ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la

Producción

“Diseño de un sistema de aplicación de pintura sin ser

mezclado con aire”

PROYECTO INTEGRADOR

Previo la obtención del Título de:

Ingeniero Mecánico

Presentado por:
Alvaro Fabian Tutiven Bonilla

GUAYAQUIL - ECUADOR
Año: 2021
DEDICATORIA

Este trabajo se lo dedico a mi papá,

mamá y hermana, también a mi familia
y a las personas que estuvieron
pendientes de mi trabajo y de la
culminación de mis estudios en esta
noble institución. También dedico este
trabajo a los profesores que creyeron
en mí y me guiaron hasta culminar mi
carrera.
AGRADECIMIENTOS

Agradezco infinitamente a mis padres

Hugo Tutiven y Katty Bonilla, y a mi
hermana que me brindaron su apoyo
siempre, en especial en mi etapa como
estudiante universitario y que a pesar
de las adversidades su mano siempre
estuvo extendida. Agradezco a la
institución y a sus profesores por darme
oportunidad de adquirir conocimientos,
a mis amigos de la facultad que
también fueron un apoyo y parte del
disfrute de mis días en la universidad.
 DECLARACIÓN EXPRESA

“Los derechos de titularidad y explotación, me corresponde conforme al reglamento de

propiedad intelectual de la institución; Alvaro Fabian Tutiven Bonilla y doy mi
consentimiento para que la ESPOL realice la comunicación pública de la obra por
cualquier medio con el fin de promover la consulta, difusión y uso público de la
producción intelectual"

Firmado digitalmente porAlvaro

Alvaro Fabian Tutiven Bonilla
DN: cn=Alvaro Fabian Tutiven

Fabian Bonilla gn=Alvaro Fabian

Tutiven Bonilla c=Ecuador
l=EC e=alfatuti@espol.edu.ec
Tutiven Motivo:Soy el autor de este
documento
Ubicación:Lomas de Sargentillo
Bonilla Fecha:2022-03-16 11:58-10:00

Alvaro Fabian Tutiven Bonilla

 EVALUADORES

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(0(5,7$ $/(;$1'5$'(/*$'23/$=$
'1FQ (0(5,7$$/(;$1'5$
'(/*$'23/$=$F (&
$/(;$1'5$ R 6(&85,7<'$7$6$ ERNESTO Firmado digitalmente
RX (17,'$''(&(57,),&$&,21
ROLANDO por ERNESTO ROLANDO
'(/*$'2 '(,1)250$&,21
0RWLYR6R\HODXWRUGHHVWH MARTINEZ LOZANO
GRFXPHQWR
MARTINEZ
3/$=$ 8ELFDFLyQ Fecha: 2021.09.28
)HFKD
LOZANO 21:01:01 -05'00'

PhD. Emerita Delgado Ing. Ernesto Martínez

PROFESOR DE LA MATERIA PROFESOR TUTOR

 RESUMEN
En la industria de la manufactura se realiza la aplicación de pintura en superficies
metálicas que requieren de un recubrimiento en especial en base a la necesidad de cada
proyecto, la mayoría de estos proyectos demandan una culminación en el menor tiempo
posible. El presente proyecto diseñó un sistema de aplicación de pintura airless que
beneficie a la pequeña industria de la manufactura ya que el alquiler o contratación de
un equipo similar es costosa. Se realizó la selección de la bomba hidráulica para el
sistema y los elementos adicionales del sistema, además se realizó el diseño de un
armazón móvil de acero. Se ejecutó la simulación CFD mediante el software Ansys 2021
del paso de una pintura epóxica de elevada densidad y viscosidad a través de la pistola
de pulverización y la formación del abanico desde la boquilla hasta la superficie metálica.
Se obtuvo que el armazón deberá ser una tubería de acero de 1 pulgada, la pintura
epóxica mantiene la presión elevada hasta antes de la salida de la boquilla, su velocidad
aumenta a más de 100 m/s a la salida de la boquilla y en la formación del abanico se
apreció que la pintura llega hasta la superficie y que a la mitad de su recorrido se crea
un pequeño vórtice debido a la elevada velocidad de salida de la boquilla. El costo del
proyecto es de $ 2957, es inferior a los equipos ofertados en el mercado y se puede
trabajar con pintura epóxica.

Palabras Clave: Airless, epóxica, pulverización, boquilla.

I
 ABSTRACT
In the manufacturing industry, paint is applied to metallic surfaces that require a special
coating based on the need for each project, those projects require a completion in the
shortest possible time. This project designed an airless paint application system that
would benefit the small manufacturing industry as it is expensive to rent or hire similar
equipment. The hydraulic pump for the system and the additional elements of the system
were selected, and a moving steel frame was designed. The CFD simulation was
performed using Ansys 2021 software of the passage of an epoxy paint of high density
and viscosity through the spray gun and the formation of the fan from the nozzle to the
metal surface. It was found that the frame should be a 1-inch steel pipe, the epoxy paint
keeps the pressure high until before the nozzle outlet, its speed increases to more than
100 m/s at the nozzle outlet, and in the formation of the fan it was seen that the paint
reaches the surface and that halfway through its path it is creates a small vortex due to
the high exit speed of the nozzle. The cost of the project is $ 2957, it is lower than the
equipment offered on the market and can work with epoxy paint.

Keywords: Airless, epoxy, spray, nozzle

II
 INDICE GENERAL
RESUMEN........................................................................................................................ I

ABSTRACT ..................................................................................................................... II

INDICE GENERAL ......................................................................................................... III

ABREVIATURAS ........................................................................................................... VI

SIMBOLOGÍA ............................................................................................................... VII

INDICE DE FIGURAS ................................................................................................. VIII

INIDICE DE TABLAS ...................................................................................................... X

CAPÍTULO 1.................................................................................................................... 1

1. Introducción .............................................................................................................. 1

1.1 Descripción del problema ................................................................................... 2

1.2 Justificación del problema .................................................................................. 2

1.3 Objetivos ............................................................................................................ 3

1.3.1 Objetivo General .......................................................................................... 3

1.3.2 Objetivos Específicos ................................................................................... 3

1.4 Marco teórico ...................................................................................................... 3

1.4.1 Preparación de la superficie ........................................................................ 3

1.4.2 Normas de preparación de superficie .......................................................... 5

1.4.3 Pintura Industrial .......................................................................................... 6

1.4.4 Métodos de aplicación de pintura ................................................................ 7

1.4.5 Espesor de capa seca ............................................................................... 10

1.4.6 Cálculo de espesor de capa seca .............................................................. 11

1.4.7 Sistema airless........................................................................................... 11

1.4.8 Bombas de desplazamiento positivo.......................................................... 11

1.4.9 Clasificación de las bombas de desplazamiento positivo .......................... 12

1.4.10 Bomba émbolo pistón ............................................................................. 13

CAPÍTULO 2.................................................................................................................. 14

III
2. Metodología............................................................................................................ 14

2.1 Requerimientos y especificaciones .................................................................. 14

2.2 Alternativas de diseño ...................................................................................... 16

2.2.1 Alternativa A............................................................................................... 17

2.2.2 Alternativa B............................................................................................... 17

2.2.3 Alternativa C .............................................................................................. 17

2.3 Matriz de decisión............................................................................................. 18

2.4 Selección de componentes .............................................................................. 18

2.4.1 Selección de la boquilla y porta boquillas .................................................. 18

2.4.2 Selección de la pistola airless .................................................................... 20

2.4.3 Manguera de alta presión para el sistema ................................................. 21

2.4.4 Selección de la bomba ............................................................................... 21

2.4.5 Selección de la alimentación de potencia .................................................. 23

2.5 Diseño del equipo ............................................................................................. 23

2.5.1 Placa de acero ........................................................................................... 24

2.5.2 Tubo de acero del armazón ....................................................................... 26

2.6 Simulación ........................................................................................................ 27

