PT117317B - Pulverizador eletrostático baseado em pás retráteis de alta tensão ou anel de controlo ajustável de alta tensão - Google Patents

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO DIZ RESPEITO A UM SISTEMA DE PULVERIZAÇÃO ELECTROESTÁTICA COM BOCAL ROTATIVO DE ELEVADA VELOCIDADE ANGULAR BASEADO EM PÁS RETRÁTEIS DE ALTA TENSÃO OU ANEL DE CONTROLO AJUSTÁVEL DE ALTA TENSÃO. ESTA INVENÇÃO APRESENTA DIVERSAS VANTAGENS TAIS COMO A OBTENÇÃO DE UMA MELHOR EFICIÊNCIA DE TRANSFERÊNCIA, REDUÇÃO DE PERDAS DE LÍQUIDO OU DE MISTURA DISPENSADA E MENOR IMPACTO AMBIENTAL. O SISTEMA COMPREENDE UM BOCAL ROTATIVO (1), UM BICO INJETOR DE LÍQUIDO OU MISTURA (2), UMA PLURALIDADE DE BICOS INJETORES DE ESCOAMENTO DE AR DE CONFORMAÇÃO (3), CORPO DA PISTOLA EM AÇO INOXIDÁVEL (4) COM POTENCIAL DE ALTA TENSÃO E CORPO DA PISTOLA EM ALUMÍNIO (5) COM POTENCIAL TERRA. NUMA MODALIDADE O SISTEMA CONTÉM PÁS RETRÁTEIS CONSTITUÍDAS POR PÁS RETRÁCTEIS DE ALTA TENSÃO EM AÇO INOXIDÁVEL (6), MONTADAS NO LADO FRONTAL, E COBERTURA DE ISOLAMENTO DE PÁS RETRÁCTEIS (7), MONTADA NO LADO TRASEIRO, SENDO QUE AMBAS (6) E (7) SÃO MONTADAS NO SUPORTE BASE DE PÁS RETRÁTEIS (8) COM UMA COBERTURA ISOLANTE ELÉTRICA, ENQUANTO QUE, NOUTRA MODALIDADE, O SISTEMA CONTÉM UM ANEL DE CONTROLO AJUSTÁVEL DE ALTA TENSÃO (9), COM UMA ABRAÇADEIRA EM AÇO INOXIDÁVEL (10), COM UMA ROSCA DE APERTO DA ABRAÇADEIRA (11), UMA PLURALIDADE DE NÍVEIS DE AJUSTE DO ANEL DE CONTROLO (12), UM SUPORTE DA ABRAÇADEIRA (13), UM SUPORTE BASE DO ANEL DE CONTROLO (14) INSTALADO NO CORPO DA PISTOLA, UMA PLURALIDADE DE SUPORTES DE CONETORES DO ANEL DE CONTROLO (15) E UMA PLURALIDADE DE CONETORES DO ANEL DE CONTROLO (16).

Description

DESCRIÇÃO

PULVERIZADOR ELETROSTÁTICO BASEADO EM PÁS RETRÁCTEIS DE ALTA TENSÃO OU ANEL DE CONTROLO AJUSTÁVEL DE ALTA TENSÃO

Domínio técnico

A presente invenção diz respeito a um pulverizador eletrostático que funciona com pás retráteis de alta tensão ou anel de controlo de alta tensão para melhoramento do processo de atomização e aumento da eficiência de transferência da projeção das partículas líquidas na direção da superfície alvo.

Sumário

A presente invenção divulga um pulverizador eletrostático capaz de dispensar um líquido ou uma mistura para fins de revestimento, desinfeção ou aplicação de pesticidas apresentando um melhoramento do processo de atomização e aumento da eficiência de transferência. 0 sistema de pulverização eletrostático é composto por um bocal rotativo (1), com pelo menos um bico injetor de líquido (2) ou mistura, uma pluralidade de bicos injetores de ar (3) que irão gerar um escoamento de ar de conformação, um corpo de pistola em aço inoxidável (4) de potencial de alta tensão e um corpo da pistola em alumínio (5) a potencial terra. 0 pulverizador eletrostático funciona em duas modalidades distintas. Numa modalidade, compreende pás retráteis constituídas por uma parte frontal em aço inoxidável de potencial elétrico de alta tensão e uma parte traseira constituída por uma cobertura isolante, sendo que as pás retráteis são operadas de tal maneira que geram um padrão de linhas equipotenciais de campo elétrico com um padrão mais eficiente no que diz respeito ao controlo das partículas pulverizadas, produzindo uma força eletrostática com uma direção mais apropriada no sentido da superfície alvo. Numa segunda modalidade, o pulverizador eletrostático compreende um anel de controlo ajustável de alta tensão, contendo uma abraçadeira (10), em aço inoxidável, com uma rosca de aperto da abraçadeira, uma pluralidade de níveis de ajuste (11) do anel de controlo, um suporte base (12) do anel de controlo instalado no corpo da pistola, uma pluralidade de conetores de suporte (13) do anel de controlo, de tal modo que o diâmetro do anel de controlo de alta tensão pode ser ajustado de modo a intensificar a influência da força eletrostática e prevenir o desvio das partículas atomizadas na direção radial.

