Tintas e Revestimentos

15 de abril de 2012

“Overspray” em cabines de pintura com cortinas de água – O entendimento dos princípios de captura faz diferença no desempenho

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Publicado por: Quimica e Derivados
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    A pintura de objetos pequenos ou grandes em cabines de pintura com cortinas de água é muito comum em nosso parque industrial. Dependendo do tamanho do objeto, o overspray, isto é, a fração do volume total de tinta que não fica sobre a superfície da peça, pode ser elevado. Este overspray pode não só influir na qualidade da pintura, por permanecer no recinto da cabine um tempo maior do que o acei­tável, como também causar poluição atmosférica se escapar para o ambiente externo. Nesta coluna descrevo alguns aspectos básicos da captura de overspray, procurando auxiliar quem tenha sob sua responsabilidade uma operação desse tipo.

    A Figura 1 mostra de forma simplificada os componentes básicos de uma cabine de pintura com cortinas de água. Os índices representam: [1] a pistola de pintura; [2] escoamento do ar externo na face de entrada da cabine; [3] objeto sendo pintado; [4] perfil do escoamento do ar e do overspray no interior da cabine; [5] cortina de água; [6] fresta com lâmina de água; [7] reservatório de coleta da água; [8] chuveiros; [9] eliminador de gotas; [10] escoamento do ar pelo ventilador (não mostrado) e deste para a atmosfera; [11] extrator de borra sobrenadante ou sedimentada; [12] retorno de água para alimentação de chuveiros e cortina de água; [13] saída da borra.

    Com base na Figura 1, vamos examinar os diferentes fenômenos físicos envolvidos neste processo, bem como a relação que existe entre eles.

    A pistola de pintura [1] emite uma névoa de gotículas da suspensão em que se encontra o pig­mento, em geral na forma de um cone ou de um filme aproximadamente plano. A energia para a formação da névoa de gotículas é fornecida por ar comprimido ou pela própria pressão da bomba de alimentação da suspensão. Uma porção desta névoa adere à superfície do objeto a ser pintado e o restante se projeta para dentro da cabine, constituindo o chamado overspray. O esco­amento do ar externo na face de entrada da cabine [2] possui uma velocidade média inferior àquela observada quando a névoa de gotículas deixa o bico da pistola de pintura. Assim, as gotículas de overspray, ao se depara­rem com a massa de ar que se desloca para o interior da cabine em uma velocidade inferior à sua, sofrem uma desaceleração e, no limite, tenderiam a uma velocidade praticamente igual à da corrente de ar. É a profundidade da cabine que vai determinar o quanto a velocidade das gotículas de overspray se reduzirá. Quando as cabines são muito curtas, observa-se o turbilhonamento da corrente de ar na parte superior da cabine, o que pode gerar retorno de gotículas para a sua face de entrada, saindo para o interior do recinto e também se depositan­do sobre o objeto que está sendo pintado [3], gerando imperfeições na sua pintura. O Industrial Ventilation¹ recomenda relações entre as dimensões largura, altura e profundidade, e também velocidades para a corrente de ar na face da cabine de pintura que, em conjunto, impediriam o retorno do overspray, protegendo assim o operador dos efeitos tóxicos da tinta sobre o sistema respiratório e sobre a pele. A distribuição de velocidades e os tamanhos das gotículas da névoa de tinta ao deixar o bico da pistola não são uniformes. Assim, ao chegarem às proximidades da cortina de água [5], algumas terão energia suficiente para romper a tensão superficial da água da cortina, entrando no interior do meio líquido, sendo então capturadas e removidas da fase gasosa. O escoamento do ar com o overspray [4] no interior da cabine tem um perfil de velocidades com uma compo­nente vertical, pois toda essa corrente gasosa deverá passar pela fresta [6]. As gotículas da névoa de tinta, que por seu tamanho ou velocidade não penetraram no interior da cortina, ao passarem pela fresta [6], recebem o impacto de uma lâmina de água descendente que, em princípio, as removeria da fase gasosa. Todavia, nesta região, a lâmina de água apresenta instabilidades e algum material particulado passa também para o lado da coluna provido com chuveiros [8], que praticamente terminam de removê-los.

    A coluna com chuveiros aspersores tem como finalidade principal remover o solvente da suspensão de tinta que se volatilizou no processo por absorção. Os chuveiros devem gerar gotas pequenas o suficiente de maneira que a vazão aspergida sobre o total da área superficial disponível permita uma taxa de massa absorvida que resulte na emissão do ar tratado dentro dos padrões legais admissíveis. A definição da vazão de circulação de água nos chuveiros, bem como o tamanho das gotas a ser gerado nos aspersores, é função da solubilidade do solvente em água, sem ou com aditivos (absorção com reação química), e da concentração residual do solvente na água. É importante lembrar que uma quantidade muito significativa do solvente fica agregada superficialmente ao pigmento do overspray, facilitando a sua remoção da fase gasosa.

