¿Qué son los hornos infrarrojos para recubrimiento en polvo?
Los hornos de curados infrarrojos son uno de los métodos más precisos para curar sustratos con recubrimiento en polvo. Utilizan emisores que transfieren el calor a las piezas mediante ondas de calor, elevando rápidamente su temperatura. Este proceso de curado ofrece algunas ventajas que analizaremos en detalle en este artículo. Algunas de ellas son: Un tiempo de curado más corto, eficiencia energética y un control preciso.
Pero, el sistema infrarrojo también tiene algunas limitaciones que inciden en la superficie irradiada: En ocasiones, los emisores de calor infrarrojo se ubican a los lados del horno, por lo que afectan tanto la parte superior como la inferior, el tamaño del sustrato es otra limitación: Si la pieza a curar es demasiado grande al final del proceso, la superficie no se curará, el sistema es costoso; lo que se traduce en otra limitación.
¿Cómo funciona la tecnología infrarroja?
Para empezar, definamos qué es el calor. No es otra cosa que la transferencia de energía. En el recubrimiento en polvo, utilizamos tres áreas principales:
- Conducción: Es una forma muy común de transferir calor. Implica el contacto directo con materia sólida.
- Convección: Es el aire o fluido que intenta transferir el calor a las piezas.
- Radiación: Es el calor transferido por energía electromagnética.
La energía térmica hace que las moléculas se muevan de más calientes a más frías, ya sea por radiación o conducción, cuando toda la materia está a la misma temperatura. Esta energía de transferencia térmica se detiene cuando se alcanza el equilibrio térmico.
¿Cómo calienta las piezas la convección? Cuando las moléculas de aire se calientan, se expanden y se vuelven más ligeras. El aire caliente asciende y, al ascender, se enfría, lo que lo hace más denso y luego vuelve a descender. Este movimiento de intercambio de aire caliente expandido frente a aire frío y denso es lo que crea un flujo de aire de convección natural.
El calor infrarrojo se genera mediante la red eléctrica o mediante reacciones químicas. La diferencia entre las ondas electromagnéticas se basa en una curva. Existen tres tipos de ondas electromagnéticas: cortas, medias y largas.
La longitud de onda es la misma que la temperatura; por lo tanto, cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la longitud de onda. Existen tres tipos de ondas: Cortas, medias y largas. Según Marty Sawyer en su seminario web, las diferencias entre ondas cortas, medias y largas se establecen según la curva de curado. Sawyer especifica las ondas de la siguiente manera:
- Onda corta: Lámparas T3 – 1700 – 4000
- Onda media: Resistencias eléctricas 1000 – 1800
- Onda larga: Catalítico de gas 250 – 1000
Tipos de hornos infrarrojos según la longitud de onda
Hornos infrarrojos de onda corta (SWIR)
Tienen un rango de longitud de onda de 0,78 a 2,0 micras. La fuente puede ser lámparas de cuarzo o lámparas de filamento de tungsteno. Una de sus mejores características es su rápido calentamiento y enfriamiento. La radiación de alta intensidad penetra profundamente en el material. Es adecuada para curar materiales más gruesos o más densos. Aplicaciones: Líneas de producción de alta velocidad y curado de piezas metálicas grandes u objetos con alta masa térmica.
Hornos infrarrojos de onda media (MWIR)
Tienen un rango de longitud de onda de 2,0 a 4,0 micras. La fuente son emisores cerámicos o emisores tubulares de cuarzo. Algunas de sus características son un calentamiento más lento que el de los hornos de onda corta, pero con un calentamiento más constante y suave. Son ideales para curar polvos en materiales que no toleran calor intenso. Aplicaciones: Recubrimientos de espesor medio en materiales como plásticos o compuestos.
Hornos infrarrojos de onda larga (LWIR)
Tienen un rango de longitud de onda de 4,0 a 10,0 micras. Fuente: Calentadores infrarrojos catalíticos de gas. Algunas de sus características son que operan a temperaturas más bajas con una distribución uniforme del calor, menor riesgo de sobrecalentamiento de sustratos delicados y eficacia para el curado superficial. Aplicaciones: Procesos de curado a baja temperatura. Materiales de recubrimiento como madera, plásticos o compuestos sensibles al calor.
Hornos infrarrojos híbridos
Combinan longitudes de onda e incorporan múltiples tipos de IR (por ejemplo, onda corta y media). La fuente es una combinación de elementos IR eléctricos y sistemas IR catalíticos de gas. Se caracterizan por su flexibilidad y versatilidad para requisitos de curado complejos, y permiten la personalización para sustratos de diversos espesores y tolerancias térmicas. Aplicaciones: Optimizado para líneas con materiales mixtos o geometrías de piezas variables, y curado de alta precisión para piezas complejas.
Otros tipos de hornos infrarrojos
Para convección
Generalmente, los hornos infrarrojos que se utilizan para curar sustratos con recubrimiento en polvo funcionan por convección. Pueden ser eléctricos o de gas. Son fáciles de operar, muy flexibles y estándar en la industria. Algunas de las desventajas son: costosas de operar, lentas, con un núcleo inestable, no son ecológicas, tienen un acabado de baja calidad y ocupan mucho espacio.
