ES2271209T3 - Aparato de membranas para tratar aire de alimentacion en dispositivos para pintar por pulverizacion. - Google Patents
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Abstract
Aparato para pintar por pulverización que comprende: - una entrada de aire bajo presión (ENTRADA DE AIRE); - una unidad de calentamiento (G1) para calentar el aire comprimido; - medios (3, 15, 16) para ajustar el calentamiento del aire tratado; - medios (13) para ajustar la presión del aire tratado; - una salida del aire (SALIDA DE AIRE) a usar como fluido de transporte de la pintura; caracterizado porque comprende - una unidad de separación (G2) que funciona por medio de membranas de fibras huecas para la producción de aire modificado rico en nitrógeno; medios (10, 19) para regular el contenido residual del oxígeno en el aire tratado.
Description
Aparato de membranas para tratar aire de
alimentación en dispositivos para pintar por pulverización.
La presente invención se refiere a un aparato
para pintar por pulverización que comprende una membrana para el
tratamiento de aire comprimido y la producción de aire modificado
rico en nitrógeno, carente de impurezas.
La invención brinda la posibilidad de variar la
temperatura de salida durante el uso, en particular del aire
comprimido modificado rico en nitrógeno usado como fluido de
transporte en dispositivos para pintar por pulverización.
Se sabe que los dispositivos para pintar por
pulverización del tipo conocido constan de pistolas o boquillas,
dentro de las cuales se desplaza un flujo de aire bajo presión
(aproximadamente entre 3 y 5 Bares) y una alimentación de pintura a
pulverizar.
El aire funciona como vector, entrando junto con
la pintura y transportándola hasta la superficie a pintar.
Ejemplos de aplicación de pintura por
pulverización mediante aire comprimido son las carrocerías de
automóviles, muebles, artículos hechos de materiales plásticos
reforzados mediante la incorporación de fibra de vidrio,
embarcaciones, aviones, artículos de cuero en general, etc.
También se sabe que para mejorar la calidad del
trabajo de pintado se debe eliminar toda impureza que podría unirse
a la pintura así como también hacer secar la película de pintura
aplicada lo más uniforme y rápido posible.
De este modo, se reducen las posibilidades de
que la pintura pueda absorber impurezas y humedad del aire
comprimido que funciona como transportador o incluso del aire del
ambiente, en particular si el trabajo se realiza en un ambiente no
controlado.
Por consiguiente, para mejorar la calidad del
trabajo de pintado, el flujo de aire comprimido se seca para quitar
la humedad de condensación (obligando al aire a pasar a través de,
por ejemplo, un secador con ciclo de refrigeración a baja
temperatura, generalmente hasta un valor de punto de rocío no
inferior a +3ºC) y se filtra para eliminar vestigios de aceite u
otras impurezas (filtrando el aire, por ejemplo, por medio de
filtros de coalescencia o filtros de carbón activado).
También en la conocida técnica de pintado por
pulverización denominada HVLP (HVLP = High Volumes, Low Pressure)
(grandes volúmenes, baja presión del aire comprimido) se hace uso de
un flujo de aire caliente con la finalidad de acelerar el secado de
la pintura y mejorar la eficiencia de transferencia, es decir el
aprovechamiento de la pintura empleada.
Los sistemas del tipo conocido, sin embargo,
presentan algunas desventajas debido al hecho que las diferentes
pinturas y superficies exigen distintas condiciones de pulverización
(en particular en términos de presión y temperatura del fluido de
transporte).
Lo mismo vale para las condiciones ambientales,
puesto que, por ejemplo, las condiciones de elaboración pueden
cambiar considerablemente si un trabajo se lleva a cabo a una
temperatura ambiente de +30ºC en lugar de una de +5ºC.
Además, los sistemas conocidos no siempre son
satisfactorios cuando se requieren alta pureza de aire comprimido y
alto grado de secado.
De todos modos, cabe decir que los sistemas de
pintado del tipo conocido tienen la desventaja que están
restringidos a usar aire como fluido de transporte y, por lo tanto,
implican el problema de una posible oxidación de las pinturas.
A partir de la patente de invención US 5.840.098
se conoce un sistema para el tratamiento del aire en el cual se
separa un flujo de aire bajo presión mediante una membrana bajo
condiciones controladas de presión y temperatura.
La patente de invención US 5.840.098 no describe
cómo controlar el porcentaje del contenido de oxígeno dentro del
aire tratado, a usar como fluido de transporte de la pintura, para
mejorar la calidad de las operaciones de pintado por
pulverización.