Estado da técnica

A invenção aqui descrita baseia-se num pulverizador eletrostático que recorre a pás retráteis de alta tensão ou anel de controlo ajustável de alta tensão para controlar o escoamento de partículas atomizadas e melhorar a eficiência de transferência.

Considerando os documentos já existentes, o documento WO 2009/012025 A2 [1] divulga um dispositivo de revestimento que compreende um bocal e um motor que para propulsionar a rotação desse mesmo bocal. Inclui ainda uma conduta que permite a alimentação com o material de revestimento que é liberado no interior do bocal ao mesmo tempo que este apresenta elevada rotação proporcionada pelo motor. Este dispositivo recorre ainda a ar comprimido que é conectado à abertura anular para gerar e direcionar um escoamento de ar primário no exterior do bocal. Para além disso, contém pelo menos uma abertura adicional, acoplada à fonte de ar comprimido, que gera e direciona um escoamento de ar secundário que é combinado com o escoamento de ar primário. Por outro lado, o documento WO 2004/041443 [2] divulga um método e instalação para melhorar a atomização e a deposição eficiente das partículas líquidas. Para este propósito, é usada uma pistola de pulverização com um elétrodo de alta tensão, colocado numa posição junto à pistola de pulverização, que pulveriza o liquido por efeito de pressão hidráulica ou por efeito de ar comprimido. A forma do elétrodo é semelhante ao padrão do pulverizador e, assim, pode ser constituído por um elétrodo de abertura circular para produzir um spray cónico, ou então pode ser constituído por dois elétrodos lineares, em cada um dos lados planos do pulverizador, de tal modo que as cargas elétricas possam ser induzidas na maioria das partículas líquidas. 0 documento WO 03/072263 Ά1 [3] divulga um dispositivo de pulverização eletrostática configurado para carregar electrostaticamente e dispensar um líquido a partir de um abastecimento para um ponto de dispersão. O dispositivo de pulverização eletrostática é constituído por um bocal de dispersão da composição líquida, um canal entre o reservatório e o bocal, uma fonte de alimentação de alta tensão e um elétrodo de alta tensão que carrega electrostaticamente a composição líquida dentro do canal numa determinada região de carregamento disposta entre o reservatório e o bocal. 0 documento US 10464084 B2 [4] divulga várias ilustrações exemplificativas para uma montagem de elétrodo em atomizador eletrostático e métodos exemplificativos para usá-los para revestimento de peças de trabalho por intermédio de atomização apoiada por efeito eletrostático, mais particularmente por intermédio de atomização a partir de bocal eletrostático rotativo. O atomizador rotativo em conjunto com um elétrodo atomizador compreende um dispositivo fixador de elétrodos para fixar pelo menos um elétrodo ou uma pluralidade de elétrodos. Os elétrodos deste conjunto são fornecidos para gerar um campo eletrostático que contribui para a criação de correntes de descarga que fluem pelo menos sobre a superfície de habitação. O documento US 10894262 BI [5] divulga um sistema de pulverização eletrostática para dispensar e dispersar um líquido que contenha um composto a pulverizar. Este sistema apresenta uma caracteristica de dispersão por pulverização que reduz o tempo que a nuvem gerada, contendo as partículas pulverizadas, permanece suspensa após a pulverização. 0 sistema de pulverização inclui um pulverizador que contem um bocal para carregamento, atomização e pulverização do líquido e também carregamento e pulverização de ar ou um líquido não-ativo. 0 documento US 7056387 B2 [6] divulga uma instalação e método para isolamento de um pulverizador eletrostático de um alvo a potencial terra. Esta instalação inclui um pulverizador eletrostático que é parte de um braço robótico manobrável. Este pulverizador eletrostático apresenta a capacidade de pulverizar líquidos de revestimento condutivos na direção de uma peça de trabalho. 0 líquido de revestimento é fornecido a partir de uma fonte remota de armazenamento através de pelo menos um circuito de distribuição associado ao pulverizador. 0 documento WO 2004/071670 AI [7] divulga um atomizador eletrostático que compreende um canal através do qual passa um fluido, um ou mais orifícios que permitem a saída do fluido para o atomizador e pelo menos dois elétrodos em contacto com o fluido. Quando o atomizador é operacionalizado, um potencial apropriado é aplicado aos elétrodos e as partículas de fluido são carregadas. A região de contato dos elétrodos com o fluido compreende uma matriz contígua fechada de elementos condutivos não fibrosos formando um conjunto de pontos de elétrodos individuais nos quais se concentra o campo elétrico gerado pelo atomizador. O documento US 2001/0032897 Ά1 [8] divulga um pulverizador eletrostático que faz uso de tensão pulsada, a qual é obtida através de uma bateria ou um gerador como fonte de alimentação acoplado a um transformador elevador. O transformador elevador localiza-se junto ao bocal do pulverizador e o pulso de alta tensão é retificado e aplicado ao elétrodo eletrostático de modo a eletrificar o escoamento que é injetado pelo bico injetor do pulverizador. Considerando este conjunto, a alta tensão é aplicada ao elétrodo eletrostático com perdas minimizadas. 0 documento WO 2013/018477 AI [9] divulga um atomizador eletrostático que inclui um local de pulverização, um elétrodo de pulverização conectado ao local de pulverização, um elétrodo de referência e uma fonte de alimentação. Neste atomizador o elétrodo de pulverização e o elétrodo de referência são montados de tal maneira que a carga elétrica do material a ser atomizado é contrabalançada pela produção de pelo menos a mesma quantidade de cargas elétricas opostas no elétrodo de referência. 0 objetivo desta invenção é fornecer um atomizador eletrostático que pode ser modificado em termos de conjunto e configuração de modo simples e associado a um custo reduzido. No estudo conduzido por Martinez et al. [10], os autores estudaram numericamente um pulverizador eletrostático de bocal rotativo que contém um dispositivo de rotação de alta velocidade com elevado potencial elétrico, de modo a atomizar as partículas de tinta e produzir gotículas carregadas, as quais são pulverizadas na direção de um alvo. O pulverizador estudado no trabalho de Martinez et al. [10] consiste numa montagem convencional de um pulverizador de bocal rotativo e não inclui qualquer tipo de mecanismo semelhante a um anel de controlo ou pás retráteis que permita modificar o campo elétrico e, assim, controlar o padrão de escoamento das partículas carregadas. O documento EP 3375529 BI [11] divulga um dispositivo de pulverização eletrostática de configuração compacta que permite a sua fácil movimentação e fácil funcionamento do dispositivo, incluindo uma unidade de pulverização do liquido com um bocal de pulverização, uma fonte de alimentação que aplica uma determinada tensão entre o liquido e uma porção heteropolar para gerar um cone de Taylor e guiar o liquido a partir do fim distai do cone de Taylor e dividir o liquido, em particular a partir de repulsão eletrostática. 0 princípio de funcionamento deste dispositivo difere completamente da invenção divulgada no presente documento uma vez que funciona pela geração de um cone de Taylor e a separação das partículas é realizada por meio de repulsão eletrostática. Para além disso, não recorre ao uso de pás retráteis ou de um anel de controlo de alta tensão de modo a controlar as linhas equipotenciais e, a partir disso, a trajetória das partículas carregadas.

