UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRÍZ
DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN
PROTOTIPO DEL ÁREA DE PREPARACIÓN DE PROBETAS
PARA EL PROCESO DE PINTURA
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO AUTOMOTRÍZ
FELIPE SILVIO KUMMERT FLORES
DIRECTOR: ING. MILTON REVELO
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2016
DECLARACIÓN
Yo FELIPE SILVIO KUMMERT FLORES, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________
Felipe Silvio Kummert Flores
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Diseño, construcción e
implementación de un prototipo del área de preparación de probetas para el proceso de pintura”, que, para aspirar al título de Ingeniero Automotriz
fue desarrollado por Felipe Silvio Kummert Flores, bajo mi dirección y
supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.
___________________
Ing. Milton Revelo
DIRECTOR DEL TRABAJO
DEDICATORIA
AGRADECIMIENTO
En primer lugar a mi familia por siempre haberme dado
su apoyo incondicional que me ha ayudado y llevado
hasta donde estoy ahora. A mis compañeros de carrera
junto a los cuales he podido superar los retos
planteados, a mi primer director de tesis quién me guio y
ayudo a lo largo de la elaboración de este trabajo, Ing.
Cesar Padilla y a mi segundo director de tesis Ing.
Milton Revelo por guiarme en la parte final de este
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FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 1713226320
APELLIDO Y NOMBRES: Kummert Flores Felipe Silvio
DIRECCIÓN: Quilliscacha S9-118 Y Cañaris
EMAIL: [email protected]
TELÉFONO FIJO: (02)2645322
TELÉFONO MOVIL: 0995830230
DATOS DE LA OBRA
TITULO: DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E
IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO DEL ÁREA DE PREPARACIÓN DE PROBETAS
PARA EL PROCESO DE PINTURA
AUTOR O AUTORES: Kummert Flores Felipe Silvio
FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO DE TITULACIÓN:
Lunes 9 de mayo de 2016
DIRECTOR DEL PROYECTO DE TITULACIÓN:
Ing. Milton Revelo
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO TITULO POR EL QUE OPTA: Ingeniero Automotriz
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probetas.
PALABRAS CLAVES: Prototipo, Tratamiento superficial, Probetas, Parámetros.
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m wide and 1m high base. Once the prototype area in preparation of test material was built, this was tested, heating systems and agitation were adjusted and quality controls were realized by an adhesion test with the grid system. The results shown that after treatment the test material improved their bendability and showed a more even surface allowing obtaining a better paint finishing. Finally, a manual use of this prototype and the respective guide practices was conducted to enable students to perform the surface treatment.
KEYWORDS Prototype, Surface treatment, Test material, Parameters.
Se autoriza la publicación de este Proyecto de Titulación en el Repositorio Digital de la Institución.
f:__________________________________________ Kummert Flores Felipe Silvio
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DECLARACIÓN Y AUTORIZACIÓN
Yo, Kummert Flores Felipe Silvio, CI: 1713226320 autor del proyecto titulado: Diseño, construcción e implementación de un prototipo del área de preparación de probetas para el proceso de pintura, previo a la obtención del título de INGENIERO AUTOMOTRIZ en la Universidad Tecnológica Equinoccial.
1. Declaro tener pleno conocimiento de la obligación que tienen las Instituciones de Educación Superior, de conformidad con el Artículo 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior, de entregar a la SENESCYT en formato digital una copia del referido trabajo de graduación para que sea integrado al Sistema Nacional de información de la Educación Superior del Ecuador para su difusión pública respetando los derechos de autor.
2. Autorizo a la BIBLIOTECA de la Universidad Tecnológica Equinoccial a tener una copia del referido trabajo de graduación con el propósito de generar un Repositorio que democratice la información, respetando las políticas de propiedad intelectual vigentes.
Quito, 9 de mayo de 2016
f:__________________________________________ Kummert Flores Felipe Silvio
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN xi
ABSTRACT xiii
1. INTRODUCCIÓN 1
1.1. PROBLEMA 1
1.2. JUSTIFICACIÓN 1
1.3. OBJETIVOS DEL PROYECTO 2
1.3.1. OBJETIVO GENERAL 2
1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 3
1.4. ALCANCE 3
2. MARCO TEÓRICO 4
2.1. PINTURA 4
2.1.1. PREPARACION DE SUPERFICIES 4
2.1.2. APLICACIÓN DE PINTURA 6
2.1.2.1. Aparejo o fondo. 6
2.1.2.2. Acabado. 7
2.1.3. PROCESO DE CURADO 10
2.2. PROCESO DE PREPARACIÓN DE SUPERFICIES
PREVIO A LA APLICACIÓN DE PINTURA
12
2.2.1. LAVADO DESENGRASANTE 12
ii
PÁGINA
2.2.1.2. Factores que determinan la selección del desengrasante
14
2.2.1.3. Factores que afectan el rendimiento del desengrasante
15
2.2.1.4. Métodos de aplicación de desengrasantes 15
2.2.2. TRATAMIENTO ANTICORROSIVO 16
2.2.2.1. Tipos de tratamiento anticorrosivo 16
2.2.2.2. Fosfatado 16
2.2.2.3. Pasivado 22
2.2.2.4. Sistema de agitación. 24
2.2.2.5. Materiales resistentes a los reactivos. 24
2.2.2.6. Control de calidad 25
2.3. CORROSION DEL ACERO 26
2.3.1. LA OXIDACIÓN BÁSICA EN EL PUNTO ANÓDICO,
EL METAL. 28
2.3.2. LA REDUCCIÓN ACIDA EN EL PUNTO
CATÓDICO.
29
2.3.3. EFECTOS DE LA CORROSIÓN EN LA
CARROCERÍA.
29
3. METODOLOGÍA 31
4. ANALISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN. 34
4.1. DISEÑO DEL PROTOTIPO DEL AREA DE
PREPARACION DE PROBETAS PARA EL PROCESO DE PINTURA.
34
4.1.1. DISEÑO DEL PROCESO DE TRATAMIENTO
SUPERFICIAL. 34
4.1.1.1. Diseño del proceso de lavado desengrasante. 34
iii
PÁGINA
4.1.1.3. Diseño del proceso de pasivado. 38
4.1.2. DISEÑO DE LAS CUBETAS DE TRATAMIENTO. 40
4.1.2.1. Dimensiones de las cubetas. 40
4.1.2.2. Selección del material de las cubetas. 41
4.1.3. DISEÑO DE LA BASE DEL PROTOTIPO. 42
4.1.3.1. Dimensiones de la base. 42
4.1.3.2. Selección del material de la base. 44
4.1.4. DISEÑO DEL SISTEMA DE AGITACIÓN. 46
4.1.4.1. Componentes. 47
4.1.4.2. Funcionamiento del sistema de agitación. 48
4.1.5. DISEÑO DEL SISTEMA DE CALENTAMIENTO. 49
4.1.5.1. Componentes. 50
4.1.5.2. Funcionamiento del sistema de calentamiento. 51
4.2. CONTRUCCION DEL PROTOTIPO DEL AREA DE
PREPARACION DE PROBETAS PARA EL
PROCESO DE PINTURA.
53
4.2.1. CONSTRUCCIÓN DE LAS CUBETAS DE
TRATAMIENTO.