A partir de la patente de invención US
3.737.626, además, se conoce un calentador de aire para producir
aire seco a usar como fluido de transporte de la pintura en
trabajos de pintado por pulverización.
Tampoco la patente de invención US 3.737.626
describe el uso de nitrógeno como fluido de transporte de la
pintura, para impedir la oxidación de la pintura, así como tampoco
el uso de membranas de separación de secado del aire para obtener
aire seco mejorando al mismo tiempo la eficiencia del sistema de
secado.
En aras de lo anterior, un primer objetivo de la
presente invención es el de proponer un aparato y un método de
tratamiento del aire de alimentación, en particular para
dispositivos de pintado por pulverización, adaptados para eliminar
las desventajas mencionadas con anterioridad.
Otro objetivo de la presente invención es el de
proponer un aparato y un método de tratamiento del aire de
alimentación, en particular para dispositivos de pintado por
pulverización, que tengan un alto rendimiento y que sean bastante
fiables en términos de características del aire modificado rico en
nitrógeno, tratado a diferentes temperaturas.
Otro objetivo de la presente invención es el de
proponer un aparato de uso versátil y de rápida adaptación en el
cual se usan membranas de fibras huecas para tratar el aire
comprimido para obtener aire modificado rico en nitrógeno.
Un objetivo adicional de la presente invención
es el de proponer un método de pintado por pulverización en
condiciones de eliminar las desventajas de los sistemas
conocidos.
Dichos objetivos y aún otros se logran en su
totalidad mediante un aparato y un método según está descrito en
las reivindicaciones que están más adelante.
Otras características y ventajas de la presente
invención se pondrán aún más de manifiesto a partir de la
descripción detallada que sigue de una realización preferida dada a
título puramente ejemplificador y no limitativo haciendo referencia
a los dibujos anexos, en los cuales:
- la figura 1 es un diagrama de una primera
realización del aparato para tratamiento de aire según la
invención;
- la figura 2 es una segunda realización del
aparato de la invención;
- la figura 3 es una tercera realización de un
aparato según la invención;
- la figura 4 muestra una cuarta realización del
aparato.
De acuerdo con la presente invención y haciendo
referencia a los dibujos anexos, un aparato para tratamiento de
aire comprende:
- una entrada de aire bajo presión "ENTRADA DE
AIRE";
- una unidad G2 para el tratamiento de aire por
medio de membranas de separación de fibras huecas;
- una unidad de calentamiento G1) para calentar
el aire, que puede estar ubicada antes de la unidad G2 (ver las
figuras 1 y 2) o después de dicha unidad (ver las figuras 3 y
4);
- una unidad de acumulación G3 del aire tratado,
que es opcional y está colocada entre la unidad de salida G2 y el
dispositivo de utilización. La unidad G3 preferentemente comprende
un tanque 20 con un aislamiento térmico 21 para eliminar las
oscilaciones de presión en la salida como consecuencia de las
pulsaciones del aire que sale durante el trabajo de pintado. La
unidad G3 se puede introducir en una envoltura 26 preferentemente
hecha de una pieza extruida de aluminio, preferentemente de forma
cilíndrica o de sección cuadrada;
- una salida del aire tratado "SALIDA DE
AIRE";
- un termómetro 11 para medir y visualizar la
temperatura del aire que entra dentro de la unidad G2;
- un manómetro 14b para visualizar y ajustar la
presión del aire seco producido por el reductor de presión 13;
- un manómetro 14a para visualizar y controlar
la presión dentro del tanque G3, de haber sido provisto;
- un regulador de flujo 10 después de la unidad
de membranas G2 para variar el porcentaje de nitrógeno dentro del
aire tratado;
- un regulador de temperatura 16 para ajustar la
temperatura del aire que entra dentro de la unidad G2;
- una unidad 15 para el control de la unidad de
precalentamiento G1 en función del ajuste del regulador 16.
Con mayor nivel de detalles, el aparato, además,
podría comprender:
- una válvula de tres vías 18 controlada por la
unidad electrónica de control 15, situada después de la unidad de
membranas G2 para la expulsión de la humedad de condensación que se
pudiera haber formado;
- una unidad de filtración 1 para filtrar el
aire bajo presión a suministrar a la unidad de precalentamiento
G1;
- instrumentación de control y
funcionamiento;
- una válvula de retención 2 del aire de entrada
a la unidad de precalentamiento G1;
- una válvula de retención 19 del aire de salida
de la unidad de membranas G2, después del regulador de flujo
10;
- un manómetro 12a para medir la presión del
aire después de la unidad de filtración 1;
- un manómetro 12b par medir la presión del aire
después de la unidad de filtración 1.