2.6.1 Volumen de control de la pistola airless ..................................................... 28

2.6.2 Parámetros de mallado .............................................................................. 29

2.6.3 Material ...................................................................................................... 31

2.6.4 Condiciones de borde ................................................................................ 32

2.6.5 Superficie de control del abanico ............................................................... 33

2.6.6 Parámetros de mallado del abanico........................................................... 34

2.6.7 Material ...................................................................................................... 34

2.6.8 Condiciones de borde ................................................................................ 34

CAPÍTULO 3.................................................................................................................. 35

3. Resultados Y ANÁLISIS ......................................................................................... 35

IV
 3.1 Resultado de la estructura rodante .................................................................. 35

3.2 Resultado de la simulación ............................................................................... 35

3.2.1 Presión del Fluido ...................................................................................... 36

3.2.2 Velocidad del fluido .................................................................................... 36

3.2.3 Presión del abanico de pintura................................................................... 37

3.2.4 Velocidad del abanico de pintura ............................................................... 38

3.3 Análisis de costos ............................................................................................. 39

CAPÍTULO 4.................................................................................................................. 40

4. Conclusiones Y Recomendaciones ........................................................................ 40

4.1 Conclusiones .................................................................................................... 40

4.2 Recomendaciones ............................................................................................ 41

BIBLIOGRAFÍA

APÉNDICES

V
 ABREVIATURAS
ASTM American Society for Testing and Materials
SSPC Steel Structures Painting Council
SIS Standards Institution Stockholm
ISO International Organization for Standardization

VI
 SIMBOLOGÍA

Kg Kilogramo
MPa Mega Pascales
mm Milímetro
KU Unidades Krebs
in Pulgadas
Psi Libra fuerza por pulgada cuadrada
Lpm Litros por minuto
gpm Galones por minuto

VII
 INDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Aplicación de pintura con brocha.................................................................... 7

Figura 1.2 Aplicación de pintura con rodillo ..................................................................... 8

Figura 1.3 Aplicación de pintura con pistola con mezcla de aire .................................... 9

Figura 1.4 Aplicación de pintura por aspersión airless .................................................... 9

Figura 1.5 Equipo airless de gran potencia y capacidad ............................................... 11

Figura 1.6 Clasificación de las bombas de desplazamiento positivo ............................. 12

Figura 1.7 Esquema básico de una bomba de émbolo pistón ...................................... 13

Figura 2.1. Boquilla verde de Graco[9] .......................................................................... 19

Figura 2.2. Pistola airless seleccionada [10].................................................................. 21

Figura 2.3. Bomba ARO Serie NM2328A11 [12] ........................................................... 22

Figura 2.4 Curva característica de la bomba de pistón neumática [12] ........................ 22

Figura 2.5 Motor neumático ARO serie 66915 [13] ....................................................... 23

Figura 2.6 Estructura y montaje de la bomba airless ..................................................... 24

Figura 2.7. Diagrama de fuerza y momento flector de la placa ..................................... 25

Figura 2.8. Volumen de control de la pistola [Elaboración propia] ................................. 29

Figura 2.9. Método de mallado seleccionado ................................................................ 29

Figura 2.10. Detalles del mallado del volumen de control ............................................. 30

Figura 2.11. Mallado del volumen de control ................................................................. 31

Figura 2.12. Entrada y salida del fluido ......................................................................... 31

Figura 2.13. Propiedades de la pintura epóxica densidad y viscosidad ........................ 32

Figura 2.14 Geometría del abanico de pintura .............................................................. 33

Figura 2.15 Tamaño de elementos del mallado del abanico ......................................... 34

Figura 3.1 Estructura con la bomba y simulación de un balde de pintura. ................... 35

Figura 3.2. Presión del fluido a la salida de la boquilla .................................................. 36

Figura 3.3. Velocidad del fluido a la salida de la boquilla .............................................. 37

Figura 3.4 Presión de la pintura en el abanico .............................................................. 37

VIII
Figura 3.5 Perfil de velocidad de la pintura en el abanico ............................................. 38

Figura 3.6 Velocidad vs Posición a través del abanico .................................................. 38

IX
 INIDICE DE TABLAS
Tabla 1.1 Estándares de distintos métodos de preparación superficial ........................... 4

Tabla 1.2. Clasificación de las superficies antes de la preparación superficial [1] .......... 5

Tabla 1.3. Acabado superficial: comparación de normas internacionales utilizadas en

Latino América[2]............................................................................................................. 5

Tabla 1.4. Componentes de la pintura [3] ........................................................................ 6

Tabla 1.5. Rendimiento de los diferentes métodos de aplicación de pintura[4] ............. 10

Tabla 1.6. Sistema de pintura para acero al carbono de baja aleación para categoría de
corrosividad C5-I [5] ...................................................................................................... 10

Tabla 2.1. Ponderación de criterios. Elaboración propia ............................................... 15

Tabla 2.2 Alternativas diseño y sus variables [Elaboración propia] .............................. 16

Tabla 2.3. Evaluación de alternativas. Elaboración propia ............................................ 18

Tabla 2.4 Códigos para boquillas RAC X LP [10] .......................................................... 19

Tabla 2.5 Boquilla RAC X azul l[10] ............................................................................... 20

Tabla 2.6 Propiedades del tubo de acero ...................................................................... 27

Tabla 2.7. Condición de borde....................................................................................... 33

Tabla 3.1 Precios de los equipos y accesorios .............................................................. 39

X
 CAPÍTULO 1
1. INTRODUCCIÓN
En la industria y diferentes talleres mecánicos que se enfocan en la manufactura, se
realizan procesos de tratamiento, recubrimiento, limpieza y acabado superficial en
metales. Una de las operaciones que se realiza es el proceso de pintura, donde
previamente se realiza un tratamiento a la superficie y se la prepara para pintarla,
muchas veces con el objetivo de que sea una capa protectora para el material.

Existen varios métodos de aplicación de pintura, entre los cuales se puede

mencionar pintura con brocha, con rodillo, con compresión de aire y el sistema airless
(sin aire). Existen normas internacionales que exigen cumplir con ciertos factores en
diferente tipo de situaciones, por ejemplo, uno de los factores importantes es el
espesor de la capa de pintura. Para el que realiza el proceso de aplicación de pintura
es necesario ahorrar dinero y terminar sus trabajos a tiempo. La pintura con brocha
permite tener espesores de capa considerables y en algunas ocasiones basta con
cubrir la superficie con una mano de brocha (pintar solo una vez), otra ventaja es
que sus pérdidas son del 15% y se aprovecha al máximo la pintura, la desventaja es
que el proceso es muy lento y no es recomendable cuando se tiene un área
superficial grande. La pintura con rodillo puede alcanzar un espesor de capa similar,
su aplicación es más rápida, pero se pierde pintura durante el proceso llegando hasta
el 20%. La aplicación de mezcla con aire comprimido desperdicia pintura alcanzando
solo aprovechar un máximo de 50% de la pintura, el espesor de capa que se puede
lograr es mucho menor a los anteriores y es necesario aplicar más de una capa de
pintura en la superficie, el tiempo de aplicación por cada capa es mucho menor.