53
4.2.2. CONSTRUCCIÓN DE LA BASE DEL PROTOTIPO. 54
4.2.3. CONSTRUCCIÓN DEL SISTEMA DE AGITACIÓN. 56
4.2.4. CONSTRUCCIÓN DEL SISTEMA DE
CALENTAMIENTO.
57
4.3. PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO DEL
PROTOTIPO.
58
4.3.1. PRUEBA DEL EQUIPO 58
4.4. CONTROL DE CALIDAD 66
4.4.1. ANALISIS DE RESULTADOS 71
4.5. MANUAL DE USO DEL PROTOTIPO DEL AREA
DE PREPARACION DE PROBETAS PARA EL
iv
PÁGINA
PROCESO DE PINTURA.
4.5.1. CUBETA DE DESENGRASE 72
4.5.1.1. Solución desengrasante 73
4.5.1.2. Control de calidad del baño desengrasante. 73
4.5.1.3. Prevención. 73
4.5.1.4. Proceso de descarte 74
4.5.2. CUBETA DE FOSFATADO 74
4.5.2.1. Solución fosfatante 75
4.5.2.2. Control de calidad del baño fosfatante. 75
4.5.2.3. Prevención. 76
4.5.2.4. Proceso de descarte de los reactivos 77
4.5.3. CUBETA DE PASIVADO 78
4.5.3.1. Solución pasivante 78
4.5.3.2. Control de calidad del baño pasivante. 79
4.5.3.3. Prevención. 80
4.5.3.4. Proceso de descarte 80
4.5.4. ENJUAGUES 81
4.5.4.1. Control de calidad de los enjuagues. 81
4.5.4.2. Prevención. 81
4.5.4.3. Proceso de descarte 81
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 83
5.1. CONCLUSIONES 83
5.2. RECOMENDACIONES 85
v
PÁGINA
BIBLIOGRAFÍA 87
vi
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA Tabla 1. Ácidos según su utilización. 13
Tabla 2. Substancia a ser mezclada con ácidos según la cualidad que ofrece.
14
Tabla 3. Pasos a seguir para el proceso de desengrase. 35
Tabla 4. Receta de solución fosfatante 36
Tabla 5. Receta de solución pasivante. 38
Tabla 6. Dimensiones de las cubetas. 41
Tabla 7. Composición del acero inoxidable austenitico AISI 304. 43
Tabla 8. Dimensiones de las base del prototipo. 43
Tabla 9. Condiciones del proceso de suelda TIG. 54
Tabla 10. Parámetros de soldadura MAG seleccionados para construir la base.
vii
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA Figura 1. Textura superficial del acero 5
Figura 2. Micropila galvánica 5
Figura 3. Aplicación de fondo. 7
Figura 4. Esquema de diferentes acabados 9
Figura 5. Secado de la pintura 9
Figura 6. Fases del secado 11
Figura 7. Vista microscópica de superficie de acero sin tratar 18
Figura 8. Vista microscópica de superficie de acero con fosfatado cristalino
18
Figura 9. Fotografía de máquina de aspersión. 21
Figura 10. Fotografía de cubas de desengrase y fosfatado por inmersión.
21
Figura 11. Fotografía de fosfatado por rociado de vapor. 22
Figura 12. Acción del lavado pasivante 23
Figura 13. Escala de colores en función del PH. 26
Figura 14. Fotografía de una carrocería oxidada 28
Figura 15. Zonas de la carrocería que resultan más afectadas por la corrosión.
30
Figura 15. Secado de la pintura 29
Figura 16. Peso de la capa de fosfato según el tiempo de tratamiento.
37
Figura 17. Influencia de la temperatura y el tiempo de inmersión en la cantidad de sales de cromo depositadas en una
solución pasivante de contenido 5gr/l de ácido crómico y
5gr/l de sulfato de sodio.
39
Figura 18. Cubeta de pretratamiento. 41
viii
Figura 20. Diagrama de vigas estáticamente indeterminadas. 45
Figura 21. Agitación por aire. 46
Figura 22. Difusor de aire. 47
Figura 23. Regulador de presión. 48
Figura 24 Acople rápido. 48
Figura 25. Diagrama del sistema de agitación. 49
Figura 26 Resistencia eléctrica de calentamiento. 50
Figura 27. Diagrama del sistema de calentamiento. 51
Figura 28. Proceso de suelda TIG. 53
Figura 29. Parámetros de soldadura MAG. 54
Figura 30. Base de la mesa de pretratamiento. 55
Figura 31. Fotografía de los difusores acoplados. 56
Figura 32. Resistencia eléctrica sumergida. 57
Figura 33. Fotografía de las probetas completamente inmersas. 58
Figura 34. Fotografía del sistema de agitación en funcionamiento. 59
Figura 35. Probetas normalizadas. 60
Figura 36. Diagrama de flujo de la prueba. 61
Figura 37. Fotografía de probetas sujetas para su inmersión. 63
Figura 38. Fotografía de la inmersión simultanea de las probetas. 63
Figura 39. Fotografía del proceso de enjuague. 64
Figura 40. Fotografía de una probeta tratada parcialmente. 65
Figura 41. Fotografía de una probeta fondeada. 66
Figura 42. Fotografía de una probeta no tratada pintada. 67
Figura 43. Fotografía de una probeta tratada pintada. 67
Figura 44. Fotografía de una probeta no tratada con la pintura cortada en cuadricula.
68
Figura 45. Fotografía de una probeta tratada con la pintura cortada en cuadricula.
ix
Figura 46. Fotografía de cinta adhesiva colocada sobre cuadricula en probeta no tratada.
69
Figura 47. Fotografía de cinta adhesiva colocada sobre cuadricula en probeta tratada.
70
Figura 48. Fotografía de cinta retirada de la cuadricula en probeta no tratada.
70
Figura 40. Fotografía de cinta retirada de la cuadricula en probeta tratada.
71
Figura 50. Rombo de seguridad del desengrasante BIOGRASOL. 74
Figura 51. Rombo de seguridad del ácido nítrico. 77
Figura 52. Rombo de seguridad del ácido fosfórico. 77
Figura 53. Rombo de seguridad del ácido crómico. 80
x
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA ANEXO 1:
Plano de las cubetas.
91
ANEXO 2:
Plano de la vista frontal de la base.
92
ANEXO 3:
Plano de la vista lateral de la base.
93
ANEXO 4:
Plano de la estructura superior de la base.
94
ANEXO 5:
Plano de la estructura inferior de la base.
95
ANEXO 6:
Plano del despiece de la base.
96
ANEXO 7:
Plano de la plancha de recubrimiento.
97
ANEXO 8:
Plano del despiece del prototipo.
