Estudio de viabilidad de una instalación de pintado para aeronaves ligeras en una organización Parte 145

Proyecto Fin de Carrera Ingeniería de Telecomunicación Formato de Publicación de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Autor: F. Javier Payán Somet Tutor: Juan José Murillo Fuentes Dep. Teoría de la Señal y Comunicaciones Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2013 Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Trabajo Fin de Grado Ingeniería Aeroespacial Estudio de viabilidad de una instalación de pintado para aeronaves ligeras en una organización Parte 145 Autor: Pablo Caro Caro Tutor: José Ángel González Pérez Dpto. de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2022 Trabajo Fin de Grado Ingeniería Aeroespacial Estudio de viabilidad de una instalación de pintado para aeronaves ligeras en una organización Parte 145 Autor: Pablo Caro Caro Tutor: José Ángel González Pérez Catedrático de Universidad Dpto. de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2022 Trabajo Fin de Grado: Estudio de viabilidad de una instalación de pintado para aeronaves ligeras en una organización Parte 145 Autor: Pablo Caro Caro Tutor: José Ángel González Pérez El tribunal nombrado para juzgar el trabajo arriba indicado, compuesto por los siguientes profesores: Presidente: Vocal/es: Secretario: acuerdan otorgarle la calificación de: El Secretario del Tribunal Fecha: Índice 1 Introducción 1 1.1 Justificación del trabajo 1 1.2 Objetivo del trabajo 2 2 La Empresa 3 2.1 Localización y climatología de sus instalaciones 3 2.2 Organización CAO y organización Parte 145 4 2.2.1 Organización CAO 5 2.2.2 Organización Parte 145 5 Documentación 6 Personal 6 Medios materiales 6 MOE: Maintenance Organisation Exposition 7 2.3 La flota de la Empresa 7 2.3.1 Diamond DA42-NG 7 2.3.2 Piper PA28-161 Warrior II 8 3 Identificación de las necesidades y condicionantes 11 4 Consideraciones previas 13 4.1 Efecto ambientales sobre superficies sin pintar 13 4.1.1 Efectos sobre aleaciones (aceros y aluminios) 13 4.1.2 Efectos sobre materiales compuestos 13 4.2 Justificación del pintado de aeronaves 14 4.2.1 Métodos de aplicación 14 Dipping 14 Brushing 14 Spraying 14 4.3 Compuestos orgánicos volátiles (COV’s) 15 4.3.1 Efectos sobre la salud y equipos de protección individual 16 Respiradores y máscaras 16 Gafas y guantes de protección 17 Monos de trabajo (buzos) 17 4.4 La directiva ATEX 17 5 Cabinas de pintura 19 5.1 Definición y ventajas de la cabina de pintura 19 5.2 Elementos básicos y funcionamiento de la cabina 20 5.2.1 Habitáculo 20 5.2.2 Luminarias 20 I II Índice 5.2.3 Grupos de ventilación, expulsión y extracción 20 5.2.4 Sistema de filtros 21 5.2.5 Equipos de curado o secado 22 5.2.6 Autómata o cuadro eléctrico 22 5.3 Cabinas presurizadas y compensadas. Estrategias de flujo de aire 22 5.3.1 Cabinas presurizadas 22 Flujo horizontal 22 Flujo vertical 23 Flujo cruzado 23 Flujo combinado 24 5.3.2 Cabinas compensadas 24 5.4 Cálculo de parámetros importantes para el diseño 25 5.4.1 Velocidad 25 5.4.2 Temperatura 25 5.4.3 Humedad relativa 26 5.5 Generadores 26 5.5.1 Generadores con y sin reciclaje 26 5.5.2 Partes de un generador 27 Equipo de aporte de aire (Ventiladores y trasmisión) 27 Equipo térmico 28 6 Dimensionamiento 31 6.1 Selección de la pieza más grande a procesar 31 6.2 Registro de Aeronaves Matriculadas en España 32 6.3 Dimensiones interiores de la cabina 34 7 Viabilidad de la ubicación 35 7.1 Distribución del hangar trasero 35 7.1.1 Cuarto nº 1 37 7.1.2 Almacén de motores y hélices 37 7.1.3 Cuarto nº2 y Cuarto nº 3 39 8 Configuración particular de la cabina de pintura 41 8.1 Recopilación de requisitos justificados 41 8.2 Especificaciones 41 8.2.1 Dimensiones de la cabina 41 8.2.2 Características generales 43 8.2.3 Características técnicas 43 Frontal con puerta de abatir 43 Puertas auxiliares 43 Cerramiento perimetral 43 Techos portafiltros 44 Iluminación LED 44 Colectores laterales 44 Grupo filtrante del grupo de ventilación-extracción 45 Grupo de ventilación-extracción 45 Autómata 45 8.3 Propuesta económica 45 9 Marco Normativo 47 9.1 Directivas, Leyes y Decretos 47 9.2 Normas armonizadas 47 10 Viabilidad económica 49 10.1 Gasto histórico en la empresa subcontratada 49 Índice III 10.2 Estimación del gasto del pintado del fuselaje de la PA28-161 por la empresa Subcontratada 51 10.3 Estimación del número mensual de fuselajes a pintar 51 10.4 Estimación de la superficie de pintado de la PA28-161 51 10.5 Costes estimados derivados de la explotación de la instalación 51 10.5.1 Personal 51 10.5.2 Consumo eléctrico 52 10.5.3 Pintura 52 10.5.4 Filtros 52 10.6 Estudio de viabilidad económica 52 11 Impacto sobre la organización Parte 145 55 11.1 Modificaciones sobre el MOE 55 11.2 Instalaciones para el pintado 55 11.3 Datos de mantenimiento 56 11.4 Personal involucrado en tareas de pintura 56 11.5 Herramientas, material y equipos para el pintado 56 12 Conclusiones 57 Índice de Figuras 59 Índice de Tablas 61 Bibliografía 63 Glosario 65 6Capítulo 2. La Empresa personal tiene la capacidad legal para expedir un documento que lo corrobore denominado Certificate of Release to Service (CRS). No deben confundirse los términos de serviciable y aeronavegable. Una aeronave puede encontrarse serviciable (puede operar técnicamente de forma segura) pero no aeronavegable. El recíproco no puede darse, es decir, una aeronave no puede ser aeronavegable sin cumplir que sea serviciable. Los elementos básicos que conforman una organización Parte 145 son tres: la documentación, el personal y los medios materiales. Documentación La documentación engloba toda información que sea aplicable (esto es, pertinente para cualquier aeronave, elemento o proceso especificado en el alcance de aprobación de la organización) para la realización de actividades de mantenimiento. La documentación puede considerarse como externa o interna. Por un lado, se considera documentación externa a los requisitos aplicables, procedimientos, directivas operacionales o cualquier tipo de información emitida por la autoridad responsable de supervisar a la aeronave o elemento, es decir, EASA en el ámbito europeo y la Agencia Europea de Seguridad Aérea (AESA) en el territorio español. También se consideran las instrucciones de mantenimiento de los fabricantes como sus manuales de mantenimiento o Aircraft Maintenance Manual (AMM), el catálogo ilustrado de piezas o Ilustrated Part Catalogue (IPC), y directivas emitidas por cualquier organización aplicable que deba publicar tales datos conforme a la Parte 21. Por otro lado, la documentación interna la conforman toda documentación generada durante una inspección (también llamadas órdenes de trabajo) así como todos los defectos encontrados durante su realización. Personal El personal puede dividirse en tres grupos principales: personal directivo, certificadores y personal de apoyo y el resto (mantenimiento de instalaciones, logística, etc.). Los puestos de responsabilidad que conforman el personal directivo son tres. El máximo responsable de la organización es el Gerente Responsable, en el caso de la Empresa, su Chief Executive Officer (CEO), cuya función es garantizar la disponibilidad de todos los recursos necesarios para llevar a cabo la actividad productiva de la misma. Ante el Gerente Responsable responden, en última instancia, otros dos puestos de responsabilidad. Por un lado, el Responsable de Mantenimiento, encargado de que la organización cumpla con las disposiciones de la Parte 145 y, por otro, el Responsable de Calidad, encargado de supervisar el sistema de calidad. El personal certificador, debidamente autorizado, es quien expide el CRS cuando se haya certificado que la organización ha realizado las labores de mantenimiento de una aeronave o componente conforme a los procedimientos definidos y teniendo en cuenta que no existen disconformidades conocidas que puedan poner en peligro la seguridad del vuelo. El personal de mantenimiento de la Empresa se divide entre categoría B1.1 (pueden certificar y actuar como personal de apoyo en tareas de mantenimiento en aviones de turbina) y personal de apoyo de la misma categoría pero sin competencias para certificar. Medios materiales Entran en esta categoría tanto los componentes y repuestos utilizados durante las reparaciones e inspecciones como todos las herramientas y equipos utilizados para ello. También se incluyen en este apartado los talleres y almacenes que la organización dedica para tal fin. Como se comentó con anterioridad, la Empresa posee en régimen de arrendamiento dos hangares que conforman sus instalaciones y que son explotados para tal fin por sus organizaciones Parte 145 y CAO. En el primero de ellos, el más próximo a la plataforma (véase la Figura 2.1), se realiza el mantenimiento en línea y se albergan las oficinas técnicas de ambas organizaciones. También se alojan en este los talleres para el mantenimiento de componentes de motores, baterías, aviónica y el almacén o Warehouse. Este último es el encargado de controlar el stock de partes de repuesto y también de gestionar la tramitación y recepción de pedidos a proveedores y subcontratistas. Al segundo hangar se le dedicará una sección exclusiva al tratarse de una de las condiciones de partida de este proyecto. 