BR102018073022B1 - Equipamento e método de análise de um fluído - Google Patents

Abstract

equipamento e método de análise de um fluído. é descrito um equipamento e método de análise de um fluído, suspensão, solução, dispersão ou emulsão fluída que analisa automaticamente as propriedades características de amostras de fluídos, tais como tintas, esmaltes e corantes, entre outros, para que ajustes possam ser feitos no fluido para atingir as propriedades ópticas, tais como cor, opacidade, matiz, saturação (poder tintorial), cobertura e luminosidade, a partir de técnica de medição espectrométrica por análise de transmissão de um filme de espessura fixa irradiada.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[01] A presente patente de invenção descreve um equipamento e método de análise de um fluído, suspensão, solução, dispersão ou emulsão fluída. Mais especificamente compreende um equipamento que analisa automaticamente as propriedades características de amostras de fluídos, tais como tintas, esmaltes e corantes, entre outros, para que ajustes possam ser feitos no fluido para atingir as propriedades ópticas, tais como cor, opacidade, matiz, strength (poder tintorial), cobertura e luminosidade, a partir de técnica de medição espectrométrica por análise de transmissão de um filme de espessura fixa irradiada, na faixa de 50 a 1000 micra.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[02] O termo tinta pode ser conceituado como sendo uma composição pigmentada líquida, pastosa ou sólida que, quando aplicada em camada fina (filme) sobre uma superfície apropriada, no estado em que é fornecida ou após diluição, é convertível, ao fim de certo tempo, numa película sólida, colorida, translúcida ou opaca.

[03] Os principais constituintes de uma tinta são: (a) resina, que é normalmente um meio translúcido ou transparente, onde sua principal função é promover a aderência da película da tinta sobre o substrato, responsável ainda pela umectação dos pigmentos, aspectos de brilho, resistência química, resistência física, entre outras; (b) pigmentos e cargas que promovem o desenvolvimento da cor, opacidade do filme, resistência a radiações, propriedades óticas, entre outras; (c) aditivos que conferem ao filme propriedades físicas, químicas, reológicas, entre outras; (d) solventes ou diluentes que são utilizados basicamente para ajustar as características de viscosidade e aplicabilidade da tinta sobre o substrato, evaporando ao final desse processo e possibilitando a cura/secagem do filme formado.

[04] Os pigmentos, diferentemente dos corantes, podem ser descritos como substâncias sólidas, finamente divididas e praticamente insolúveis no veículo, que são usadas na preparação de tintas com a finalidade de lhes conferir cor, opacidade ou outras características especiais. Ou seja, são utilizados com o intuito de modificar as propriedades ópticas de uma tinta, bem como as propriedades de produtos nela incorporados. Uma propriedade relevante que caracteriza os pigmentos é a capacidade que possuem para permitir a obtenção das cores que se deseja imitar, podendo a sua presença também ser necessária para obter opacidade, visto que as tintas, na sua grande maioria, são utilizadas para cobrir as superfícies nas quais são aplicadas.

[05] Num processo de produção de tinta, esmalte ou bases de pigmentos, as matérias-primas são misturadas em diferentes proporções para produzir um fluido com um conjunto de propriedades físicas desejadas. Um problema inerente a esse processo está associado às variações das matérias-primas utilizadas e a variabilidade do próprio processo de fabricação. Esses motivos inviabilizam que uma simples mistura em proporções pré-definidas dos constituintes atinja, de forma direta, as especificações requeridas.

[06] É necessário, portanto, para que sejam atingidas as especificações desejadas, que durante o processo de fabricação, várias propriedades físicas desse fluido sejam medidas e diversos ajustes sejam realizados, o que acaba por representar variações nas proporções dos constituintes da fórmula, lote a lote, de produto fabricado.

[07] Entre as diversas propriedades de uma tinta, as propriedades ópticas, tal como cor, brilho e poder de cobertura são extremamente relevantes. Nesse caso, técnicas visuais ou espectrofotométricas são atualmente usadas para a análise. Em ambas as técnicas, a tinta é aplicada na forma de um filme uniforme sobre um substrato de teste para observar a sua cor, opacidade, brilho, entre outros. Após seca ou curada, a tinta é analisada e comparada com um padrão. Com o uso de técnica espectrofotométrica, suas características colorimétricas e óticas podem ser medidas com precisão.

[08] Em ambos os tipos de análises, devido aos procedimentos relacionados à preparação, aplicação, cura/secagem, entre outros, o período de análise pode demorar horas ou até dias, dependendo do caso.

[09] Para a simples análise das características relacionadas exclusivamente a cor de uma tinta, torna-se fundamental que o filme aplicado sobre o substrato possua cobertura (opacidade) total pois, caso contrário, a cor do substrato irá influenciar diretamente na mensuração da cor final observada, tanto por método visual como espectrofotométrico.

[010] Para medição das cores de forma equivalente à da observada pelo olho humano, são utilizados espectrofotômetros que medem as propriedades físicas da luz refletida (% de refletância) ao longo do espectro visível, compreendido entre 400 a 700 nanômetros. Nesse caso, o gráfico gerado, tendo como eixo da abscissa o comprimento de onda e no eixo da ordenada o percentual de reflexão obtida, caracteriza de forma efetiva a cor do filme de tinta, tornando-se como o equivalente a uma “impressão digital” daquela cor.

[011] Do ponto de vista comercial, atualmente existem duas formas de comercialização de tintas, a saber:

[012] Tinta de Fábrica (factory pack), onde essas tintas são produzidas diretamente nas fábricas e já entregues nas embalagens finais, sendo que todas as suas propriedades já foram ajustadas durante o processo de fabricação, tais como a cor, a cobertura, a densidade, a viscosidade entre outras;

[013] Sistemas Tintométricos Comerciais, onde as tintas, comercializadas através desse método são obtidas através de misturas de pastas de pigmentos com bases previamente ajustadas, dosadas em “Máquinas Tintométricas”, diretamente nos pontos de venda.

