Por Mr Robert P Karsten, BSc Mech. Eng. MBA.

Director of European Sales, Phoseon Technology

 

En este artículo se lleva a cabo una evaluación crítica de la implementación de la tecnología UV LLEDED para curar los recubrimientos  de madera. En particular, se analizará las aplicaciones UV transmitidas por el agua y evaluar los beneficios de la la tecnología desde una perspectiva ambiental y huella de carbono. También se analizara el criterio de funcionamiento de un sistema de revestimiento de madera totalmente curable UV LED en cuanto a su técnica.

El objetivo del trabajo es demostrar que la tecnología LED UV y los revestimientos son compatibles puede reducir en gran medida el impacto ambiental y huella de carbono de los procesos de acabado de madera sin comprometer la rendimiento del revestimiento.

Introducción

Hay muchos fabricantes que mantienen el interés en la tecnología de curado UV como reducción de costos de la operación de barnizado, dando mayor productividad y una solución más respetuosa del medio ambiente que cada vez más clientes finales están exigiendo.

Como fabricantes están desarrollando sistemas de curado UV, saber la clave subcomponentes trabajo junto le ayudará en la creación del sistema óptimo y reducir así la general impacto medioambiental del proceso y al mismo tiempo mantener o mejorar la productividad y el rendimiento del producto.

Ahorro de Energía y de Impacto Ambiental

Al comparar los sistemas de curado UV se consideraron los siguientes factores:

  • El costo de propiedad del sistema
  • El rendimiento de la lámpara
  • Rendimiento del Sistema

Costo de propiedad del sistema

Se ha detallado un coste del modelo que fue desarrollado en cooperación con Tikkurila AB y Robert Bürkle GmbH basado en aplicaciones reales de recubrimientos industriales que serán revisadas en este trabajo.

Al comparar los costos entre una lámpara de arco de Mercurio y el sistema UV LED, es importante tener en cuenta todos los factores relevantes para evaluar el costo total, que incluye lo siguiente:

  • Costo de adquisición
  • El costo de la energía y los servicios
  • El costo de instalación
  • El costo de mantenimiento y consumibles
  • El costo de tiempo de inactividad y el rendimiento
  • Depreciación y costos de reemplazo

Tomando estos factores en consideración Bürkle fue capaz de demostrar que para una lámpara de 1,4 M hay ahorros del orden de 10.000 € por lámpara y por año. Alrededor del 60% de esto viene directamente de los ahorros de energía por sí solos y el resto de la reducción o eliminación de los siguientes conceptos:

  • Eliminación de extracción de ozono requisito
  • Reducción de los volúmenes de extracción de aire por ~ 50% (enfriamiento UV eliminado)
  • Reducción del tiempo asociado con Reparación y Mantenimiento requisitos de ~ 80%.
  • Mejora de Rendimiento por ~ 5%

Burkle-zorka

Extracción de aire de fábrica de vapor de mercurio de la lámpara

Desde la perspectiva de la huella de carbono, cada lámpara UV- LED consume un promedio de 50% menos de energía que una lámpara de arco de mercurio equivalente como resultado de:

  • Instantánea de encendido / apagado, esto permite que la lámpara se puede encender / apagar de inmediato cuando sea necesario. Sin modo de espera. Este ciclo de trabajo también extiende considerablemente la vida útil de la lámpara hasta 6-8 años.
  • La tecnología LED es más eficiente en la conversión de la energía eléctrica en luz útil UV 25-30% en comparación con <10% de una lámpara de arco de mercurio.
  • El ahorro energético es del 30% en una línea de revestimiento ya que existe un costo de inversión de alrededor de 6,5% en la selección de las lamparas LED frente a las de arco de mercurio.
  • Cada lámpara utiliza alrededor de € 6K de electricidad menos por año. Esto equivale a cerca de 25 toneladas de CO2. Para compensar las emisiones de CO2 desde una sola lámpara de arco de 1,4 millones tendrían que ser plantados anualmente 200 árboles.

El rendimiento de la lámpara

Hay varias fuentes de UV disponible para los fabricantes, incluyendo arco tradicional de vapor de mercurio lámparas, lámparas de microondas de estado sólido y fuentes de luz LED UV. La comprensión de sus diferencias y las especificaciones es importante en la selección de la fuente de luz.

Entrada de Energía y salida UV

Cuando un fabricante tradicional de lámparas UV especifica la potencia en “watios por cm “, están especificando la potencia aplicada a la bombilla, no la potencia de salida. Una bombilla de 400 WPI no produce 400 WPI, es lo que consume. Para una lámpara de arco, sólo un pequeño porcentaje de la óptica de salida es luz UV. La mayor parte de la energía generada no contribuye al proceso de curado, como es el infrarrojo que produce calor.descarga (1)

Las fuentes de lámparas LED UV están típicamente especificadas en términos de su potencia de salida – ya sea UV óptica total de salida (W) o la densidad de intensidad / pico de energía (W / cm2). La forma más práctica para especificar la salida está en términos de producción medida como la energía que sale del sistema en el que prácticamente se puede comprobar utilizando un radiómetro.