98
ANEXO 9:
Guías de prácticas.
xi
RESUMEN
Este trabajo titulado diseño, construcción e implementación de un prototipo del
área de preparación de probetas para el proceso de pintura, tuvo como objetivo el
diseño y la construcción de un prototipo en el cual se pudo realizar un tratamiento
de superficies metálicas a una escala reducida acorde a las dimensiones de
probetas de chapa de acero normalizadas de 150mm por 100mm. En un principio
se investigaron los procesos y parámetros que requería un proceso de
tratamiento de superficies y se determinó que dicho proceso requiere de un
desengrasado y un fosfatado con sus respectivos enjuagues, una vez
establecidos los procesos a recrearse y con las dimensiones de las probetas
definidas, se diseñó el prototipo. Se decidió que el prototipo tenga la capacidad
de tratar 12 probetas simultáneamente por el método de inmersión, para esto se
construyeron 6 cubetas de acero inoxidable de 250 mm de ancho por 300 mm de
largo y 200 mm de alto, garantizando que se puedan sumergir en estas 12
probetas a la vez. Para recrear los parámetros de funcionamiento del prototipo se
diseñaron un sistema de agitación por aire y un sistema de calentamiento por
resistencia eléctrica. Se diseñó y construyó una base de tubo de acero cuadrado
de una pulgada de ancho y 1.5 mm de espesor para alojar tanto las tinas como
los sistemas de agitación y calentamiento. El material de la base se seleccionó
mediante un cálculo de resistencia sabiendo que la base debía soportar una
carga de 113,14 kg generada por el peso de las cubetas llenas de los reactivos a
utilizarse y los sistemas de agitación y calentamiento. Las dimensiones de esta
base se establecieron en función del tamaño de las cubetas y de forma tal que
estas se dispongan a una distancia la una de la otra que permitan trabajar
cómodamente. El resultado fue una base de 2 m de largo por 1.2 m de ancho y
1m de altura. Una vez construido el prototipo del área de preparación de
probetas, este se probó, se ajustaron los sistemas de calentamiento y agitación y
se realizaron las pruebas ce control de calidad que permitieron determinar
mediante una prueba de adherencia por sistema de cuadricula, que luego del
tratamiento, las probetas mejoraron su capacidad de adherencia y mostraron una
superficie más uniforme que permitió obtener un mejor acabado en la capa de
xii respectivas guías de prácticas para que los estudiantes puedan realizar el
xiii
ABSTRACT
This work titled design, construction and implementation of a prototype area in
preparation of test material for the painting process, aimed at the design and
construction of a prototype which could make treatment of metal surfaces on a
reduced scale according to standardized test material size that is 100mm x
150mm. Initially the processes and parameters that a process of surface
treatment require were investigated and it was found that this process requires a
degreasing and phosphating with their respective rinses, once processes to
recreate were established and the dimensions of the test material were defined.
the prototype was designed. It was decided that the prototype has the capacity to
treat 12 test materials simultaneously by the immersion method, for this, six 250
mm wide by 300 mm long and 200 mm high stainless steel buckets were
constructed ensuring that 12 test materials can be immersed in these at a time.
To recreate the operating parameters of the prototype an air agitation system and
a heating system by electric resistance were designed. A base of square steel
tube an inch wide and 1.5 mm thick was designed and built to accommodate both
buckets as stirring and heating systems. The base material was selected by a
strength calculation knowing that the base must withstand a load of 113.14 kg
generated by the weight of the buckets filled with the reagents used and the
stirring and heating systems. The dimensions of this base were established based
on the size of the buckets and so that these could be arranged at a distance from
one another to allow working comfortably. The result was a 2 m long by 1.2 m
wide and 1m high base. Once the prototype area in preparation of test material
was built, this was tested, heating systems and agitation were adjusted and
quality controls were realized by an adhesion test with the grid system. The
results shown that after treatment the test material improved their bendability and
showed a more even surface allowing obtaining a better paint finishing. Finally, a
manual use of this prototype and the respective guide practices was conducted to
1
1. INTRODUCCIÓN
1.1. PROBLEMA
El problema identificado es el desconocimiento en los talleres de pintura
automotriz del tratamiento que deben recibir las superficies metálicas antes de
ser pintadas. Al ser este un paso fundamental en el proceso de pintura
automotriz, el desconocimiento del proceso de preparación de superficies da
paso a que se realicen trabajos de pintura automotriz incorrectos
comprometiendo la resistencia a la corrosión de las carrocerías y acortando el
tiempo de vida útil de las mismas.
1.2. JUSTIFICACIÓN
El proceso de preparación de superficies previo al proceso de pintura automotriz,
es un paso fundamental ya que de este depende la adherencia de la pintura a la
superficie y a su vez, de una buena adherencia depende la resistencia a la
corrosión y el acabado estético de la superficie pintada.
En plantas ensambladoras el proceso de pretratamiento de superficies se realiza
en tinas de 6 x 6 x 3 metros, estas instalaciones tienen un alto costo y ocupan
mucho espacio pero para verificar que el funcionamiento de estas instalaciones
sea correcto se revisan las concentraciones de los diferentes ácidos utilizados en
cada tina mediante pruebas en probetas normalizadas. Estas pruebas se pueden
recrear en un área a escala reducida para trabajar únicamente con probetas, esto
con el fin de permitir que se realice un pretratamiento de superficies y se
verifiquen tanto el resultado como los parámetros de funcionamiento y de esta
forma se comprenda el proceso de pretratamiento superficial.
Se plantea entonces el diseño construcción e implementación de un prototipo de
2 el taller, aplicar los conocimientos adquiridos realizando un pretratamiento de
superficies en probetas normalizadas.
Esto permitirá comprender de mejor manera el proceso de preparación previo a la
pintura y aprender los métodos técnicos para realizar dicho proceso, al brindarles
a los estudiantes un equipo en el cual puedan realizar un tratamiento de
superficies paso a paso, controlando los parámetros del proceso y evidenciando
los resultados del mismo de manera directa. Con esto se busca evitar que por
desconocimiento del proceso de tratamiento de superficies previo al proceso de
pintura, se realicen trabajos de pintura deficientes que presentan un pobre
acabado y un tiempo de vida reducido comprometiendo así la resistencia a la
corrosión de las carrocerías.
1.3. OBJETIVOS DEL PROYECTO
1.3.1. OBJETIVO GENERAL.
Diseñar, construir e implementar un prototipo del área de preparación de
probetas para el proceso de pintura mediante la investigación del proceso de
preparación de superficies y la recreación de dicho proceso a una escala
reducida acorde a las dimensiones de probetas normalizadas. Esto con el fin de
permitirles a los estudiantes realizar un tratamiento de superficies que les haga
entender cómo realizar dicho tratamiento de forma correcta y la importancia del
mismo en el proceso de pintura.
1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
1) Diseñar y construir un área de desengrasado de probetas por inmersión de
3
2) Diseñar y construir un área de enjuague de las probetas por inmersión en
agua destilada.
3) Diseñar y construir un área de fosfatado de las probetas por inmersión en
medio acido.
4) Diseñar y construir un área de pasivado de las probetas por inmersión en
medio acido.
5) Diseñar los métodos y pruebas de control de calidad del proceso.
1.4. ALCANCE
Este prototipo de área de preparación de probetas para el proceso de pintura
tiene un fin didáctico, es decir que se utilizara para la realización de prácticas que
permitan realizar un tratamiento de superficies metálicas a una escala acorde con
probetas normalizadas de modo que se puedan aplicar los conocimientos
4
2. MARCO TEÓRICO
El acero es el principal componente de la carrocería, este material es susceptible
a ser atacado por la corrosión ya se compone principalmente de hierro y por esta
razón es sometido a distintos tipos de tratamientos superficiales anticorrosivos
que tienen como fin reducir al máximo las posibilidades de que el acero se corroa
por el contacto con el ambiente. De esta manera, se prolonga la vida útil de las
carrocerías al evitar que su principal componente sea afectado. Para entender
cómo funcionan los tratamientos anticorrosivos, se debe tener claro cómo es que
el acero se corroe para así buscar formas de evitarlo.
