Los hornos de convección son equipos ampliamente utilizados en diversas industrias, destacando su aplicación en el curado de pintura electrostática. Su eficiencia y la potencia de sus quemadores son atributos valorados, aunque un uso inadecuado puede derivar en ciertas fallas.
Características y Sistemas de Seguridad de los Hornos de Convección
Estos hornos operan mediante la utilización de aire caliente para fundir el polvo de la pintura, facilitando su flujo y la creación de una película curada sobre las piezas. Alcanzan las temperaturas necesarias para el curado al calentar el aire dentro de las cabinas de pintura, donde se introducen las piezas recubiertas.
Los hornos de convección emplean quemadores o resistencias y, adicionalmente, sistemas de recirculación de aire para generar convección forzada. Su objetivo principal es calentar el aire de manera eficiente y distribuirlo uniformemente por todas las áreas del horno, sin comprometer las propiedades del revestimiento aplicado a la pieza.
Comúnmente, el aire de combustión se distribuye a través del horno de secado industrial y en las proximidades de la pieza revestida mediante el uso de un ventilador y conductos.
Tipos de Hornos de Convección: Eléctricos y de Gas
El horno de convección se presenta en dos variantes principales: eléctrico y de gas. Los hornos de gas aplican el mismo principio de convección para el curado de la pintura en polvo, calentando el aire y, a través de este, elevando la temperatura de las piezas para llevar a cabo el proceso de curado. Si bien el principio de funcionamiento es similar al de los hornos eléctricos, la generación de calor en los equipos de gas se produce por combustión, en lugar de depender de resistencias.
Sistemas de Seguridad en Hornos de Gas
Una de las ventajas que impulsa la adopción de hornos industriales de gas en numerosas industrias es la posibilidad de implementar robustos sistemas de seguridad, dada la naturaleza inflamable del gas. Entre estos sistemas de seguridad se incluyen:
- Detector de flama: Su función es verificar que el gas se encuentre en proceso de combustión.
- Sistema de barrido: Consiste en temporizadores que realizan un barrido con aire puro. Este proceso se lleva a cabo antes de generar la chispa de ignición e introducir el gas, lo que previene posibles explosiones.
- Solenoide de alta y baja presión: Estos componentes están diseñados para detectar si la presión del gas se encuentra dentro de los rangos operativos correctos.
Fallas Comunes Durante el Proceso de Curado en Hornos de Convección
Durante el proceso de curado en hornos de convección, pueden manifestarse tres tipos principales de fallas: descontrol de temperatura, fallas mecánicas y fallas de proceso. A continuación, se detallan cada una de ellas con sus subtipos correspondientes.
Fallas de Proceso
Una de las fallas de proceso más recurrentes es el consumo excesivo de gas. Esto suele ocurrir debido a una carburación inadecuada de los quemadores, es decir, una relación errónea entre combustible y aire para la temperatura de curado requerida. Otra falla son las paredes del horno calientes, que pueden ser resultado de aislamientos de baja calidad o de un diseño deficiente del horno. Es fundamental que, independientemente de la temperatura operativa del horno de convección de gas, la temperatura exterior del mismo no supere los 40°C al tacto.
Otra falla de proceso a considerar es la explosión o conato de incendio por generación interna de VOC (Compuestos Orgánicos Volátiles). Algunos revestimientos liberan sustancias inflamables y altos volúmenes de VOC durante su curado. Por ello, es crucial utilizar hornos de gas apropiados para este tipo de procesos.
Fallas Mecánicas
Una falla mecánica común es que el quemador no encienda. Las causas pueden ser diversas, incluyendo la falta de suministro de gas, por lo que es esencial verificar su disponibilidad. Otras causas incluyen presiones de operación fuera de rango, daños en el detector de flama, presencia de aire en las líneas de gas (que requiere purgas), relaciones aire-combustible incorrectas y electrodos de ignición dañados o mal posicionados, los cuales necesitarán ser reemplazados.
Otra falla mecánica se manifiesta cuando las cámaras de combustión generan humo o alcanzan temperaturas excesivas. Esto suele ocurrir por un flujo de aire deficiente dentro de la cámara de combustión, lo que impide la disipación del calor generado por la combustión del gas y provoca sobrecalentamiento. El uso de quemadores mal ajustados es también una causa frecuente.
El descontrol de la temperatura representa otra falla de este tipo. El control preciso de la temperatura puede ser complicado, ya que esta tiende a elevarse por encima del punto de ajuste y luego a descender. La variación se mantiene, a menudo debido al uso de termopares de alta sensibilidad que detectan cambios únicamente en una porción del aire recirculado, en lugar de considerar el sistema en su totalidad. Para corregir esto, se recomienda cambiar el tipo de termopar o utilizar un termo pozo.
Importancia de los Quemadores en el Proceso de Curado
Los quemadores son elementos indispensables en los hornos de convección para el proceso de curado. Generan una llama mediante el uso de combustible (sólido o líquido) que inicia el proceso de combustión. Utilizan aire además del combustible, y ambos acceden de manera separada para ser regulados y combinados adecuadamente en el interior del quemador antes de iniciar el proceso.
Aunque su uso en la industria es útil para otras aplicaciones, los quemadores se han adaptado a la perfección al curado de revestimientos de pintura en polvo, siendo comunes debido a que favorecen el rendimiento del combustible. Los fabricantes los diseñan bajo altos estándares, destacando por la durabilidad de sus materiales y su larga vida útil con un mantenimiento regular. No obstante, es posible que surjan problemas durante su uso que puedan entorpecer el proceso de curado o causar paros totales. Algunos de estos problemas son comunes y pueden resolverse con el conocimiento adecuado.