[014] No caso de tintas produzidas por Máquinas Tintométricas, como não existe nenhuma análise de controle de qualidade posterior para a tinta comercializada através desse método, torna-se vital que todas as características, tanto das bases ajustadas como também das pastas de pigmentos, estejam rigorosamente controladas para que possam ser dosadas com precisão e gerem um produto totalmente dentro das especificações.

[015] Esse método pressupõe que todos os componentes que serão utilizados estejam perfeitos em suas propriedades para que a tinta obtida ao final da mistura atinja todas as suas especificações tais como a cor, a cobertura, a densidade, a viscosidade, entre outros.

[016] Dessa forma, os dois métodos de preparação de tintas possuem uma diferença conceitual muito grande, tendo em vista que o produto obtido através do processo “factory pack” admite que os componentes que compõem a formulação do produto, tais como resinas, pastas de pigmentos, bases, entre outros, não necessitem ser previamente ajustados, pois haverá uma etapa posterior de ajuste/controle de qualidade, etapa essa que irá compensar e ajustar as características do produto final, enquanto as tintas produzidas através de Sistemas Tintométricos Comerciais obrigatoriamente deverão ter os parâmetros de qualidade rigorosamente controlados dos componentes, para que o produto final, sem ser testado, atinja as todas as propriedades desejadas.

[017] Conforme mencionado, as bases e/ou pastas de pigmentos em Sistemas Tintométricos necessitam ser ajustadas previamente para a sua posterior dosagem, tendo em vista que a variabilidade das matérias-primas fornecidas pelos fabricantes (pigmentos / cargas / etc.), associado ainda as variações nos veículos e ao próprio processo de fabricação dessas bases, não permite uma reprodutibilidade aceitável que dispense a necessidade de análises e ajustes.

[018] Nesse caso, para efeito de ajustes, uma simples observação da cor nessas bases ou pastas de pigmentos, tanto por método visual ou espectrofotométrico, não traduzem o que irá acontecer quando essas bases forem misturadas para a preparação de uma tinta, pois encontram-se em um estado que se denomina de “saturação plena”.

[019] Nesse estado, como essas técnicas não possuem sensibilidade para identificar diferenças entre amostras, é então adotado o método de “dessaturação” ou “corte”, através de uma diluição padrão com uma base pigmentada previamente calibrada.

[020] O resultado dessa mistura, dentro de proporções previamente determinada, permite a mensuração de uma propriedade denominada de “poder tintorial” ou “poder de tingimento” ou ainda simplesmente strength.

[021] A mensuração do strength, para análise e ajuste de pastas de pigmentos coloridos, usualmente é feita utilizando uma base branca padronizada e calibrada, produzida com pigmento de TiO2 (Dióxido de Titânio). Já para análise e ajuste de bases brancas, usualmente se utilizam bases padronizadas e calibradas, produzidas a partir de pigmentos preto ou verde.

[022] Nesse caso, a técnica de análise e ajuste de um determinado tingimento consiste em pesar uma quantidade pré-definida de uma base padronizada e uma outra quantidade também pré-definida da pasta de pigmento que se pretende analisar/ajustar. O produto gerado a partir da mistura desses constituintes é aplicado em um substrato, curado ou secado em condições pré-estabelecidas e comparado com um padrão físico, por técnica visual ou um padrão espectrofotométrico, através da curva de reflexão obtida.

[023] De forma simplificada, caso a cor obtida através dessa técnica esteja mais intensa que a do padrão, isso indica que a pasta de pigmento em análise deverá sofrer uma diluição com o veículo transparente original dessa pasta, até ser atingido o resultado esperado. Caso esteja menos intensa, isso significa que deverá ser utilizada uma maior concentração de pigmentos na mistura para se atinja o resultado.

[024] Essa mesma técnica é válida e utilizada tanto para pastas de pigmentos coloridos como para as pastas ou bases brancas.

[025] Vale salientar, entretanto, que essa técnica de medição e ajuste do strength, independentemente do modo de estimar as diferenças entre padrão e amostra (visual ou com espectrofotômetros), traz por si só uma variabilidade temporal extremamente relevante ligada a calibração dos padrões.

[026] Como exemplo, podemos imaginar que um padrão preto utilizado para calibrar um padrão branco, teve como origem um padrão branco anterior, o qual também foi calibrado por um padrão preto anterior e assim sucessivamente “ad infinitum”. Isso acaba por introduzir uma degradação permanente e continuada nas características colorimétricas dos padrões, comparável a se fazer fotocópias de fotocópias de forma reiterada, ocorrendo, assim, uma degradação nas características e na qualidade de cada documento sucessivo.

[027] Além desse problema, soma-se a essa técnica as variabilidades adicionais relacionadas a erros relacionados a pesagem dos componentes da tinta; método de preparação da superfície; pressão do spray usado para aplicar a tinta na superfície; espessura da camada aplicada; temperatura de secagem/cura; umidade relativa do ar; estabilidade das bases (floculação/reaglomeração dos pigmentos); perdas por evaporação com consequente concentração dos padrões; fatores humanos, entre outros.

[028] Todos esses fatores, de forma conjunta, produzem uma variabilidade extremamente relevante para os fabricantes de tinta, o que gera, além da complexidade operacional, diversos outros custos associados, tais como: custos da “não qualidade”, estoques elevados, “lead time” de análises e ajustes, perda de capacidade operacional, entre outros.

[029] Mais recentemente, o estado da técnica descreve um equipamento que mede o espectro de transmissão de fluídos com diferentes índices de refração através de um dispositivo com controle automático da espessura do filme, alternativamente à técnica de “dessaturação” convencional.

[030] Nesse caso, a base ou pasta de pigmentos é contida entre duas superfícies permeáveis à radiação (janelas óticas) no espectro visível, iluminada por um lado através de uma fonte luminosa e observada através de um espectrofotômetro pelo lado oposto.

[031] O equipamento permite que se varie a distância (caminho ótico), entre as duas janelas óticas, diminuindo a espessura do filme até que seja obtida uma espessura na qual a radiação luminosa consiga atravessar o filme irradiado, sendo obtida a curva espectral da radiação emergente através da janela ótica oposta.