2.1. PINTURA
El proceso de pintura automotriz se divide en tres partes, en primer lugar está la
preparación de superficies, sigue la aplicación de la pintura y finalmente el curado
o secado de la misma. Cada uno de estos pasos debe seguirse cuidadosamente
para garantizar un buen acabado y sobretodo una larga vida útil de la capa de
pintura ya que de esta depende la resistencia a la corrosión de la carrocería.
2.1.1. PREPARACION DE SUPERFICIES.
El primer paso del proceso de pintura automotriz es la preparación de superficies
ya que no se puede aplicar pintura directamente sobre el metal de la carrocería,
esto debido a las características físicas del metal. Primero está la composición
del metal que constituye la carrocería, este es acero y su componente principal
es el hierro, el hierro es propenso a la corrosión directa al entrar en contacto con
elementos del ambiente como el oxígeno por ejemplo. Luego están la forma de la
5
Figura 1: Textura superficial del acero (Mayorga, s. f.).
Esta superficie no solo no es lisa sino que tiene irregularidades en que facilitan la
formación de micropilas galvánicas como la que se puede observar en la figura 2
que permiten que se produzca corrosión electroquímica teniendo en cuenta que
la superficie metálica es buena conductora de corriente.
Figura 2. Micropila galvánica (Gonzáles, 2013)
Está claro que el acero necesita ser tratado para cambiar sus características
6 e implica varios pasos en los que se va transformando la superficie hasta volverla apta para recibir una capa de pintura. ‘’Para dotar o mejorar la protección
anticorrosiva de la chapa de carrocería, evitar la aparición de zonas de oxidación
y su posterior deterioro, durante su fabricación la chapa es sometida a diferentes
tratamientos de protección que generalmente utilizan productos adhesivos que
proporcionan la eficacia necesaria, en algunos casos para toda la vida del vehículo.’’ (García, 2013).
En el sector automotriz el tipo de preparación superficial que se utiliza es el
fosfatado, este es un proceso que por reacción química transforma la superficie tratada cambiando sus propiedades electroquímicas. ‘’ Esta es la razón
fundamental del tratamiento de fosfatado, ya que así la corrosión no se produce,
al no existir movimiento de partículas eléctricas sobre el chasis o la carrocería tratada. ’’ (Jiménez, 2014).
Una vez tratada la superficie se continúa el proceso de pintura automotriz con la
aplicación de la capa de pintura.
2.1.2. APLICACIÓN DE LA PINTURA.
La pintura de un vehículo consta de dos etapas, en primer lugar se aplica un
fondo o aparejo que servirá de base para el siguiente paso que es el acabado,
este último no es más que la aplicación de un color y un barniz protector. ‘’Las
capas de pintura se dividen en dos grupos, pinturas de fondo y pinturas de acabado’’. (García et al., 2010).
2.1.2.1. Aparejo o fondo.
Este proceso es necesario en el proceso de pintura ya que proporciona las
siguientes características:
Capacidad de relleno.
Flexibilidad.
Adherencia.
7 También, al darle un color uniforme a la carrocería facilita la obtención de un
color parejo y estético de la pintura como se ve en la figura 3.
Figura 3. Aplicación de fondo.
2.1.2.2. Acabado.
El acabado final consta de capas Color o base y barniz, que son las que dan
resistencia, color y brillo, principalmente.
Los tipos de acabado suelen ser los denominados monocapa, bicapa, tricapa y
cuatricapa como se explica en la figura 4, caracterizados por el número de
productos que se aplican. En el acabado monocapa, se pulveriza un solo
producto, que proporciona el color y el brillo, mientras que en los bicapas se
emplean dos productos:
El color o base:
Este puede ser liso o metalizado y proporciona un recubrimiento que
tiene una función puramente cosmética es decir que solo aporta el
8 Proporciona el recubrimiento que da el brillo, aspecto, protección a
radiación UV e incrementa la durabilidad del acabado.
En el acabado tricapa, como su nombre lo indica se aplican tres productos:
El color o base:
Este define el color de la pintura. El efecto:
Esta capa contiene partículas translucidas de mica o láminas de
aluminio que producen efectos visuales de brillo o cabio de color al
ser atravesadas por la luz. Barniz:
Esta capa protege y da brillo a la pintura.
El acabado cuatricapa se logra utilizando cuatro productos:
Fondo:
Es una capa de fondo negro para resaltar los efectos de la segunda
capa. Efecto:
Contiene barniz y láminas de aluminio para dar efecto. Color:
Es un barniz coloreado que define el color de la pintura. Barniz:
Es una capa de barniz transparente para dar brillo y proteger la
9
Figura 4: Esquema de diferentes acabados (García et al., 2010).
Aunque se utilizan dos o más productos en estos procesos, no es necesario
secar el primero para aplicar el segundo, sino que basta con la evaporación de
los disolventes como se observa en la figura 5, que se da en u n tiempo de 5 a 10
minutos para aplicar el barniz (Acedo, 2012).
10
2.1.3. PROCESO DE CURADO.
Siempre que se aplica una pintura es necesario esperar un tiempo en el cual la
pintura pasa de un estado líquido a un estado sólido, este fenómeno se da al
calentarse el metal, este calor evapora los solventes de las pintura llevándolas a
un estado sólido, este tiempo se conoce como tiempo de secado o curado, los
métodos de curado de la pintura permiten disminuir el tiempo que toma la pintura para pasar de un estado líquido a sólido. ‘’El secado de la pintura o proceso de
formación de película es el paso del estado líquido al estado sólido y depende del tipo de resina’’. (García et al., 2010).
Durante el proceso de curado, de curado, la pintura atraviesa tres etapas como
se puede observar en la figura 6.
Al final del proceso, los solventes se evaporan y los distintos componentes de la
pintura se organizan de manera ordenada por medio de una reacción química de
la resina dando como resultado el paso de la pintura de un estado líquido a un
estado sólido y con un acabado estético.
El proceso de curado se puede acelerar utilizando las siguientes técnicas:
- Curado por aire caliente.
- Curado por radiación infrarroja.
- Curado por electricidad.
Se escoge el método de curado según el tamaño de la pieza pintada, y el espacio
11
Figura 6: fases del secado. (García, 2013).
De esta forma, quedará completado el proceso de pintura, mediante el cual se
consigue que la carrocería obtenga una protección anticorrosiva eficiente ya que
al seguirse todos los pasos se garantiza una mejor adherencia de la capa de
pintura debido al tratamiento previo alargando así la vida útil de la misma, esta
puede superar los 10 años y mantiene aislado el metal del ambiente evitando su
corrosión por el mismo tiempo.
Por otro lado, una capa de pintura correctamente aplicada deja un buen acabado
estético en el vehículo. El espesor de todas las capas y tratamientos aplicados
puede estar entre 90 y 135 micras (´´Curado en las pinturas, métodos de
12
2.2. PROCESO DE PREPARACION DE SUPERFICIES PREVIO A
LA APLICACIÓN DE PINTURA.