El sistema airless se utiliza para realizar la aplicación de pintura, este sistema no

utiliza una mezcla de pintura y aire comprimido, básicamente se aumenta la presión
de la pintura que mediante una pistola es pulverizada. El desperdicio de pintura es
menor comparado con el proceso de mezcla de aire comprimido, alcanzando hasta
un máximo de 30% de pérdidas, el espesor de capa es mucho mayor y se puede
regular, por lo cual en muchas ocasiones solo se necesita una sola capa de pintura,
su aplicación es más rápida comparada con la de mezcla de aire comprimido.
1.1 Descripción del problema

Industrias pequeñas utilizan el proceso de aplicación de pintura como parte

fundamental de la mayoría de los trabajos que realizan. En los talleres, la
aplicación de pintura con los métodos comunes genera un mayor gasto debido
a que se necesita más pintura y el tiempo de aplicación es mayor comparado
con el sistema airless. Los equipos airless ofertados en el mercado local
tienen un costo elevado y el alquiler de estos también, ya que es necesario
contratar una persona que conozca la operación del equipo, contratar una
empresa que realice la aplicación de pintura también es costoso. El
mantenimiento de un equipo airless es complicado y en ocasiones es
necesario contactar con el fabricante cuando existe un problema, el equipo
por compresión de aire genera un desperdicio de material por lo que demanda
la aplicación de más de una capa de pintura, la aplicación de pintura con
brocha tiene un mayor rendimiento, pero es un proceso muy lento; muchos
talleres de la industria manufacturera se ven en la necesidad de contratar
empresas que cuentan con equipos de bombeo de pintura que tienen un
mayor rendimiento y rapidez en la aplicación, esto genera costos elevados
para las industrias pequeñas y la adquisición en el mercado de un equipo
similar es muy costosa.

1.2 Justificación del problema

La necesidad de cumplir con el tiempo de entrega de una obra o proyecto

muchas veces demanda que talleres pequeños contraten un servicio de
pintura costoso por lo que sus utilidades se ven disminuidas, esto disminuye
la rentabilidad de la empresa y aumenta los costos de producción. El
desperdicio de pintura al ser pulverizada con un equipo a compresión de aire
genera contaminación al medio ambiente con estos productos químicos
industriales; cuándo se crea una nube de mezcla pintura y aire comprimido al
realizar la aplicación de pintura, solo una parte de esta mezcla se adhiere a la
superficie metálica y la otra queda en el ambiente.
No existen problemas de tipo social en este proyecto

2
1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo General

Diseñar un sistema de aplicación de pintura por medio del uso de

programas de simulación, dirigido a pequeñas industrias de manufactura

1.3.2 Objetivos Específicos

• Diseñar los elementos que forman parte del sistema.

• Seleccionar los equipos idóneos para el sistema.
• Seleccionar los materiales que se puedan adquirir en el mercado local.
• Determinar la factibilidad de construcción y mantenimiento para el
mercado local.

1.4 Marco teórico

1.4.1 Preparación de la superficie

Cuando se requiere aplicar pintura en una superficie metálica, es necesario

regirse a las normas nacionales o internacionales que indican el proceso
correcto que se tiene que cumplir. Previo a la aplicación de pintura se
prepara la superficie, es decir se limpia con el objetivo de quitar impurezas
y restos de óxidos que pueda tener la superficie metálica con la que se va
a trabajar. El granallado, arenado o chorreado abrasivo es el proceso que
se utiliza para limpiar una superficie metálica, existen varios tipos de
granallado y cada uno tiene sus normas con guías visuales que permiten la
evaluación de la superficie luego de ser limpiada.
El abrasivo o granalla es el material que se utiliza en el granallado, se eligen
por propiedades como tamaño, forma, densidad y dureza; entre los
abrasivos más utilizados se tiene la arena sílice, granalla de acero angular
y esférica.

3
 Tabla 1.1 Estándares de distintos métodos de
preparación superficial

Estándar Nombre Descripción

Dry abrasive blast Estándar visual para granallado
SSP-VIS 1
cleaning seco.
Degree of rusting Estándar de evaluación de
SSP-VIS 2
painted steel surfaces superficies que han sido pintadas.
Power and hand tool Estándar visual para superficies
SSP-VIS 3
cleaning limpiadas con herramientas .
Estándar visual para superficies
SSP-VIS 4 Waterjetting
limpiadas con agua a alta presión.
Estándar para superficies
Wet abrasive blast
SSP-VIS 5 limpiadas con granallado húmedo
cleaning
(combinación de agua y abrasivo).

La norma americana SSPC (Steel Structures Painting Council), también

clasifica el estado de la superficie metálica o grado de herrumbre antes de
la preparación de la superficie. Si la superficie ha sido pintada se debe
seguir lo que indica la norma SSP-VIS 2, si la superficie no ha sido pintada,
entonces se clasifica según la Tabla 1.2.

4
 Tabla 1.2. Clasificación de las superficies antes
de la preparación superficial [1]

Grado de
Descripción
herrumbre

A Superficie de acero con la capa de laminación intacta en toda la

superficie y prácticamente sin corrosión.
Superficie de acero con principio de corrosión y en la cual la capa
B
de laminación comienza a despegarse

Superficie de acero en donde la capa de laminación ha sido

eliminada por la corrosión o la capa de laminación puede ser
C
eliminada por raspado, pero en la cual no se han formado en gran
escala cavidades visibles

Superficie de acero en donde la capa de laminación ha sido

D eliminada por la corrosión y se han formado en gran escala
cavidades visibles

1.4.2 Normas de preparación de superficie

En la industria generalmente se utiliza el granallado seco, en Latino

América se emplean las normas SSPC y SIS como guía para la preparación
de superficie, también existe una norma americana y en la Tabla 1.3 se
presenta la equivalencia de cada una de ellas en los grados de preparación
de superficie que comúnmente se obtienen por proyección de abrasivo
(granallado seco). Para más información sobre los grados de preparación
de superficie se adjunta tabla en apéndice A.

Tabla 1.3. Acabado superficial: comparación de normas

internacionales utilizadas en Latino América[2]

GRADO

Norma SSPC Norma SIS Norma Americana

SP 5 SA 3 Metal blanco

SP 10 SA 2 1/2 Semi blanco

SP 6 SA 2 Comercial

SP 7 SA 1 Granallado ligero
1.4.3 Pintura Industrial

El siguiente paso luego de la preparación superficial en superficies

metálicas es la aplicación de pintura, para eso se debe conocer qué tipo de
pintura se va a utilizar para darle un acabado y una utilidad a la capa de
pintura sobre la superficie metálica. En la actualidad, existen varios tipos
de pintura industrial y cada tipo tienen una característica especial que es
necesaria muchas veces en diferentes estructuras metálicas. La selección
de la pintura depende de las condiciones a las que estará expuesta la
superficie, la pintura se compone de solvente, resina y pigmento. El
solvente permite aplicar la pintura, se evapora y no forma parte de la capa
protectora. La resina define el tipo de pintura y su característica. El
pigmento son las partículas insolubles que aportan propiedades y color a la
pintura.