2.3 La flota de la Empresa 7 MOE: Maintenance Organisation Exposition Es un documento en el que se especifica el alcance de los trabajos que se realizan en la organización y se demuestra el modo en que la organización cumple con lo dispuesto en la Parte 145 del Reglamento. Conviene tener en cuenta este documento pues, como se verá en capítulos posteriores, puede que sea necesario realizar cambios en el mismo como resultado de implementar la solución técnica de este proyecto. 2.3 La flota de la Empresa La flota de la Empresa está conformada, en la actualidad, por dos tipos de aeronaves ligeras 2.3.1 Diamond DA42-NG En primer lugar, la Empresa posee 9 aeronaves Diamond DA42-NG. Fabricadas mayoritariamente en fibra de carbono y fibra de vidrio por el fabricante austriaco Diamond Aircraft Industries Inc., es la aeronave más moderna de la flota. Equipada con dos motores Austro Engines que le aportan cada uno 168 hp de potencia, la DA42 se ha convertido en uno de los aviones preferidos para el entrenamiento de pilotos debido a su fácil manejo, fiabilidad y, sobre todo, la configuración de su cabina en cuanto a campo de visión e instrumentos de vuelo se refiere. En concreto, posee los sistemas de control de vuelo Garmin G1000, que ofrece al alumno una sensación muy similar a los sistemas electrónicos que encontrará posteriormente en aeronaves comerciales de mayor tamaño Figura 2.2 Ilustración en 3 dimensiones de la aeronave modelo DA42-NG. Figura 2.3 Dimensiones exteriores de la aeronave modelo DA42-NG. En lo relativo al interés de este proyecto, las dimensiones exteriores de esta aeronave pueden consultarse en la Figura 2.3, las cuales se tendrán en cuenta en apartados posteriores de esta memoria. Merece la pena 8Capítulo 2. La Empresa mencionar en esta sección que, para realizar labores de mantenimiento, es posible desacoplar la parte más exterior de las alas. Sin embargo, la parte que une el fuselaje con la góndola donde se colocan los motores conforman una única pieza. Es por ello que, de retirarse completamente alas y estabilizador horizontal, la anchura máxima de esta pieza sería de 3.96 metros. 2.3.2 Piper PA28-161 Warrior II Construido íntegramente en metal por el fabricante norteamericano Piper Aircraft, Inc. y adquiridos por la Empresa alrededor del año 1980, se trata de la aeronave más numerosa en la flota. Este avión mono-motor, pese a su antigüedad, es uno de los preferidos para el entrenamiento de cadetes debido a que su cabina es enteramente analógica, lo que hace a los jóvenes pilotos familiarizarse con los instrumentos básicos para vuelos en Visual Flight Rules (VFR). Figura 2.4 Ilustración en 3 dimensiones de la aeronave PA28-161 Warrior II. Su tren de aterrizaje no es retráctil y tiene una configuración de triciclo. La rueda de morro, en inglés: Nose Landing Gear (NLG), se ancla al punto duro de la estructura de soporte del motor mientras que el tren principal, en inglés: Main Landing Gear (MLG), se ancla en la parte baja de las alas. Es decir, de retirarse las alas el avión necesita de un sistema de gatos para mantenerse elevado del suelo. En cuanto a los materiales de los que está compuesto el fuselaje y cubierta de las alas y superficies de control,la Figura 2.5 se corresponde con un extracto real del AMM de la Piper PA28-161 Warrior II [ 5 ]. Como se puede observar, el material predominante en la estructura es el Aluminio 2024-T3. Esta aleación es muy utilizada en aplicaciones aeronáuticas debido a su relación fuerza/peso pero tiene poca resistencia a la corrosión, luego su tratamiento superficial con pintura es fundamental. En cuanto a las dimensiones de esta aeronave, se presenta también un extracto del mismo AMM con información de las mismas en la Figura 2.6. Adicionalmente, se realiza medición del ancho íntegro de la cabina, es decir, el ancho de la aeronave si se retiran tanto alas como estabilizadores. Se obtiene un valor de 1,1 metros. 2.3 La flota de la Empresa 9 Figure 4-11. Skin Materials and Thickness PIPER CHEROKEE WARRIOR SERVICE MANUAL Revised: February 28, 1995 STRUCTURES 1F11 NUMBER MATERIAL THICKNESS (SKIN) 1 2024-T3 0.016 2 2014-0* 0.020 3 2024-T3 0.020 4 2024-T3 0.025 5 2024-T3 0.032 6 2024-T3 0.040 7 2024-T3 0.051 8 FIBERGLASS 9 THERMOPLASTIC 10 5052-H34 0.032 *HEAT TREAT TO 2024-T3 AFTER FORMING Figura 2.5 Extracto del AMM de la PA28-161. 10 Capítulo 2. La Empresa Figure 2-1. Three View PIPER CHEROKEE WARRIOR SERVICE MANUAL Issued: August 22, 1973 HANDLING AND SERVICING 1A20 12’ 11.75” 2’ 8” 3’ 6.2” 5’ 3” 35’ 23’ 9.6” 10’ 6’ 8” STATIC GROUND LINE 7’ 3.6” Figura 2.6 Dimensiones de la PA28-161. 3 Identificación de las necesidades y condicionantes Un a vez presentadas las características más relevantes de la Empresa y su flota, se está en disposición de introducir de una forma gráfica cuál es la necesidad principal que pretende dar solución estos estudios previos. En primer lugar, merece la pena recordar que estas aeronaves tienen más de 30 años de servicio y, a no ser que los daños en alguna de sus partes sean muy llamativos o se comprometa la seguridad operacional del vuelo, no es frecuente que estas sean enviadas a pintar. Un ejemplo del estado actual de una de las aeronaves de la flota de la Empresa puede observarse en la Figura 3.1(a). Nótese que, al igual que no se menciona el nombre real de la Empresa, las matrículas de todas las aeronaves que aparecen en esta memoria han sido ocultadas mediante procesamiento digital con el mismo fin. ((a)) Detalle de ala descolorida. ((b)) Detalle de ala recién pintada. Figura 3.1 Detalles del estado de alas de diferentes aviones de la flota. Entre los factores que dañan la pintura, además de incidentes típicos del entrenamiento de pilotos, son frecuentes los daños por impacto en las superficies de pájaros (birdstrikes) o insectos. También hay que tener en cuenta accidentes que la flota pueda sufrir durante su explotación como, por ejemplo, alcances con obstáculos del aeródromo. Pero, sin lugar a dudas, el factor que más perjudica el estado de la pintura es la radiación solar predominante en la base de la Empresa durante gran parte del año. Esto, unido a que los aviones no son estacionados en hangares ni en zonas cubiertas que los protejan de este factor provoca que, como se puede notar en la Figura 3.2, sea común que la tonalidad de la pintura de la flota no sea homogénea entre sus aviones. Esto genera una mala impresión visual sobre la imagen corporativa y de marketing de la Empresa y también sobre la 11 12 Capítulo 3. Identificación de las necesidades y condicionantes profesionalidad de los trabajos de mantenimiento realizados por la misma. Figura 3.2 Varios aviones estacionados en línea con distinta estado de su pintura. Actualmente, el procedimiento que se sigue cuando es necesario pintar alguna de las partes de uno de estos aviones es, durante una de las inspecciones programadas (siempre y cuando no se trate de un daño mayor que provoque la pérdida de la aeronavegabilidad de la aeronave), desmontar la parte y enviarla para que sea tratada fuera de la base en una empresa subcontratada de la bahía de Cádiz (en adelante, la Subcontratada). Adicionalmente al envío de la pieza en cuestión, se le provee a dicha empresa con pintura procedente del almacén de la Empresa. Es decir, la Subcontratada solo provee con su mano de obra e instalaciones. Los gastos de envío corren a cargo de la Empresa, enviando a uno de sus propios empleados a hacer de transportista utilizando uno de los automóviles de la Empresa. En los casos en los que la pieza sea demasiado grande para su envío, la Subcontratada envía a uno de sus empleados a realizar el trabajo a la base de la Empresa, provocando esto mayores gastos incluso. Como dato adicional, la Subcontratada se localiza a 36 kilómetros de distancia. La necesidad fundamental que plantea la Empresa es la de encontrar una solución técnica que permita prescindir de la Subcontratada en aras de reducir en costes derivados del trabajo fuera de la base y mejorar el aspecto general de su flota. Adicionalmente a esto, se pide que la solución no solo sea dimensionada para cubrir la necesidad de la flota de la Empresa, sino que pueda servir para dar cobertura a otras empresas del sector que sufran una problemática similar. Esto se prevé que ensalce la popularidad de la Empresa a la vez que sirva de inyección económica adicional a la actividad productiva principal, rentabilizando el proyecto. En cuanto a los condicionantes previos, se encuentran: • Configurar la solución de manera que el gasto de la inversión sea el menor posible cumpliendo con los requisitos mínimos. • Se debe de utilizar, en la manera de lo posible, las instalaciones que explota la Empresa minimizando en todo lo posible actividades fuera de la misma. • Al no ser la Empresa propietaria de sus instalaciones, se debe de evitar cualquier modificación estructural de las mismas a no ser que sea por fuerza mayor. 4 Consideraciones previas En lo relativo al pintado de aeronaves, es posible profundizar en el tema tanto como se quiera. En este capítulo se pretende plasmar de forma resumida los puntos clave que han sido necesarios tener en cuenta hasta llegar a la solución final. 