[032] Nessa metodologia é obtida uma “visão pura” das características colorimétricas do pigmento em análise, enquanto que na técnica convencional de dessaturação é obtido algo que representa o efeito que a pasta de pigmento gera quando misturada a um pigmento branco, ou seja, o equivalente a deformação na curva espectral do pigmento branco padrão quando se adiciona a pasta de pigmento em análise, em uma determinada concentração.

[033] O documento BR9612756, do mesmo inventor, descreve um sistema de análise de fluidos, destinado a analisar uma característica física especificada do fluido, e um método para o mesmo, dito sistema possuindo um dispositivo de formação de filme para formar um filme de fluido com uma espessura especificada, um dispositivo de irradiação de filme adaptado para irradiar o filme com uma radiação eletromagnética para produzir uma radiação de interação contendo informação associada com a característica física especificada do fluido, um receptor, para receber a radiação de interação, e um detector, associado com o receptor, para detectar a radiação de interação. O dispositivo de formação de filme compreende uma região de amostragem definida entre superfícies opostas de contato com o fluido, a referida região de amostragem encontrando-se em comunicações com uma entrada de fluido para permitir a alimentação do fluido para a mesma, para formar o filme de fluido com sua espessura definida pela distância entre as superfícies opostas de contato com o fluido, pelo menos uma das superfícies opostas de contato com o fluido sendo permeável à radiação eletromagnética.

[034] O documento BRPI9801134 descreve um aparelho para preparação contínua de um fluido, tal como tintas, esmaltes e corantes, para produzir um fluido resultante que tenha propriedades físicas predefinidas desejadas, tais como cor, opacidade, matiz, saturação, luminosidade, densidade e/ou viscosidade particulares, com ajuste automático das características físicas do fluido; e que é capaz de medir as propriedades dos concentrados e bases, determinando os ingredientes e suas quantidades requeridas para corrigir quaisquer variações das propriedades físicas requeridas do concentrado ou base, fornecendo automaticamente a quantidade correta de ingredientes necessários para fazer a correção, garantindo que o produto final tenha propriedades que estejam dentro dos limites especificados para o fluido. O aparelho da invenção caracteriza-se pelo fato de que, enquanto a dita característica física detectada do fluido for diferente da dita característica física desejada, o meio de saída e o meio de entrada do meio misturador estão interconectados para permitir que o dito fluido retorne ao dito meio misturador.

[035] O documento US2008273204 descreve um aparelho e método para medir as propriedades espectrais de uma tinta, corante, esmalte ou outro fluido opaco, tanto na transmissão como na reflexão, onde um amplificador de bloqueio (ou um amplificador de lock-in), é usado para aumentar substancialmente a relação sinal-ruído de transmissão componentes da radiação eletromagnética passando através do fluido, permitindo assim que as medições de transmitância sejam feitas na ordem de 0,0001% ou menos da radiação eletromagnética incidente, evitando, com isso, a diluição da amostra, que gera incertezas na medição ou utilizar filmes muito finos do fluido para aumentar a transmitância, o que pode ter como inconveniente o fato da radiação não interagir suficientemente com o fluido para proporcionar um espectro de transmissão.

[036] Esse mesmo documento US20080273204 descreve ainda um dispositivo e um método para medir a transmissão e reemissão de uma amostra líquida, em particular uma tinta ou outro líquido opaco, compreendendo uma fonte de luz referenciada, um divisor de feixe ("comutador"), uma célula de medição com folga de medição (caminho ótico) ajustável, pelo menos uma óptica de recepção e pelo menos um detector e um amplificador de potência luminosa. Um divisor de feixe pode dividir o fluxo luminoso proveniente da fonte de luz através de uma fibra de vidro, pelo que é possível uma medição simultânea ou separada da reemissão e transmissão. Deslocando a posição do divisor de feixe, os ângulos de iluminação e assim também o ângulo de reemissão pode ser ajustado. Da mesma forma, a segunda radiação eletromagnética transmitida pode ser detectada em um ângulo de 45°.

[037] O documento WO2005003740 descreve sensores de refletância compreendendo uma unidade óptica, uma unidade analisadora de amostra e uma unidade de controle, um método para medir a refletância de uma amostra na forma de uma preparação de pigmento líquido ou uma superfície pigmentada sólida e o uso de um sensor de reflectância para medir a reflectância de preparações de pigmentos líquidos em diferentes etapas processuais durante a produção, processamento adicional e aplicação das referidas preparações de pigmento líquido.

[038] O documento WO2013173401 refere-se a um método para medir uma ou mais propriedades de um líquido, compreendendo a preparação de uma película fina de uma amostra do fluído com uma espessura de película predeterminada na gama de 0,05 mm a 2 mm; um disco plano circular tendo uma primeira superfície e uma segunda superfície de disco em lados opostos do disco circular plano, estando o disco circular plano ligado a um eixo rotativo ligado a um eixo rotacionalmente simétrico do disco circular plano, perpendicular às superfícies do disco, para permitir a rotação do disco plano circular; uma estrutura que posiciona o disco plano circular e o eixo de rotação; um elemento de controle de espessura incluindo um bordo de engate de película ligado a uma passagem de retorno de líquido e pelo menos uma ligação de quadro e um elemento móvel ligado ao veio rotativo para permitir a rotação do veio rotativo e um elemento de controle do movimento para controlar a velocidade de rotação, direção de rotação ou uma combinação dos dois elementos rotativos.

[039] O documento EP0932829 descreve um sistema de análise das propriedades físicas de tintas, pastas de pigmentos ou sistemas semelhantes, que consiste num dispositivo para formar um filme de tintas, pastas de pigmentos e sistemas similares com uma espessura específica, uma fonte de luz para irradiar a tinta a ser examinada ou pasta de pigmento construída ou sistemas semelhantes a serem examinados, em que ocorre uma interação entre a luz e a tinta, a pasta de pigmento ou sistemas semelhantes, em que é gerado um sinal de medição; e um dispositivo para receber o sinal de medição e um detector conectado ao dispositivo para receber o sinal de medição.