Horno infrarrojo catalítico de gas
Este método calienta los objetos directamente sin depender excesivamente del aire circundante. Es eficiente y se utiliza a menudo para procesos como secado, curado o cocción. Estos hornos utilizan gas natural o propano. La reacción catalítica permite que el gas se queme a temperaturas más bajas sin una llama visible, lo que produce radiación infrarroja. Según Sawyer, su lista de ventajas y desventajas es: “Ventajas: Menor costo de operación, velocidad de curado, capacidad para curar piezas complejas, buena absorción por las piezas, adecuado para instalaciones con riesgo de explosión y consumo de COV como combustible. Las desventajas son: Un costo inicial elevado, curva de aprendizaje y no son compatibles con todas las piezas”.
Infrarrojo Eléctrico
Los hornos infrarrojos eléctricos son de onda media a corta, dependiendo del tipo de elemento. En el caso del recubrimiento en polvo, estos hornos funcionan en onda media. Las ventajas y desventajas de Sawyer incluyen: “Ventajas: Tecnología de calentamiento más rápida, reacción inmediata e instantánea, y respetuosos con el medio ambiente”. Fuente de combustible: Estos hornos utilizan electricidad para calentar elementos infrarrojos (como tubos de cuarzo o placas de cerámica).
Algunas de las ventajas que se pueden encontrar son su alta precisión; los hornos infrarrojos eléctricos pueden controlarse con precisión en cuanto a temperatura e intensidad. Suelen ser más pequeños y fáciles de instalar. Ofrecen un funcionamiento limpio, ya que, al no producir combustión, no producen emisiones, lo que los hace adecuados para entornos limpios. Regularmente, las aplicaciones de alta temperatura (por ejemplo, calentamiento de metal o vidrio) se utilizan en laboratorios y fabricación a pequeña escala.
A continuación, encontrará una tabla con las principales diferencias entre los hornos de gas y eléctricos:
| Características | Hornos infrarrojos catalíticos de gas | Hornos infrarrojos eléctricos |
| Fuente de energía | Gas natural o propano | Electricidad |
| Generación de calor | Combustión catalítica | Elementos eléctricos |
| Rango de longitud de onda | Media a larga | Corta a media |
| Eficiencia | Mejor para calentamiento a gran escala | Mejor para precisión localizada |
| Mantenimiento | Menor mantenimiento, diseño robusto | Elementos calefactores más fáciles de reemplazar |
| Aplicaciones | Curado y horneado industrial | Calentamiento de precisión y tareas pequeñas |
Uniformidad del calor
La uniformidad del calor es fundamental; la convección suele ser de unos 10 grados a lo largo del horno. «En el infrarrojo se puede controlar el calor, ofrece uniformidad de núcleo, ahorro en costos operativos y espacio, producción más rápida, beneficios ambientales y calidad». La calidad es mejor en el infrarrojo porque no se introduce aire en el proceso ni en el entorno.
Algunas de las causas de un curado deficiente de los sustratos de recubrimiento en polvo pueden reflejarse en exámenes más detallados. Si los paneles no superaron la prueba de impacto simple (ASTM D-2794) y se realizaron pruebas adicionales mediante adhesión por trama cruzada (ASTM D3359), esto confirma que el recubrimiento no completó el ciclo de curado completo.
- ¿Cuál podría haber sido el problema:
- ¿La temperatura atmosférica del horno era demasiado baja?
- ¿Había una distribución desigual del calor dentro del horno?
- ¿Había un flujo de aire o ventilación deficiente dentro del horno?
- ¿Estuvo la pieza en el horno el tiempo suficiente para alcanzar la temperatura adecuada y permitir el curado?
La causa del problema es claramente un curado insuficiente del acabado con recubrimiento en polvo. El acabado no recibió suficiente energía térmica durante el tiempo correcto para reticular y curar correctamente.
Conclusión
Los hornos infrarrojos catalíticos de gas son excelentes para aplicaciones a escala industrial que requieren un calentamiento uniforme y energéticamente eficiente. Los hornos infrarrojos eléctricos ofrecen precisión y limpieza, lo que los hace adecuados para laboratorios o entornos donde la energía limpia es una prioridad.
Referencias:
Golliver, J. The Powder Coach’s Playbook: Mastering the Art of Powder Coating: A Comprehensive Guide to Succeeding in the Powder Coating Industry. Powder-X Coating Systems, 2024
Powder Coating: The Complete Finisher’s Handbook, PCI. 3th Edition
Sawyer, M (PCI). (2021). Infrared 101. YouTube. https://www.powdercoating.org
Utech, B. (2002) A guide to High-Performance Powder Coating, SME & AFP. 1st Edition.
Mario Quiceno
Ingeniero mecánico y de manufactura de la Universidad Autónoma de Manizales, certificación PMI en Gestión de Proyectos y MBA de la Universidad del Valle. Coloborador Senior para Infocorrosion. Certificado en cursos de recubrimiento en polvo de Olds College de Alberta, Canada y Udemy. Presentador sobre calidad en recubrimientos en polvo en el Powder Coating Conclave 2023 en New Delhi, India.
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Imagen cortesía de Sunkiss Matherm
https://www.sunkissmatherm.com/es/secado-infrarrojo-termorreactor
FAQ
Es un sistema que aplica calor mediante radiación electromagnética para curar recubrimientos en polvo sobre piezas metálicas u otros sustratos.
Mayor eficiencia energética, tiempos de curado más cortos, menor espacio requerido y mejor control térmico.
Los de gas son más eficientes para grandes volúmenes; los eléctricos ofrecen mayor precisión y son más ecológicos para entornos controlados.
Los hornos de onda larga (LWIR) o híbridos con control térmico, ya que operan a temperaturas más bajas.
Por temperatura insuficiente, mala distribución del calor o tiempos inadecuados dentro del horno.