4.1 Efecto ambientales sobre superficies sin pintar La seguridad de pilotos y pasajeros puede verse comprometida debido a efectos ambientales sobre los tres principales materiales utilizados en la industria aeronáutica (acero, aluminio y materiales compuestos) si estos no han sido correctamente protegidos [ 6 ]. La degradación de estos materiales depende en gran medida de la localización geográfica donde se encuentren estas aeronaves. Por ejemplo, lugares con alta humedad relativa, ambientes saldados o altas temperaturas durante el año provocan un deterioro de los mismos más rápidamente que en zonas con climas templados y secos. Dependiendo del material, los efectos ambientales son diferentes, aunque la solución de protección mediante tratamiento con pintura y acabados superficiales es prácticamente idéntica. 4.1.1 Efectos sobre aleaciones (aceros y aluminios) La corrosión es la desintegración de un material compuesto en sus átomos constituyentes debido a reacciones químicas con su entorno. La corrosión puede presentarse en el material tanto localmente (por ejemplo, alrededor de impactos u orificios) como de forma extensiva a lo largo de toda su superficie. El aluminio es una aleación extremadamente resistente a la corrosión. Su resistencia se basa en el hecho de que es un material extremadamente activo, lo que significa que su superficie se oxida muy rápidamente, formando una capa protectora. Esta capa se adhiere al metal químicamente sellando el núcleo del mismo frente a otras reacciones. Por ello, el aluminio es uno de los materiales con más uso en la industria aeronáutica. Sin embargo, cuando la integridad del aluminio se ve comprometida es cuando se producen impactos u orificios que traspasan esta cubierta protectora. Aquí entra en juego la pintura y otros sellantes como medio para preservar la integridad estructural de la parte en cuestión de las aeronaves. 4.1.2 Efectos sobre materiales compuestos La corrosión no solo afecta a metales. En el caso de materiales cerámicos o compuestos se utiliza más el término degradación. La degradación de estos materiales, también llamado en inglés "ageing", se manifiesta como cambios en la resistencia a la tracción, el color o deformaciones de la pieza. Esta degradación suele ocurrir como combinación de uno o más factores como el calor, la luz o la presencia de químicos como ácidos, alcalinos y algunas sales. En el caso de los materiales poliméricos, la consecuencia de cambios en las propiedades se debe a cambios en la longitud de las cadenas poliméricas que los conforman. De este modo, cualquier modificación en estas puede inducir en roturas durante el servicio, lo que paulatinamente va contribuyendo a la pérdida de integridad del material. 13 14 Capítulo 4. Consideraciones previas 4.2 Justificación del pintado de aeronaves De forma general, el pintado de aeronaves se realiza para satisfacer las necesidades funcionales de protección y decoración [ 7 ]. Para ello, los fabricantes ofrecen distintos tipos de pinturas que deberán, en mayor o menor medida, ser capaces de cumplir dichos objetivos sin perjuicio que realicen los dos a la vez. Como consecuencia de esto, la selección del tipo de pintura pasa a ser un aspecto de gran relevancia. En relación al primer objetivo, la protección, se pretende evitar la oxidación y la corrosión, partiendo de la base de que dichos fenómenos se inician en la superficie de las piezas cuando están en contacto con agentes como el aire y el agua. Para ello, se recurre a dos formas de protección: 1. A través del efecto barrera se pretende conseguir la separación efectiva de los agentes mencionados anteriormente, lo que implica impermeabilidad y adherencia. A mayor espesor de la capa de pintura, mayor impermeabilidad. 2. A través de la composición de la propia pintura. Por ejemplo, las pinturas e imprimaciones ricas en Zinc tienen la peculiaridad de que este último actúa como cátodo de la reacción, protegiendo al acero de la oxidación. El producto resultante, el óxido de Zinc, es insoluble en agua, por lo que permanece entre las partículas de Zinc proporcionando impermeabilidad a la capa protectora. Para conseguir la efectividad de lo expuesto hasta el momento, es necesario atender a las características de la superficie de aplicación, siendo de especial importancia los tratamientos de limpieza y de aplicación de imprimaciones previo al pintado. Por un lado, las superficies muy pulidas dificultan la adherencia de la pintura mientras que las que son muy rugosas necesitan de más capas de pintura para tapar las imperfecciones. Por otro lado, es importante que no existan restos de óxido al momento de realizar el pintado porque, al quedar estas trazas contenidas dentro de burbujas de aire bajo la pintura, comienza un proceso de corrosión desde dentro hacia afuera que acaba deteriorando la superficie pintada. Lo mismo ocurre con el polvo, que ensuciara el acabado superficial del pintado haciéndolo más rugoso y menos profesional. 4.2.1 Métodos de aplicación Existen diversos métodos de aplicación de la pintura y cuya elección depende del número de piezas a pintar, el acabado superficial deseado, la contaminación del medio admisible, el tipo de pintura o el aprovechamiento de la misma. Destacan: Dipping Este método consiste fundamentalmente en la inmersión completa de las piezas a pintar en un tanque lleno de este componente. Una vez la pieza sea sacada del tanque es recomendable que sea tendida entre estantes con cables de amarre hasta su secado completo. Este método es el más popular cuando es necesario pintar amplias remesas de pequeñas piezas. También es ampliamente utilizado en las primeras capas de revestimiento, aunque también se utilizan en capas finales. Brushing Sin lugar a dudas, es el método más convencional cuando se trata de piezas con poca superficie de aplicación o cuando se realiza en entornos industriales cerrados y con poca ventilación. Típicamente consiste en seleccionar una brocha o rodillo adecuados al tipo de pintura y aplicar diferentes pasadas asegurando un correcto acabado superficial. Para evitar la presencia de marcas es crítico conseguir una buena viscosidad y temperatura de la pintura mediante la aplicación de disolventes y calentadores. Spraying Se trata del método preferido cuando se quiere lograr acabados superficiales de calidad eficientemente, tanto en grandes como en pequeñas superficies de aplicación. Básicamente, el sistema de aplicación se fundamenta en tres componentes: un sistema de aire a presión, un depósito y una pistola de pulverización. El aire a presión se hace pasar a través de la pistola y, por efecto Venturi, la pintura contenida en el depósito se atomiza formando una niebla que es dirigida hacia la pieza a pintar. El operario es capaz de ajustar la boquilla de la pistola en función de los requisitos recomendados por el fabricante de la pintura y según el acabado superficial 4.3 Compuestos orgánicos volátiles (COV’s) 15 y aprovechamiento del material que desee conseguir. El mecanismo de alimentación de pintura almacenada en el tanque puede ser por gravedad, a presión o mediante un sistema de sifón. Un ejemplo de este equipo puede observarse en la Figura 4.1. Figura 4.1 Ejemplo de pistola de pintura. 4.3 Compuestos orgánicos volátiles (COV’s) Los compuestos orgánicos son todos aquellos que están formados por carbono y están contenidos en los seres vivos [ 8 ]. Sin embargo, los Compuestos Orgánicos Volátiles (COV) son aquellas sustancias químicas que se convierten fácilmente en vapor y contienen, además de carbono, otros elementos como nitrógeno, oxígeno, azufre, bromo, flúor, etc. Formalmente, el Real Decreto 117/2003/CE, el cual traspone la Directiva Europea 1999/13/CE (11 de marzo de 1999) los define como "todo compuesto orgánico que tenga a 293,15 K una presión de vapor de 0,01 kPa o más, o que tenga una volatilidad equivalente en las condiciones particulares de uso" [9]. Los COV son liberados durante la quema de combustibles, madera, gas natural y carbón. También están presentes en disolventes, pinturas y diversos productos químicos utilizados en la vida cotidiana. Las características que estos compuestos tienen en común son: •Volatilidad : son compuestos que se evaporan muy rápidamente, contribuyendo a la contaminación atmosférica y siendo perjudiciales para la salud si son inhalados. •Liposolubilidad : al ser compuestos orgánicos tienen afinidad por las grasas, por lo que pueden acumularse en tejidos del cuerpo y reaccionar con otros elementos químicos del mismo. •Inflamabilidad: arden con mucha facilidad en contacto con el aire. •Toxicidad : dependiendo del tiempo y cantidad de exposición sus consecuencias en la salud pueden ir desde reacciones alérgicas hasta daños neuronales y otros efectos psiquiátricos. •Reactividad química : en unión a la luz solar y a otros óxidos, generan compuestos altamente contaminantes sobre la atmósfera. En relación al último punto, en combinación con el óxido de nitrógeno, constituye el contaminante conocido como smog fotoquímico. Además, contribuye a aumentar el ozono troposférico (medidor principal de la contaminación atmosférica) y minimiza el estratosférico (reduciendo su función protectora sobre la radiación ultravioleta). Tal es su nocividad que existen leyes ambientales como el Real Decreto 227/2006, la cual traspone la Directiva 2004/42/CE del Parlamento y Consejo Europeo, que tienen como principal objetivo limitar el contenido de COV en pinturas, barnices y productos de renovación de acabado de vehículos. 