    O overspray assim removido é coletado no reserva­tório de água [7]. A concentração de solvente na água deste reservatório é determinante para a eficiência do sistema. A Figura 2 mostra uma curva de equilíbrio entre as concentrações de solvente na água (X) e no ar (Y), por exemplo, medidas em moles/cm³. Embora o processo de absorção que ocorre nos chuveiros tenha uma dinâmica na qual as concentrações de solvente no ar e na água não estão em equilíbrio, ele nos ensina aspectos importantes deste fenômeno. Na Figura 2, a título de exemplo, indica-se com linha tracejada hori­zontal a concentração média de solvente no ar da coluna [Yar]. Duas situações são apresentadas: a situação [1] mostra o caso em que a concentração de solvente na água é [X1], o que, pela curva de equilíbrio, resulta numa correspondente concentração de solvente no ar [Y1] < [Yar]; neste caso, o solvente que está no ar é absorvido pela água. Na situação [2], a concentração de solvente na água é [X2], o que, pela curva de equilíbrio, resulta numa correspondente concentração de solvente no ar [Y2] > [Yar] e, neste caso, o solvente que está na água volta para o ar. Ou seja, a água do reservatório [7] deve ser continuamente purificada para manter a concentração de solvente em um nível tal que a absorção do solvente no ar sempre ocorra.

    Manter a concentração de pigmentos e solvente na água do reservatório de coleta em um valor que sempre promova a absorção e mantenha a incrustação de borra em quantidade razoável durante as limpezas nem sem­pre é tarefa fácil. Um primeiro aspecto que deve ser considerado se refere à geometria do tanque, em geral composto por uma caixa paralelepipédica de ângulos vivos, com alimentação da água pelos chuveiros e cor­tina, com retorno em um dos cantos. Na totalidade dos casos, o escoamento de água em seu interior é caótico e com áreas de estagnação significativas, nas quais a borra se acumula, desprendendo o solvente a ela agregado novamente para a corrente de ar. O arredondamento dos cantos e a inserção de chicanas de orientação de fluxo de água em seu interior reduzem sobremaneira as zonas de estagnação, além de possibilitar uma varrição hidráulica da borra, removendo-a para o extrator de borra [11].

    Outro fator importante a considerar é o fato de os pigmentos sempre apresentarem zonas eletricamente ativas que possibilitam seu adensamento em grumos ou flocos, que podem coagular formando uma borra sobrenadante ou sedimentada. Para tanto, são adicio­nados à água produtos químicos para fazer o material particulado coagular em um pH determinado. A faixa de controle do pH da água do reservatório de coleta [7] para o particular produto químico utilizado pode ser estabelecida com base em um estudo do Potencial Zeta da suspensão (ver coluna Ponto Crítico, de fevereiro de 2012, QD ed. 518). A borra coagulada é então removida [13] pelo extrator de borra [11] e a água é recirculada para a cabine [12].

    Uma atenção adicional deve ser dada para a razão entre a vazão de ar na coluna dos chuveiros e o tamanho das gotas. Pelo seu pequeno tamanho, a velocidade de descida das gotas em relação às paredes da coluna dos chuveiros será a diferença entre a velocidade terminal da gota e a velocidade média do ar na seção transversal da coluna. Como a distribuição do tamanho das gotas geradas não é uniforme, uma fração será arrastada com a corrente de ar podendo “desbalancear” o ventilador de exaustão. Isso justifica a presença de um eliminador de gotas [9]. Quando o arraste é severo e os ajustes de vazão já tiverem sido feitos, pode-se considerar a instalação de chicanas antes do eliminador de gotas, para que promovam um zigue-zague da corrente de ar para pegar gotas maiores. Finalmente, se a corrente de ar enviada para a atmosfera [10] ainda contiver solvente em concentração acima do permitido, esta deverá passar por uma torre de adsorção para ajuste da concentração final de solvente.

    Procuramos alertar o leitor que opera cabines de pintura com cortinas de água quanto aos fundamentos desses sistemas, de maneira que isso contribua para o seu melhor desempenho. No próximo mês trataremos de aspectos ligados às cabines secas.



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      2 Comentários


      1. Elias Neves

        Muito Bom a explicação!
        Mas faltou as figuras!


      2. Caros.
        Boa Tarde!
        Gostei da Matéria e acredito poderem me ajudar com uma situação que estamos tendo relacionadas a pintura de algumas peças de estrutura metálica.
        As peças apresentam uma espécie de “poro” que em seguida descasca e vem a oxidar.
        Aguardo resposta dos senhores para que eu possa lhes enviar uma foto.
        Atenciosamente.



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