Os documentos aqui considerados divulgam pulverizadores eletrostáticos ou atomizadores, contudo, até à atualidade, estes dispositivos ainda apresentam falhas a nível de controlo das trajetórias de partículas de diversos alcances ou tamanhos, sendo que uma geração eficiente da pluma de escoamento por pulverização ainda constitui uma problemática. Nenhum dos documentos encontrados na literatura integram pás retráteis de alta tensão ou anel de controlo ajustável de alta tensão e também não apresentam qualquer tipo de mecanismo que permita controlar a distribuição eletrostática de modo a obter melhor autoridade sobre a trajetória das partículas. Num dos nossos anteriores trabalhos [12], demonstrámos que a utilização de um anel de controlo de alta tensão permite manipular as linhas equipotenciais e melhorar o controlo sobre as partículas carregadas, permitindo com isso um melhoramento da eficiência de transferência do processo de pintura.

presente documento divulga um sistema de pulverização eletrostática que em uma modalidade funciona com pás retráteis de alta tensão e em outra modalidade funciona com um anel de controlo ajustável de alta tensão. A utilização das pás retráteis de alta tensão ou do anel de controlo ajustável de alta tensão permite manipular e controlar a distribuição do campo elétrico, tal como as linhas equipotenciais eletrostáticas, que irão influenciar diretamente o processo de atomização permitindo um melhor controlo sobre as partículas atomizadas.