En algunos casos, los sistemas LED UV se definen en términos de pico de intensidad de los diodos individuales. Si bien esto tiene cierta validez puede ser engañoso, ya que se aplica sólo al dispositivo LED y tiene una aplicabilidad limitada a un sistema práctico de curado donde la salida práctica nunca será de la densidad de energía en la superficie del dispositivo emisor.

Para un sistema curable LED donde la salida óptica se corresponde con lo que requiere el proceso, la eficiencia de conversión óptica  si se compara con una lámpara de arco se mejora sustancialmente. Como resultado hay menos energía desperdiciada y el proceso de curado es más eficiente.

 

ESPECTRO-LED-AZUL

Distribución espectral  de una lámpara LED

 Además, la mayoría de las lámparas de vapor de mercurio emiten un amplio espectro de luz (200-800nm – con específicos patrones de emisión dependientes de dopaje) de los cuales sólo un pequeño % es útil para el curado UV.

Dentro de la región UV útil, la energía emitida por longitud de onda de una lámpara de vapor de mercurio cuando se compara con una Fuente LED UV es muy diferente. Cuando la energía espectral por longitud de onda se evalúa para una lámpara de vapor de mercurio con su amplio espectro de emisión a una fuente de LED con su estrecha emisión espectral, es fácil ver que una fuente LED  tiene una intensidad máxima UV superior.

descarga

La Figura anterior muestra una comparación de la intensidad espectral de una lámpara tradicional de vapor de mercurio y una fuente LED  con un pico intensidad centrada a 395 nm.

Como muestra la figura, una fuente LED tiene una emisión espectral estrecha más concentrada. Las fuentes LED  se describen típicamente por su longitud de onda de emisión de pico, pero en la práctica las fuentes UV  de LED emiten en una distribución que es típicamente +/- 20 nm desde el pico especificado. Por ejemplo, un “395nm”. La fuente de LED emite típicamente un 96% de su energía entre 380 nm y 420 nm.

Rendimiento del Sistema: Las formulaciones de los materiales

Cuando se selecciona una fuente de luz UV no sólo es importante tener en cuenta el rendimiento de la fuente UV, sino también la formulación del material que en muchos aspectos es aún más crítico en el curado “sistema”.

Los materiales adecuados para el curado UV LED

Uno de los principales problemas que limitan la adopción generalizada de fuentes LED UV ha sido la disponibilidad de materiales apropiados que curan en el rango de los rayos UVA y se ocupan de la eficacia del curado.

Los clientes se han apresurado a identificar los beneficios potenciales de la radiación UV LED de curado y ya en algunas industrias, como la impresión digital se ha producido la adopción a gran escala de esta tecnología.

Proveedores de materiales y fabricantes de equipos han respondido al desafío. En la industria de los recubrimientos empresas innovadoras, como Robert Bürkle GmbH apuesta por el desafío y ahora ofrece una solución comercial para el curado UV LED.

La empresa Tikkurila AB cuya una de las marcas es Beckers ha sido una de los primeras empresas para identificar el potencial que la radiación UV LED podía ofrecer a la industria de los recubrimientos de madera. Esta empresa ha logrado avances significativos en el área de los recubrimientos curados por UV LED, en particular con los acabados al agua 100% UV.

Actualmente los materiales son uno de los retos que mayores obstáculos pone en el desarrollo continuo  de proveedores de materiales líderes en el mundo. Estos sugieren que es sólo una cuestión de tiempo antes de que podamos esperar ver materiales adecuados UV-LED ampliamente disponible en muchas aplicaciones.

Fotoiniciadores

El fotoiniciador o mezcla de fotoiniciadores desempeñan un papel fundamental para la determinación de la tasa de curación, pero el oligómero y el monómero utilizado son también factores importantes. Para el curado de radicFotoiniciadoresales libres, la reacción comienza con la absorción de la energía UV por el fotoiniciador y luego el fotoiniciador se excita y genera radicales libres produciendo la polimerización.

El fotoiniciador es sólo un pequeño componente del material que también contiene oligómeros (pigmentos) y monómeros. De hecho, el fotoiniciador representa sólo un pequeño porcentaje del sistema de UV, por lo general de 0,5 a 1 %.

Acabados para madera

Los resultados de la aplicación de las pruebas llevadas a cabo por Tikkurila AB incluyen un estudio sobre la madera de pino utilizando un sellador transparente, así como sistemas pigmentados en base agua para puertas y escaleras y molduras.

En un estudio reciente llevado a cabo por Tikkurila AB se han detectado las siguientes observaciones en lo que respecta para el curado de revestimientos en madera de pino sensible a la temperatura y con respecto a Agua Borne UV.

El curado LED sobre la madera de pino sensible a la temperatura demostró una mejoría significativa en adherencia sobre los nudos. La clase de adherencia después de curado LED fue 0-1 en comparación con muy bajos niveles de adhesión iguales a 4 después de curado UV estándar.

 

Lacado madera

 

Sistema lacado Burkle KA con UV-LED