El Proceso de Curado y el Rol de los Quemadores
El proceso de curado es una fase crítica para las empresas que dependen de la pintura electrostática, ya que determina el desarrollo óptimo de las propiedades funcionales y visuales del revestimiento. Para garantizarlo, se emplean quemadores industriales, que se han vuelto esenciales en la industria. Si bien son útiles para otras aplicaciones, su uso más común es la expulsión de aire y fuego en el horno industrial.
La función de los hornos de convección construidos con quemadores es proporcionar a los productos, previamente recubiertos con pintura electrostática, el acabado final deseado. La pintura se calienta mediante transferencia de calor convectiva. Durante este proceso, las cargas energéticas moleculares del fluido experimentan variaciones en función de la temperatura. Al calentarse el revestimiento, se alcanza una temperatura de curado específica, que varía según el tipo de recubrimiento utilizado.
Posteriormente, el producto es retirado con su acabado final. Los quemadores son los equipos encargados de inyectar aire caliente en los hornos, y se ubican dentro de las cámaras de combustión. La función de estas últimas es combinar el aire caliente proveniente de los quemadores, el aire ambiental y el aire recirculado del horno.
CONSUMO DE GAS POR HORNEADA EN HORNO DE CURADO DE PINTURA ELECTROSTATICA
Problemas Comunes con los Quemadores y sus Soluciones
La mejor manera de evitar errores y aprovechar al máximo los beneficios del horno de convección para curado de pintura en polvo es realizar un mantenimiento preventivo a los quemadores. Sin embargo, esto no garantiza la ausencia total de inconvenientes. A continuación, se describen algunos problemas comunes y sus posibles soluciones. Es importante recordar que, en caso de duda, siempre se recomienda contar con la asesoría de un técnico especialista.
Flamas Distorsionadas
Si se detectan llamas distorsionadas, es necesario verificar que el bloque de combustión no presente daños y que cada quemador opere con los valores de presión correctos. Si hay una pérdida de presión de aire, es probable que los filtros de aire estén obstruidos. Las distorsiones también pueden deberse a fugas, comunes cuando no hay suficiente presión hacia el quemador. Se debe verificar que las presiones de gas sean adecuadas y que el filtro de gas esté limpio para evitar caídas de presión que alteren el flujo.
Es importante revisar los diafragmas reguladores, ya que estos pueden desgastarse con el tiempo. Se debe ajustar correctamente la válvula de control de aire y corroborar que las líneas de impulso del regulador proporcional no presenten fugas o bloqueos.
Ineficiencia en la Quema de Combustibles
Para abordar la ineficiencia en la quema de combustibles, se deben revisar los flujos y presiones de gas y aire recomendados en los boletines técnicos, así como las boquillas o tubos de aire del quemador. Si se presenta este problema, es posible que el estabilizador de llama o el bloque del quemador estén dañados.
Productos de Mala Calidad
Los malos acabados pueden ser causados por una combinación incorrecta de gas y aire en la combustión. Si bien muchos creen que siempre debe ser estequiométrica, en ciertos casos puede ser reductora u oxidante. Las infiltraciones de aire, provocadas por una presión interna desajustada o daños en el aislamiento, también contribuyen a malos acabados. Un control deficiente de la temperatura, o termopares con falso contacto en el cableado o dañados, son otras causas comunes. Se deben realizar ajustes en el PID del control de temperatura para optimizar el proceso.
Aislamiento Dañado
Las llamas pueden tocar el aislamiento y causar daños si este está desajustado o es más largo de lo recomendado. Es fundamental ajustar adecuadamente la relación entre gas y aire, verificar las condiciones de la boquilla y asegurarse de que el bloque refractario esté bien sellado y no presente fugas, las cuales podrían dañar la carcasa del horno.
Quemadores que se Apagan o No Encienden
Si los quemadores se apagan inesperadamente, se debe ajustar la relación entre combustible y aire y verificar que se encuentre dentro del rango de Turn/Down del quemador. Asimismo, se debe comprobar que no haya daños en los tubos, el bloque y la boquilla, y que la señal del detector de flama esté dentro de los rangos de diseño.
En caso de que los quemadores no enciendan, se recomienda ajustar el fuego del quemador a un nivel bajo, calibrar el piloto o bujía y verificar la presencia de una chispa adecuada. Es crucial asegurarse de que las válvulas no estén cerradas, que no haya daños en el quemador por componentes deteriorados y que el detector de flama opere correctamente.
Manejo Seguro de Quemadores
Es fundamental que el manejo del quemador se realice de forma segura. Para garantizarlo, se deben revisar los permisivos de seguridad, ajustar las válvulas de alivio dentro del rango adecuado para que operen antes de que un incremento de presión cause daños en los equipos. Se debe verificar que el detector de flama funcione correctamente y que las válvulas de seguridad sean herméticas y cierren de manera adecuada. Se requieren ajustes en los actuadores y herrajes.
Se debe proceder al ajuste de los herrajes y actuadores con las válvulas de control, verificar las condiciones de los arrancadores de los motores y asegurarse de que estén protegidos contra sobrecorriente. También es importante revisar el estado del cable de ignición.
Los hornos industriales se clasifican según su propósito, el tipo de energía que utilizan y su diseño. Por ejemplo, los hornos Rational ofrecen una efectividad en producción que puede diferir de la de un horno de convección estándar. Los hornos de convección, por su parte, tienen la capacidad de proteger el horno industrial de pérdidas de calor, impidiendo la salida de gases y la succión de aire atmosférico al interior. La estructura del horno industrial soporta todos sus componentes y transmite los esfuerzos a los cimientos.