Tabla 1.4. Componentes de la pintura [3]

COLORANTES
PIGMENTO REFORZANTES
QUÍMICOS

NO VOLÁTIL (FORMADOR DE
VEHÍCULO PELÍCULA O RESINA)
VOLÁTIL (SOLVENTE)

PINTURA

PLASTIFICANTES
SECANTES
HUMECTANTES

ADITIVO ABRILLANTADORES
ANTIOXIDANTES
DISPERSANTES
ANTIESTÁTICOS
ETC

6
 1.4.3.1 Tipos de resinas industriales

Alquídica: Su composición principal es la resina alquídica, se obtienen

mediante un proceso químico y son resistentes a la humedad y al
contacto con el agua.
Epóxica: Recubrimiento utilizado con frecuencia en la industria ya que
tiene una variedad de propiedades que dependen del agente curante o
solvente. Entre sus propiedades importante destacan la resistencia al
agua, temperatura, ácidos, abrasión, etc.
Cauchos: Esmaltes de uso industrial amplio por su excelente resistencia
química y baja permeabilidad al agua
Poliuretano: Pinturas mejorada con aditivos especiales con los que se
obtienen características como alto brillo, resistencia a la abrasión,
corrosión y productos químicos.[3]

1.4.4 Métodos de aplicación de pintura

1.4.4.1 Aplicación con brocha

Este método es el más conocido y utilizado por las personas en general.
En talleres pequeños son una opción de aplicación de pintura, cuando
se fabrican estructuras pequeñas basta con una pintura con brocha si la
necesidad de la estructura no es inmediata. Consiste en una unión de
cerdas o fibra sintética unidos por una hoja de metal y sujetos a un
mango de agarre. Este método es muy lento y su rendimiento en m 2 al
día es el menor de todos.

Figura 1.1 Aplicación de pintura con brocha

7
1.4.4.2 Aplicación con rodillo
Este método es poco utilizado en la industria, es utilizado con frecuencia
para pintar paredes de casas. Consiste en una piel de nylon o lana
natural que cubre un cilindro generalmente de plástico, puede girar sobre
un mango adaptado a la parte posterior de una de las caras del cilindro.
Es un método 2 veces más rápido que la brocha, su limpieza es más
difícil que limpiar una brocha, su rendimiento en m2 por día es el mayor
que la pintura con brocha.

Figura 1.2 Aplicación de pintura con rodillo

1.4.4.3 Aplicación con pistola con mezcla de aire

Este sistema utiliza un compresor de aire, se coloca una cierta cantidad
de pintura en un depósito en el que llega aire presurizado, el depósito
está conectado a una pistola atomizadora que libera la mezcla de aire y
pintura cuando el operador acciona la pistola. Este sistema es mucho
más rápido que los anteriores, su limpieza es más complicada, consume
energía eléctrica y la ventaja es la rapidez de aplicación por capa, siendo
el segundo método que más m2 cubre por día.

8
 Figura 1.3 Aplicación de pintura con pistola
con mezcla de aire

1.4.4.4 Aplicación con pistola airless

Este sistema utiliza una bomba que toma la pintura desde un depósito y
la presuriza dentro del sistema, luego pasa por una manguera hasta
llegar a una pistola de aspersión que libera la pintura a una alta presión.
Su limpieza y mantenimiento es más difícil que los métodos anteriores,
es el mejor método en rendimiento de m 2 por día, las pérdidas son
mayores a los dos primeros métodos y menor al tercer método
mencionado

Figura 1.4 Aplicación de pintura por aspersión

airless

9
 Tabla 1.5. Rendimiento de los diferentes métodos
de aplicación de pintura[4]

METODO RENDIMIENTO 𝑚2 /𝑑í𝑎

Brocha 90
Rodillo 184 – 370
Aspersión con aire 370 – 740
Aspersión sin aire 740 - 1100

1.4.5 Espesor de capa seca

Existen normas que se debe cumplir durante un proyecto, hay asociaciones

que muestran el rango que debe tener el espesor de capa de pintura para
ciertas aplicaciones mecánicas. No es lo mismo tratar de pintar un tanque
elevado que una estructura metálica o que un tanque de depósito de agua
contra incendios; las normas establecen las distintas características que
debe tener la pintura. La norma ISO 12944-5 nos indica qué pintura se debe
utilizar en distintas superficies de acero, donde además muestra el número
de capas a aplicar y su espesor, estimando un rango de durabilidad para
las distintas combinaciones. Si se necesita más información sobre el tipo
de pintura a aplicar en diferente categoría de corrosividad, consultar en [5].

Tabla 1.6. Sistema de pintura para acero al carbono de baja

aleación para categoría de corrosividad C5-I [5]
1.4.6 Cálculo de espesor de capa seca

Para cumplir con las normas que se hayan utilizado en algún proyecto, es
necesario hacer un ensayo en la capa de pintura aplicada. El ser humano
no puede observar el espesor de capa de la pintura, cuando el pintor aplica
una capa de pintura no puede inferir si la capa que va a secar llegará al
espesor adecuado. Para poder cumplir con el espesor que indique una
norma, se hace la evaluación del espesor de capa húmeda con un
instrumento de medición y se compara con el valor calculado de espesor
de capa seca. [6]

1.4.7 Sistema airless

Este sistema es utilizado para facilitar la tarea de pintura en grandes áreas

superficiales, ahorrando tiempo y dinero, dejando un acabado muy bueno
en las superficies. El sistema cuenta con una bomba que succiona pintura
a través de una manguera y la presuriza en su cámara, luego sale de la
misma a una alta presión por una manguera hasta una pistola de aspersión.
La bomba que comúnmente se utiliza en estos equipos son las de émbolo-
pistón.

Figura 1.5 Equipo airless de gran potencia y capacidad

1.4.8 Bombas de desplazamiento positivo

Las bombas de desplazamiento positivo tienen una parte móvil que impulsa
al fluido en cantidades pequeñas a través de la carcasa la bomba,
generalmente cuentan con una válvula de entrada y de salida. Una

11
 pequeña parte del fluido a la entrada es atrapada e impulsada hacia la
salida, la holgura que existe entre el elemento rotario y la carcasa permite
que la presión del fluido aumente hasta llegada a la válvula de descarga.
Permite obtener altas presiones en fluidos con viscosidad elevada.[7]

1.4.9 Clasificación de las bombas de desplazamiento positivo

Se dividen en dos grandes grupos: bombas reciprocantes y bombas

rotatorias. Las bombas reciprocantes son de pistón o de diafragma, la
primera funciona de tal manera que el pistón crea un vacío en el cilindro
haciendo que el fluido ingrese, luego presiona el fluido dentro del cilindro
que sale por una válvula a cierta presión. Las bombas rotatorias tienen una
coraza fija, donde pueden ir elementos rotatorios como: doble engrane,
aspas, doble tornillos, etc. El espacio donde queda atrapado el fluido es
pequeño, el caudal que impulsa a través de cada pequeña cámara es
pequeño.[8]

Figura 1.6 Clasificación de las bombas

de desplazamiento positivo

12
1.4.10 Bomba émbolo pistón

El movimiento rotario de un motor se transforma en un movimiento axial del

pistón con un sistema básico biela, manivela, corredera. En el primer
tiempo (Subida) el pistón crea un vacío en la cámara o émbolo haciendo
que la válvula de admisión sea abierta para permitir el paso del fluido, en el
tiempo dos (bajada) el pistón presiona el fluido en la cámara, haciendo que
la válvula de admisión sea cerrada y la válvula de expulsión se abra cuando
el fluido dentro de la cámara alcance cierta presión.