[040] No entanto, estes equipamentos do estado da técnica são complexos, e como objetivam a medição das propriedades com o produto “in natura”, tendo em vista a altíssima absorção e o espalhamento da radiação iluminante do filme irradiado, provocada pelas partículas de pigmento, necessitam operar com espessuras de filme ínfimas, podendo chegar na casa de 2 a 3 micras, requerendo lâmpadas de alta potência, o que produz o aquecimento da amostra, alterando sua densidade e, por conseguinte, a estabilidade e precisão daquilo que se pretende medir.

[041] Soma-se ainda outros efeitos que são observados quando se busca operar com a espessura de filmes de forma variável para efetuar medições colorimétricas pela técnica de transmissão, tal como: (a) efeitos relacionados à pressão e temperatura do meio, os quais provocam dilatações e flexões mecânicas nos dispositivos de medição, conduzindo a desvios em resultados de transmitância, limitando o uso do equipamento; (b) instabilidade na calibração e na manutenção da “espessura zero” entre as superfícies óticas de irradiação (janelas óticas), tendo em vista que a medição de espessura é efetuada de forma indireta, através de um micrômetro apalpador digital conectado a uma haste de medição indireta, com comprimento milhares de vezes superior que a espessura que se está tentando mensurar, produzindo alterações nos dados da medição de espessura, tanto por fatores térmicos relacionados ao coeficiente de dilatação linear do material da haste como por aspectos de flexão mecânicos.

[042] Dessa forma, é objeto da presente patente de invenção um equipamento e método que possibilita a análise de fluido através de uma diluição variável entre uma pasta e/ou dispersão de pigmentos, cargas minerais, ou ainda uma solução de corantes com um veículo transparente ou ainda de opacidade controlada, produzindo uma mistura homogênea que possa ser analisada através de técnica de espectroscopia pelo método de transmissão, com caminho ótico definido (espessura fixa de filme irradiado), com capacidade de mensurar propriedades como, poder de tingimento strength, cobertura e demais características colorimétricas de uma base ou pasta de pigmentos.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[043] A figura 1 apresenta a representação esquemática dos módulos constituintes do equipamento de análise de fluído.

[044] A figura 2A apresenta a vista em perspectiva do equipamento objeto da presente patente de invenção e a figura 2B apresenta a vista superior, evidenciando o posicionamento dos módulos.

[045] A figura 3A apresenta a vista em perspectiva da válvula seletora (Vsel1) e (Vsel2); a figura 3B apresenta a vista posterior da válvula seletora evidenciando o atuador pneumático rotativo; a figura 3C apresenta a vista posterior da válvula seletora evidenciando o atuador pneumático rotativo acionador da válvula e os quatro pontos de batentes; a figura 3D apresenta a vista em corte longitudinal; a figura 3E apresenta uma perspectiva em corte do corpo da válvula seletora e o alojamento do cabeçote rotativo da válvula, com os canais de direcionamento de fluxo de material a ser distribuído pelas três posições distintas; e a figura 3F apresenta a parte posterior da válvula seletora com os três pontos de conexão de entradas e saídas.

[046] A figura 4A apresenta a vista em perspectiva do Módulo Dosador (Mdos), a figura 4B apresenta a vista em corte longitudinal e a figura 4C apresenta o detalhamento em corte da seringa volumétrica dosadora.

[047] A figura 5A apresenta a vista em perspectiva do Módulo Misturador (Mmist), a figura 5B apresenta a vista em corte longitudinal, a figura 5C apresenta uma vista em perspectiva com um corte de detalhamento da câmara variável de homogeneização, a figura 5D apresenta o detalhe da câmara variável no modo homogeneização e a figura 5E apresenta o detalhe da câmara variável no modo expulsão do produto.

[048] A figura 6A apresenta a vista em perspectiva do Módulo de Análise de Fluídos (Manflu); a figura 6B apresenta a vista em corte; a figura 6C apresenta o detalhamento em corte dos elementos internos; a figura 6D apresenta uma vista em corte da câmara de leitura no modo limpeza/admissão de produto; a figura 6E apresenta uma vista em corte da câmara de leitura com as “janelas óticas” no espaçamento analítico fixo para leitura de propriedades do fluido de análise; a figura 6F apresenta a vista superior da parte interna da câmara de leitura apresentando o posicionamento centralizado da “janela ótica” medição e ainda as duas palhetas limpadoras das superfícies das “janelas óticas” de leitura; a figura 6G apresenta uma vista em perspectiva da câmara de medição; a figura 6H apresenta a vista lateral do braço de limpeza mecânica das janelas óticas; a figura 6I apresenta a vista em perspectiva do braço de limpeza mecânica das janelas óticas e a figura 6J apresenta detalhe em corte do interior da cavidade da célula de medição com ênfase às palhetas limpadoras das janela óticas.

[049] A figura 7A apresenta a vista em perspectiva do Módulo de Calibração Óptica (Mcal), a figura 7B apresenta a vista em corte longitudinal e a figura 7C apresenta o detalhamento em corte dos elementos internos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[050] Para fins da presente invenção e por simplificação, o termo “fluído de análise” compreende pastas e/ou dispersões de pigmentos ou cargas minerais; o termo “veículo transparente e/ou de opacidade controlada” compreende um verniz e/ou uma mistura de solventes e/ou resinas e/ou veículos líquidos com opacidade controlada e/ou combinações dessas, podendo ser apresentado no contexto da presente invenção como “veículo”; o termo “pacote analítico” é utilizado, para fins de simplificação, para designar a mistura de fluído de análise e veículo.

[051] O equipamento de análise de um fluído, objeto da presente patente de invenção, compreende um conjunto de módulos ligados em série controlados por uma Unidade de Controle computacional (Ucont) que compreende um microprocessador programável ligado a um microcomputador, cuja representação esquemática é apresentada na figura 1.

[052] O equipamento de análise de uma amostra de fluído, de uma suspensão, dispersão, solução de corantes ou uma emulsão fluída apresenta uma Primeira Válvula Seletora (Vsel1) onde o fluido de análise, o veículo e solvente, respectivamente armazenados em contentores (C1) e (C2) e (C3) são direcionados para o Módulo de Dosagem (Mdos).

