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Ing. Torres M. Guido R
Ing. Santamaría S. Darwin G.
Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica,
Quijano y Ordoñez y Marqués de Maenza
Latacunga - Ecuador.
email: grtorres@espe.edu.ec
da-sa-sa@hotmail.com
CABINA-HORNO DE PINTURA CON UN SISTEMA DE
ALIMENTACIÓN DE GLP
RESUMEN
La cabina de pintura es un equipo para el acabado
final en pintura automotriz, se ha buscado disminuir
emisiones de contaminantes del ambiente, es
alimentado por glp, alcanza temperaturas variables
de 15ºC a 120ºC.
Con la ayuda de un intercambiador de calor tipo
serpentín y la cámara de combustión recubierta en
ladrillo refractario evitando perdidas de calor en el
hogar, su eficiencia es del 300% a la de pintar de
forma tradicional, su gasto de combustible es de 4kg
por auto, el ingreso de aire en forma de silueta abarca
toda el área de elemento a pintar obteniendo resulta-
dos de alta calidad, dureza, brillo.
I. INTRODUCCIÓN.
En el diseño de la cabina-horno se utiliza el gas
como combustible, debido a que con este se obtiene
una combustión más pura que otras emisiones
contaminantes de carburantes como diesel u otros
derivados de petróleo, y perjudican la calidad de los
productos en la operación continua.
En el mundo se está tratando de evitar el uso de com-
bustibles contaminantes, pasando a ser una norma de
calidad.
Durante el proceso es necesario realizar el control de
temperatura en el interior del horno, debido que esta
debe llegar a 70°C, sobre la chapa del vehículo y
mantenerse constante durante un cierto tiempo para
obtener un acabado de calidad, esto se obtiene reali-
zando pruebas necesarias para determinar la
temperatura adecuada.
II. TRANSFERENCIA DE CALOR Y PÉRDI-
DAS DE CALOR
La transferencia de calor es un fenómeno físico que
consiste en transmitir temperatura ya se ha positiva o
negativa de un cuerpo caliente a un cuerpo frio o
viceversa, en este proyecto se transfiere la tempera-
tura del aire con el objetivo de calentar un determi-
inado volumen en el cual se encuentra el elemento a
pintar, siempre en un diseño térmico se considera
parámetro como temperatura ambiente, presión
atmosférica, temperatura máxima, análisis de suelo,
etc., evitando que exista pérdidas de calor ya sea en
piso, paredes, techo, ductos, plenum, puertas, demás
accesorios y equipos por los que exista fugas no
controladas como empaques.
El no debido cuidado en revisar estos parámetros
llevará como consecuencia un sobredimensionami-
ento provocando gastos de dinero y pérdidas en
costos versus ganancia
III. FLUJO DE AIRE
En el interior de la cabina existe ingreso y salida de
aire controlado en proporciones diferentes ya que el
ingreso de aire es mayor al de salida, maneja ciertos
ciclos de renovaciones de aire controladas mediante
un dámper y velocidades bajas del mismo evitando
que se produzca turbulencia que como resultado nos
exista una adecuada eliminación de gases de salida
lo cual es un factor determinante en el planchado de
la pintura.
El flujo de aire dentro de la cabina es positivo es
decir del techo hacia el piso en el plenum se encuen-
tran persianas colocadas a un cierto ángulo reali-
zando la función de direccionamiento del aire
tomando la figura esbelta de una mujer con esto se
consigue que se cubra en su totalidad el vehículo y
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Figura 1. Esquema roptura del puente
termico al piso
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que no exista remanentes de pintura como de igual
forma pérdidas de temperatura disminuyendo la
eficiencia calórica y el alto consumo de combustible
IV. DISEÑO ESTRUCTURAl
El procedimiento que determina respuestas del
sistema estructural ante acciones externas que
puedan incidir sobre el sistema, debe entenderse
como una carga estructural aquella que está incluida
en el cálculo de los elementos mecánicos, fuerzas,
momentos, deformaciones, desplazamientos de la
estructura como sistema y los elementos que la com-
ponen expresándose en función de deformaciones,
agrietamientos, vibraciones, etc.
En el análisis existen cargas muertas aquellas que
actúan de forma continua y sin cambios de gran
magnitud que puedan afectar el diseño significativa-
mente, pertenecen a este grupo el peso propio de la
estructura. De igual manera cargas vivas su intensi-
dad varia con el tiempo por uso o exposición de la
estructura, tales como el tránsito en puentes,
cambios de temperatura, maquinaria y cargas
accidentales que tienen su origen en acciones exter-
nas al uso de la estructura cuya manifestación es de
corta duración como sísmicos etc.