22 Capítulo 5. Cabinas de pintura 5.2.5 Equipos de curado o secado Aunque no son elementos obligatorios para el funcionamiento de la cabina si son altamente recomendables en los casos en los que se quiera acelerar el proceso de secado de la pieza y, en última instancia, aumentar la productividad de la planta. De forma general, existen tres tipos de equipos: 1. Equipos de secado por recirculación de aire . Básicamente consiste en hacer circular el aire a introducir en la cabina por un circuito de quemadores con el objetivo de calentarlo hasta alcanzar una temperatura óptima para el curado. 2. Equipos de secado por infrarrojos . Consiste en hacer pasar la pieza por un arco de luces infrarrojas de manera que se acelere el proceso de curado. 3. Equipos de curado por luz ultravioleta . Muy similar al caso anterior con la salvedad de utilizar radiación ultravioleta en lugar de infrarroja. Como es lógico, estos componentes son prescindibles cuando la temperatura y humedad del entorno exterior a la cabina son aceptables en las épocas de operación o en los casos en los que la planta pueda asumir demoras en la producción. Una cabina de pintura sin estos componentes es, por lo general, mucho más barata a la hora de comprar y explotar. 5.2.6 Autómata o cuadro eléctrico Con el objetivo de controlar de forma automática o manual todas las variables ambientales y operaciones de la cabina de pintura, estas suelen incorporar una centralita que haga las veces de sistema de supervisión en caso de circunstancia peligrosa. También permite el almacenamiento de datos históricos como registros de errores, estadísticas de uso, etc. 5.3 Cabinas presurizadas y compensadas. Estrategias de flujo de aire Una de las primeras decisiones a la hora de empezar a configurar una cabina de pintura es seleccionar el tipo de cabina y el comportamiento del flujo en su interior. 5.3.1 Cabinas presurizadas Una cabina presurizada es aquella en la que se aporta una corriente de aire al interior para compensar el aire expulsado por los extractores. El objetivo es crear una sobrepresión en la zona de trabajo con respecto al exterior. Esto provoca que las partículas de pintura y COV tiendan a salir del interior arrastrados por ese gradiente negativo de presiones a la vez que se evita que entren partículas de polvo y otros contaminantes. Este trabajo es aportado por el grupo impulsor. Existen cuatro estrategias de flujo de aire: flujo horizontal, flujo vertical, flujo cruzado y flujo combinado. Flujo horizontal El aire es tomado del exterior, bien desde el techo de la cabina o bien desde el frontal. Una vez dentro, recorre horizontalmente el área de trabajo hasta ser colectado en el frontal opuesto, donde estarán ubicados los filtros de extracción. Las cabinas con flujo de aire horizontal son las más populares y efectivas en aplicaciones industriales. Típicamente, debido a que el área de paso del aire (área frontal del interior de la cabina) suele ser menor que el resto de dimensiones, el caudal será menor. Esto implica que es necesario menos potencia de impulsión y menos área de filtros, por lo que los costes utilizando esta estrategia son también menores. 5.3 Cabinas presurizadas y compensadas. Estrategias de flujo de aire 23 Figura 5.3 Esquema de cabina con flujo horizontal. Fuente: [12]. Este tipo de flujo es normalmente usado para el pintado de piezas largas como tubos eólicos, la industria de la madera o el pintado de aeronaves. Flujo vertical En este caso, el aire es impulsado desde el techo de la cabina y dirigidos de forma perpendicular al suelo, donde se encuentra un foso de extracción. Esta configuración tiene la peculiaridad de necesitar de una obra civil para instalar el foso por debajo del nivel medio de suelo o, de no poderse realizar, ser necesario elevar la cabina alrededor de 1 metro. Esta estrategia requiere de entre un 20 % y un 40 % más de caudal de aire, repercutiendo significativamente en los costes de operación. Sin embargo, debido a que las partículas de pintura y COV caen por gravedad, es la mejor opción para controlar el overspray. Además, permite conseguir un mejor control del pintado gracias a que la velocidad del aire es menor.   1 2 3 45 6 8 7 1 23 4 5 6 77   Figura 5.4 Esquema de cabina con flujo vertical. Fuente: [10]. Flujo cruzado El aire filtrado es vertido desde el techo, fluye de forma vertical a lo largo de la cabina pero es recogido horizontalmente por los laterales, donde se encuentran instalados los módulos de extracción de forma longitudinal Esta opción es la más económica para empresas que no pueden realizar obra civil. De nuevo, el hecho de tener a la gravedad a favor repercute en un mayor control del overspray para aumentar la calidad del trabajo y 24 Capítulo 5. Cabinas de pintura favorecer un entorno limpio y seguro.También, el hecho de que los filtros estén localizados en la parte baja de los laterales repercute en su facilidad para ser cambiados cuando sea necesario. Figura 5.5 Esquema de cabina con flujo cruzado. Fuente: [12]. Flujo combinado Esta opción es un híbrido entre el flujo de aire vertical, predominante en el área de pintado, y el flujo horizontal, predominante en la zona de almacenaje y filtrado. En general son más baratos que los de tiro vertical al contar con costes de instalación y operacionales más bajos. Figura 5.6 Esquema de cabina con flujo combinado. Fuente: [12]. Suelen utilizarse fundamentalmente en el sector de la madera, aunque es común verlas también en negocios dedicados a la restauración de automóviles. 5.3.2 Cabinas compensadas Las cabinas compensadas son aquellas que incorporan, además de un grupo impulsor, un grupo extractor. Pese a que con ello se igualan las presiones internas y externas de la cabina perdiendo así las ventajas que esto supone, se consigue una mejor ventilación de la misma. 5.4 Cálculo de parámetros importantes para el diseño 25 Figura 5.7 Ejemplo exterior de cabina compensada. Fuente: [10]. 5.4 Cálculo de parámetros importantes para el diseño Además de la estrategia de flujo elegida, los tres parámetros más importantes a dimensionar en una cabina de pintura son la velocidad, la humedad y la temperatura del aire en su interior. 5.4.1 Velocidad Es uno de los parámetros más importantes, junto con la estrategia de flujo, a la hora de definir el caudal de aire interior. En el caso de la estrategia de flujo vertical, la velocidad mínima recomendada es de 0.2m/s con la cabina vacía. Sin embargo, la normativa de cabinas de pintura exige que la velocidad media debe de ser de 0.3m/s y que ningún punto esté por debajo de 0.25 m/s . Aunque muchos países no estén de acuerdo con esta exigencia ya que supone consumos energéticos superiores a los necesarios, muchos fabricantes de cabinas aceptan incumplir la normativa bajo petición y asunción de responsabilidades por parte del cliente. En el caso de estrategias de flujo horizontal sucede lo mismo en cuanto a limitaciones de la velocidad por encima de los 0.3m/s . Sin embargo, algunos fabricantes sugieren la posibilidad de acelerar la corriente hasta los 0.5m/s. También se debe de tener en cuenta el número de renovaciones de aire por unidad de tiempo (por lo general, se mide sobre la hora de operación). El criterio mínimo está establecido en 30 renovaciones cada hora, número que se cumple de sobra en el flujo vertical pero debe ser vigilado en flujo horizontal. Por lo general, el caudal del aire (en m3/s) se calcula a partir de la siguiente expresión: Q=A·v(5.1) Donde Aes la superficie de barrido (en m2) y ves la velocidad (en m/s). 5.4.2 Temperatura Para calcular la potencia calorífica necesaria para calentar el aire hay que tener en cuenta tanto la temperatura del aire exterior a la cabina (la del entorno) como la del interior. Esta última se supone siempre en la temperatura de pintado (entre los 20 y 22oC) debido a que en esta fase todo el aire introducido en la cabina es extraído, necesitándose de mayores aportes energéticos. Durante la fase de secado se suelen utilizar otras 26 Capítulo 5. Cabinas de pintura técnicas que permiten ahorrar estos costes. Entonces, la potencia calorífica, PC (kCal/h), se calcula como sigue: PC =ρaire ·c·∆t·Q(5.2) Donde: •ρaire es la densidad del aire y tiene un valor de 1.2kg/m3. •c es el calor específico del aire, con un valor de 0.24 kCal/kg◦C. •∆tes el incremento o salto de temperaturas. •Qes el caudal calculado anteriormente. 5.4.3 Humedad relativa Este parámetro depende mucho del sector de aplicación de la cabina y de los requisitos exigidos por cada cliente en función de las características de la pintura y otras especificaciones. En los casos en los que la cabina no cuente con ningún humectante, este parámetro estará supeditado a la humedad del aire exterior, la humedad relativa interior y la temperatura del proceso. Por el contrario, en los caso en los que se desee controlar su valor, se deberá de estudiar la correlación entre las anteriores variables y recalcular la potencia térmica y humidificador para alcanzar el punto de operación deseado. 5.5 Generadores Los generadores son la parte más importante de la cabina. Para elegir el tipo de generador y sus ventiladores, el número de estos y la potencia se toma como punto de partida el caudal de aire calculado anteriormente. Además, es necesario tener en cuenta todas las cargas por pérdidas aerodinámica que involucran el resto de elementos que conforman la cabina. Aunque lo habitual en instalaciones con mucha carga de trabajo es que los generadores lleven equipados equipos de calentamiento, puede darse el caso de necesitarse equipos de enfriamiento o simplemente de ventilación. Como se comentó anteriormente, durante la fase de pintado se renueva continuamente el aire de la cabina pero, durante la de secado, es posible implementar métodos de reciclaje del aire en aras de conseguir un ahorro energético. Esta casuística permite clasificar los generadores según tengan o no sistemas de reciclaje. 