[053] Os contentores (C1) e (C2) são providos de bombas (B) de recirculação, de acionamento independente, que pressurizam os pontos de admissão da Primeira Válvula Seletora (Vsel1) e que, por conseguinte, alimentam uma “seringa dosadora” de alta precisão no Módulo de Dosagem (Mdos) mediante controle por sistema computacional da Unidade de Controle (Ucont) que, através de algoritmos, estabelece a proporção entre o fluido de análise e o veículo a ser admitido para o interior da seringa dosadora do Módulo Dosador (Mdos).

[054] O fluído de análise e o veículo admitidos na seringa dosadora mediante sucção, em uma proporção pré-definida pelo sistema computacional, são deslocados para o Módulo de Mistura (Mmist) mediante movimentação do êmbolo da seringa dosadora através do acionamento do motor do posicionador linear.

[055] Entre o Módulo de Dosagem (Mdos) e o Módulo de Mistura (Mmist) é prevista uma Segunda Válvula Seletora (Vsel2) que, na operação de transferência dos componentes da seringa dosadora do Módulo Dosador (Mdos) para o Módulo de Mistura (Mmist), é comutada pela Unidade de Controle (Ucont) para manter o ponto de admissão na posição de “desbloqueio”, permitindo o fluxo direcional para o interior do Módulo de Mistura (Mmist), retornando à posição de “bloqueio” finda a transferência do fluxo.

[056] No Módulo de Mistura (Mmist) a carga total do conteúdo da seringa dosadora do Módulo Dosador (Mdos) (fluído de análise + veículo ou “pacote analítico”), após descarregado para seu interior, é homogeneizada em uma câmara de mistura dotada de um rotor de perfil cônico helicoidal conectado a um motor pneumático de alta rotação, controlado pela Unidade de Controle (Ucont). Findo o tempo programado de mistura, o conteúdo total da câmara de mistura é expelido para o interior do módulo de análise de fluido (Manflu) mediante o deslocamento da parede móvel (tipo êmbolo), da câmara de mistura, conectada a um atuador pneumático, controlado pela Unidade de Controle (Ucont).

[057] No Módulo de Análise de Fluido (Manflu) é formado um filme do fluido homogeneizado no Módulo Misturador (Mmist), dito filme irradiado através de uma fonte luminosa (Flum) e analisado por um espectrofotômetro (Esp), através de técnica de espectroscopia pelo método de transmissão, na região do espectro compreendida entre 100 e 6000 nanômetros (desde a radiação contida na região do Ultra Violeta até a faixa de radiação contida na região do Infra Vermelho), proporcionando, dessa forma, a determinação com precisão das características relacionadas à concentração e/ou índice de absorção de energia na região espectral definida e/ou transparência e/ou cobertura e/ou poder tintorial strength e demais características colorimétricas, fornecendo informações para ajustes dessas propriedades.

[058] Para a calibração do espectrofotômetro, é previsto um Módulo de Calibração Óptica (Mcal) que introduz no canal de amostra um conjunto de “filtros óticos neutros” de atenuação conhecida, que bloqueiam parte da radiação luminosa que chega ao detector do espectrofotômetro, evitando a sua “saturação” durante a fase de calibração. Essa metodologia aplicada a amostras de altíssima absorção de radiação luminosa (líquidos opacos e/ou altamente carregados em pigmentos ou partículas sólidas bloqueadoras) prevê ainda que, durante a fase de análise de amostras, o filtro atenuador seja removido de forma automática, fazendo com que a radiação luminosa incidente possua intensidade extremamente elevada (multiplicada pelo fator de atenuação do filtro), obtendo-se, dessa forma, uma quantidade de radiação emergente da amostra em níveis ótimos de energia para o detector, onde a relação sinal/ruído é muito baixa, propiciando dessa forma medições em níveis ótimos, onde os dados de medição coletados pelo espectrofotômetro, através de um tratamento matemático posterior, sejam então divididos pelo “índice de atenuação do filtro ótico neutro” em cada comprimento de onda, obtendo-se dessa forma os dados de transmissão reais, podendo os mesmos possuírem valores extremamente baixos, porém com altíssima precisão.

[059] Conforme apresentado nas figuras 3A a 3F, a primeira Válvula Seletora (Vsel1) apresenta um flange giratório (17) com movimento executado por meio de um atuador pneumático rotativo (12), dito flange giratório (17) que apresenta quatro posições de parada (14a), (14b), (14c) e (14d), com posicionamento controlado pela Unidade de Controle (Ucont), onde cada posição de parada implica em um conjunto de comandos previamente programados na Unidade de Controle (Ucont). Os pontos de parada (14a) e (14d), são batentes próprios e reguláveis do atuador pneumático rotativo (12) enquanto as posições de parada (14b) e (14c) são definidas por batentes comandados por dois atuadores pneumáticos auxiliares (11).

[060] Nesta primeira Válvula de Seleção (Vsel1), uma primeira posição de parada (14a) permite a admissão do fluído de análise depositado no contentor C1 no ponto de admissão (18a) da Primeira Válvula de Seleção (Vsel1), uma segunda posição de parada permite a admissão do veículo depositado no contentor C2 no ponto de admissão (18b) da Primeira Válvula de Seleção (Vsel1), uma terceira posição de parada permite a admissão do solvente de limpeza armazenado no contentor C3 no ponto de admissão (18c) da Primeira Válvula de Seleção (Vsel1) e uma quarta posição de parada promove o bloqueio da passagem de fluído em todas as direções.

[061] A admissão dos fluídos no ponto de admissão da primeira Válvula Seletora (Vsel1) é feita por sucção gerada a partir da pressurização realizada pelas bombas (B) dos contentores C1 e C2.

[062] A posição de parada que permite a passagem de solvente será suficientemente detalhada no decorrer do presente descritivo.