Más en particular, la unidad de precalentamiento
G1 se compone de un serpentín 5 envuelto alrededor de un resistor 3
y alojado dentro de un envoltorio 4 preferentemente hecho de una
pieza extruida de aluminio, preferentemente de forma cilíndrica o
sección cuadrada.
Alternativamente, para la fabricación de dicha
unidad G1 se podría eliminar el serpentín 5 haciendo que la
envoltura 4 trabaje como tanque del aire a calentar.
Preferentemente, el serpentín 5 es un tubo de
cobre o aluminio del tipo espiral flotante y el resistor 3 es del
tipo blindado con una cierta variación de temperatura controlada a
través de un diodo de control o de un circuito electrónico con
microprocesador.
La unidad G2 comprende una envoltura 6 que
preferentemente se compone de un miembro extruido de aluminio, por
ejemplo de forma cilíndrica o sección cuadrada, dentro del cual está
alojado un módulo 7 de membranas, que está sostenido dentro de la
envoltura 6 por un par de anillos 8.
Preferentemente, la envoltura 6 es de un tipo
que permite su apertura y el módulo 7 es del tipo intercambiable de
manera que pueda ser reemplazado con facilidad, por ejemplo, por un
módulo de separación de nitrógeno del mismo tamaño.
La instrumentación de control puede comprender,
aparte del termómetro 11 y del manómetro 14b, otro manómetro 14a
para controlar la presión del aire que hay dentro del tanque 20.
La unidad de filtración 1 es del tipo combinado,
clase 1 ISO 8573-1, para reducir el contenido de
aceite a valores menores que 0,001 mg/m^{3} y el contenido de
vapores de aceite a valores menores que
0,003 mg/m^{3}.
0,003 mg/m^{3}.
Durante el funcionamiento (en la realización
mostrada en las figuras 1 y 2), el aire comprimido pasa a través de
la unidad de filtración 1, supera la válvula de retención 2 y entra
dentro del serpentín 5 situado dentro de la envoltura 4.
Saliendo del serpentín 5, el aire pasa a través
de la válvula de tres vías 18 descargando la humedad de condensación
que pudiera haber y entra dentro de la unidad de secado del aire 7
situada dentro de la envoltura 6.
Preferentemente, la válvula 18 funciona a través
de una unidad electrónica de control 15 que permite el tránsito del
aire a través de la membrana sólo cuando se ha alcanzado una
temperatura de umbral predeterminada regulada a través de un
termostato 17.
El aire que proviene de la membrana 7 pasa a
través del regulador de flujo 10, de la válvula de retención 19 y
posteriormente del reductor de presión 13 y se almacena dentro de
una cámara de acumulación 20 ya listo para su utilización, siendo,
por ejemplo, destinado a un dispositivo para pintado por
pulverización, pasando a través del reductor de presión 13.
En la realización mostrada en las figuras 3 y 4,
las posiciones de las unidades G1 y G2 están invertidas, con lo
cual el calentamiento del aire se produce después del tratamiento
por medio de las membranas.
La instrumentación de control, preferiblemente
reunida en un panel 9, brinda la posibilidad de controlar:
- el valor de temperatura en correspondencia de
la entrada a la membrana (termómetro 11a) al cual le corresponde
una temperatura de salida que depende del enfriamiento que tendrá
lugar en la membrana especial utilizada (normalmente desde
aproximadamente 15ºC hasta aproximadamente 50ºC) medida por un
termómetro 11b;
- la presión en la salida del aparato (manómetro
14b) y la presión en la salida de la unidad de filtración 1
(manómetro 12b).
Por lo tanto, dependiendo de la aplicación y de
la temperatura final deseada del aire tratado, será suficiente
actuar sobre el regulador 16 para modificar, mediante la unidad
electrónica de control 15, la temperatura del resistor 3 y, por
consiguiente, el precalentamiento del aire de entrada a las
membranas.
Si, en cambio, se desea modificar el valor de
punto de rocío, se deberá actuar solamente sobre el regulador de
flujo 10.
Finalmente, en el caso que se quisiera ajustar
la presión del aire seco, se deberá actuar sobre el reductor de
presión 13.
La unidad de membranas 7 se compone de un módulo
para la producción de aire modificado rico en nitrógeno y el mismo
regulador de flujo 10 permite ajustar la pureza del nitrógeno
producido.