5.5.1 Generadores con y sin reciclaje Los generadores sin reciclaje son aquellos en los que todo el caudal inyectado al interior de la cabina proviene en su totalidad del exterior. Esta configuración solo es recomendable en instalaciones con poco espacio a su alrededor y que no sea necesario una homogeneización de la temperatura. En este caso, se necesita que la altura de la cabina no exceda los 3 metros para evitar la estratificación de los gases. Es decir, para evitar que el aire caliente con menos densidad permanezca concentrado solo en las zonas más altas de la cabina. Para conseguir elevar la temperatura en la fase de secado se procede a disminuir el caudal del aire. De esta forma, en virtud de la proporcionalidad directa de la Ecuación 5.2, a potencia calorífica constante, una disminución del caudal implica un incremento de temperaturas. En la Figura 5.8 puede observarse el aspecto de un generador sin reciclaje de aire. 5.5 Generadores 27 Δ Figura 5.8 Generador sin reciclaje. Fuente: [10]. Los generadores con reciclaje de aire son aquellos en los que una parte considerable del caudal inyectado proviene del interior de la cabina. Esta configuración consigue una buena homogeneización de la temperatura al localizarse la toma de aire interior en la parte baja de la cabina, impidiendo la estratificación de los gases. Además permite un ahorro energético considerable. Por otra parte, necesita de un mayor espacio alrededor de la cabina para instalar los conductos de recirculación necesarios. En la Figura 5.9 se muestra un esquema de una cabina equipada con generador con sistema de reciclaje. Δ Figura 5.9 Cabina equipada con generador con reciclaje. Fuente: [10]. 5.5.2 Partes de un generador Además de otros elementos secundarios como son los conductos de aspiración, aporte de aire o compuertas de reciclaje, las partes más importantes que componen el generador son dos: el equipo de aporte de aire y el equipo térmico. Equipo de aporte de aire (Ventiladores y trasmisión) En la industria existen diversos tipos de ventiladores a usar. Dependiendo de las cargas aerodinámicas a vencer y el caudal necesario a mover se selecciona entre un tipo u otro. Por ejemplo, para instalaciones en las que se necesite grandes aportes de presión se opta por ventiladores dobles de media/alta presión. Por otro lado, si se prima el ahorro de espacio y los requisitos son más laxos, se puede optar por un ventilador de tipo centrífugo La posición del ventilador suele colocarse antes o después del equipo térmico, según las ventajas que se desee primar. Por ejemplo, para el caso de colocarlo antes del equipo térmico se tiene que: •El ventilador sufre menos debido a que el aire de paso no está a una alta temperatura. •En algunas ocasiones se puede instalar el motor en la zona de paso del flujo de aire. Por otra parte, en los casos de colocación de los ventiladores después del equipo térmico se observa que: 28 Capítulo 5. Cabinas de pintura •Se consigue un mayor reparto de la temperatura. • Si se utiliza equipos de calentamiento de llama directa o baterías de agua se consigue una homogeneidad casi perfecta de la temperatura. Otro aspecto interesante a configurar son los elementos de transmisión de los motores a los ventiladores. Estos deben ser seleccionados atendiendo a la potencia del motor y las velocidades de giro del ventilador. También debe tenerse en cuenta las limitaciones de diámetro de las poleas, por lo que es necesario leer las fichas del fabricante. Por último, es recomendable la instalación de elementos amortiguadores de vibraciones para que estas no se transmitan al resto del conjunto. Figura 5.10 Ejemplo de ventilador centrífugo. Fuente: [10]. Equipo térmico La correcta elección de estos equipos va a depender fundamentalmente de las necesidades del cliente, el presupuesto inicial, los combustibles disponibles, los requisitos de homogeneidad deseados, etc. En general, los equipos térmicos pueden dividirse entre generadores con intercambiador y sin intercambiador. También existen otros modelos que utilizan intercambiadores basados en agua y/o aceite. Por un lado, los generadores con intercambiador son los equipos más simples. Están basados en un intercambiador aire-aire al que se le acopla un quemador adecuadamente dimensionado según la potencia calorífica calculada con anterioridad, teniéndose en cuenta un rendimiento en torno al 80 % y90 %. Estos generadores necesitan de una chimenea para evacuar los gases nocivos provenientes de la combustión. Además, debe atenderse a las condensaciones que pueden aparecer en las calderas, siendo necesario canalizaciones para llevar este agua. Dependiendo del tipo de combustible, los generadores con intercambiador pueden clasificarse en: 1. Quemadores a GLP: queman gases como Gas Propano, Gas Natural, aunque también existen mezclas de Butano y Propano. 2. Quemadores a Gas-oil: esta opción se utiliza solo cuando no hay acceso a una red de gas. Sin embargo, estos generadores también se clasifican en función de cómo se regule la llama. Se distingue entre: 1. Regulación en una etapa: El sistema de control es a todo/nada. Una vez alcanzada la temperatura, la llama se apaga hasta caer por debajo de cierto umbral, encendiéndose entonces a máxima potencia de nuevo. Esto tiene como consecuencia inercias térmicas muy elevadas que dificultan el mantenimiento de la temperatura sin los llamados "dientes de sierra". 5.5 Generadores 29 2. Regulación en dos etapas: Consta de dos hileras de llamas de manera que la potencia total puede repartirse entre estas dos fases. Consigue suavizar la curva temperatura-tiempo, pero no eliminarlos por completo. En la Figura 5.11 se enfrenta el comportamiento de los reguladores 1 y 2 frente al tiempo. 3. Regulación modulante: se instala un controlador PID que gobierna la actuación de un servomotor en el quemador, el cual abre y cierra la llave de paso en función de la potencia requerida en cada momento. Mejora de forma considerable el régimen permanente y en menor medida el transitorio debido a la inercia térmica. Esta regulación tiene un rendimiento aceptable solo para quemadores de gas. • Figura 5.11 Gráfica temperatura-tiempo para dos tipos de regulador. Fuente: [10]. Por otro lado, en los generadores sin intercambiador el aire que se inyecta a la cabina pasa directamente por la llama del quemador. Este sistema tiene como ventajas: •Consigue un rendimiento del 100 % al no disponer de intercambiadores. • No requiere de salida de gases de combustión ya que el aire insuflado al interior es lo suficientemente rico como para perjudicar la salud del operario. • No se producen condensaciones debido a la alta temperatura que alcanza el caudal de aire al paso por la llama. • Se consigue una mayor regulación al reducir las inercias térmicas, lo que permite alcanzar mayores requisitos si se combina con un controlador PID. En la Figura 5.12 Figura 5.12 Gráfica temperatura-tiempo para generador sin intercambiador. Fuente: [10]. 6 Dimensionamiento El primer paso a la hora de empezar a configurar una cabina de pintura debe de ser establecer las medidas tridimensionales de la pieza más grande a la que se le dará servicio. Se debe de recordar que la Empresa desea configurar la solución de manera que pueda dar servicio a otras empresas de su sector, por lo que el dimensionamiento no debe ceñirse solo al estudio de su flota. Además, el coste debe de ser el mínimo posible asegurando que se cubra la necesidad propia. 6.1 Selección de la pieza más grande a procesar Para llevar a cabo esta decisión debe de tenerse en cuenta dos condicionantes: el consumo operacional de la cabina y la complejidad de los trabajos previos al pintado. Por un lado, en virtud de la información expuesta en el capítulo anterior, el coste de la cabina dependerá en primera instancia de la potencia de los grupos impulsores y extractores. Esta potencia es directamente proporcional al caudal de aire que debe de moverse. Como se comentó, la expresión matemática que modela la magnitud del caudal es: Q=vm·Apaso (6.1) donde vm es la velocidad media del aire en el interior de la cabina y Apaso es el área de paso de la sección perpendicular a la dirección del flujo de aire. El primer factor, la velocidad media, tiene un valor mínimo establecido por normativa y normalmente no es variable. El segundo, el área de paso, depende principalmente de la estrategia de flujo de aire seleccionado. A grandes rasgos, se decide seleccionar una estrategia de flujo vertical o cruzado. Ambas tienen como sección de paso un plano paralelo al del suelo de la cabina. Por otro lado, ha de tenerse en cuenta que el pintado de partes aeronáuticas es un complemento a la actividad productiva de los hangares de la Empresa. Esto significa que la gestión de los Recursos Humanos, entendido como el ratio de horas/hombre invertido por los operarios, no debe impactar de manera significativa en los planes de mantenimiento programado de la flota. En el caso de las aeronaves PA28-161, las inspecciones programadas se realizan cada 