[063] Ao se iniciar o processo analítico, a unidade de controle (Ucont), ao identificar a primeira posição de parada (14a) através de sensores instalados no atuador pneumático rotativo (12), alinha a saída do contentor C1 com o ponto de admissão (18a) da primeira Válvula Seletora (Vsel1), admitindo o ingresso do fluído de análise no ponto de admissão da primeira válvula seletora (Vsel1), na proporção definida pela Unidade de Controle (Ucont), de forma a encaminhar o fluído de análise para o interior da seringa dosadora do Módulo Dosador (Mdos). No êmbolo (24) da seringa dosadora (25) é previsto um posicionador linear (21) atuado por um motor (20) que recua dito êmbolo (24) até ser atingido o volume de fluído de análise definido pelo programa de computador instalado no processador da unidade de controle (Ucont), sendo o conteúdo do fluido de análise admitido, medido de forma indireta através de um transdutor linear (23), conectado ao embolo (24).

[064] A unidade de controle (Ucont), ao identificar a segunda posição de parada (14b) por meio do giro do atuador pneumático rotativo (12), alinha a saída do contentor C2 com o ponto de admissão da Primeira Válvula Seletora (Vsel1), admitindo o ingresso do veículo no ponto de admissão (18b) da primeira válvula seletora (Vsel1), na proporção definida pela Unidade de Controle (Ucont), de forma a encaminhar o veículo para o interior da seringa dosadora do Módulo Dosador (Mdos). No êmbolo (24) da seringa dosadora (25) é previsto um posicionador linear (21), atuado por um motor (20) que recua o êmbolo da dita seringa (24) até ser atingido o volume de veículo definido pelo programa de computador instalado no processador da unidade de controle (Ucont), sendo o conteúdo do veículo admitido medido de forma indireta através de um transdutor linear (23), conectado ao êmbolo (24), completando dessa forma o volume total da seringa, denominado de “pacote analítico” e com elevada precisão volumétrica.

[065] Quando os fluídos do “pacote analítico” estão sendo carregados para o interior da seringa dosadora (25) do Módulo Dosador (Mdos), a Unidade de Controle (Ucont) mantém a posição de parada da dita Segunda Válvula Seletora (Vsel2) na posição de bloqueio (14d), impedindo a passagem ou vazamentos de fluído para o Módulo Misturador (Mmist).

[066] Uma vez transferido para o interior da seringa dosadora (25) os componentes da formulação fluida (pacote analítico), a Unidade de Controle (Ucont) aciona o atuador pneumático rotativo (12) da Primeira Válvula Seletora (Vsel1) até a quarta posição de parada (14d), bloqueando totalmente a passagem de fluido para o Módulo Dosador (Mdos).

[067] Ao ser bloqueada a passagem de fluído para o Módulo Dosador (Mdos) através do posicionamento da Primeira Válvula Seletora (Vsel1) para o ponto de parada (14d), a Unidade de Controle (Ucont) posiciona então a Válvula Seletora (Vsel2), através do Atuador Pneumático Rotativo (12) para a posição de conexão direta entre o Modulo Dosador (Mdos) e o Módulo Misturador (Mmist), de forma similar aos procedimentos já descritos anteriormente para a Primeira Válvula Seletora (Vsel1).

[068] A Unidade de Controle (Ucont) aciona então o motor (20) que desloca o êmbolo (24) da seringa dosadora (25) para frente, de forma a expulsar o conteúdo total do “pacote analítico” armazenado no interior da seringa (25) em direção a câmara interna (39) do Módulo Misturador (Mmist), a qual estará no modo (câmara expandida), conforme apresentado na figura 5D, sendo todo esse deslocamento de fluido monitorado através do transdutor linear (23) conectado ao êmbolo (24) da seringa dosadora (25).

[069] Findo o deslocamento do êmbolo (24) da seringa dosadora (25), ocasião em que a câmara de mistura (39) do Módulo de Mistura (Mmist) está totalmente preenchida, a Unidade de Controle (Ucont) comuta então a Segunda Válvula Seletora (Vsel2) para a posição de bloqueio (14d), tal como descrito anteriormente.

[070] A próxima etapa do processo é descrita como a fase de mistura e homogeneização do “pacote analítico” no interior da câmara de mistura (39) do Módulo de Mistura (Mmist).

[071] Nessa etapa, a Unidade de Controle (Ucont), após detectar o bloqueio da Segunda Válvula Seletora (Vsel2), comanda o motor pneumático (30) que, através de um eixo (35), conectado por um lado ao motor pneumático (30) e por outro lado a um agitador cônico helicoidal (38), a efetuar o giro em alta rotação por um intervalo de tempo pré-determinado, tempo esse suficiente para promover a completa homogeneização do conteúdo da câmara de mistura (39).

[072] Finda a etapa de homogeneização, a Unidade de Controle (Ucont) comanda a expulsão do conteúdo da câmara de mistura (39) diretamente para dentro da célula de medição de propriedades (49) do Módulo de Análise de Fluidos (Manflu).

[073] Essa transferência do “pacote analítico” homogeneizado é realizada através do conector de saída (34) do Módulo de Mistura (Mmist) que se conecta através de tubulação específica ao conector de entrada (41) do Módulo de Análise de Fluidos (Manflu).

[074] Durante esse ciclo de transferência para o interior do Módulo de Analise de Fluido (Manflu), a Unidade de Controle (Ucont) acionará o atuador pneumático movimentador (32), que se encontra conectado à parede móvel da câmara interna (37) do Módulo de Mistura (Mmist), movimentando-o para frente até que todo conteúdo da câmara interna (39) seja expulso e transferido para o Módulo de Análise de Fluidos (Manflu), conforme evidenciado na figura 5E.

[075] Nessa etapa, o agitador do tipo cônico helicoidal (38) atua como sendo uma mola, sendo totalmente comprimido sem se opor ou criar qualquer restrição à expulsão integral do material contido na câmara de mistura (39).

[076] Na etapa subsequente, a Unidade de Controle (Ucont) monitora o posicionamento do interior da câmara analítica (49a), sendo que durante toda a etapa de transferência, a câmara analítica (49a) deve estar no modo expandido, conforme figura 6D, sendo que, para tal, o atuador pneumático de posicionamento (45) deve estar totalmente recuado, permitindo o máximo espaçamento entre a janela ótica estática (46) e a janela ótica móvel (47), não havendo qualquer resistência do fluido em preencher completamente a cavidade da célula de leitura (49a), expulsando ainda a amostra do “pacote analítico” do ciclo de análise anterior.

