Diseño e implementación de un horno batch de 20 m3 a glp con control de temperatura por PID para la automatización del proceso de curado de pintura electrostática en Maker Asociados s.a.c.

Abstract

La presente tesis tiene como objetivo mejorar el proceso de recubrimiento superficial con pintura electrostática para la empresa Maker Asociados S.A.C., que tiene como rubro la fabricación de estructuras metálicas según requerimientos del cliente. El horno de curado tipo batch a GLP fue diseñando con un volumen de trabajo de 20 m3, superior a los 1.8 m3 del horno eléctrico del que dispone la empresa. La estructura se fabricó con ángulos estructurales de 3/16” x 2”, los paneles tipo sándwich se fabricaron con planchas de acero galvanizado de 0.6 mm y 1.0 mm, y con un interior de lana de roca de 2” de espesor como aislante para no exceder los 40 °C en las paredes exteriores. El coche porta piezas fue diseñado para soportar una carga total de 420 kg y se fabricó utilizando tubos cuadrados de 2”. Mediante los cálculos desarrollados, se determinó emplear 6 quemadores infrarrojos catalíticos a GLP con una potencia total de 65.4 kW/h, con lo cual, se logró alcanzar la temperatura de 180 °C en un tiempo de alrededor de 20 minutos con carga máxima. Se diseñó una interfaz gráfica para una adecuada operación mediante una pantalla táctil. Se utilizó una Raspberry Pi 3B+ en la cual se ejecuta el software control y monitoreo desarrollado en Python. Se emplearon controladores industriales de temperatura PID y sensores PT-100 de 3 hilos. Se realizó el modelamiento matemático del horno para hallar la función de transferencia y las constantes del controlador PID. En las nueve pruebas llevadas a cabo, se logró garantizar el correcto funcionamiento del horno. El coche porta piezas se sometió a una carga de 540 kg, generando una deformación de 9 mm, que desapareció al retirar la carga. Con el horno funcionando a 180 °C, se mantuvo una temperatura exterior de 35.8 °C. Con los valores teóricos de las constantes del PID se obtuvo una oscilación de ± 5 °C (2.8% con respecto a la temperatura objetivo), estos fueron ajustados in situ logrando una oscilación de ± 1.5 °C (0.8%). Se realizó el pintado y curado de láminas de muestra logrando espesores de entre 90 μm y 106 μm, lo cual garantizan la durabilidad de la pintura. Se realizaron pruebas de adhesión, rayado, doblez y lijado obtenido resultados óptimos en cada una