Mejores prácticas para los sistemas de ultrafiltración de pintura E-coat

La membrana de ultrafiltración (UF) se fabrica recubriendo un lado de un papel delgado de sustrato no tejido con una capa delgada de polímero. El lado del polímero es brillante y es donde la pintura hace contacto con el filtro. El otro lado es el de permeado, donde el agua y otros componentes de bajo peso molecular (también conocidos como aguas) aparecen después de que pasan a través de los pequeños poros de la capa del polímero. Una vez enrollada con una hoja espaciadora dentro de un elemento, la capa de polímero se fija en su lugar y se protege con otras capas para hacerla robusta.

La membrana UF funciona según un principio de flujo cruzado. Las aguas deseadas se transfieren a través del filtro a medida que la solución (pintura E-coat) pasa por la capa superior. La pintura E-coat se devuelve al baño de pintura y el permeado se desvía para usarse en otros lugares.

Hay que destacar que se forma una capa de gel en la cara del polímero a medida que la pintura comienza a fluir a través de ella. Las aguas pueden pasar por pequeños poros en el polímero. Algunos de los componentes más grandes en la pintura se van hacia estos poros, pero no pueden pasar. En este punto, los componentes “demasiado grandes para pasar” han perdido su velocidad y les resulta difícil moverse. En cierto sentido, se convierten en elementos “estacionados lado a lado” sobre la cara del polímero. Si sólo hay unos cuantos estacionados lado a lado, las aguas aún pueden pasar. Cuando la capa de gel se vuelve espesa y viscosa, se restringe el paso de las aguas y la producción de permeado es mucho, mucho más baja.

Preocupaciones operacionales

Con el tiempo, los elementos UF producirán menos permeado. El bajo flujo de permeado es, de lejos, la queja más común de los usuarios finales de UF. El permeado es un material molecular separado de los sólidos de la pintura porque puede pasar a través de los pequeños poros de la membrana UF. Un elemento UF tipo 7640 puede tener 17 lpm (aprox. 4.5 gpm) de permeado cuando es nuevo. La mayoría de los usuarios finales consideran que el flujo de permeado por debajo de 4 lpm (aprox. 1 gpm) es demasiado bajo y una señal de que se necesita instalar un nuevo elemento UF.

Bajo flujo de pintura

El bajo flujo de pintura da como resultado una fuerza menos activa que la necesaria para presionar las aguas a través de los pequeños poros de la membrana UF. Además, el bajo flujo de pintura genera menos turbulencia en la cara de la membrana, lo cual permite que crezca la capa de gel. El bajo flujo de pintura es una causa raíz importante en la mayoría de los casos en que el permeado de UF es bajo o el elemento experimenta una vida corta.

En las Figuras 2a y 2b se pueden ver partículas grandes en la cara de entrada del elemento UF. Las partículas están impidiendo el flujo de pintura. El resultado será una pérdida de flujo de permeado y una vida corta del elemento UF. El prefiltrado adecuado evitará que esto suceda.

Además, en la Figura 2b, la cara de entrada bloqueada ha permitido que el flujo de pintura haga un nuevo recorrido al separar varias hojas para hacer una abertura más grande que permita que la pintura fluya. Esto cambia la orientación de las hojas y puede causar una rasgadura de la membrana, lo cual provocará una fuga.

Membrana UF con fugas/Pintura en el permeado

Si la bomba de suministro de pintura UF se detiene por algún motivo (por ejemplo, un corte de energía o por trabajos de mantenimiento), esta deberá reiniciarse. Es fundamental que no se permita que la bomba alcance los rpm máximos justo después de reiniciar el motor de la bomba. Si esto ocurre, un “tsunami” de pintura dentro de la tubería expulsará el aire a una velocidad muy alta y puede dañar los elementos UF y la tubería (Figura 3).

Un arrancador suave es un dispositivo eléctrico que se puede configurar para permitir un tiempo de entre 45 y 60 segundos para que la bomba alcance su velocidad máxima; si no hay un arranque suave, el operador debe tomar 60 segundos para abrir completamente la válvula de entrada del sistema UF. Del mismo modo, se puede configurar un variador de frecuencia (VFD) para aumentar de forma segura la velocidad de la bomba de alimentación de UF y evitar daños.

La fuga en una membrana UF también puede resultar de una presión de permeado excesiva, que crea una separación entre la membrana y la capa no tejida. El exceso de presión en los escapes de permeado puede ser causado por manifolds demasiado pequeños, válvulas estranguladoras u obstrucciones al flujo de permeado.

