pintura depositada se vuelve insoluble en agua.

Hay dos tipos de material de recubrimiento, los cuales se distinguen por la polaridad a la que se aplican en el tanque de E-coat. El E-coat catódico es atraído hacia una parte conectada catódicamente. La pintura anódica se adhiere a una parte conectada al ánodo. La formulación de la pintura es para uno u otro tipo. El material más común es catódico.

Después de pasar por el tanque de E-coat, las piezas viajan a través de una serie de enjuagues (pulverizado o inmersión) que eliminan la pintura de arrastre de la superficie de las piezas. Estas etapas de enjuague se alimentan con un permeado que se produce a partir de la pintura E-coat en el tanque de inmersión por ultrafiltración. Este permeado se utiliza para aplicar en cascada el enjuague que contiene partículas de pintura al tanque de E-coat. En teoría, el proceso es un circuito cerrado y funciona sin pérdidas de pintura.

El funcionamiento adecuado de este proceso tan eficiente requiere una gran cantidad de equipos auxiliares: un rectificador y sistemas para ultrafiltración, filtros, enfriamiento, etc. Por esta razón, la inversión sólo es factible cuando se deben aplicar grandes volúmenes de un solo color.

Normalmente, la pintura catódica se utiliza en la aplicación de primers. La variedad de colores es limitada. La pintura anódica tiene más colores disponibles, pero la resistencia a la corrosión del recubrimiento aplicado no es tan buena como la de la pintura aplicada catódicamente.