Asimismo, si en la unidad electrónica de control
15 se establecen valores iniciales de predisposición y se
realimentan los valores de temperatura medidos de la entrada o
salida de las membranas, es posible lograr el control y el ajuste
automático de los valores de funcionamiento, para adecuar
automáticamente el calentamiento del aire en función del valor de
temperatura establecido y del valor de temperatura efectivo.
Análogamente se pueden proporcionar la
predisposición y el control de adaptación de los valores de presión
y de los valores de otros parámetros, tales como el grado de secado
del aire tratado o la pureza del nitrógeno producido, en los casos
que tales valores se quisieran mantener bajo control.
En las figuras 2 y 4 se muestran realizaciones
del aparato donde las envolturas 4, 6, 26 están superpuestas entre
sí y todas están provistas de tapas 27, 28, 29 adaptadas para ser
abiertas y permitir un fácil reemplazo de las respectivas unidades
G1, G2, G3.
El aparato también podría comprender un
interruptor de encendido/apagado 22 para la conexión a la red
eléctrica de alimentación, e indicadores tales como testigos
luminosos 23 y 24 para indicar el estado de espera y el estado de
funcionamiento del aparato, respectivamente, y un contador para
registrar las horas de trabajo del aparato.
De manera ventajosa, con un aparato como el
mostrado en las figuras 1 y 2 se obtiene una ventaja adicional, es
decir se mejora la calidad del aire para realizar el trabajo de
pintado así como también la eficiencia de la membrana de separación
del nitrógeno.
En efecto, la eficiencia máxima de las membranas
de separación se presenta a aproximadamente 56ºC a la cual le
corresponde una temperatura en correspondencia de la salida
comprendida entre aproximadamente 15ºC y 40ºC, y justamente en la
cercanía de 35ºC y 56ºC respectivamente, donde se hallan los valores
ideales para muchos tipos de pinturas y para la eficiencia de las
membranas.
De todos modos, estos valores promedio se deben
entender a título ejemplificador, puesto que los valores de
funcionamiento podrían ser diferentes en función del tipo de
membranas y de la aplicación del aparato.
Claims (32)
1. Aparato para pintar por pulverización que
comprende:
- una entrada de aire bajo presión (ENTRADA DE
AIRE);
- una unidad de calentamiento (G1) para calentar
el aire comprimido;
- medios (3, 15, 16) para ajustar el
calentamiento del aire tratado;
- medios (13) para ajustar la presión del aire
tratado;
- una salida del aire (SALIDA DE AIRE) a usar
como fluido de transporte de la pintura;
caracterizado porque comprende
- -
- una unidad de separación (G2) que funciona por medio de membranas de fibras huecas para la producción de aire modificado rico en nitrógeno; medios (10, 19) para regular el contenido residual del oxígeno en el aire tratado.
2. Aparato según la reivindicación 1, que además
comprende un termómetro (11) para medir y visualizar la temperatura
del aire de entrada a la unidad (G2).
3. Aparato según la reivindicación 1, que además
comprende un manómetro (14b) para visualizar y ajustar la presión
del aire tratado.
4. Aparato según la reivindicación 1, que además
comprende una válvula de tres vías (18) situada antes de la unidad
(G2).
5. Aparato según la reivindicación 1, que además
comprende una unidad de filtración (1) del aire destinado a la
unidad (G2).
6. Aparato según las reivindicación 1, que
además comprende un panel de instrumentos (9).
7. Aparato según la reivindicación 1, que además
comprende una válvula de retención (2) del aire de entrada a la
unidad (G1).
8. Aparato según la reivindicación 1, que además
comprende una válvula de retención (19) del aire de salida de la
unidad de membranas (G2).
9. Aparato según la reivindicación 5, que además
comprende un manómetro (12) para medir la presión de aire antes de
la unidad de filtración (1).
10. Aparato según la reivindicación 1, donde la
unidad de precalentamiento (G1) se compone de un resistor (3)
alrededor del cual está envuelto un serpentín (5) para el paso del
aire, el resistor y el serpentín estando alojados dentro de una
envoltura cilíndrica (4).
11. Aparato según la reivindicación 10, donde el
serpentín (5) es un tubo de cobre o aluminio del tipo espiral
flotante.
12. Aparato según la reivindicación 1, donde la
unidad de precalentamiento (G1) se compone de un resistor ubicado
dentro de la envoltura cilíndrica en comunicación con la entrada de
aire y la unidad (G2).