50, 100, 1000 y 2000 horas de servicio. Cada una de las inspecciones tiene asociadas un número de tareas que, dependiendo de la profundidad de los trabajos, determina el tiempo para realizarse. Mientras mayor sea el número de horas de servicio que da nombre a a inspección, mayor será la complejidad de las tareas y mayor el tiempo que el avión está fuera de servicio. La duración de estas inspecciones, en ocasiones, se ve alterada por la logística del almacén. Por ejemplo, una inspección de 50 horas puede realizarse en condiciones nominales en una jornada laboral. Lo mismo ocurre con las de 100 horas, que suele extenderse entre las 2 y 3 jornadas. En el caso de las inspecciones de 1000 horas, suele durar entre 1 y 2 semanas. Por último, la inspección de 2000 horas, la más compleja para este tipo de avión, está estimada en 960 horas/hombre, lo que se corresponde con más de 4 31 7.1 Distribución del hangar trasero 39 En tercer y último lugar, esta sala presenta dos puertas de acceso. La primera de ellas, situada más al Sur, tiene unas dimensiones todavía menores a la de entrada al Cuarto nº1. Sin embargo, la segunda de ellas tiene unas dimensiones predominantemente superiores y que se abaten hacia el exterior, que puede servir para introducir fuselajes y piezas de gran tamaño en el habitáculo sin necesidad de modificar la estructura de la pared que la flanquea. El espacio idóneo para la cabina sería el enfrentado a esta puerta, de manera que las piezas entran y salgan sin necesidad de maniobrar dentro del habitáculo. El hueco de las ventanas opuestas a dicha puerta pueden utilizarse, retirando los paneles de cristal que sean necesarios, para favorecer la ventilación de la zona. Debido a que el área de esta habitación es suficiente para seguir utilizándose de manera simultánea como almacén de hélices y motores, de necesitarse, puede habilitarse el Cuarto nº1 para servir de espacio adicional. En cuanto a las limitaciones de este lugar, en primer lugar, se encuentra la estructura metálica del techo, a una altura de 4.7 metros. Para evitar la obra civil derivada de instalar un foso que albergara la zona de los filtros recolectores de pintura típicos de la estrategia de flujo vertical, la idea es elevar el suelo de la cabina alrededor de un metro sobre el nivel del suelo e instalar rampas para el acceso. Sin embargo, esta limitación en altura obliga a repensar la estrategia de flujo y optar por la estrategia de flujo cruzado. Otro de los problema, aunque de menor calibre, es que el interior del hangar trasero es un recinto donde predomina la presencia de polvo derivada de años de antigüedad y no un uso intensivo de esta instalación. Esto significa que, en aras de no perjudicar la calidad de los trabajos de pintura, no es recomendable que las piezas sequen fuera de la cabina de pintura. Además, se deberá tener en cuenta la revisión frecuente de los filtros de la toma de aire del exterior de la cabina, debido a que podrán atascarse por las condiciones de polución del aire. 7.1.3 Cuarto nº2 y Cuarto nº 3 Estas habitaciones se encuentran en desuso y no son adecuadas, por dimensiones, para albergar la cabina de pintura. Se mencionan en esta memoria debido a que el acceso a estos quedaría bloqueado en caso de instalarse al cabina en el almacén de motores y hélices. ((a)) Acceso al Cuarto nº2. ((b)) Acceso al Cuarto nº3 . Figura 7.3 Imagen real de los accesos a los Cuartos 2 y 3. Una posible solución sería que la cabina contemplara accesos desde su interior para llegar hasta estos. Otra opción sería crear unas nuevas puertas desde el Cuarto nº4. Aunque esta última implicara modificación de la estructura, queda contemplada al tratarse de poca repercusión visual y operativa. 8 Configuración particular de la cabina de pintura En este capítulo se pretende ofrecer una posible configuración de cabina de pintura generada a partir de los condicionantes anteriores a partir de una oferta comercial elaborada por un fabricante de cabinas real. 8.1 Recopilación de requisitos justificados En lo relativo a la ubicación, se elige como emplazamiento idóneo el hueco enfrentado a la puerta de mayor tamaño del almacén de motores y hélices descrito en el Capítulo anterior. Con relación a las dimensiones internas, se adoptan las acordadas al final del Capítulo 6. En cuanto a la estrategia de flujo de aire, se decide usar un flujo cruzado como consecuencia de no poder instalar suelo elevado por la presencia de la estructura metálica en el techo. Esta será generada por el efecto de succión creado por un grupo de ventilación-extracción. Se trata de una cabina depresionada, la cual es un tipo de cabina presurizada. En aras de reducir considerablemente la el coste de inversión y los costes de explotación posteriores, se decide prescindir de equipos térmicos en la cabina. Sin embargo, se plantea la posibilidad de configurar la cabina para su posible instalación posterior en caso de futura expansión. Por último, dado que el espacio interior de la cabina está sobredimensionado para piezas de tamaño inferior a las del fuselaje, para reducir el consumo, se apuesta por la posibilidad de instalar una mampara retráctil que separe el compartimento de la cabina. De esta manera, durante el pintado de estas piezas, tanto las luces como el caudal se ven modificaciones para adaptarse a ese cambio del volumen. 8.2 Especificaciones 8.2.1 Dimensiones de la cabina En la Tabla 8.1 se presentan las dimensiones principales de la cabina configurada. Además, en la Figura 8.1 aparece una representación gráfica orientativa de la misma. Tabla 8.1 Dimensiones de la cabina configurada. Datos: [14]. Largo (m) Ancho (m) Alto (m) Interior 10,4 5 3,5 Exterior 10,560 5,160 4,4 Exterior (con colectores) 10,560 ≈7,5 ≈4,4 41 42 Capítulo 8. Configuración particular de la cabina de pintura 10400 3250 4500 10560 3500 ((a)) Alzado. 5160 4260 10400 10560 ((b)) Planta. 5000 5160 11601160 7480 1775 4500 3500 ((c)) Perfil. Figura 8.1 Desglose de las 3 vistas de la configuración. Fuente: [14]. 8.2 Especificaciones 43 8.2.2 Características generales Tabla 8.2 Características generales de la cabina configurada. Fuente: [14]. Características generales Caudal de aire 42.000 m3/h Renovación del aire interior 230 r/h Velocidad media de aire en cabina vacía ≥0,22 m/s Nivel de ruido en interior de cabina Entre 75 y 80 dB Potencia eléctrica requerida 8 kW Tensión eléctrica requerida 400 V a 50 Hz El dato referente al caudal del aire ha sido calculado, tal y como se desarrolló en Capítulos anteriores, teniendo en cuenta las dimensiones en planta interiores de la Tabla 8.1 y la consideración de velocidad media del aire superior a 0,22 m/s . Aunque esta es inferior al exigido por la normativa, esta oferta se considera con la premisa de disminuir los costes, pudiendo ser esta velocidad libremente considerada siempre que se advierta de sus riesgos legales a la Empresa. 8.2.3 Características técnicas A lo largo de este apartado, se remite encarecidamente al lector a consultar la Figura 8.1 para obtener una idea espacial de los elementos. Frontal con puerta de abatir Este elemento se corresponde con una puerta de acceso formada por dos hojas robustas abatibles hacia el exterior de la cabina, con un ancho de paso de 4,260 metros. Cada una de las hojas está formado por otras dos hojas batientes con guarniciones perimetrales de goma con alto contenido de neopreno. Además de estar formada por materiales que le otorgan una elevada resistencia a la temperatura y los vapores de los disolvente, cuenta con cristaleras para visión interior de la cabina con doble panel y cámara de aire. Puertas auxiliares Según como está configurada, una de las puertas auxiliares conseguiría proporcionar acceso al Cuarto nº1. La otra serviría para acceder a la cabina cuando la operación de pintado se encuentra en marcha y, por tanto, las puertas principales cerradas. En principio solo se han considerado el número mínimo exigido por la normativa. Ambas cuentan con zona acristalada para la visión interior con las mismas características de resistividad térmica que las de la puerta frontal, un aislamiento térmico de fibra de vidrio, cierre antipánico y brazo de retorno automático. El ancho de paso es de 0,82 metros y el alto de paso de 2,21 metros. Cerramiento perimetral El interior de la cabina está cerrado por paneles de tipo sándwich de 72 mm de espesor y una chapa de 1 mm, con revestimiento interior de fibra de vidrio de 45 kg/m3 de densidad, que aportan alta resistencia a la corrosión y los disolventes y gran facilidad para la limpieza. La forma de ensamblaje de los paneles es mediante sistema de macho-hembra, de manera que se eviten soldaduras y tornillos. 