En la actualidad el cálculo de esfuerzo máximos y
análisis (Estáticos, Vibraciones) se lo hace con el
empleo de software para el presente estudio se
utiliza el Autodesk.
La gráfica determina que el resultado del esfuerzo se
encuentra dentro de los rangos obteniendo como
resultado un factor de seguridad alto, por lo consigu-
iente con los resultados del análisis se procederá a
construir de acuerdo a los materiales registrados en
el software
V. RESULTADOS DE PRUEBAS
Al término del proyecto se realizan pruebas con
carga y sin cargas para este caso se toma en cuenta
con carga para lo cual se utiliza sensores de tempera-
tura (termocuplas), cronómetro, anemómetro, los
resultados obtenidos se muestran.
VI. ANÁLISIS DE PRUEBAS
En la cámara de secado se realizó cuatro muestras en
diferentes días y horas del día. La primero 6 am y
20°C la segunda 10am a 23°C, tercera a las 2pm y
22°C la última a las 6pm y 22°C. Una vez concluido
el muestreo se puede indicar que mientras la
temperatura ambiente es baja la temperatura máxima
esta es mayor mientras la temperatura ambiente es
alta la temperatura máxima es estable y la ideal pero
considerando los rango de error que estos son de +/-
2% se establece que los valores son correctos.
Velocidad de aire en cámara secado esta debe ser
constante para evitar turbulencia de aire
dificultando la salida de flujo al exterior por lo cual
se realizó cuatro muestras de valores las mismas que
se indican 2m/seg en cuatro anotaciones diferentes,
esta es constante.
El tiempo de calentamiento de la cámara corre-
sponde al tiempo en el que alcanza los 70°C de tem-
peratura óptima para el curado de la chapa, a menor
temperatura ambiente menor tiempo en alcanzar los
70°C y a mayor temperatura ambiente mayor tiempo
en alcanzar los 70°C con estos resultados en días
Figura 2. Esquema flujo silueta de aire
Figura 3. Esquema de esfuerzos
PARÁMETROS
MUESTRAS
1 2 3 4
Temperatura de secado
ºC máx
ºC min
70
20
5
15
0,02 0,02 0,02 0,02
1514 17
5 5 5
71
23
70
22
72
22
m/s
min
s
Velocidad aire Cámara Secado
Tiempo calentamiento Cámara Secado
Tiempo cierre Dámper de ducto
Tabla 1. Comportamiento de la Cabina-Horno
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nublados o temporada de invierno el tiempo de
calentamiento es más rápido.
El tiempo de cierre de Dámper se realizó cuatro
muestras en función del tiempo cada una de estas es
constante el tiempo de abertura y cierre de tal
manera indicando que se encuentra el motor de
pasos en condiciones normales y trabajando en las
condiciones requeridas sin que exista alteración en la
fase recirculación de aire ni en el escape de aire por
el ducto de salida
V. MODELADO DE CABINA-HORNO
Se representa el terminado del horno-cabina medi-
ante la ayuda de software de aplicación, esta es la
apariencia que tiene al término de su construcción
que es modular es decir es totalmente desmontable
cambiando de lugar si el caso lo requiriera, está
construida con materiales que pueden ser reciclados
una vez que concluya su vida útil de trabajo.
VI. CONCLUSIONES.
• Se diseñó cada uno de los sistemas que
conforman la cabina-horno de pintura a partir de
la temperatura ambiente y con la ayuda de simu-
ladores y software.
• Controla la contaminación en el interior
como en el exterior de la cámara a través de un
sistema de filtrado meticuloso.
• Se reduce los tiempos de pintado de un
vehículo .a más del 300% de un secado a
temperatura ambiente.
• Mantiene la temperatura constante ideal
para el secado por medio de recirculación de
aire la misma que es de 70°C.
• El consumo de combustible es menor y bajo
en costo tomando encueta que el tiempo de
pintura y secado dura 45min se gastara 4Kg de
gas por vehículo
VII. REFERENCIAS
MILLS A. F. TRANSFERENCIA DE CALOR,
Primera Ed Colombia, 1997.
SOLER & PALAU. SISTEMAS DE VENTI-
LACIÓN,.
INCROPERA F y de Witt D, FUNDAMENTOS
DE TRANSFERENCIA DE CALOR, Cuarta
Ed
MOTT ROBERT, DISEÑO DE ELEMENTOS
DE MAQUINAS, Segunda Ed, 1992,
Figura 4. Modelado completo de la
Cabina-Horno en SolidWorks