13. Aparato según la reivindicación 10, donde el
resistor (3) es del tipo blindado con una cierta variación de
temperatura.
14. Aparato según la reivindicación 13, donde el
resistor (3) es controlado a través de un diodo de control o un
circuito electrónico con microprocesador.
15. Aparato según la reivindicación 10, donde
dicha envoltura (4) se compone de un miembro de sección extruido de
aluminio.
16. Aparato según la reivindicación 11, donde
dichos medios (3, 15, 16) para ajustar el calentamiento del aire
tratado se componen de un regulador de temperatura (16) del aire de
entrada a la unidad (G2), y una unidad electrónica (15) para el
control del resistor (3) de la unidad de calentamiento (G1) en
función del ajuste del regulador (16).
17. Aparato según la reivindicación 1, donde
dichos medios para ajustar la presión del aire tratado se componen
de un reductor de presión (13) asociado con el manómetro (14b).
18. Aparato según la reivindicación 1, donde
dichos medios de regulación del contenido residual de oxígeno del
aire tratado se componen de un regulador de flujo (10) situado
después de la unidad de membranas (G2).
19. Aparato según la reivindicación 1, donde la
unidad (G2) comprende una envoltura (6) que se compone de un
miembro de sección extruido de aluminio, dentro del cual está
alojado un módulo de membranas (7)para la separación del
aire, el cual módulo es sostenido dentro de la envoltura (6) por un
par de anillos (8).
20. Aparato según la reivindicación 19, donde la
envoltura (6) se puede abrir y el módulo (7) es del tipo
intercambiable de manera que se pueda reemplazar con facilidad.
21. Aparato según la reivindicación 6, donde el
panel (9) comprende el termómetro (11), el manómetro (14), el
reductor de presión (13), el regulador de flujo (10), el regulador
de temperatura (16) y, además, otro manómetro (12) para controlar
la presión del aire antes de la unidad de filtración (1).
22. Aparato según la reivindicación 5, donde la
unidad de filtración (1) es del tipo combinado clase 1 ISO
8573-1, para un contenido de aceite inferior a 0,001
mg/m^{3} y un contenido de vapores de aceite inferior a 0,003
mg/m^{3}.
23. Aparato según la reivindicación 1, donde
dicha unidad de calentamiento de aire está ubicada antes de dicha
unidad de membranas (G2).
24. Aparato según la reivindicación 1, donde
dicha unidad de calentamiento de aire está ubicada después de dicha
unidad de membranas (G2).
25. Aparato según la reivindicación 1, que
comprende una unidad de acumulación (G3) del aire tratado.
26. Aparato según la reivindicación 25, donde
dicha unidad (G3) comprende una cámara de acumulación (20) con un
aislamiento térmico (21).
27. Procedimiento de pintar por pulverización
que comprende las etapas de:
- enviar un chorro a presión de un fluido de
transporte de la pintura a pulverizar;
- mezclado de un flujo de pintura con el chorro
del fluido de transporte bajo presión;
- pulverización de la mezcla obtenida sobre un
objeto a pintar;
caracterizado porque dicho fluido de
transporte es aire modificado rico en nitrógeno.
28. Procedimiento según la reivindicación 27,
donde dicho aire modificado rico en nitrógeno se obtiene por
separación por medio de membranas de fibras huecas de separación del
aire.
29. Procedimiento según la reivindicación 28,
que comprende las siguientes etapas de:
- alimentación del aire bajo presión;
- calentamiento de manera ajustable del aire a
separar;
- tratamiento del aire calentado mediante
membranas de separación hasta un grado de separación predeterminado
y ajustable;
- suministro del aire tratado como fluido de
transporte a la temperatura y presión ajustadas.
30. Procedimiento según la reivindicación 29,
donde dicha etapa de tratamiento del aire se lleva a cabo hasta que
los valores de contenido de nitrógeno estén comprendidos entre el 90
y el 99,5%.
31. Método según la reivindicación 29, donde
dichas etapas de calentamiento ajustable del aire alimentado, de
tratamiento del aire calentado hasta un valor de separación
predeterminado y ajustable y de ajuste del aire suministrado se
adaptan automáticamente sobre la base de los valores predeterminados
de temperatura, pureza y presión del aire a suministrar y de los
valores medidos de temperatura, pureza y presión del aire
suministrado.
32. Método según la reivindicación 29, donde
dicho suministro de aire tratado como fluido de transporte se lleva
a cabo a una temperatura comprendida entre 15ºC y 50ºC.
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