44 Capítulo 8. Configuración particular de la cabina de pintura Techos portafiltros Debido a que el aire es insuflado al interior, mediante depresión, a través de las tomas situadas en el techo, se aportan unas parrillas portafiltros fabricados en chapa galvanizada lacada con perfilería especial nervada de cierre hermético con ausencia total de soldaduras. Los filtros a instalar, cuyas características técnicas se recogen en la Tabla 8.3, son auto-extinguibles y de fácil recambio desde el interior. Tabla 8.3 Especificaciones del filtro de techo. Fuente: [14]. Especificaciones del filtro de techo Tipo Fibra sintética Superficie 48 m2 Eficacia de filtración M-5 Pérdida de carga inicial 22 Pa Pérdida de carga final 450 Pa Capacidad de acumulación 380 g/m2 Iluminación LED Se distingue entre iluminación superior, ubicada longitudinalmente en los techos, e iluminación lateral, instaladas de forma vertical en el cerramiento de la cabina. Todas las luminarias son extraíbles desde el interior de la cabina. Están compuestas por unos plafones herméticos con tubos LED protegidos mediante marcos metálicos, cristales y juntas herméticas de neopreno. Este alumbrado es clasificado ATEX (Grupo II - Categoría III). El tono de luz es blanco, con unas potencias por pantalla de 120 W para el caso superior y de 48W para las laterales. La intensidad lumínica estimada es de 800 ±1000 lux. Además, permite encendido selectivo de los paneles, de cara a un mayor ahorro energético. ((a)) Alumbrado superior. ((b)) Alumbrado inferior. Figura 8.2 Configuración de las luminarias. Fuente: [14]. Colectores laterales Estos elementos, situado a ambos lado de la cabina y representados con una malla naranja en la Figura 8.1, alojan los filtros ecológicos retenedores de pintura. Las especificaciones de estos filtros se encuentran en la Tabla 8.4 8.3 Propuesta económica 45 Tabla 8.4 Especificaciones del filtro de los colectores laterales. Fuente: [14]. Especificaciones del colector lateral Tipo Turbulador de aire Superficie 28 m2 Eficacia de filtración 98,2% Pérdida de carga inicial 30 Pa Pérdida de carga final 150 Pa Capacidad de acumulación 15 kg/m2 Grupo filtrante del grupo de ventilación-extracción Estos filtros están formados por dos etapas de diferente material y propiedades, instalados sobre un bastidor metálico de chapa galvanizada sobre guías de soporte. Las propiedades de cada una de estas etapas pueden consultarse en la Tabla 8.5 Tabla 8.5 Especificaciones de los filtros de extracción-ventilación. Fuente: [14]. Especificaciones del colector lateral Etapa Primera Segunda Tipo Paint-stop Fibra sintética Superficie 12,5m212,5m2 Eficacia de filtración - G-3 Pérdida de carga inicial 35 Pa 19 Pa Pérdida de carga final 250 Pa 250Pa Capacidad de acumulación 220 g/m2422 g/m2 Grupo de ventilación-extracción El grupo de extracción está compuesto por dos unidades localizadas fuera de la cabina, encima de cada colector. Cada unidad se compone de un ventilador centrífugo doble de baja presión equipados con turbina de álabes curvados hacia delante, rodeada por una carcasa de acero galvanizado. El ventilador es accionado por un motor de transmisión mediante correas trapezoidales que, como está ubicado fuera de la zona de circulación de aire, no es de protección ATEX. El caudal de aire efectivo por unidad es de 21000 m3/h , consumiendo una potencia eléctrica de 5,5 kW y aportando una presión disponible de 500 Pa. Autómata Este dispositivo permite el manejo y programación de los diferentes modos de la máquina. A grandes rasgos, cuenta con un controlador de arranque/paro de los ventiladores según la fase del trabajo, encendido y apagado de la iluminación, control de temperatura, monitorización de errores (fallo de ventilación, alimentación eléctrica), alarma de estado de filtros del suelo y contador de horas de servicio. Además, contribuye a la seguridad ofreciendo un interruptor general y stop de emergencia. 8.3 Propuesta económica La oferta lanzada por la empresa especializada en cabinas de pintura fija el precio, para la configuración adoptada en el apartado anterior, en la cantidad de 71.661,00 e. Incluye en este precio el montaje de todos los equipos anteriormente descritos, la puesta en marcha, alojamiento y desplazamiento de los operarios, formación de uso y transporte hasta el Aeropuerto de Jerez. 9 Marco Normativo En este Capítulo se recogen aquellos documentos legales y normativos que tienen relevancia en alguna de las partes de este estudio de viabilidad y que deben tenerse en cuenta durante la explotación de la instalación. 9.1 Directivas, Leyes y Decretos Estos documentos, de carácter obligatorio, contienen las nociones fundamentales en materia legal y de seguridad que deben de cumplir todos los productos industriales dentro del ámbito de la Unión Europea, para el caso de las Directivas y Reglamentos de la Comisión, Parlamento o Consejo Europeo, o de ámbito nacional, para el caso de Leyes y Reales Decretos. Aunque su contenido es variado, tienen en común la especificación clara y concisa del ámbito de aplicación, definiciones de conceptos básicos, entrada en vigor, órganos de supervisión, sanciones, etc. así como una serie de Anexos que profundizan en los conceptos anteriores y ofrecen medios de cumplimiento con las obligaciones que contienen. Las siguientes Directivas, Leyes y Decretos tienen relevancia en estos estudios en materia de estructuración del ámbito del mantenimiento de la aeronavegabilidad, la seguridad y comercialización de máquinas, seguridad laboral y operacional y preservación del medio ambiente. 1. Reglamento 1321/2014 DE LA COMISIÓN de 26 de noviembre de 2014 sobre el mantenimiento de la aeronavegabilidad de las aeronaves y productos aeronáuticos, componentes y equipos y sobre la aprobación de las organizaciones y personal que participan en dichas tareas. 2. Directiva 2006/42/CE: Directiva de Máquinas. 3. Directiva 2014/34/UE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 26 de febrero de 2014,sobre la armonización de las legislaciones de los Estados miembros en materia de aparatos y sistemas de protección para uso en atmósferas potencialmente explosivas. 4. Ley 7/2007, de 9 de julio de Gestión Integrada de la Calidad Ambiental. 5. Real Decreto 144/2016, de 8 de abril, por el que se establecen los requisitos esenciales de salud y seguridad exigibles a los aparatos y sistemas de protección para su uso en atmósferas potencialmente explosivas. 6. Real Decreto 117/2003, de 31 de enero, sobre limitación de emisiones de compuestos orgánicos volátiles debidas al uso de disolventes en determinadas actividades. 9.2 Normas armonizadas En general, las normas tienen por objeto definir las especificaciones técnicas que deben tener los productos, así como los ensayos y procesos de producción, para cumplir con los requisitos legales definidos y expuestos en las Directivas y documentos similares. En concreto, las normas armonizadas aportan presunción de 47 11 Impacto sobre la organización Parte 145 Es te Capítulo pretende servir como recomendación para la organización Parte 145 de la Empresa en cuanto a modificaciones que debe llevar a cabo antes de la puesta en servicio de la cabina de pintura [ 15 ]. 11.1 Modificaciones sobre el MOE •Alcance de los trabajos: se debe de detallar si los trabajos de pintado son para: –Fuselajes completos, partes extensas (alas, estabilizadores, ect.) – Componentes completos o retoque de esos componentes (siempre que se tenga privilegios de mantenimiento sobre este). • Debe detallar los procedimientos para garantizar que la actividad de pintado no se lleva a cabo a la vez que las tareas de mantenimiento en base. •Debe detallar la cualificación del personal de pintado (experiencia y formación continua). • Debe detallar los conocimientos básicos del personal certificador y de apoyo para garantizar cumplir con los estándares de pintado. • Debe detallar los procedimientos de aceptación para el personal de pintado, apoyo, certificador y de ingeniería relacionado con la información de mantenimiento del pintado. 11.2 Instalaciones para el pintado La organización Parte 145 debe de velar porque las instalaciones donde se van a realizar las tareas de pintado estén: •Configuradas de acuerdo a estándares reconocidos elegidos por la propia organización. • Instaladas en un entorno cerrado para evitar contaminación de otras áreas y asegurar el control apropiado sobre el entorno de pintado. Esto es: – Equipado con control de temperatura y humedad automática para asegurar cumplir con los requisitos de calidad establecidos en los manuales de mantenimiento de cada componente. – Equipado con sistema de ventilación continuada para velar por la salud de los operarios y el acabado superficial. •Equipadas con lámparas y enchufes antiexplosiones. •Equipadas con sistemas de extinción de incendios. •Equipadas con sistemas de ducha o de lavado de ojos de emergencia. • Equipadas con sistemas de recolección de residuos que cumpla con los requisitos ambientales del país. 55 56 Capítulo 11. Impacto sobre la organización Parte 145 11.3 Datos de mantenimiento En todo momento, la información aplicable para el mantenimiento de componentes definido por el fabricante original, Original Equipment Manufacturer (OEM), o el titular del Certificado de Tipo de la aeronave, Type Certificate Holder (TCH), deben de estar accesibles por el personal de mantenimiento. Además, la organización debe de desarrollar órdenes de trabajo siguiendo los estándares definidos por los TCH y OEM de las aeronaves o componentes de su alcance. En estas órdenes de trabajo: • Debe hacerse referencia a los AMM o cualquier documento oficial del que se han obtenido los requisitos y procedimientos a implementar. • Deben estar divididas en tareas perfectamente distinguidas entre sí, al considerarse el pintado como una tarea compleja. • Debe incluirse un apartado para valorar evaluaciones de daños y su inclusión en el mapa de daños del componente o aeronave. 