Curado de Recubrimientos
Cuando los recubrimientos son aplicados, ya sea por razones estéticas o funcionales, a un producto manufacturado existe un paso crítico que es el curado del recubrimiento. Ya sea en un horno por lotes o continuo, el requerimiento es elevar el cuerpo del producto y su material de recubrimiento a una temperatura específica y mantenerla por un tiempo para su fijación. Tiempos de proceso típicos están alrededor de 25 a 35 minutos a la temperatura de umbral para garantizar un tiempo mínimo a la temperatura de curado de 20 minutos.
Típicamente el fabricante del recubrimiento provee la especificación de tiempo contra temperatura para el material de recubrimiento el cual debe ser cumplido para conseguir su máximo desempeño. Curado de menos o de más puede llevar a numerosos problemas de calidad, tales como falta de adhesión, baja resistencia al impacto, acabado superficial pobre, etc. El retrabajo de un producto recubierto representa tiempo perdido y es problemático; por lo tanto, tenerlo bien a la primera cada vez es crítico.
Perfilado Térmico
En la industria del recubrimiento se entiende muy bien la necesidad del monitoreo de temperatura; sin embargo, simplemente verificar el ajuste de temperatura del controlador no es suficiente. Los termopares de control y monitoreo instalados dentro del horno miden la temperatura del ambiente interior pero sólo proveen de una pobre indicación de las temperaturas del producto. Las temperaturas a lo ancho de un producto homogéneo simple, tal como en una hoja plana varían de arriba abajo y de izquierda a derecha del horno y esto es más complicado cuando el producto varía en su sección transversal, o si está hecho de un número de materiales diferentes.
El factor decisivo para conseguir un curado óptimo es saber la temperatura del producto en un número de ubicaciones clave y cómo interactúan con los ajustes del controlador del horno. La medición de la temperatura del producto a medida que pasa a través del proceso es la mejor manera de asegurar que la temperatura en estas ubicaciones clave es conocida es cada etapa del proceso.
En muchos talleres de pintura, el uso de un sistema de perfilado tal como el Datapaq XL2 or EasyTrack 3 para perfilado de rutina se ha vuelto una forma de vida. Todos los días en las plantas automotrices, sistemas como el Datapaq XL2 serán usados para confirmar que el programa de curado está siendo conseguido y por consiguiente garantizando el desempeño de la pintura y la calidad del producto final.
La frecuencia del perfilado para cada línea de pintura varía de usuario a usuario dependiendo del tipo de producto y el rango de tolerancia de la ventana de curado del recubrimiento; típicamente variando desde una vez por turno por horno a una vez por mes. Sin embargo, hay eventos que pueden llevar a la necesidad de correr un perfil térmico donde exista el riesgo de que la operación del horno haya cambiado. Ejemplos de tales eventos se enlistan abajo:
- Introducción de un nuevo producto
- Uso de un nuevo recubrimiento o cambio en el proveedor del recubrimiento
- A continuación de una limpieza de rutina del horno
- A continuación de una avería mayor en la línea
- Después de modificaciones al horno
- Cambios en los programas de producción
- Cualquier período de inactividad que se extienda por más de cuatro días
Métodos de Perfilado Térmico
El perfilado térmico puede llevarse a cabo por medio de un método directo o indirecto.
Perfilado Directo
El método directo involucra la prueba de un producto que es parte del programa de producción y como resultado, será pintado y eventualmente suministrado a un cliente. A medida que el producto es pintado como parte de la corrida de producción, los termopares serán colocados en el producto justo antes del horno de curado y son colocados de manera que se eviten daños a las superficies que estarán visibles en el producto final; típicamente superficies que serán cubiertas por partes y accesorios, de modo que el daño a la pintura no sea crítico.
Perfilado Indirecto
El método indirecto involucra la prueba de un producto que ha sido instrumentado para propósitos de prueba y que tendrá los termopares permanentemente conectados a éste. Este producto es instalado en la línea de pintura cuando la prueba es requerida y se corre directamente a través del horno.