Antes de aplicar la capa de pintura a una superficie, esta desde ser tratada con el
fin de mejorar tanto sus capacidades anticorrosivas como su capacidad de
adherencia de la capa de pintura. Este tratamiento solo puede realizarse sobre
superficies libres de grasas ya que estas merman la efectividad del mismo. Por
esta razón, antes de realizarse tratamientos de superficies tales como fosfatado y
pintado es necesario que la superficie metálica sea desengrasada para obtener una buena adherencia sobre el metal y un correcto acabado. ‘’ Con el objetivo de
asegurar el agarre de los diferentes productos de protección y estéticos que se
van a aplicar a la carrocería, u a vez que se hallan ensambladas todas sus piezas, se limpia enérgicamente y se enjuaga’’. (García et al., 2010).
2.2.1. LAVADO DESENGRASANTE.
En este proceso las superficies son sometidas a una limpieza o desengrase para
eliminar cualquier impureza que es encuentre en la superficie a ser limpiada,
garantizando que los tratamientos posteriores entren en contacto directo con el
metal tratado asegurando así una buena adherencia y un acabado duradero. El
tipo de desengrasante y el método de aplicación dependen del tipo de superficie
y de la aplicación que se le va a dar. ‘’ Las piezas o superficies requieren una
limpieza previa en las operaciones de tratamientos térmicos, soldadura, fosfatizado, pintura y electrodeposición’’. (´´Principios de limpieza de metales´´,
s.f.).
El lavado desengrasante se realiza mediante los siguientes pasos:
Aplicación de la solución desengrasante.
Enjuague con agua destilada.
13
2.2.1.1. Tipos de desengrasantes.
Para realizar la limpieza o desengrasado, se pueden utilizar varios tipos de
desengrasantes que se clasifican de la siguiente manera:
- Desengrasantes Ácidos.
Según el metal o impureza a limpiar se utilizan diferentes ácidos como consta en
la tabla 1.
Tabla 1. Ácidos según su utilización (´´Principios de limpieza de metales´´, s.f.).
Ácido: Utilización:
Ácido fosfórico Limpieza y preparación previa a la
pintura.
Ácido sulfúrico Eliminar óxidos y escamas de
tratamiento térmico.
Ácido clorhídrico Eliminar óxidos y escamas de
tratamiento térmico.
Ácido crómico Limpiar aleaciones de zinc, aluminio y
magnesio.
Ácido nítrico Eliminar óxidos de aleaciones de
aluminio.
Ácido fluorhídrico Eliminar óxidos de aleaciones de
aluminio.
Estos ácidos se suelen combinar con diferentes substancias para obtener
14 . Tabla 2. Substancia a ser mezclada con ácidos según la cualidad que ofrece
(´´Principios de limpieza de metales´´, s.f.).
Substancia: Cualidad:
Agentes tensoactivos Incrementan el poder mojante y la
detergencia.
Solventes Permiten la limpieza y eliminación de
óxidos en una sola etapa.
Inhibidores Previenen el ataque del metal base.
- Desengrasantes alcalinos.
- Desengrasantes biodegradables.
2.2.1.2. Factores que determinan la selección del desengrasante.
Para determinar que desengrasante se debe utilizar hay que tener en cuenta los
siguientes factores:
- Superficie a ser limpiada.
- Suciedad a ser eliminada.
- Calidad del agua.
- Consideraciones de seguridad.
- Tratamiento de aguas residuales.
- Método de aplicación.
Una vez que se tienen claros todos los parámetros anteriores, se selecciona el
desengrasante que mejor se adapte a dichos parámetros. (´´Principios de
15
2.2.1.3. Factores que afectan el rendimiento del desengrasante.
Los tratamientos de desengrase ven afectado su rendimiento por diversos
factores que deben ser tomados en cuenta al momento de realizarse, estos
factores se clasifican de la siguiente forma:
- Concentración.
- Temperatura.
- Contaminación.
- Agitación.
- Tiempo.
- Enjuague.
Una vez que se conoce las condiciones en las que se va a trabajar, se selecciona
el desengrasante que mejor se adapte a esas condiciones (´´Principios de
limpieza de metales´´, s.f.).
2.2.1.4. Métodos de aplicación de desengrasantes.
Los diferentes tipos de desengrasantes ya sean ácidos, alcalinos o
biodegradables se aplican de las siguientes formas:
- Por trapeado o de forma manual.
- Por rocío o aspersión.
- Por inmersión.
- Por vapor.
Según el tamaño de la pieza tratada y el desengrasante utilizado se selecciona el
método de aplicación más apropiado (´´Principios de limpieza de metales´´, s.f.).
‘’ Siempre que se realiza una fase del proceso de pintura final, se debe dejar preparada para la siguiente. Una buena limpieza y desengrasado facilitará el posterior proceso de fosfatado y pasivado de protección anticorrosivo. ’’
16
2.2.2. TRATAMIENTO ANTICORROSIVO.
Una vez realizado el desengrasado, se realiza un tratamiento anticorrosivo que
además de proteger de la corrosión favorece o mejora las condiciones para
tratamientos posteriores como la pintura. Estos tratamientos son llamados
protección por recubrimiento, es decir, crean una capa que aísla el metal.
2.2.2.1. Tipos de tratamiento anticorrosivo.
Los tratamientos anticorrosivos o recubrimientos se clasifican de la siguiente
forma:
- Recubrimientos no metálicos.
Pinturas y barnices
Plásticos
Esmaltes y cerámicos
Protección por capa química
- El cromatizado
- El fosfatado
- Recubrimientos metálicos: estos recubrimientos se dan por:
Inmersión
Electrodeposición
Protección catódica
Se selecciona el tipo de recubrimiento o protección anticorrosiva según el
material tratado y el uso que se le va a dar (García et al., 2010).
2.2.2.2. Fosfatado.
El proceso de fosfatado es el más utilizado en la preparación de acero para la
pintura automotriz. Esto debido a que el fosfatado al aplicarse transforma una
17 esta superficie más resistente a la corrosión, por otro lado la estructura micro
cristalina de la capa de fosfato, le da una mejor adherencia a la capa de pintura
mejorando considerablemente la resistencia a la corrosión y alargando la vida útil del material tratado. ‘’ Estos recubrimientos, afectan la apariencia, el potencial
electroquímico, la resistividad eléctrica, la dureza de la superficie, la absorción y otras propiedades de superficie del metal’’. (´´Guía de fosfatizado de metales´´,
2006).
El fosfatado tiene varias aplicaciones que varían según el uso que va a tener el
material tratado. Se destacan cuatro aplicaciones que son las más comunes en la
producción de artículos metálicos, estas son:
- Base para pintura.
- Base para capa plástica y engomado.
- Preparación de superficies para sufrir una deformación plástica de
metales.
- Anticorrosivo.
La capa de fosfatado resultante de este tratamiento, cumple varias funciones
entre las cuales se destacan las siguientes:
- Crear una superficie de condiciones no alcalinas:
- Crear una uniformidad de la textura de la superficie:
- Incrementar el área de la superficie mejorando considerablemente la
adherencia, esto se observa claramente al comparar las figuras 7 y 8.
- Producir micro cavidades creando el enlace necesario entre la pintura y el
18
Figura 7: Vista microscópica de superficie de acero sin tratar (Guéguen, 1992).
19
- Proteger al metal contra rayones o raspaduras.
- Aislar los metales de la corrosión electroquímica.