[077] Após o término da transferência do “pacote analítico” para o interior da câmara analítica (49a) do Módulo de Análise de Fluido (Manflu), através da contração total do volume da câmara de mistura (39) do Módulo de Mistura (Mmist), conforme detalhado na figura 5E, a Unidade de Controle (Ucont) comanda o acionamento do atuador pneumático (45) para o posicionamento das janelas óticas de leitura (46) e (47) para a espessura fixa de medição, conforme a figura 6E.

[078] Após a confirmação de posicionamento pela Unidade de Controle (Ucont), através dos sensores de posição desse atuador pneumático (45), é então iniciado o procedimento analítico.

[079] Durante a etapa de caracterização analítica, a amostra de material fluido contido entre as janelas óticas (46) e (47) é irradiada através da radiação eletromagnética produzida pela fonte luminosa (Flum) na região de 100 a 6000 nanômetros, sendo conduzida pelo feixe de fibras óticas (44).

[080] A radiação eletromagnética conduzida pelo feixe de fibras óticas (44) atravessa então a janela ótica móvel (47), interagindo com a amostra de fluido de análise contida entre as janelas óticas (46) e (47) e emergindo no lado oposto ao da irradiação.

[081] O produto da interação entre a radiação eletromagnética e a amostra atravessa então a janela ótica (46) e é coletada pelo feixe de fibras óticas de captura (43), sendo conduzida dessa forma até o espectrofotômetro de feixe duplo (Esp).

[082] O espectrofotômetro de feixe duplo (Esp) nesse tipo de aplicação poderá estar qualificado para análises desde a faixa do ultravioleta até a faixa do infravermelho (100 a 6000 nanômetros), fornecendo grande versatilidade analítica para o equipamento e método analítico aqui descrito, gerando informações associadas à referida característica física do fluido que são encaminhadas à unidade de controle onde o microprocessador processa as medições espectrofotométricas por analise de transmissão que através de processamento matemático, apresenta os resultados da análise no microcomputador

[083] Durante a próxima etapa de sequenciamento, a Unidade de Controle (Ucont), deverá efetuar a descontaminação das janelas óticas (46) e (47), antes do próximo ciclo de leitura, sendo que para tal a Unidade de Controle (Ucont), comandará inicialmente o recuo do atuador pneumático de posicionamento das janelas óticas (45).

[084] Confirmada a posição de recuo e o afastamento das janelas óticas, através dos sensores de posição do atuador pneumático (45), os braços de limpeza mecânica (401), conectados aos atuadores pneumáticos (40), serão atuados pela Unidade de Controle (Ucont).

[085] Os braços de limpeza mecânica (401) são redundantes e seus atuadores pneumáticos (40) proporcionam uma raspagem rotativa de palhetas (49b), fabricadas a partir de um elastômero especial, as quais são conduzidas através dos braços de limpeza (401) sobre a superfície das janelas óticas (46) e (47).

[086] Os atuadores pneumáticos (40), acionadores dos braços de limpeza (401), possuem um ciclo com intertravamento eletrônico comandado pela Unidade de Controle (Ucont).

[087] Após essa etapa final, reinicia-se novamente o ciclo analítico já descrito anteriormente.

[088] Para a calibração do espectrofotômetro, é previsto um Módulo de Calibração Óptica (Mcal), comandado pela Unidade de Controle (Ucont), a qual introduz no canal de amostra do espectrofotômetro (Esp), um conjunto de filtros óticos neutros (56a), (56b) e (56c), de atenuação conhecida, fixados a um bloco de posicionamento (55), os quais bloqueiam parte da radiação luminosa que chega ao detector do espectrofotômetro, evitando a sua “saturação” durante a fase de calibração.

[089] A movimentação dos “filtros óticos neutros” (56a), (56b) e (56c), é realizada através do atuador pneumático posicionador (50), sendo possíveis de posicionamento dos três filtros neutros citados, existindo ainda outros dois atuadores pneumáticos auxiliares (54), os quais introduzem batentes mecânicos nos postos de posicionamento dos “filtros óticos neutros” (56a), (56b) e (56c).

[090] Os sensores de posição (53) fornecem informações de confirmação de posição dos “filtros óticos neutros” (56a), (56b) e (56c), para a Unidade de Controle (Ucont).

[091] Para a limpeza do equipamento e a fim de limpar as superfícies para a análise de um produto distinto, a Unidade de Controle (Ucont) comuta a Segunda Válvula Seletora (Vsel2) para a terceira posição, permitindo a admissão do solvente de limpeza armazenado no contentor C3 no ponto de admissão (18c) da Primeira Válvula de Seleção (Vsel1), podendo também ser acionada a Segunda Válvula Seletora (Vsel2) para a passagem do solvente por todo o equipamento.

Claims (7)