Figura 1.7 Esquema básico de una bomba

de émbolo pistón

Partes:
1. Émbolo o camisa
2. Pistón
3. Sello
4. Válvula de admisión
5. Válvula de descarga

13
 CAPÍTULO 2
2. METODOLOGÍA
En esta sesión se detalla la metodología que se implementa para la selección de
equipos, componentes y diseño de elementos y piezas para el sistema de pintura
airless.
Es necesario recordar que el sistema está en el mercado y existen empresas
dedicadas al desarrollo de estos sistemas de pinturas, así como los elementos que
complementan todo el sistema. El proyecto se enfoca en seleccionar elementos que
son redundantes en diseñar o que necesitan de un estudio focalizado y profundo,
pero que son de fácil adquisición; su uso es tan importante como el sistema de
presurización de pintura por lo que la selección correcta de los mismos amerita de
un análisis previo.

2.1 Requerimientos y especificaciones

Como se menciona en el capítulo 1, los talleres mecánicos se ven en la

necesidad de hacer uso de un equipo airless, el tiempo de entrega de una
obra es un factor importante para tomar en cuenta en el cumplimiento de
contratos y entrega de obras. Los talleres requieren disminuir los costos y
disminuir el tiempo de realización de una obra o proyecto.
Factores para tomar en cuenta:

• Facilidad de fabricación: Es necesario conocer los elementos que son

parte de todo el sistema y así saber la disponibilidad de estos en la ciudad
de Guayaquil.
• Costo: Conocer los precios de los equipos y elementos que se van a
seleccionar, comparar el costo del sistema con los disponibles en el
mercado.
• Rapidez de aplicación de pintura: Este factor también depende de la
habilidad del operador, pero se requiere que el uso del sistema airless
reduzca el tiempo de una obra comparado con el tiempo que se toma
utilizando un equipo con compresión de aire.
• Cubrimiento superficial [m2] por hora de trabajo: No se puede
establecer un valor fijo, pero se pretende que este valor esté dentro del
rango mostrado en la Tabla 1.5.
• Espesor de capa: Cada proyecto requiere un distinto valor de espesor de
capa de pintura, el mismo podrá regularse con la presión de la bomba y es
ideal que se llegue al espesor esperado con una sola pasada.
• Movilidad y uso del sistema: Es necesario que el sistema sea fácil de
trasladar de un lado a otro y que cualquier operador del taller entienda
como usar el sistema diseñado.
• Pintura industrial: Alquídicas, Epóxica y Poliuretano.
• Caudal y presión de la pintura: Estos parámetros están restringidos por
los elementos adicionales al sistema que serán seleccionados, el caudal
lo define el tipo de boquilla utilizada y la presión máxima la establece la
presión admitida por la pistola airless.
• Mantenimiento y limpieza: Es necesario que el sistema airless sea fácil
de limpiar luego de ser utilizado, su mantenimiento debe ser de fácil
ejecución.

Tabla 2.1. Ponderación de criterios. Elaboración propia

Movilidad y Facilidad
Criterios Costo Mantenimiento uso del Limpieza de
sistema fabricación
Costo 0,5 1 0,5 0,5

Mantenimiento 0,5 1 0,5 1

Movilidad y
uso del 1 1 0 0,5
sistema

Limpieza 0,5 0,5 0 0

Facilidad de
0,5 1 0,5 0
fabricación

Total 2,5 3 2,5 1 2

Ponderación 0,23 0,27 0,23 0,09 0,18

15
2.2 Alternativas de diseño

Tabla 2.2 Alternativas diseño y sus variables

[Elaboración propia]

ALTERNATIVAS

ARIABLES A B C
Compresor de Compresor de
ALIMENTACIÓN Eléctrica
aire aire
No hay Motor neumático Motor eléctrico

MOTOR

Bomba Bomba
Bomba doble
neumática de neumática de
engrane
diafragma piston
BOMBA
HIDRAULICA

Carrito con Carrito con Carrito con

ruedas ruedas ruedas

MOVILIDAD

Airless Graco Airless Graco Airless Wagner

PISTOLA

16
2.2.1 Alternativa A

El sistema se forma con una bomba neumática de diafragma que se

alimenta de un compresor de aire para poder aumentar la presión de otro
fluido sin mezclarse. El sistema tiene una línea de succión que tiene
incorporado un filtro, para el fluido se tiene una manguera de alta presión,
una pistola airless de alta presión y la selección de la boquilla para el caudal
con que el que se quiere trabajar, la desventaja es que las bombas de
diafragma no trabajan a una alta presión y si logran hacerlo su caudal es
mínimo y el precio elevado.

2.2.2 Alternativa B

El principal elemento del sistema es una bomba neumática de pistón que

alcanza altas presiones y el caudal necesario que necesita la boquilla. El
sistema cuenta con compresor de aire que alimenta a un motor neumático,
este a su vez se conecta y genera el movimiento cíclico a la bomba de
émbolo. También cuenta con un filtro antes de la entrada a la bomba,
manguera de alta presión a la salida y una pistola airless de alta presión. El
valor de la bomba neumática relativamente elevado, pero se altas
presiones a la salida de la bomba.

2.2.3 Alternativa C

El sistema tiene una bomba de doble engrane que permite tener altas
presiones de salida y un caudal necesario para el requerimiento de la
boquilla. Se alimenta de un motor eléctrico que puede ser acoplado
directamente a la bomba. Al igual que las otras alternativas tiene un filtro
antes de la entrada de la bomba y usa una manguera de alta presión,
además de una pistola airless de alta presión.

17
2.3 Matriz de decisión

La valoración que tendrá cada uno de los criterios será 5 para un valor alto o
aceptable, 3 para un valor medio o regular y 1 para un valor bajo o poco
aceptable.

Tabla 2.3. Evaluación de alternativas. Elaboración propia

ALTERNATIVAS
Criterios Ponderación A B C
Costo 0,23 3 3 5
Mantenimiento 0,27 1 3 3

Movilidad y uso
0,23 1 5 5
del sistema

Limpieza 0,09 3 3 1

Facilidad de
0,18 3 5 3
fabricación

Total 1,00 2 3,82 3,74

2.4 Selección de componentes

Para la selección de los componentes del equipo se tomará en cuenta los

tipos de pintura que se utilizan en el sector industrial, siendo el factor más
importante de la selección. Existen marcas que han desarrollado el sistema
de pintura airlees y lo ha potenciado para ubicarse entre las mejores, sus
sistemas, equipos y accesorios generan confianza por su durabilidad y
resistencia entre las personas que hacen uso de la aspersión sin aire.

2.4.1 Selección de la boquilla y porta boquillas

Se encuentra una amplia gama de boquillas y porta boquillas para

diferentes tipos de uso, sus boquillas están codificadas en base a la
proyección de pintura que tienen sobre una pared al ser usadas a una
distancia nominal de 30 cm y en base a su diámetro.

18
 Figura 2.1. Boquilla verde de Graco[9]

La figura 2.1 muestra que la boquilla tiene tres números, el primero indica
el ancho de abanico de pintura sobre la pared que se obtiene al pulverizar,
solo bastará con multiplicar este número por cinco, por ejemplo, si el primer
número es 6 su abanico de pintura será aproximadamente 30 cm, además
indica el ángulo de abanico que se forma al multiplicar el primer número por
10, para una numeración 6 el ángulo será 60°. Los otros dos números
indican el diámetro del orificio de la boquilla en pulgadas, es decir si los dos
siguientes números son 19 entonces el diámetro del orificio es 19 milésimas
de pulgada. El fabricante de las boquillas enfatiza que el caudal depende
del diámetro de la boquilla, de la presión y viscosidad de la pintura, el caudal
teórico máximo se muestra en la Tabla 2.4.

