Al diseñar sistemas de pintura automatizados con un comportamiento de control superior, los fabricantes de equipos originales (OEM, por sus siglas en inglés) pueden mejorar la eficiencia de transferencia y minimizar el exceso de pulverización y sus elevados costos para las compañías automotrices.
Por: Christopher Logue, director global de Desarrollo de Negocios para Automatización de fábricas e Industrias de transporte, Emerson
La aplicación de pintura exterior es un proceso esencial en la fabricación de automóviles, ya que protege a los vehículos y realza el atractivo visual. Sin embargo, el pintado de carrocerías de automóviles es caro, y cada vehículo requiere varias capas. Además, según los promedios de la industria, aproximadamente entre el 30 % y el 40 % de esta pintura no alcanza la superficie deseada, se cae y no se aprovechan bien.
Este exceso de pulverización y sus elevados costos van más allá del simple desperdicio de medios. Se acumula en el suelo de la cabina de pintura, donde se convierte en residuos de pintura, los cuales requieren un tratamiento costoso y pueden afectar el impacto ambiental del fabricante.
Aunque es inevitable que se produzca cierto exceso de pulverización, es posible optimizar el proceso de pintura en automóviles de forma que se minimice significativamente dicho exceso y sus elevados costos mientras se mejore la calidad de la aplicación. Diseñar e implementar sistemas de pintura automotriz que reduzcan el exceso de pulverización representa una oportunidad lucrativa para los fabricantes de automóviles y un ahorro de costos significativo a lo largo del tiempo.
Cálculo del costo considerable por el exceso de pulverización
El medio pulverizado durante los procesos automatizados de pintura no es simplemente pintura. También es aire comprimido, conocido como shape air o aire comprimido para conformar el pulverizado. Estos dos elementos se combinan dentro del brazo robótico pulverizador, que luego libera el flujo de medio mezclado. El exceso de pulverización ocurre cuando algunas partículas de pintura se dispersan en el aire en lugar de depositarse sobre la superficie del vehículo. Se estima que este desperdicio cuesta a los fabricantes de automóviles más de 100 millones de dólares al año en todo el mundo.
Los costos se acumulan de dos formas principales: el costo del material excedente y el tratamiento de los residuos.
Primero, consideremos el costo del material. Los coches de alta gama, por ejemplo, requieren de tres a cuatro capas de pintura, lo que puede suponer hasta 7600 dólares por vehículo. Si entre el 30 % y el 40 % de la pintura se pierde por exceso de pulverización, el desperdicio de medios por coche asciende a entre 2280 y 3040 dólares.
A esto se suma el coste del tratamiento de los residuos. El exceso de pulverización genera aproximadamente entre tres y cinco kilogramos de residuos de pintura por coche. Los residuos de pintura no pueden depositarse en vertederos, por lo que las fábricas deben tratarlos antes de su eliminación. Esto genera costos adicionales de mano de obra y de procesos que pueden variar según la región. En Estados Unidos, por ejemplo, suele valer entre 300 y 500 dólares por tonelada.
En 2022 se fabricaron 85,4 millones de coches a nivel mundial. Si la pintura de cada uno de estos automóviles genera entre 3 y 5 kg de residuos de pintura, los procesos de pintura generaron aproximadamente 341 000 toneladas de residuos de pintura. Si el costo promedio para tratar residuos de pintura es de entre 300 y 500 dólares por tonelada, entonces el total mundial para 2022 se estimó en aproximadamente 136 millones de dólares. Sumado al costo del desperdicio de medios, es fácil ver que minimizar el exceso de pulverización representa una gran oportunidad de ahorro para los fabricantes de automóviles.
Conocer los factores técnicos que causan el exceso de pulverización
Aunque la necesidad de minimizar el exceso de pulverización es evidente, la mejor manera de hacerlo puede no serlo. Por eso es importante entender qué impide que las gotas de pintura se dirijan y se adhieran a la superficie deseada.
Al pintar exteriores de vehículos, los brazos robóticos de pintura se mueven rápidamente alrededor de la carrocería para aplicar la pintura. A medida que el brazo cambia constantemente de posición, también varía el ángulo de aplicación. La pintura debe dirigirse hacia la superficie de acuerdo con cada ángulo. De lo contrario, las gotas de pintura no alcanzarán la carrocería del vehículo y se dispersarán en el aire. Para dirigir la mayor cantidad de pintura hacia el exterior del vehículo, los atomizadores del brazo deben pulverizar siguiendo un patrón específico según el ángulo de aplicación.
Como se ha mencionado anteriormente, la pulverización está compuesta por aire comprimido combinado con medio de pintura dentro del brazo robótico. El caudal y la presión de este aire comprimido para conformar el pulverizado determinan el patrón de pulverización del medio. Para lograr el patrón de pulverización necesario que requiere cada ángulo, las tecnologías proporcionales en el brazo pulverizador deben cambiar rápidamente la presión y el caudal del aire comprimido.