1. EQUIPAMENTO DE ANÁLISE DE UM FLUÍDO que analisa automaticamente as propriedades características de amostras de fluídos, tais como tintas, esmaltes e corantes, entre outros, por meio de uma Unidade de Controle (Ucont), para que ajustes possam ser feitos no fluido para atingir as propriedades ópticas, tais como cor, opacidade, matiz, poder tintorial (strength), cobertura e luminosidade, a partir de técnica de medição espectrométrica por análise de transmissão de um filme de espessura fixa irradiada, caracterizado por compreender: a) uma Primeira Válvula Seletora (Vsel1) que apresenta um flange giratório (17) com movimento executado por meio de um atuador pneumático rotativo (12) com sensores, dito flange giratório (17) que apresenta quatro posições de parada (14a), (14b), (14c) e (14d), com posicionamento controlado pela Unidade de Controle (Ucont) e por batentes comandados por dois atuadores pneumáticos auxiliares (11); b) um Módulo Dosador (Mdos) dotado de uma seringa dosadora (25) em cujo êmbolo (24) é previsto um posicionador linear (21) atuado por um motor (20) que recua dito êmbolo (24) até ser atingido o volume de fluído de análise e da mesma forma para o veículo de diluição, definidos pelo programa de computador instalado no processador da unidade de controle (Ucont), sendo o conteúdo e proporções desses fluidos admitidos, denominado “pacote analítico”, medidos de forma indireta, através de um transdutor linear (23), conectado ao êmbolo (24); c) Uma segunda Válvula Seletora (Vsel2) que apresenta um flange giratório (17) com movimento executado por meio de um atuador pneumático rotativo (12), dito flange giratório (17) que apresenta quatro posições de parada (14a), (14b), (14c) e (14d), com posicionamento controlado pela Unidade de Controle (Ucont) e por batentes comandados por dois atuadores pneumáticos auxiliares (11); d) um Módulo de Mistura (Mmist) onde a carga total do pacote analítico armazenado na seringa dosadora (25) é descarregado e homogeneizado em uma câmara de mistura (39) onde é disposto um agitador cônico helicoidal (38) conectado a um eixo (35) que se conecta na extremidade oposta a um motor pneumático (30), dita câmara de mistura (39) dotada de uma parede móvel (37) na qual se conecta um atuador pneumático movimentador (32) que expulsa o conteúdo da dita câmara de mistura (39) para o conector de saída (34); e) Um Módulo de Análise de Fluidos (Manflu) que apresenta um conector de entrada (41) que recebe a mistura homogênea do pacote analítico, direcionando-o para a célula de medição de propriedades (49) dotada de uma câmara analítica (49a) com uma janela ótica estática (46) e uma janela ótica móvel (47) acionada por um atuador pneumático de posicionamento (45) para a definição da espessura do filme definida na Unidade de Controle (Ucont), com radiação eletromagnética produzida pela fonte luminosa (Flum) na região de 100 a 6000 nanômetros conduzida pelo feixe de fibras óticas (44) atravessando a janela ótica móvel (47) e interagindo com a amostra de fluido de analise contida entre as janelas óticas (46) e (47) e emergindo no lado oposto ao da irradiação, sendo coletado pelo feixe de fibras óticas de captura (43) para envio ao espectrofotômetro de feixe duplo (Esp).

2. EQUIPAMENTO DE ANÁLISE DE UM FLUÍDO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da admissão dos fluídos no ponto de admissão da primeira Válvula Seletora (Vsel1) ser feita por sucção gerada a partir da pressurização realizada pelas bombas (B) dos contentores C1 e C2.

3. EQUIPAMENTO DE ANÁLISE DE UM FLUÍDO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da Primeira Válvula Seletora (Vsel1) apresentar uma primeira posição de parada (14a) que permite a admissão do fluído de análise depositado no contentor C1 no ponto de admissão (18a) da Primeira Válvula de Seleção (Vsel1), uma segunda posição de parada que permite a admissão do veículo depositado no contentor C2 no ponto de admissão (18b) da Primeira Válvula de Seleção (Vsel1), uma terceira posição de parada que permite a admissão do solvente de limpeza armazenado no contentor C3 no ponto de admissão (18c) da Primeira Válvula de Seleção (Vsel1) e uma quarta posição de parada que promove o bloqueio da passagem de fluído em todas as direções.

4. EQUIPAMENTO DE ANÁLISE DE UM FLUÍDO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do espectrofotômetro de feixe duplo (Esp) estar qualificado para análises desde a faixa do ultravioleta até a faixa do Infravermelho (100 a 6000 nanômetros).

5. EQUIPAMENTO DE ANÁLISE DE UM FLUÍDO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por apresentar braços de limpeza mecânica (401) conectados a atuadores pneumáticos (40) atuados pela Unidade de Controle, ditos braços de limpeza (401) providos de palhetas elastoméricas (49b) para raspagem da superfície das janelas óticas (46) e (47).

6. EQUIPAMENTO DE ANÁLISE DE UM FLUÍDO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por apresentar um Módulo de Calibração Óptica (Mcal), comandado pela Unidade de Controle (Ucont), a qual introduz no canal de amostra do espectrofotômetro (Esp), um conjunto de filtros óticos neutros (56a), (56b) e (56c), de atenuação conhecida, fixados a um bloco de posicionamento (55) com sensores de posição (53) e movimentados por um atuador pneumático posicionador (50) e outros dois atuadores pneumáticos auxiliares (54) que introduzem batentes mecânicos nos postos de posicionamento dos “filtros óticos neutros” (56a), (56b) e (56c).

7. MÉTODO DE ANÁLISE DE UM FLUÍDO utilizando o equipamento reivindicado em 1, caracterizado por compreender as etapas de: a) dosar no Módulo de Dosagem (Mdos), em proporções distintas, o pacote analítico que compreende um percentual definido de uma pasta e/ou dispersão de pigmentos, cargas minerais ou solução de corantes, complementando a dosagem com um veículo diluente transparente e/ou de opacidade controlada, podendo ser um verniz e/ou uma mistura de solventes e/ou resinas e/ou veículos líquidos com opacidade controlada e/ou combinações dessas; b) homogeneização da mistura no Módulo de Mistura (Mmist); c) descarga do material (pacote analítico) homogeneizado na câmara de mistura (39) do Módulo de Mistura (Mmist) para o interior do módulo de análise de fluido (Manflu) mediante o deslocamento da parede móvel (tipo êmbolo) da câmara de mistura (39); d) formação de um filme no Módulo de Análise de Fluido (Manflu) do fluido homogeneizado no Módulo Misturador (Mmist), dito filme se formando dentro da célula de medição de propriedades (49) entre as janelas óticas (46) e (47); e) irradiação do filme com radiação eletromagnética proveniente de uma fonte luminosa (Flum) através das janelas óticas de leitura (46) e (47) da célula de medição de propriedades (49); f) análise da radiação emergente do filme por espectroscopia pelo método de transmissão, na região do espectro compreendida entre 100 e 6000 nanômetros; g) descontaminação das janelas óticas (46) e (47) mediante raspagem da superfície das janelas óticas (46) e (47) por palhetas (49b) atuadas por braços de limpeza mecânica (401) acionados pela Unidade de Controle (Ucont).

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