Tabla 2.4 Códigos para boquillas RAC X LP [10]

19
 Tabla 2.5 Boquilla RAC X azul [10]

Esta empresa clasifica sus boquillas según el producto que se vaya a

utilizar en la pulverización y codifica por colores a cada una de estas, verde
(boquilla de baja presión hasta un 50%), azul (boquilla airless profesional),
café (boquilla de uso intensivo) y amarillo (boquilla trazadora o de
señalización). La mayoría de las pinturas utilizadas en el sector industrial
indican que la pintura epóxica debe utilizar tamaños de boquillas de 0.021
o 0.023 in [11], la ventaja de la boquilla LP permite aumentar el tamaño de
la boquilla y obtener un buen acabado con una menor presión a la salida
de la bomba. Finalmente se decide que para el trabajo en talleres pequeños
y medianos se utilice boquillas LP de uso general con la siguiente
codificación RAC X LP 619 o RAC X LP 725, para trabajos de fluidos
menos densos y para epóxica respectivamente. Para estas boquillas se
utiliza la porta boquillas RAC X de color azul.

2.4.2 Selección de la pistola airless

En la sección de apéndice B se muestra la tabla de referencias del

fabricante que muestra cada una de sus pistolas airless con sus
características y la porta boquillas que pueden utilizar. Todas las pistolas
trabajan a altas presiones, solo una de las pistolas no admite boquillas RAC
X, entre todas las opciones que nos ofrece el fabricante se seleccionó la
más económica y que cumple con los requerimientos de una pintura de alta
densidad como es la pintura epóxica, pistola seleccionada Silver Plus
246240. El sistema debe utilizar una válvula de alivio a la salida de la bomba

20
 que permite que el fluido retorne al depósito cuando no se esté accionando
la pistola airless.

Figura 2.2. Pistola airless seleccionada [10]

2.4.3 Manguera de alta presión para el sistema

Se escoge una manguera de alta presión desarrollada y fabricada por la

misma empresa que fabrica la pistola airless. Estas mangueras tienen la
ventaja de ser ligeras y facilitan al operador la maniobrabilidad, entre las
mangueras disponibles en el catálogo se seleccionó una que ayude a
alcanzar grandes distancias, permitiendo pintar superficies hasta una altura
de 7 metros manteniendo la pintura en el piso y sin riesgo de ser
derramada. Manguera Blue Max II diámetro de 3/8’’ de diámetro para
fluidos de alta densidad y 1/4’’ para fluidos de densidad baja (% de sólidos
menor a 40%), longitud de la manguera seleccionada es fue de 7.5
metros[10].

2.4.4 Selección de la bomba

Los requerimientos de la bomba vienen dados por los accesorios

seleccionados anteriormente. La presión necesaria a la salida de la bomba
se establece por la presión máxima admitida por la pistola airless y la
presión de trabajo del fluido, la pistola admite una máxima presión de 5000
psi y las pinturas epóxicas que tiene una mayor densidad requieren de una
presión entre 2000 a 2800 psi [11], es necesario conocer que a mayor

21
presión del fluido el espesor de la capa de pintura será menor y existirá
mayor perdida, el rango de bomba a seleccionar está establecido. El caudal
requerido a la salida de la bomba debe ser mayor al caudal teórico de la
boquilla verde RAC X LP 725 que se puede observar en la figura 2.3, el
caudal mínimo requerido a la salida de la bomba es entonces 2.60 Lpm o
0.7 gpm. Como se observa en el grafico 1 la bomba ARO serie
NM2328A11S11 proporciona 0.7 gpm a aproximadamente 1500 psi o
incluso más, la boquilla de baja presión garantiza que la pintura pueda
trabajar sin problemas.

Figura 2.3. Bomba ARO Serie NM2328A11 [12]

Figura 2.4 Curva característica de la bomba

de pistón neumática [12]

22
 2.4.5 Selección de la alimentación de potencia

La bomba seleccionada anteriormente trae un motor neumático en la parte

superior que trabaja en el rango de 60 a 150 psi. Además, trae un regulador
de presión para poder variar la presión y el caudal de entrada de aire, esto
permite controlar la presión de salida de la pintura y el caudal. En un taller
mecánico es necesario tener compresores de aire, por lo que la
alimentación de aire a compresión no hará falta y las CFM requeridas se
ajustan a la capacidad de los compresores que se encuentran con
frecuencia en un taller.

Figura 2.5 Motor neumático ARO serie 66915 [13]

2.5 Diseño del equipo

El equipo tiene un cuerpo similar a los equipos convencionales que se

encuentran en el mercado, la diferencia está en la capacidad que tiene para
trabajar a presiones medias y a un caudal moderado para poder cubrir mayor
área superficial en menor tiempo, la forma del equipo se puede apreciar en la
siguiente figura 2.6, las medidas de este se encuentran en apéndice D.

23
 Figura 2.6 Estructura y montaje de la bomba airless

2.5.1 Placa de acero

La placa de acero que se necesita debe soportar la carga de la bomba y el

propio peso de la plancha. La geometría de la placa es de 30x28.1
centímetros como se indica en el plano realizado, con un peso total de
aproximadamente 4 Kg y corresponde a una carga lineal de 144 N/m, la
bomba con sus accesorios tiene un peso de 6 kg. Se simula una placa de
un solo empotramiento que soporta todo el peso mencionado, su geometría
va acorde al plano que se presenta en apéndice D, se calcula el momento
máximo en el empotramiento y el espesor de placa necesario [14].

24
 Figura 2.7. Diagrama de fuerza y momento flector de la placa

𝑀𝑐
𝜎= (2.1)
𝐼
1
𝐼= 𝑏ℎ3 (2.2)
12
𝑒
𝑐= (2.3)
2
ℎ=𝑒 (2.4)

𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒
𝜎 = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒
𝑀 = 𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
𝑐 = 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎 𝑚𝑎𝑠 𝑎𝑙𝑒𝑗𝑎𝑑𝑎
𝐼 = 𝐼𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑐ℎ𝑎
𝑏 = 𝐵𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙
ℎ = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙

25
 𝑒 = 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎

Utilizando factor de seguridad igual a 2, el valor del esfuerzo permisible del

acero disminuye a la mitad, la base de la sección transversal es igual al
diámetro de una tubería de 1 pulgada. Esfuerzo permisible del acero es
igual a 250 MPa.
𝑒
𝑀 (2)
𝜎=
1 3
12 𝑏𝑒
12𝑀
𝜎=
(25.4 × 10−3 ) (2) 𝑒 2

12𝑀
𝑒=√
(25.4 × 10−3 ) (𝜎)

6 × (15.63)
𝑒=√
(25.4 × 10−3 ) (125 × 106 )

𝑒 = 0.0054 ≈ 6 𝑚𝑚
Se puede utilizar una placa de acero de 6 mm para el montaje de la bomba
de pistón.

2.5.2 Tubo de acero del armazón

Se calcula como una columna con carga excéntrica, con el peso total de la
bomba y la placa de acero. Su momento se calcula con el brazo de palanca,
las distancias se pueden observar en apéndice D.

𝑀𝑐 𝑃
𝜎= + (2.5)
𝐼 𝐴
𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒:
𝑃 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝐴 = 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜

Los valores de área e inercia de la tubería de 1 pulgada se obtuvieron del

catálogo de compra [15], se pueden observar en Tabla 2.6.