El grado de rendimiento de la transferencia mide la efectividad con la que los sistemas automatizados de pintura utilizan el medio de pintura. Es una proporción que describe la cantidad de pintura que se adhiere a la superficie deseada en comparación con la cantidad de pintura que se ha pulverizado. Un alto grado de rendimiento de la transferencia resulta en una baja cantidad de exceso de pulverización, mientras que un grado bajo de rendimiento de la transferencia produce una alta cantidad de exceso de pulverización.
A mayor rapidez con la que las tecnologías proporcionales controlan los cambios en la presión y el caudal de aire comprimido para ajustar el patrón de pulverización al ángulo, mayor es el grado de rendimiento de la transferencia del brazo robótico.
Diseño de los sistemas de pintura automotriz que mejoran el grado de rendimiento de la transferencia
En aplicaciones automotrices, los sistemas automatizados de pintura con un alto grado de rendimiento de transferencia garantizan que la pintura pulverizada recubra eficazmente la superficie deseada, en lugar de convertirse en exceso de pulverización. Esto minimiza el consumo de medios y los residuos para los fabricantes de automóviles y reduce sus costos asociados.
Para ayudar a los fabricantes de automóviles a maximizar el grado de rendimiento de la transferencia y minimizar el exceso de pulverización durante los procesos automatizados de lacado, es fundamental que los fabricantes de equipos originales de sistemas para pintura automatizados diseñen brazos robóticos con tecnologías proporcionales altamente sensibles y consistentes.
La mayoría de las tecnologías proporcionales utilizadas en brazos robóticos de pintura cuentan con un tiempo de respuesta de entre 130 y 150 milisegundos (ms). Sin embargo, ahora existen válvulas reguladoras de presión de acción directa con un tiempo de respuesta de 80 ms. Este mayor nivel de sensibilidad puede responder a los cambios necesarios en la presión y el caudal de aire comprimido significativamente más rápido que las tecnologías convencionales de válvulas proporcionales, a medida que los brazos robóticos se mueven alrededor de las carrocerías de los vehículos
Lo que hace posible este nivel de control del aire comprimido para conformar el pulverizado es la innovadora ingeniería del regulador. Cuenta con bobinas magnéticas dobles en ambos lados y está programado con un software que incluye un algoritmo de control autoajustable. La válvula puede conectarse directamente a sensores de caudal que calculan los datos exactos de caudal y presión que atraviesan la válvula. Usando el algoritmo autoajustable, la válvula puede ajustarse al instante. Este circuito cerrado de retroalimentación entre la válvula y los sensores acorta el recorrido que deben hacer los datos del sensor, evitando por completo a los controladores del robot.
Este circuito cerrado de retroalimentación y este nivel de capacidad de respuesta hacen que los robots para pintura equipados con estos reguladores sean mucho más eficientes al cambiar los patrones de pulverización para proporcionar el caudal y la presión precisos que se requieren según el ángulo de aplicación. Los algoritmos de control autoajustables permiten que los brazos robóticos detecten y se ajusten rápidamente si los caudales y las presiones se desvían de lo que requiere el proceso.
Algunos proveedores ofrecen la válvula reguladora de presión avanzada y los sensores de caudal como parte de un panel prediseñado y preprogramado. Además de estos componentes, el panel compacto también incluye una válvula proporcional para el control del atomizador y un terminal de válvulas ligero con E/S AES. Todos los componentes están montados en una placa metálica que los fabricantes de maquinaria pueden instalar dentro de un brazo robótico, y simplemente conectar las mangueras neumáticas y las conexiones eléctricas.
Soluciones de control de pintura de alto rendimiento, prediseñadas y preprogramadas, como este tablero dentro de un brazo robótico para pintura diseñado por Emerson, pueden garantizar un control de calidad superior y constante para los fabricantes de automóviles, además de ofrecer comodidad a los fabricantes de equipos originales al simplificar la adquisición de componentes y reducir la ingeniería interna. (imagen cortesía de Emerson)
Al utilizar soluciones plug-and-play en la fabricación de sistemas automatizados para pintura, los fabricantes de equipos originales pueden simplificar la adquisición de componentes y minimizar la ingeniería interna. Esto les aporta una ventaja al acelerar la producción, llegar al mercado más rápido y satisfacer la demanda.
Garantía de un control superior del material
Tanto si son coches, autobuses o aviones los que pasan por la cabina de pintura, el exceso de pulverización representa un desafío que genera múltiples problemas costosos. Utiliza material en exceso, genera residuos de pintura que deben tratarse y que conlleva procesos ineficientes. La tecnología de automatización de precisión puede garantizar la aplicación exacta de la pintura con un control estricto del uso de material, reduciendo significativamente los costos de disposición de residuos, los costos del medio y el impacto ambiental, al mismo tiempo que mejora la calidad del acabado de la pintura.
Al diseñar sistemas automatizados de lacado y brazos robóticos con un comportamiento de control superior, los fabricantes de equipos originales pueden ayudar a los fabricantes de automóviles a optimizar los procesos de pintura y minimizar el exceso de pulverización. Equipados con tecnologías proporcionales altamente sensibles y consistentes, los robots pueden monitorear y ajustar el proceso de pintado en tiempo real, asegurando un uso óptimo del material de principio a fin.
MÁS INFORMACIÓN:
Froebel Flores / Marketing LATAM
Froebel.flores@emerson.com