11.4 Personal involucrado en tareas de pintura La organización debe: • Definir las categorías y métodos de evaluación continuada (experiencia y entrenamiento). Estas categorías son: –Personal autorizado para realizar tareas de pintado bajo supervisión: Pintores. –Personal autorizado para firmar tareas de pintura: Mecánicos pintores Autorizados. –Personal autorizado para cerrar órdenes de trabajo de pintura: Personal de Apoyo. – Personal autorizado para poner el avión en servicio tras inspección en base, incluido pintura: Personal certificador. –Personal de desarrollo de órdenes de trabajo: Personal de ingeniería • Asegurar que el número de pintores mecánicos es el adecuado para el alcance de los trabajos. Esto debe de evaluarse según un esquema de horas/hombre estipulado para cada tarea. 11.5 Herramientas, material y equipos para el pintado La organización debe asegurarse de realizar periódicamente análisis para determinar la idoneidad de las herramientas, equipamiento y materiales necesarios para durante la actividad de pintado. Esto incluye: •Plataformas y andamios adecuados al alcance de pintado. •Equipos de protección individual. •Equipos de protección de pintura para todas las aeronaves contempladas en el alcance. • Herramientas como pistolas, compresores, productos químicos, así como equipos que validen la calidad de los trabajos realizados como galgas de grosor. 12 Conclusiones En el presente trabajo se ha estudiado la viabilidad de la adquisición e instalación de una cabina de pintura para el pintado de aeronaves ligeras por parte de una empresa dedicada principalmente a la formación de pilotos y al mantenimiento de su propia flota. La necesidad de la empresa consistía en prescindir de los servicios de pintado de partes aeronáuticas por parte de una empresa subcontratada, de manera que esto supusiese un ahorro en costes y una disminución de los retrasos en el plan de mantenimiento de la flota. Además, se planteaba la posibilidad de dar servicio a otras aeronaves ligeras con el objetivo de generar nuevos ingresos a la actividad productiva de la empresa y que ensalzara su prestigio en su sector. En cuanto a los condicionantes, la cabina de pintado debía de ser emplazada dentro de las instalaciones de la organización Parte 145 de la empresa y ser configurada de tal forma que minimizaran los costes derivados de su explotación. Para el dimensionamiento del interior de la cabina, se acude al Registro de Aeronaves Civiles de AESA para obtener los modelos de las aeronaves matriculadas en España que se encuentran dentro del alcance de mantenimiento de la organización Parte 145. Se discuten posibles medidas en función de un indicador de consumo energético y el porcentaje de aeronaves (sobre el total del alcance) a las que se le puede dar servicio. Se concluye finalmente en un tamaño capaz de satisfacer la necesidad propia y dar servicio al 98% de las aeronaves que son de aplicación. En lo referente a la viabilidad de la ubicación, se describe de forma detallada el hangar dentro del cual debe de ser emplazada la cabina. Bajo la premisa de evitar obras civiles debido a que la empresa no es propietaria de estas instalaciones, se describieron y enfrentaron diferentes lugares apoyándose en planos elaborados para tal fin. Finalmente, se eligió la mejor ubicación y se obtuvo una limitación en la altura total de la cabina. Teniendo en cuenta las dimensiones internas, las limitaciones de la ubicación y las premisas de ahorrar en costes, las características funcionales de la cabina se configuran a partir de una oferta comercial de un fabricante de cabinas. Entre las decisiones tomadas destacan la elección del la estrategia de flujo de aire cruzado para evitar la obra civil derivada de cavar un foso para albergar los filtros de extracción y la de prescindir de equipos térmicos. En cuanto a la viabilidad económica, se ha estudiado tanto la tendencia de la demanda del pintado de partes aeronáuticas por parte de la empresa así como una estimación de los costes derivados de la explotación de la cabina. Para ello, se estiman los costes de energía, pintura y cambio de filtros de acuerdo a las indicaciones del manual de mantenimiento de la aeronave, la estimación de la superficie a pintar e información de un fabricante de pinturas. A partir de la inversión inicial y mediante la estimación del ritmo de pintado de aviones de la flota, se calcula un periodo de retorno de la inversión de, aproximadamente, 4 años y medio. Por tanto, en virtud de los condicionantes considerados en este trabajo, puede concluirse que la implementación de esta cabina de pintura es una solución viable desde el punto de vista técnico y económico. 57 Índice de Figuras 2.1 Instalaciones de la base área la Parra explotadas por la Empresa 4 2.2 Ilustración en 3 dimensiones de la aeronave modelo DA42-NG 7 2.3 Dimensiones exteriores de la aeronave modelo DA42-NG 7 2.4 Ilustración en 3 dimensiones de la aeronave PA28-161 Warrior II 8 2.5 Extracto del AMM de la PA28-161 9 2.6 Dimensiones de la PA28-161 10 3.1 Detalles del estado de alas de diferentes aviones de la flota 11 3.2 Varios aviones estacionados en línea con distinta estado de su pintura 12 4.1 Ejemplo de pistola de pintura 15 4.2 Ejemplos comerciales de máscaras EPI 16 4.3 Ejemplo de mono de protección (buzo) 17 5.1 Ejemplo de aspecto exterior de una cabina de pintura 20 5.2 Ejemplo de filtros y localización en la cabina 21 5.3 Esquema de cabina con flujo horizontal 23 5.4 Esquema de cabina con flujo vertical 23 5.5 Esquema de cabina con flujo cruzado 24 5.6 Esquema de cabina con flujo combinado 24 5.7 Ejemplo exterior de cabina compensada 25 5.8 Generador sin reciclaje 27 5.9 Cabina equipada con generador con reciclaje 27 5.10 Ejemplo de ventilador centrífugo 28 5.11 Gráfica temperatura-tiempo para dos tipos de regulador 29 5.12 Gráfica temperatura-tiempo para generador sin intercambiador 29 7.1 Imagen real de la fachada principal del hangar trasero 35 7.2 Imagen real del almacén de motores y hélices 37 7.3 Imagen real de los accesos a los Cuartos 2 y 3 39 8.1 Desglose de las 3 vistas de la configuración 42 8.2 Configuración de las luminarias 44 10.1 Gasto anual (en euros) en pintado de piezas aeronáuticas y su tendencia 49 59 Índice de Tablas 6.1 Dimensiones máximas del fuselaje para las aeronaves consideradas 33 6.2 Dimensiones máximas del fuselaje para la DA42-NG 34 6.3 Posibles configuraciones de las dimensiones máximas 34 8.1 Dimensiones de la cabina configurada. 41 8.2 Características generales de la cabina configurada 43 8.3 Especificaciones del filtro de techo 44 8.4 Especificaciones del filtro de los colectores laterales 45 8.5 Especificaciones de los filtros de extracción-ventilación 45 10.1 Gasto histórico en pintado de partes aeronáuticas 50 10.2 Estimación del área de pintado de la PA28-161 51 10.3 Desglose del cálculo del coste mensual 53 61 Bibliografía [1] Wikipedia (07-01-2021): Base aérea de la Parra. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Base_- aérea_de_La_Parra [Consulta: 15-06-2022] [2] Ayuntamiento de Jerez:Geografía y clima del municipio de Jerez de la Frontera. Disponible en: https://www.jerez.es/ciudad/estadística_y_demografía/geografía_y_clima/clima/ [Consulta: 19-04-2022] [3] Millán Muñoz, Rafael (2020) "EASA Parte M. Mantenimiento de la aeronavegabilidad". Apuntes de la asignatura "Operaciones Aeroportuarias y Transporte Aéreo". Universidad de Sevilla. [4] Millán Muñoz, Rafael (2020) "EASA Parte 145. Organizaciones de mantenimiento". Apuntes de la asignatura "Operaciones Aeroportuarias y Transporte Aéreo". Universidad de Sevilla. [5] Piper Aircraft, Inc. "Piper Cherokee Warrior Service Manual" (Rev. 15). [6] Products Techniques, Inc (October, 2018) "Aircraft Paint Application Manual". Disponible en: https://www.aircraftspruce.com/catalog/cspages/ptimanual.php. [Consulta: Abril de 2022]. [7] Guerrero Ramos, M. (2010) "Implantación de un nuevo sistema de fichas de instrucción para el pintado del helicóptero AS-210-LINCE". Proyecto Fin de Carrera, Universidad de Sevilla, Escuela Técnica Superior de Ingeniería. [8] Koppmann, R. (2007) "Volatile organic compounds in the atmosphere". 1ºEdición, New York, NY John Wiley Sons. [9] España. Real Decreto 117/2003, de 31 de enero, sobre limitación de emisiones de compuestos orgánicos volátiles debidas al uso de disolventes en determinadas actividades. Boletín Oficial del Estado, 7 de febrero de 2003, nº33. [10] Pose, J. (septiembre, 2014) "Nociones básicas sobre cabinas de pinturas". LAGOS, Experience & Solutions, S.L. Documentación interna. [11] Unión Europea. Directiva 2014/34/UE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 26 de febrero de 2014, sobre la armonización de las legislaciones de los Estados miembros en materia de aparatos y sistemas de protección para uso en atmósferas potencialmente explosivas (refundición). Diario Oficial de la Unión Europea, L 96/309. [12] Global Finishing Solutions, LLC "Choosing the right Paintbooth. What you need to know to do the best investment". Disponible en: inf[email protected] [Consultado: Abril de 2022]. [13] Ministerio de Transportes, Movilidad y Agenda Urbana "Registro de Matrícula de Aeronaves Civiles de AESA". Agencia Estatal de Seguridad Aérea. [Consultado: Marzo de 2022]. [14] LAGOS, Experience & Solutions, S.L. "Propuesta Técnica-Comercial elaborada para la Empresa". Recibida en Junio de 2022. Aeropuerto de Jerez. [15] EASA (22 November 2018) "MOAP Meeting - Oversight topic". CAO Section. [Consultado: Marzo de 2022]. 63