26
 Tabla 2.6 Propiedades del tubo de acero

25.4 × 10−3
(22.5) ( ) 100.4
2
𝜎= +
2 × 1.01 × 10−8 1.47 × 10−4
𝜎 = 29 𝑀𝑃𝑎

El esfuerzo soportado por el tubo de acero ASTM A36 de 1 pulgada y 2 mm

de espesor es aproximadamente 4 veces menor que el esfuerzo permisible
del acero con factor de seguridad 2.

2.6 Simulación

El siguiente flujograma representa la secuencia para el análisis del paso del

fluido (pintura epóxica) a través de la parte final de la manguera y la pistola
airless, además del abanico de pintura que se forma a la salida de la boquilla.
La simulación se realiza en el software ANSYS 2021 R2 versión para
estudiantes, que permite el análisis del paso de la pintura mediante CFD
(dinámica de fluidos computacional), con el objetivo de conocer si las
condiciones de salida de la bomba son suficientes para poder crear un
abanico que llegue a la superficie que se va a pintar.

27
 INICIO

Análisis del volumen de control, paso del fluido

a través de la pistola airless y del abanico de
salida de pintura a determinada presión y
caudal,

Mallado del volumen de control, tipo de mallas y

especificación de la entrada y salida del fluido,
además las paredes del volumen de control.

Nuevo material con valores de densidad y

viscosidad establecidos por la pintura epoxi.

Valores esperados de presión y velocidad de

la pintura epoxi en el volumen de control de la
pistola y el abanico de pintura.

FIN

2.6.1 Volumen de control de la pistola airless

Para la simulación se creó una estructura en el software Inventor 2019

basada en el paso de la pintura desde una parte final de la manguera
(seleccionada en la sección 2.4.3), el accesorio que conecta la manguera
con la pistola, la pistola airless y la boquilla. Se exportó como archivo .igs
para poder utilizar en el space claim del software Ansys 2021.

28
 Figura 2.8. Volumen de control de la pistola
[Elaboración propia]

Los diámetros en el volumen de control se tomaron del diámetro interior de

la manguera, paso del fluido por la pistola y diámetro del orificio de la
boquilla[10], además del diámetro estándar para accesorios de 1/4 NPT.

2.6.2 Parámetros de mallado

Se busca que la calidad de la malla sea optima, la calidad skewness debe

estar entre 0.22 y 0.25, adicional se selecciona un método de mallado
tetraédrico que garantiza una mejor simulación.

Figura 2.9. Método de mallado seleccionado

29
La calidad de malla skewness obtenida fue de 0.24365 en promedio,
el número de nodos y elementos se detalla en la figura 2.9.

Figura 2.10. Detalles del mallado del volumen de control

Mallado final del volumen de control que se obtuvo mediante el

método seleccionado y la calidad esperada se puede observar en la
figura 2.10.

30
 Figura 2.11. Mallado del volumen de control

Se fija la entrada y salida del fluido para poder colocar las

condiciones de borde en el setup del software Ansys.

Figura 2.12. Entrada y salida del fluido

2.6.3 Material

Se inicia el setup y se crea un nuevo material con los valores de densidad

y viscosidad de la pintura epóxica coaltar de Pintuco [11], fue necesario
utilizar tabla de conversión que se muestra en apéndice C ya que los
fabricantes de pintura muestran la viscosidad en unidades KU. Se escogió
este tipo de pinturas ya que los trabajos y proyectos en los que se la utiliza

31
 generan buena rentabilidad por su aplicación. Propiedades térmicas
descartan porque pueden presentar problemas en la ejecución de la
simulación.

Figura 2.13. Propiedades de la pintura epóxica

densidad y viscosidad

2.6.4 Condiciones de borde

A la entrada del volumen de control ingresa pintura epóxica con

propiedades previamente establecidas, con una presión igual a la de la
salida de la bomba y turbulencia debido a la alta presión, pérdidas por
fricción y elevación se desprecia debido a que la tecnología de la manguera
tiene un bajo coeficiente de fricción y presión estática de 7.5 m de altura es
inferior a la presión de
salida de la bomba. Se utiliza el principio de continuidad y se indica que a
la salida de la simulación fluya el mismo flujo másico que la entrada,
finalmente se establece una condición de no deslizamiento en las paredes
del volumen del control.
𝑚̇ = 𝜌𝑄̇ (2.6)
𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒:
𝑚̇ = 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑚á𝑠𝑖𝑐𝑜
𝑄̇ = 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙

32
 1𝑚3 1 𝑚𝑖𝑛 3
𝑄̇ = 2.4𝐿𝑝𝑚 × = 42.3 × 10−6 [𝑚 ⁄𝑠]
1000 𝐿 60 𝑠
𝑚̇ = 1530(42.3 × 10−6 )
𝐾𝑔⁄
𝑚̇ = 0.0648 [ 𝑠]

Tabla 2.7. Condición de borde

Propiedad Valor

Presión 1500 Psi

Turbulencia 5%

Flujo másico 0.0648 Kg/s

2.6.5 Superficie de control del abanico

A la salida de la boquilla se forma un abanico cónico de pintura, la

geometría aproximada del abanico se obtiene estableciendo una distancia
entre la salida de la boquilla y la superficie a pintar, el ancho del abanico y
el ángulo dependen de la codificación de la boquilla. [10]

Figura 2.14 Geometría del abanico de pintura

33
2.6.6 Parámetros de mallado del abanico

Se define un mallado tetraédrico sobre la superficie y se establece un

tamaño 0,15 mm para cada elemento. Se necesita de un mallado fino para
poder realizar la simulación con precisión, por lo que la malla no se aprecia.
Se estableció las regiones de entrada y salida del fluido y los bordes del
fluido cónico.

Figura 2.15 Tamaño de elementos del

mallado del abanico

2.6.7 Material

El material que se fijó fue el mismo que la sección 2.6.3, pintura epóxica
coaltar con valores constantes de densidad y viscosidad.

2.6.8 Condiciones de borde

Los parámetros de entrada del abanico son los de la salida de la boquilla

de la simulación antes detallada, se establece una condición de pared libre
de fricción y una condición de salida de presión a la atmósfera.

34
 CAPÍTULO 3
3. RESULTADOS Y ANÁLISIS
3.1 Resultado de la estructura rodante

El armazón de la estructura y la placa base donde se asienta la bomba son

de acero ASTM A36. Para la placa base se escoge una plancha de 6mm de
espesor y la medida de esta se detalla en apéndice D, el armazón es un tubo
redondo con 1 pulgada de diámetro exterior y 2 mm de espesor como se
calculó en 2.5.2. Si bien se pudo escoger un tubo estructural redondo de una
menor dimensión, se tomó en cuenta la fina capa de soldadura que se utiliza
para unir la placa al tubo. Las ruedas tienen un diámetro exterior de 6 in con
capacidad de carga de 330 lb, suficiente para este proyecto.

Figura 3.1 Estructura con la bomba y simulación

de un balde de pintura.

3.2 Resultado de la simulación

Para analizar los resultados se obtuvieron los perfiles de presión y velocidad

a través de la boquilla y el abanico de pintura generadas en el software CFD,
las variables se representan en una escala de color sobre un plano transversal
para poder observar con mejor precisión el cambio de estas.
3.2.1 Presión del Fluido

En la figura 3.1 se puede observar que la presión de 1500 Psi del fluido se
mantuvo en casi toda su trayectoria y disminuyó drásticamente en el
cambio de sección de la boquilla donde llega a una presión casi cero, zona
en la que la presión dinámica ha aumentado.