- Prevenir la reacción entre las resinas de las pinturas y los metales.
El tratamiento de fosfatado se da mediante un proceso generalizado para
cualquier tipo de fosfato. Para llegar al resultado deseado que es, la formación de
la capa de fosfato, se utilizan productos comerciales de fosfatado que están
compuestos esencialmente de un fosfato de metal disuelto en una solución
balanceada de ácido fosfórico. Cuando la concentración de ácido está por encima
del punto crítico, el fosfato metálico permanece disuelto, pero al sumergir en esta
solución un metal reactivo, se produce un ataque que desprende hidrogeno, esto
reduce la acidez y precipita el fosfato. Este fosfato, toma el lugar del metal
disuelto por el ataque incorporando iones metálicos a la superficie del metal
sumergido, quedando así la capa de fosfato adherida al metal. (´´Guía de
fosfatizado de metales´´, 2006).
La formación de la capa de fosfato se da por una reacción química entre el metal
y la solución fosfatante.
Reacción química normal del fosfatado de acero es la siguiente:
1. El metal Fe reacciona con la acidez fosfórica libre dando como
resultado una sal acida de formula como se ve en la
siguiente formula.
[1]
2. Cuando aumenta el pH debido al consumo del ácido libre, se produce
hidrolisis de la sal acida y esta pasa a la forma de fosfato
secundario soluble como se observa a continuación.
[2]
3. Este fosfato secundario soluble a su vez por hidrolisis, se transforma en
un fosfato terciario insoluble como se ve en la siguiente
formula y es este fosfato terciario insoluble el que es la que se deposita
20 [3]
Al ser la superficie del acero irregular, eléctricamente conductora y susceptible a
la corrosión, el tratamiento que recibe la superficie con la formación de la capa de
fosfato, la convierte en una superficie regular, eléctricamente no conductora y
resistente a la corrosión, este cambio en las propiedades eléctricas es
fundamental ya que a simple vista, la superficie del acero parece lisa pero si la
vemos microscópicamente, es muy irregular formando picos y valles, que
permiten que se formen alternadamente cargas negativas y positivas. En
presencia de humedad, debido a que la pintura es una membrana
semipermeable, estas áreas catódicas y anódicas forman pares de celdas
electrolíticas que a su vez generan corrientes electroquímicas de corrosión.
La capa de fosfato al recubrir el metal, crea una superficie eléctricamente inerte lo que previene la corrosión bajo la pintura. ‘’Mientras la superficie del acero es
irregular y eléctricamente conductiva y susceptible a la corrosión, la superficie
convertida es relativamente uniforme, no conductiva y resistente a la corrosión’’.
(´´Guía de fosfatizado de metales´´, 2006).
Los tratamientos de fosfatado varían según el componente del baño fosfatante o
de la capa de fosfato que se desea formar. Los diferentes tipos de fosfatados
son:
- Fosfato de hierro.
- Fosfato de cinc
- Fosfato de cinc pesado.
- Fosfato de manganeso
En todos estos casos, se debe tener en cuenta que para optimizar el resultado es
importante realizar un desengrase previo de las piezas tratadas y un enjuague
previo al fosfatado para evitar que se contamine la solución fosfatante, también
es importante realizar un enjuague después del fosfatado para evitar la formación
de ampollas en la capa de pintura (´´Guía de fosfatizado de metales´´, 2006).
El fosfatado se puede realizar según la solución fosfatante de tres maneras que
son las siguientes:
21
Figura 9. Fotografía de máquina de aspersión (Prudenciano, 2014)
- Fosfatado por inmersión en cubas de fosfatado como la de la figura 10.
22
- Fosfatado por rociado con vapor o aire como se observa en la figura 11.
Figura 11. Fotografía de fosfatado por rociado de vapor (‘’PHOSPHATATION’’, s. f.)
Una vez aplicado el tratamiento de fosfatado, se debe realizar un enjuague para
remover los residuos resultantes del baño de fosfatado para poder realizar el
siguiente paso que puede ser un pasivado o la aplicación de algún lubricante
según el tipo de fosfatado (Zajac. S.f.).
2.2.2.3. Pasivado.
Se puede decir que la estructura de la capa de fosfato, no es homogénea debido
a que está formada de cristales que dejan espacios entre ellos que van desde el
metal hasta la base de los cristales y por estos espacios penetran agentes
23 el proceso de fosfatado, se lava la superficie con una solución acuosa pasivante
de ácido crómico, tratamiento que mejora la adherencia y la protección anticorrosiva’’. (Martínez, s.f.).
Al realizar un tratamiento de pasivado, se rellenan los espacios de la capa
microcristalina de fosfato, consiguiendo una superficie sin poros que aísla
completamente el metal de los elementos exteriores como se ve en la figura 12 (‘’Pretratamiento de las piezas a pintar’’, s.f.).
Figura 12. Acción del pasivado. (‘’Pretratamiento de las piezas a pintar’’, s.f.).
Las soluciones pasivantes más efectivas son aquellas basadas en cromo
hexavalente o mezclas de cromo hexavalente y trivalente, pero debido a la
toxicidad y efectos cancerígenos del cromo hexavalente, se están utilizando
soluciones de cromo trivalente que es menos peligroso para la salud y el ambiente (‘’Pretratamiento de las piezas a pintar’’, s.f.).
Una vez realizado el pasivado, se realiza un enjuague final de la pieza tratada
con agua destilada para eliminar cualquier residuo del baño pasivante
24
2.2.2.4. Sistema de agitación.
En los distintos procesos del tratamiento de superficies, existe la generación de
partículas que deben dispersarse en los fluidos para optimizar los resultados.
Para eso se utilizan sistemas de agitación ya que la agitación se trata de darle a
un fluido contenido en un recipiente un movimiento que lo haga circular, esto con
el fin de mezclar dos líquidos miscibles, suspender partículas sólidas en un líquido entre otros. ‘’Por lo general, la agitación se refiere a forzar un fluido por
medios mecánicos para que adquiera un movimiento circulatorio en el interior de un recipiente’’. (Terla & Huk, 2015).
Este movimiento es transmitido de forma mecánica ya sea por el movimiento de
un elemento solido sumergido en el fluido, por la circulación forzada de aire en el
fluido o al moverse el recipiente que contiene el fluido. Esto permite clasificar la
agitación en tres tipos diferentes:
- Agitación por aire que se da mediante un burbujeo constante en el fluido
direccionado. Este sistema se compone de dos partes que son el supresor o
compresor, que genera el aire para el sistema, y los difusores, que reparten y
direccionan el aire.
- Agitación mecánica que se da mediante el movimiento de un elemento móvil
sumergido en el líquido, este movimiento puede ser horizontal vertical o circular.
- Agitación por vibración que se da al hacer vibrar el recipiente y produciendo así
el movimiento del fluido (‘’AGITACIONES MECÁNICAS, AGITACIONES POR
AIRE Y VIBRACIÓN’’, s.f.).
2.2.2.5. Materiales resistentes a los reactivos.
En los distintos procesos de un tratamiento de superficies, se utilizan materiales
altamente corrosivos como ácidos o bases fuertes, por esta razón, los recipientes
que los contienen deben ser inmunes a estos reactivos.
