Aplicación del sistema de ultrafiltración (UF) en el recubrimiento electroforético

El recubrimiento electroforético implica sumergir la pieza de trabajo y el electrodo correspondiente en una pintura soluble en agua y aplicar una corriente eléctrica. A través de la acción fisicoquímica generada por el campo eléctrico, la resina, los pigmentos y los rellenos de la pintura precipitan y se depositan uniformemente sobre la superficie de la pieza de trabajo (actuando como electrodo) para formar una película insoluble en agua. El sistema de ultrafiltración (UF) y las membranas de UF juegan un papel fundamental en este proceso. La adopción y promoción adecuadas de la tecnología ED-RO pueden mejorar significativamente la utilización de la pintura electroforética y los recursos hídricos, al tiempo que reducen drásticamente la descarga de aguas residuales electroforéticas. El uso y mantenimiento correctos del equipo de UF maximizan la eficiencia del sistema. El enjuague con UF posterior a la electroforesis elimina la pintura flotante adherida a la superficie de la película, mejorando la calidad de la apariencia y permitiendo la recuperación de la pintura.

1. Descripción general del sistema de ultrafiltración

La ultrafiltración (UF) es una tecnología de separación por membrana impulsada por una diferencia de presión a través de la membrana de UF, que opera según el principio del tamizado mecánico. La presión de funcionamiento suele oscilar entre 0,1 y 0,6 MPa, con tamaños de poro de 1 nm a 0,1 μm y un corte de peso molecular de 500 a 1.000.000 Da.

En el proceso de UF para pintura electroforética, cuando la pintura entra en contacto con la membrana de UF, el agua y las sales inorgánicas la atraviesan, mientras que las moléculas de resina y pigmento se retienen en el líquido de la pintura y se devuelven al baño electroforético.

2. Aplicación de membranas de UF en el recubrimiento electroforético

Las membranas de UF son equipos clave en las líneas de recubrimiento electroforético. Sus funciones principales son:

• Extraer agua desionizada y disolventes de pintura del baño mediante UF para proporcionar agua de enjuague para las piezas de trabajo electroforéticas.

• Lavar el exceso de pintura adherida a la superficie de la pieza de trabajo y devolverla al baño.

Beneficios:

• Recicla la pintura que se transporta en las superficies de las piezas de trabajo, logrando una circulación de circuito cerrado y ahorrando ~30% en los costos de adquisición de pintura.

• Descarga una porción del permeado de UF para eliminar los iones de impurezas introducidos durante el recubrimiento, manteniendo la conductividad y el pH del baño dentro de los límites especificados.

• Reutiliza el permeado de UF como agua de enjuague en lugar de agua desionizada, eliminando casi por completo la descarga de pintura y reduciendo significativamente la carga de tratamiento de aguas residuales y la contaminación ambiental.

3. Principio de funcionamiento y condiciones del sistema de UF

3.1 Principio de UF

La UF elimina los iones de impurezas del baño electroforético y gestiona eficazmente los contaminantes catiónicos y aniónicos introducidos en un circuito cerrado, lo que garantiza la estabilidad de la pintura y la integridad de la película.

La UF es una tecnología de separación por permeación de membrana que purifica, separa o concentra soluciones. Funciona como un proceso de tamizado basado en el tamaño de los poros de la membrana. Impulsado por la presión a través de la membrana, solo el agua, las sales inorgánicas y las moléculas pequeñas la atraviesan, mientras que los sólidos en suspensión, los coloides, las proteínas y los microorganismos se retienen. La UF funciona continuamente a baja presión.

Bajo diferencia de presión, el líquido del baño pasa a través de la unidad de UF. El permeado fluye al tanque de UF, con ~30% de circulación proveniente del tanque auxiliar antes de regresar al baño principal. La alimentación mínima de pintura al sistema de UF debe ser 10× la tasa de permeado de diseño, siendo 20× la óptima.

3.2 Pasos normales de inicio y funcionamiento

1. Confirme que no haya presión en las líneas de salida; cierre el suministro de pintura, la entrada/salida de enjuague y las válvulas de permeado a almacenamiento.

2. Abra la circulación de pintura, la descarga de permeado y todas las válvulas de aislamiento del manómetro.

3. Abra las válvulas de entrada/salida del refrigerante del sello del eje de la bomba de UF (0,2 MPa).

4. Arranque la bomba de suministro de pintura.

5. Abra ligeramente la entrada de pintura para llenar lentamente el sistema.

6. Abra gradualmente la válvula de entrada hasta que la presión de referencia alcance 0,15 MPa, luego arranque la bomba.

7. Ajuste las válvulas de entrada y salida hasta que la presión diferencial alcance 0,2 MPa (entrada: 0,35 MPa, salida: 0,15 MPa).