Figura 3.2. Presión del fluido a la salida de la boquilla

3.2.2 Velocidad del fluido

Se puede observar en la figura 3.2 que la velocidad de la pintura epóxica

es casi cero, pero en el cambio de sección de la boquilla su velocidad
aumentó hasta un máximo de 105 m/s, velocidad suficiente para que la
pintura llegue a la superficie a pintar y se adhiera a unos 30 cm de distancia
como lo indica el fabricante de la boquilla.

36
 Figura 3.3. Velocidad del fluido a la salida de la boquilla

3.2.3 Presión del abanico de pintura

En la figura 3.3 se puede observar una presión elevada a la entrada del

abanico y unas pocas zonas de baja presión, la presión en la superficie a
pintar está aproximadamente en cero. En la mitad de la geometría del
abanico se observa una zona roja de alta presión, lo que indica que se
forma un vórtice o turbulencia.

Figura 3.4 Presión de la pintura en el abanico

37
3.2.4 Velocidad del abanico de pintura

La velocidad de la pintura epóxica a la salida de la boquilla es máxima y no

se logra apreciar en la figura 3.4, el perfil nos indica que a la superficie a
pintar llega el fluido entre 0 a 5 m/s, las velocidades negativas en la parte
central del abanico muestran que existe turbulencia, esto se evidencia en
la gráfica 2.

Figura 3.5 Perfil de velocidad de la pintura en el abanico

Figura 3.6 Velocidad vs Posición a través del abanico

38
3.3 Análisis de costos

La Tabla 3.1 muestra los precios de los equipos, accesorios y mano de obra
que se necesita para poder construir el equipo de pintura airless. Si bien el
costo final es elevado, las características que envuelven el proyecto lo
justifican. El precio de equipos de sistemas airless que se encuentran en el
mercado es mayor con respecto a nuestro proyecto, la competencia más
parecida a nuestro proyecto tiene un costo de $ 6800, el otro equipo similar
en precio tiene un costo de $ 3500, pero no puede trabajar con pintura epóxica
que tiene un uso importante en la industria.

Tabla 3.1 Precios de los equipos y accesorios

Producto Característica Precio

Bomba ARO Pistón de doble bola, relación 28:1 $2245

Blue Max II de alta presión de 3/8
Manguera $76
de pulgada y 7.5 m
Pistola airless Silver Plus 246240 $285
Boquilla 725 y 619 $90
Placa de acero 300 mm x 300 mm $10
Pernos 4 pernos M10 x 30 $4
Tubo redondo negro de 1 Pulgada
Tubo $12
x 1.5 mm
Varilla 5/8 de acero $3
Ruedas 6 in $15
Filtro regulador de aire para
Regulador $40
compresor
Niple 1/4 NPT $6
Conector T 1/4 NPT $8
Válvula de alivio 1/4 NPT $93
Doblado $20
Mano de obra Soldado $30
Ensamblado $20
TOTAL $2957

39
 CAPÍTULO 4
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1 Conclusiones

• Finalmente se logró diseñar un armazón tipo carretilla que soporta el peso

de la bomba neumática y sus accesorios, facilita la movilidad del equipo
airless. Su geometría se adapta perfectamente a la bomba ayudando al
montaje y desmontaje de esta, el material de construcción es el acero
ASTM 36.

• De este modo se seleccionó una bomba de pistón neumática que trabaja

con fluidos de alta densidad proporcionando una presión de salida y caudal
del fluido suficiente para este proyecto, considerando el uso de un
compresor de aire que generalmente se encuentra en un taller mecánico.
De acuerdo con la necesidad de pintar superficies elevadas, se eligió una
manguera que minimiza las pérdidas por fricción y permite pintar
superficies que están a una altura 7 metros evitando el derrame de pintura
ya que el material queda en el piso junto con el equipo de pintura airless.

• En virtud de lo analizado, se escogió una boquilla para que trabaje con

fluidos de alta densidad y suministre un máximo de 2.5 Lpm, disminuye la
presión de trabajo del fluido, reduce la nube que se forma al atomizar la
pintura que garantiza un mejor acabado y tiene mayor durabilidad que la
mayoría de las boquillas del mercado.

• En virtud de lo estudiado, el proyecto que se presenta es de fácil

construcción, los materiales y elementos para el armazón tipo carretilla son
de fácil adquisición en el mercado local, el ensamble de este es sencillo.
La bomba neumática se puede adquirir mediante un representante de la
marca en la ciudad de Guayaquil, pero debe ser pedida con anticipación,
el resto de los accesorios se pueden conseguir en las ciudades de
Guayaquil y Quito. El precio del equipo es inferior a algunos que se ofrecen
 en el mercado, un equipo airless de una marca confiable se oferta en $
3500 sin poder pulverizar pintura airless.

• Dentro del análisis se consideró que los materiales y la tecnología de los

accesorios, causan que el mantenimiento sea menos repetitivo que los
competidores del mercado lo cual provoca un ahorro de dinero. El
desmontaje de la bomba neumática es cómodo y su kit para mantenimiento
ofrece las partes y piezas necesarias para el cambio por desgaste.

4.2 Recomendaciones

• Se recomienda seguir las instrucciones de instalación de los fabricantes

tanto de la bomba como de los accesorios ya que si nos desviamos de este
plan el equipo puede sufrir daños.
• Se recomienda hacer una limpieza antes y después del uso del equipo para
que no exista obstrucción en los siguientes trabajos que se vayan a realizar.
• Los espesores de capa seca para cada proyecto son distintos, se sugiere
que para la correcta manipulación de la máquina se haya practicado con
pinturas de menor costo para que el operador tenga experiencia de como
pintar correctamente. Se propone que antes de cada trabajo de pintura se
debe realizar una prueba sobre una superficie externa y realizar la medición
de capa húmeda y la estimación de capa seca, así el operador sabe cómo
va a pintar para poder tener un espesor de capa húmeda uniforme en la
superficie.
• Se aconseja al futuro operador de la máquina familiarizarse con la misma
ya que el spray o abanico de pintura depende de las condiciones de salida
de la bomba, esto a su vez depende del caudal y la presión de aire que
ingresa a la bomba desde un compresor. Además, se recomienda realizar
un correcto mezclado de la pintura con su catalizador antes de procedes a
utilizar el equipo.
• Se sugiere no utilizar este equipo para trabajos que involucren pinturas de
mayor densidad y viscosidad ya que los accesorios pueden sufrir daños y
los resultados esperados al pintar no serán los mismos.

41
• Se aconseja purgar el sistema antes de proceder a pintar, colocar una
manguera pequeña a la salida de la bomba hacia el depósito de pintura.
Poner en marcha la bomba a una baja presión con el objetivo de recircular
la pintura para eliminar burbujas de aires atrapadas en el sistema, luego de
eso se conecta la manguera de trabajo y se ajusta para poder pintar.
• No es recomendable tomar los resultados de la simulación como datos
reales del comportamiento de la boquilla de la marca mencionada ya que
esta se realizó para conocer si una pintura de alta densidad como la
epóxica podría ser pulverizada y llegar hasta la superficie a pintar, con un
diseño rustico y no exacto de la boquilla y la pistola airless.

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 BIBLIOGRAFÍA

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2018.
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[15] DIPAC, “Catálogo de productos,” Tubo estructural Redon., 2020.
APÉNDICES
 APÉNDICE A
Descripción de las especificaciones para la preparación de superficie
 APÉNDICE B
Tabla de descripción de las pistolas airless .
 APÉNDICE C
Tabla de conversión de viscosidad .
 APÉNDICE D
Plano del carrito del equipo airless
 APÉNDICE E
Plano de la geometría interna de la pistola