Uno de los materiales más utilizado en la industria química para el manejo y
almacenamiento de reactivos es el acero inoxidable, por su buen comportamiento
25 resistencia a la corrosión se debe a la composición química del acero inoxidable
que para obtener sus características anticorrosivas debe contener un porcentaje
de cromo mayor al 10,5% y un porcentaje de carbono inferior al 1.2%.
Las características anticorrosivas que el cromo le otorga al acero se debe a que
el cromo tiene gran afinidad con el oxígeno y al entrar en contacto con el mismo,
se forma una capa impermeable de óxido de cromo en la superficie del acero que
impide que se produzca la corrosión.
Específicamente el acero inoxidable ausentico AISI 304 que por su contenido de
cromo y níquel que le dan muy buenas características anticorrosivas, es el más adecuado para contener reactivos químicos sin sufrir alteraciones. ‘’Debido a su
resistencia a la corrosión y a su acabado superficial de primera calidad, los
aceros inoxidables son los más utilizados en la industria aeronáutica, química, farmacéutica y agroalimentaria’’. (Zahia A, 2013).
2.2.2.6. Control de calidad.
En el baño de fosfato de cinc que es el más común, para un buen
funcionamiento, se deben controlar las siguientes variables: acidez total, acidez, la relación de acidez y el PH. ‘’Es necesario para el buen funcionamiento de los baños de fosfatizado el control de las concentraciones’’ (Zajac, s.f.).
Antes de ver los procedimientos para controlar estos parámetros, hay que
aclarar sus significados. En una solución acida, el ácido libera protones H+, estos
se quedan de esta forma o reaccionan con las moléculas de agua formando iones
H3O+. Esta reacción ocurre solo con una pequeña parte de las moléculas de
ácido, quedando su gran mayoría disuelta en el agua pero sin disociarse. La
acidez total es el número total de moléculas de ácido en un litro de solución bien
sea que estas hayan o no sido transformadas, mientras que la acidez libre, es la
concentración de iones H+ que no se combinaron con el agua en la solución.
Una vez entendidos los conceptos, se procede a verificar los valores de los
siguientes parámetros para realizar el control de calidad de una solución
fosfatante:
- Acidez total por titulación.
26
- Relación de Acidez (r) mediante el siguiente calculo.
[4]
- PH con un pH metro que indica su valor, o con papel PH que indica en un
rango de colores el PH de la solución como en la figura 13.
Figura 13. Escala de colores en función del PH.
Para que los resultados sean uniformes, deben ser controladas las siguientes
variables:
1- Temperatura
2- Nivel de la Soluciones
3- Tiempos
4- Piezas. Cargas uniformes, automatizadas o por cadena.
5- Enjuagues con agua: Se debe mantener el agua libre de otros productos o
residuos de los pasos anteriores.
El control de calidad en si es un control de las condiciones del baño fosfatante
puesto que al estar correctas todas las condiciones y parámetros antes
27 Un método más práctico de comprobar los resultados de un proceso de fosfatado
es la prueba de adherencia por rayado como lo indica la norma NTE INEN 950
RECUBRIMIENTOS METALICOS. DETERMINACION DE LA ADHERENCIA.
METODOS DE ENSAYO. Para realizar esta prueba las probetas deben ser
pintadas y se las debe dejar secar para posteriormente realizar la prueba
mediante los siguientes pasos:
Rayar sobre el recubrimiento una cuadricula formando cuadrados de 2 a 5
mm de lado, el rayado debe realizarse con una presión tal que se llegue
hasta la superficie metálica en un movimiento.
Colocar cinta adhesiva sobre la superficie rayada y presionar
manualmente evitando que se formen burbujas de aire bajo la cinta.
Luego de 10 segundos retirar la cinta de forma perpendicular a la
superficie rayada.
Al retirar la cinta se puede observar en qué grado se desprendió el recubrimiento
o pintura y por ende si mejoro o no la capacidad de adherencia de la superficie
tratada, es decir si el tratamiento es efectivo (NTE INEN 950 RECUBRIMIENTOS
METALICOS. DETERMINACION DE LA ADHERENCIA. METODOS DE
ENSAYO, 1984).
Todo el tratamiento tanto de preparación de superficies como de pintura se
realiza en el vehículo con el fin de cubrir la carrocería aislándola del ambiente
para prevenir su corrosión ya que su componente principal es el acero y este se
corroe al entrar en contacto con el ambiente.
2.3. CORROSIÓN DEL ACERO.
La corrosión es el principal factor que limita la vida útil de las carrocerías
automotrices. Y el proceso de pintura entre otros es el que protege al acero de
este fenómeno. El hierro, componente del acero, sufre una reacción química al
entrar en contacto con la humedad y el aire dando como resultado la
transformación del hierro en óxido ferroso, Fe2O3 y de no existir un tratamiento, todo el material es atacado comprometiendo le estructura de la carrocería hasta
28 desencadena, a corto plazo, el deterioro superficial del metal y especialmente del acero’’. (García, Navarro, Águeda & Gómez, 2010).
Figura 14. Fotografía de una carrocería oxidada (García et al., 2010).
Para que se dé el fenómeno de oxidación se necesitan 2 reacciones químicas
que son la oxidación del metal y la reducción del medio oxidante.
2.3.1. LA OXIDACIÓN BÁSICA EN EL PUNTO ANÓDICO, EL METAL.
Donde se producen las siguientes transformaciones:
Disociación del hierro con cesión de energía.
[5]
Combinación con el oxígeno y formación de agua.
29
2.3.2. LA REDUCCIÓN ACIDA EN EL PUNTO CATÓDICO.
Donde se da la siguiente transformación:
Combinación del oxígeno y del hidrogeno con absorción
de energía.
[7]
La oxidación transforma al hierro en oxido ferroso mientras que la reducción
equilibra eléctricamente la formula
‘’El proceso de corrosión se inicia cuando se encuentran en contacto el metal con el oxígeno del aire o con un electrolito adecuado’’. (García et al., 2010).
El proceso de deterioro se llama corrosión y se puede dar de dos maneras
diferentes que son la corrosión interna y la corrosión externa
2.3.3. EFECTOS DE LA CORROSIÓN EN LA CARROCERÍA.
En la carrocería de acero la corrosión provoca una pérdida de las propiedades
mecánicas, físicas, y un debilitamiento de la chapa que tiene como consecuencia
un deterioro progresivo de la carrocería del automóvil. Esto aumenta el riesgo de
que se den deformaciones y puntos débiles en la carrocería que en caso de
colisión serian posible puntos de fractura de la carrocería como se observa en la figura 15. ‘’La corrosión del acero provoca una pérdida de material en las piezas
que hace que sus propiedades mecánicas empeoren y no sean capaces de soportar los esfuerzos para los que se diseñaron en su momento’’. (Gonzáles,
2013).
Por estos motivos es indispensable aplicar métodos de protección frente a la
corrosión ya que una vez que se produce, no se puede restituir el material
30 el grosor de la chapa o a tener que reemplazar una sección de esta en casos de
daño grave. (Gonzáles, 2013).
31
3. METODOLOGÍA
Una vez identificado el problema se utilizó el método de la investigación científica
ya que la solución buscada se basa en procesos ya existentes en la industria y
que se quieren emular a escala reducida con fines didácticos.
Se determinaron los distintos procesos que se deben recrear en el prototipo y el
modo de aplicación de los mismos para poder realizar un correcto tratamiento de
superficies mediante la investigación del proceso de tratamiento superficial que
se realiza en la industria automotriz.
