El proceso de curado es el paso final para obtener metales pintados durables y de gran calidad. Recibe también el nombre de polimerización y en él se lleva a cabo una reacción química entre pigmentos, resinas, aditivos y cargas. El curado consiste en la formación de una red molecular tridimensional formada por la unión de distintas cadenas poliméricas homogéneas. Para lograrlo se requieren diversos equipos como el horno de convección y horno infrarrojo. El último es bastante estimado por su funcionamiento, características y ventajas que vale la pena conozcan si piensan implementarlo en su cadena de pintado.
¿Qué son los hornos infrarrojos y qué tipos hay?
Todos los hornos funcionan por transferencia de calor, ya sea por radiación, convección o conducción. De estos tres métodos de transmisión, lo que tienen mejor utilidad práctica son los de radiación y convección. Hay un tercer método, aunque no es muy utilizado, que consiste en la combinación de la radiación y convección.
En el caso de la calefacción infrarroja que es cada vez más usada para pintura electrostática, consiste en la transferencia de energía térmica desde emisores a los materiales recubiertos y mediante radiación electromagnética. Se trata de una energía radiante que puede producirse por varias fuentes, tales como la radiofrecuencia, ultravioleta e infrarrojas. Esta energía, a diferencia de la producida por convección que necesita aire, no requiere un vehículo de transporte de calor, por lo que los hornos infrarrojos son altamente efectivos, además, son muy rápidos y su costo operativo es menor.
La técnica infrarroja proporciona notables beneficios para procesos industriales específicos, en los que resulta más eficiente y efectivo en comparación con el horno de convección. Su campo de aplicación es muy amplio y no se reduce al curado de pinturas líquidas o en polvo, ya que también se usa en procesos de cocción, secado de agua, tintas, adhesivos y solventes, calentamiento, moldaje, acople de fitting, termoformado, gelificación, incubado, entre otros.
Los hornos infrarrojos que se diferencian notablemente de los hornos de convección pueden ser a gas con llama, sin llama o eléctricos. Los últimos suelen contar con pantallas radiantes, que se conforman por varios tipos de calefactores como tubulares, de cuarzo o cerámicos. Los equipos a gas con llama integran placas cerámicas y multicanales, en las que se efectúa la combustión del gas licuado o natural, cuando se mezcla con el oxígeno del aire en un canal previo o en la superficie de la placa.
Los infrarrojos catalíticos son especialmente útiles en aplicaciones con alto riesgo de inflamabilidad, debido a que no presentan llama. La combustión tiene lugar dentro del calefactor, específicamente en el elemento catalizador, que está conformado por una manta de fibra cerámica enriquecida con platino. Si bien son ventajosos tienen un precio inicial bastante alto. Hay dos tipos de calefactores catalíticos:
- Atmosféricos. La mezcla de gas y aire se efectúa próxima a la zona de combustión y la superficie del calefactor. El aire se toma de las inmediaciones y es renovado constantemente mediante convección natural.
- Catalíticos. La mezcla estequiométrica se lleva a cabo antes de la combustión y mediante aire forzado y un ventilador. Se diferencia de los calefactores atmosféricos en que su temperatura de radiación es más alta.
¿Cuál es la teoría detrás de la tecnología infrarroja?
La energía infrarroja es similar a la luz, por lo que es direccional y puede ser reflejada, enfocada y absorbida por los objetos cercanos como los metales recubiertos, además, es radiada en forma de ondas electromagnéticas y a través del aire. Su transmisión puede realizarse sin requerir del aire y su conversión en calor se da principalmente por absorción en el metal bajo curado, aunque en un porcentaje muy pequeño la radiación es absorbida por el aire. Es importante mencionar que no toda la energía es absorbida por el objeto, ya que parte de ella se transmite y refleja.
La cantidad de energía radiante que es absorbida, transmitida o reflejada varía con el material, su superficie y la onda de la radiación (que se relación con la temperatura de radiación). La Ley de Stefan Boltzmann describe que la cantidad de radiación emitida por la fuente de calor es proporcional a la emisividad del material y la temperatura de su superficie. Si la temperatura de la fuente es alta, también lo será la radiación que emite y su eficiencia.
La emisividad define la capacidad de una superficie para emitir y absorber la energía radiante. Un objeto negro o fuente ideal absorbe o irradia toda la radiación, por lo que su valor es de emisividad es igual a 1. En la práctica puede considerarse un pobre emisor como un absorbedor deficiente de energía radiante. Un ejemplo es el aluminio pulido, cuyo calentamiento es complicado porque es un emisor pobre, a diferencia de la pintura electrostática, que tiene una alta emisividad. Esto explica por qué la energía infrarroja es tan estimada en los sistemas de pintura.
Cuando la energía infrarroja es absorbida por el recubrimiento que fue aplicado mediante equipos para pintura electrostática, con el incremento de su temperatura, el calor se traspasa al sustrato metálico por conducción. Los metales presentan una elevada conductividad térmica, por tal motivo el calor que proporciona la conducción se distribuye con rapidez y facilidad por toda su estructura interna. De este proceso se concluye que lo que pudiera considerarse una fuente de energía, es en realidad un aporte debido a que colabora en el proceso y permite que las zonas de los metales que permanecen escondidas de la radiación lleguen también a la temperatura requerida.
Gracias a la tecnología infrarroja, los hornos IR se utilizan para curar recubrimientos en sustratos sensibles como MDF o plásticos, además, para curar pintura en polvo en objetos con espesores altos y geometrías simples y hornos de secado para procesos de dos capas. Su ventaja más notable es su capacidad de calentar el sustrato de manera directa y a diferencia del horno de convección que inevitablemente calienta el aire, dirige la energía radiante de manera directa hacia el sustrato, lo que ofrece un calentamiento más rápido. El horno IR es ventajoso, sin embargo, tiene una limitación que es importante mencionar: si el objeto por curar es demasiado brilloso, el calentamiento será más lento por la cantidad de luz reflejada.
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