Espuma

Si se forma espuma en la superficie del baño o de enjuague de E-coat, esta (o sus componentes más pequeños) pasarán finalmente a través de la bomba hacia el sistema UF. Los componentes de espuma son pequeños y atraviesan un filtro de bolsa de 25 micras. La porción de la burbuja de espuma expuesta al aire se secará parcialmente y no pasará a través de los poros de la membrana UF. En cambio, esta puede permanecer en la superficie de la membrana UF, actuando como una barrera, muy similar a colocar una envoltura de plástico sobre los agujeros de un colador.

Burbujas de aire en el medidor de flujo de permeado

El aire atrapado en la pintura puede causar problemas similares a los que ocurren con la espuma. Este aire puede curar parcialmente la pintura con la que entra en contacto. Esta partícula de burbuja de aire puede permanecer en la capa de gel, haciéndola más dura, más gruesa y dificultando el paso de las aguas. Asegúrese de que no haya fugas en el tubo de succión de la bomba de pintura que puedan permitir que aire no deseado se mezcle con la pintura.

Causas raíz

A continuación, algunos ejemplos de elementos que pueden estar en el centro de los problemas operativos que se presentan.

Carcasa de fibra de vidrio rota

La mayoría de los elementos de UF en espiral tienen una capa delgada de fibra de vidrio enrollada sobre el perímetro del conjunto espiral de la membrana UF. Esto está destinado a la protección durante el envío y la manipulación. En ocasiones, un usuario final reporta que la fibra de vidrio se ha roto. La inspección indica que la fibra de vidrio está agrietada, con pedazos que apuntan hacia adentro (por ejemplo, implosionadas). La Figura 4 muestra una carcasa de fibra de vidrio implosionada. Esto puede suceder si la presión de entrada de la pintura es mucho más alta que la presión de salida, causando un delta de presión alto entre el exterior y el interior del elemento cerca del lado de salida de la pintura.

Cuando esto ocurre, la membrana UF generalmente se rasga y la pintura será visible en el medidor de flujo de permeado. En estos casos, el elemento UF deberá ser reemplazado.

Manijas de válvulas faltantes o en posición inadecuada

Las manijas de las válvulas pueden caerse y, en algunos casos, no se vuelven a colocar correctamente. Una manija de válvula instalada hacia atrás o invertida puede causar daños al sistema y fallas del elemento.

“Planifique el trabajo. Trabaje según el plan”

Para la operación adecuada de un sistema UF, se deberá contar con una lista de chequeo para cada tarea que se espera que realice un operador, especialmente si el operador no tiene experiencia.

Los ejemplos incluyen:

• La válvula de entrada al sistema UF nunca debería estrangularse. Necesita permanecer completamente abierta. Sólo se debe estrangular la válvula de salida del sistema UF, para lograr el flujo adecuado de pintura.
• La válvula de salida del sistema UF nunca debe cerrarse por completo, porque los canales de flujo de pintura se bloquearían y provocarían daños irreversibles en la mayoría de los casos.
• Si no hay arrancador suave o VFD en la bomba de alimentación de UF, durante el arranque, el operador debe abrir manualmente la válvula de flujo hacia el sistema UF, en un tiempo de 60 segundos completos para ir abriendo lentamente la válvula y evitar así daños al equipo.
• Cada válvula necesita su propia etiqueta, que esté referenciada a una lista de chequeo. La válvula debe tener un número de identificación y un código de color: rojo = normalmente cerrada, verde = normalmente abierta, o blanco = normalmente estrangulada.

Los nuevos empleados necesitan capacitación y orientación en la operación del sistema UF. Muchos proveedores (máquinas UF, elementos UF, pintura E-coat, diseño de sistema) proporcionan material de capacitación y asistencia para crear, actualizar y mantener el manual de operación de UF y las listas de chequeo. Las hojas de registro diarias son fundamentales para comprender las tendencias a lo largo del tiempo y deben formar parte de toda programación diaria de trabajo del operador.

Prefiltro

En comparación con otros tipos de membranas UF, un inconveniente de los elementos de UF enrollados en espiral es la necesidad de prefiltrar la pintura E-coat entrante para evitar que las partículas grandes bloqueen los canales estrechos de flujo de pintura. El tipo más popular de prefiltro es un filtro #2 de bolsa, de 25 micras, con un collar de plástico.

Limpieza y la capa de gel

Como se dijo en lo referente al diseño de la membrana, se forma una capa de gel en la cara de polímero de la membrana a medida que la pintura comienza a fluir a través de ella. Es posible realizar una limpieza química; sin embargo, la experiencia ha demostrado que es muy difícil de recuperar una vez que la capa de gel se ha vuelto espesa y viscosa.