Las fortalezas y debilidades de estos dos enfoques se resumen en las tablas de abajo:
Perfilado Directo
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Fortalezas |
Debilidades |
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No hay necesidad de almacenar productos instrumentados para pruebas |
Variaciones en la ubicación de los termopares resultará en resultados inconsistentes |
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Los termopares son fácilmente reposicionados para enfocarse en el área de interés cuando se diagnostican fallas |
Los acoplamientos de los termopares incrementan el manejo de productos sin curar – daños superficiales |
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No hay riesgo de contaminación del proceso como resultado de una pieza de prueba sucia |
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Medición de las temperaturas bajo condiciones de curado reales |
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Perfilado Indirecto
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Fortalezas |
Debilidades |
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Termopares siempre en la misma ubicación asegurando la consistencia |
Se requiere una pieza de prueba para cada tamaño de producto |
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El tiempo de vida de los termopares es mejorada como resultado de un manejo reducido |
Se requiere de espacio de almacenamiento para las piezas de prueba |
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Operadores sin experiencia pueden llevar a cabo la operación de perfilado |
Es necesario considerar el costo de los termopares y de las piezas de prueba |
Colocación de los Termopares
El componente clave en el sistema de perfilado del horno es el termopar. La selección correcta y la colocación del termopar es crítico en la precisión y consistencia de los datos recopilados. La colocación del termopar será determinada por el tipo y tamaño del producto que se está monitoreando. En general, la colocación se escoge para medir las áreas del producto que están en riesgo de un sobre curado (tal como secciones de metal delgado) o en áreas que potencialmente pueden experimentar un curado escaso (elementos estructurales gruesos o áreas donde se unen muchas partes).
La selección del termopar dependerá del material del producto, así como del espacio disponible. La sujeción del termopar puede ser magnética o con grapas, para perfilado directo mientras que para perfilado indirecto puede ser más apropiado atornillado o soldado al producto.
Un ejemplo de una fijación magnética es el MicroMag, un termopar diseñado específicamente por Datapaq para cubrir las demandas del perfilado automotriz general. El sensor compacto puede ser colocado en los espacios más estrechos, permitiendo la fácil medición de esas áreas difíciles.
Para el perfilado cotidiano de temperatura comúnmente se usan de 6 a 8 puntos de medición. Durante el lanzamiento de programas de nuevos productos, la configuración y optimización del horno se requiere una información más detallada del perfil. En esta situación, se pueden utilizar perfiladores térmicos con hasta 20 entradas de termopar tal como el Datapaq TP3 can be used; when needed profiles from a number of loggers can be merged to create thermal profiles containing in excess of 60 thermocouples.
La documentación precisa de la ubicación de los termopares es crítica para la correcta interpretación de los perfiles de temperatura del producto. Para ayudar con esta tarea se ofrece el software Datapaq Oven Tracker Insight que tiene la capacidad de mostrar no sólo su ubicación en una imagen esquemática del auto, sino una biblioteca complementaria de termopares que contiene fotos detalladas que pueden ser incorporadas para mostrar las ubicaciones exactas de los termopares.
Analizando los Datos
Para determinar si el proceso se ajusta al programa de curado del proveedor de la pintura, se pueden considerar una variedad de herramientas de análisis. Al nivel más simple, los cálculos del “tiempo a temperatura” pueden dar una aproximación de si el recubrimiento ha experimentado suficiente calor para permitir que la reacción de curado haya llegado a su terminación.
En un nivel más sofisticado, se pueden utilizar herramientas como el índice Datapaq Value y la tabla de horneado con cálculos de curado. Este cálculo del valor Datapaq está basado en la ecuación de Arrhenius que describe la tasa de primer orden de la cinética de la reacción seguida por muchas de las reacciones en los tipos de curado. El cálculo utiliza la suma de todas las contribuciones de tiempo y temperatura para generar un valor del índice de curado. Un resultado de 100 indica que el perfil coincide perfectamente con el programa de curado deseado. Más de 100 indica una condición de curado en exceso y menos de 100 indica una condición de curado insuficiente.
Perfiles térmicos tomados a intervalos regulares con los mismos ajustes del horno y el mismo producto son un recurso valioso que puede ser utilizado para obtener los datos de entrada necesarios para que se realice el análisis de Control Estadístico de Procesos. Esto puede ser utilizado para predecir los requerimientos para el mantenimiento preventivo, evitando así las caras intervenciones no planeadas.
Conclusión
Aunque el perfilado de hornos se ha venido utilizando desde hace muchos años en la industria de los recubrimientos, ha sido un largo camino desde sus humildes comienzos. Las tecnologías más recientes de Datapaq proveen ahora una variedad de funciones que permiten al taller de pintura o al gerente de producción entender, controlar y optimizar los procesos de curado del horno con mayor precisión y eficiencia.
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