Ya establecidos los procesos a recrearse, se seleccionaron los reactivos a
utilizarse en cada proceso investigando que productos están disponibles en el
mercado y cuáles deben ser recreados mediante una mezcla de reactivos
químicos, en este caso se buscaron en estudios previos las mezclas de reactivos
más adecuadas para el prototipo.
Al conocerse los reactivos que se iban a utilizar, mediante una consulta
bibliográfica se determinaron los parámetros de agitación y temperatura que
debían recrearse en cada proceso del tratamiento superficial.
Se prosiguió con la determinación de las dimensiones de las probetas
consultando una norma técnica relacionada con el tema.
Una vez determinadas las dimensiones de las probetas y los procesos que se
debían recrear, se modelaron las cubetas dándoles dimensiones que permitan un
correcto tratamiento superficial de las probetas.
Al conocerse las dimensiones de las cubetas, se móldelo una base cuyas
dimensiones permitieran disponer las cubetas de forma ordenada de forma tal
que facilite la sucesión de los distintos pasos a realizarse en el tratamiento de
superficies.
Con las dimensiones y la forma de la base establecidas, se modelaron el sistema
de agitación y calentamiento de forma que sus componentes se acoplen a la
32 Ya determinadas las dimensiones y la forma del prototipo, se procedió a
seleccionar los materiales de los distintos componentes del mismo en función de
las condiciones de trabajo que tendrán.
Para las cubetas se seleccionó un material resistente al ataque de los reactivos a
los que estará expuesto investigando que materiales se utilizan en la industria y
que cumplen con estos requerimientos.
Parar seleccionar el material de la base, se determinó la carga máxima que debe
soportar, esto se hiso calculando el volumen de reactivos que va a contener cada
cubeta y el peso de cada cubeta llena de su respectivo reactivo.
Con la carga máxima determinada, se seleccionó el material de la base, y se
comprobó su resistencia con un cálculo de deflexión máxima de vigas.
Los materiales del sistema de agitación y calentamiento se seleccionaron de
manera que cumplan con su función investigando cuales son los materiales
utilizados en la industria.
Una vez seleccionados los materiales de los componentes del prototipo, se
procedió a construir el mismo en función del modelo y dimensiones antes
establecidos.
En el caso de las cubetas se cortó el material con las medidas de las
dimensiones deseadas y se unieron las partes mediante un proceso de suelda
adecuado para el material utilizado.
La base fue construida con un proceso de suelda acorde al material seleccionado
basado en el modelo antes establecido.
Los sistemas de agitación y calentamiento se construyeron de forma tal que
recreen los parámetros requeridos en cada cubeta.
En función de las características del sistema de calentamiento, se calculó el
tiempo que tomaría este en recrear las condiciones requeridas en cada proceso.
Una vez construido el prototipo, este fue probado para regular sistema de
agitación y comprobar el correcto funcionamiento del prototipo en sí. Esto se
33 Con el equipo en funcionamiento, se realizó una prueba completa del equipo
realizando el tratamiento superficial de un grupo de probetas, recreando los
parámetros necesarios en cada paso.
Tras la prueba se realizó un control de calidad del resultado mediante una prueba
normalizada que permita comprobar el correcto funcionamiento del prototipo.
Tras comprobar el correcto funcionamiento del prototipo, se elaboró un manual
de uso del prototipo y las respectivas guías de prácticas para facilitar su correcto
34
4. ANALISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN.
4.1. DISEÑO DEL PROTOTIPO DEL AREA DE PREPARACION
DE PROBETAS PARA EL PROCESO DE PINTURA.
El tratamiento de superficies es un proceso que se realiza en la industria
automotriz a gran escala, para el caso de este prototipo se va a buscar emular
dicho proceso a una escala reducida que permita trabajar con probetas pero que
a su vez permita evidenciar todos los pasos a realizarse de manera correcta y
técnica.
4.1.1. DISEÑO DEL PROCESO DE TRATAMIENTO SUPERFICIAL.
En la industria automotriz, el proceso más utilizado para tratar la superficie de las
carrocerías antes de ser pintadas es el fosfatado. Este proceso consta de tres
pasos que son:
- El lavado desengrasante.
- El fosfatado.
- El pasivado.
Entonces el prototipo del área de tratamiento de probetas para el proceso de
pintura debe ser capaz de recrear cada uno de estos pasos con sus respectivos
parámetros de funcionamiento.
4.1.1.1. Diseño del proceso de lavado desengrasante.
El baño desengrasante es el proceso encargado de limpiar la superficie de las
35 El prototipo busca tratar lotes de varias probetas por lo cual el método más
adecuado para tratarlas en de forma simultanea es el de la inmersión en un
desengrasante. Tras una búsqueda en el mercado local, se encontraron
productos desengrasantes que cumplen con las necesidades de la industria
automotriz y que además son biodegradables por lo que se seleccionó el
desengrasante BIOGRASOL que permite trabajar por inmersión y a temperatura
ambiente siguiendo los pasos descritos en la tabla 3.
Tabla 3: Pasos a seguir para el proceso de desengrase.
Paso Detalle
1 Sumergir el lote de probetas en el desengrasante
a temperatura ambiente.
2 Dejar actuar el desengrasante por un tiempo de 5
minutos.
3 Enjuagar las probetas en agua destilada con
agitación.
En resumen se estableció que el desengrase se realiza por inmersión de las
probetas en un desengrasante automotriz biodegradable por un tiempo de 5
minutos a temperatura ambiente.
Una vez limpias, las probetas están listas para ser fosfatadas.
4.1.1.2. Diseño del proceso de fosfatado.
Para el proceso de fosfatado realizo una investigación que permitió encontrar una
mezcla de reactivos adecuada para obtener una solución fosfatito adecuada para
el prototipo así como las condiciones idóneas para el funcionamiento de esta
solución.
36 phosphates de zinc sur armature à béton. Étude de leur comportement à la corrosion en milieu neutre et alcalin’’ de Florica SIMESCU y Epouse LAZAR que
en su segundo capítulo: ‘’ Élaboration de revêtements de phosphate par
conversion chimique ‘’, indican la siguiente receta como la que mejores
resultados ofrece en un proceso de fosfatado cristalino de zinc. La receta se
detalla en la tabla 4. (Lazar, Simescu, 2008).
Tabla 4: Receta de solución fosfatante
Reactivo: Cantidad:
Agua destilada. 1 litro.
Ácido fosfórico. 10.7 mililitros.
Ácido nítrico. 3.3 mililitros.
Sulfato de níquel (hexahidratado). 1.3 gramos.
Óxido de zinc. 5.5 gramos.
El fosfatado se da al reaccionar el hierro de la probeta con el ácido de la mezcla
preparada dando como resultado un enlace iónico entre el hierro y el fosforo que
da como resultado un fosfato primario soluble como se indica a continuación.
[8]
Al consumirse al acido libre, aumenta el PH y esto causa que el fosfato primario
libre se transforme en un fosfato secundario soluble por hidrolisis con la siguiente
formula.
[9]
Continuando con la hidrolisis, el fosfato secundario soluble se transforma en un
fosfato terciario insoluble que es el que se deposita y forma una capa sobre la
superficie de la probeta.