8. Verifique si hay fugas en la membrana; reemplace las juntas tóricas o los módulos de membrana si es necesario.

9. El tiempo de descarga del permeado debe ser de al menos 10 minutos.

10. Abra la válvula de permeado a almacenamiento y cierre la válvula de descarga.

3.3 Precauciones durante el funcionamiento de la UF

1. Manipule los módulos de membrana, las carcasas y los accesorios con cuidado para evitar daños por impacto.

2. Las paradas inesperadas (fallo de energía, etc.) no deben exceder las 2 horas. Limpie las membranas inmediatamente si se prolongan para evitar la sedimentación y la obstrucción de la pintura.

3. Registre todos los parámetros del sistema de limpieza y electroforesis para la solución de problemas.

4. La presión diferencial de entrada-salida debe ser <0,08 MPa. Reemplace las bolsas de filtro de 25 μm si se excede.

5. Nunca haga funcionar el sistema de UF con la válvula de permeado cerrada.

6. No arranque la bomba con la válvula de descarga abierta para evitar daños en la membrana.

7. Evite el flujo excesivo de permeado; ajuste las válvulas dentro de las tasas especificadas.

8. Minimice la transferencia química del pretratamiento. El enjuague final antes de la electroforesis debe tener una conductividad de goteo <10 μS/cm.

El enjuague con UF posterior a la electroforesis elimina la pintura flotante, mejora la apariencia y recupera la pintura. El equipo es similar a los sistemas de enjuague con agua posteriores al fosfatado. El enjuague final con agua pura elimina los iones de impurezas para evitar defectos de contaminación. Para evitar marcas de flujo secundarias en las grietas debido a un enjuague insuficiente, se requiere un enjuague por inmersión completa.

El enjuague con UF suele utilizar 2–3 etapas para reducir el arrastre de pintura. Por ejemplo:

• Superficie del vehículo: 80–100 m²

• Arrastre de pintura por vehículo: 7–10 L (20% de sólidos)

• 1er enjuague: 4–5% de sólidos → 2do enjuague: <1%

• Permeado de UF fresco: <0,5% de sólidos

Con ED-RO (UF + ósmosis inversa), el permeado purificado reemplaza el agua desionizada para el enjuague final, logrando un verdadero enjuague posterior de circuito cerrado, reduciendo drásticamente las aguas residuales y mejorando significativamente la utilización de la pintura.

El permeado de UF contiene agua y cosolventes de pintura. Utilizado en el enjuague, este sistema de circuito cerrado compensa la pérdida de pintura y reduce la conductividad del baño.

4. Proceso y pasos de limpieza del equipo de UF

Solución de limpieza: Limpiador concentrado : agua pura = 1:99, temperatura 38–43°C, pH 2,0–2,2. Debido a la alta viscosidad, haga circular agua pura en el tanque de limpieza utilizando una bomba hasta >32°C, agregue limpiador, haga circular hasta 35°C, luego ajuste el pH a 2,0 con HCl. Abra las válvulas de limpieza para la limpieza del núcleo de la membrana, manteniendo el pH ≥2,2.

Es esencial una estricta adherencia al proceso. Después del uso prolongado, pueden ocurrir fallas en la membrana de UF: obstrucción de la bolsa del filtro, flujo/diferencial de presión insuficientes. Realice un seguimiento de la limpieza según el SOP para identificar y resolver problemas, optimizando el proceso y mejorando la calidad.

4.1 Precauciones

1. Limpie cuando el flujo de permeado caiga al 70% de lo normal; las demoras causan obstrucción irreversible.

2. El prefiltro de precisión (25 μm) evita la obstrucción de la membrana. Reemplace las bolsas según el SOP y limpie el filtro/tuberías con regularidad.

3. Limpie inmediatamente después de paradas inesperadas para evitar el bloqueo de la membrana.

4. Opere estrictamente según el SOP; registre todos los parámetros de UF.

4.2 Pasos de limpieza

1. Cierre las válvulas de entrada/salida de pintura del módulo de UF objetivo.

2. Drene completamente la pintura del módulo.

3. Abra las válvulas de entrada/salida de la bomba de limpieza.

4. Abra las válvulas de entrada/salida de limpieza principales a los tubos de la membrana.

5. Abra las válvulas de entrada/salida de limpieza del módulo objetivo.

6. Arranque la bomba de limpieza.

7. Enjuague con agua desionizada fluida hasta que el efluente esté claro.