Descrição geral

No seguimento de fenómenos indesejáveis tal como o fenómeno de excesso de pulverização, fraca qualidade de pintura, baixos níveis de eficiência de transferência, consumo excessivo de material e elevada poluição ambiental durante a utilização de métodos de revestimento convencionais, o desenvolvimento de equipamentos de revestimento é um aspeto crucial. Os pulverizadores eletrostáticos têm apresentado um desempenho superior a nível de tecnologias de pulverização, o que tem levado a uma rápida evolução deste tipo de tecnologias que se têm tornado uma tecnologia chave na área dos revestimentos. Os equipamentos de pintura baseados em cargas eletrostáticas permitem efetivamente aumentar a eficiência de transferência do revestimento apresentando um tempo mais curto do processo. A utilização desta geração de pulverizadores leva a um desempenho de revestimento superior, revestimentos uniformes de elevada qualidade, redução dos custos com material, espessura de película mais uniforme e com elevada qualidade e diminuição dos impactos ambientais destrutivos. 0 processo de pulverização eletrostática por intermédio de pulverizadores de bocal rotativo de alta velocidade é amplamente usado na indústria, especialmente nas indústrias de revestimentos automotivos. Uma das questões mais críticas na formação de qualquer padrão de escoamento de pulverização, obtido por um bocal eletrostático rotativo, é a capacidade para controlar as trajetórias das partículas de tinta com diversos alcances e diversos tamanhos. As partículas atomizadas mais pequenas geralmente tendem a ser mais influenciadas pelas forças eletrostáticas geradas e pelo escoamento de ar de conformação e, desse modo, viajam de forma mais direcionada para o alvo a potencial terra que se pretende revestir. As goticulas de tinta com tamanhos maiores são menos afetadas pelas forças eletrostáticas e movem-se mais para o exterior do bocal do pulverizador, como um escoamento desviado e em excesso de pulverização. Pelo aumento da velocidade rotacional do bocal, o tamanho das partículas é reduzido, e desse modo as forças eletrostáticas passam a apresentar um melhor controlo sobre a trajetória das partículas. Algumas partículas de maior tamanho desviam-se do alvo que se pretende revestir. 0 teto e as paredes da cabine de pintura automotiva, corpo e braços do robot de pintura e corpo da pistola de pulverização podem ficar revestidos com estas partículas de tinta pulverizada. Outras partículas de tinta de massa mais elevada são afetadas pelas forças eletrostáticas e pelo escoamento de ar de conformação, mas apenas de maneira moderada. 0 sistema inovador aqui descrito e ilustrado procura incorporar de melhor maneira as goticulas atomizadas, especialmente as goticulas de maior tamanho, de modo a que estas permaneçam no escoamento principal e na formação do padrão de escoamento. Este efeito permite manter as áreas vizinhas limpas, permite reduzir o custo associado ao material e uma diminuição da poluição ambiental causada por este tipo de processos. Para além disso, permite obter um revestimento geral de qualidade superior e uma maior eficiência de transferência. A pulverização eletrostática envolve três sub-processos principais: (a) a geração da película, ligamentos e das goticulas dentro do bocal atomizador, (b) transporte dos materiais de tinta formados, (c) formação da película de tinta no alvo. A invenção aqui descrita consiste num novo sistema gerador de um campo elétrico, que inclui um conjunto inovador com pás retrateis de alta tensão e um conjunto inovador com um anel de controlo ajustável de alta tensão. Estes dois conjuntos inovadores que funcionam em conjunto com um pulverizador eletrostático, constituem um sistema adequado que permite um desenvolvimento significativo da eficiência de transferência tornando o processo de revestimento consideravelmente mais eficiente. Devido à elevada velocidade rotacional do bocal, até cerca de 70 krpm, a força centrífuga gerada afeta o líquido injetado. Consequentemente, a película, os ligamentos e as gotículas são formadas na superfície interna do bocal e esticados radialmente. Depois, estas gotículas produzidas são desintegradas devido à marcante velocidade relativa entre as fases líquida e gasosa. Seguidamente, fortes forças axiais, que são produzidas pelo campo eletrostático e pelo escoamento de ar de conformação de alta pressão, direcionam as gotículas de encontro ao alvo.

Esta invenção introduz dois sistemas de controlo diferentes e inovadores que permitem conduzir as gotículas atomizadas e carregadas na direção da peça de trabalho, sendo que estes dois sistemas têm por base a geração de um campo elétrico mais eficiente entre o bocal rotativo e a peça de trabalho de modo a que a força elétrica tenha maior influência sobre a direção do movimento das partículas carregadas. Estas tecnologias tiram partido da ionização do escoamento de ar pela aplicação de alta tensão com valores absolutos máximos de tensão negativa de aproximadamente -90 kV através de uma distância de segurança entre o bocal rotativo e o alvo, o qual pode ser usado para controlo de pintura intensiva por pulverização. Estes pulverizadores eletrostáticos podem funcionar em diferentes condições de funcionamento, por exemplo de modo a produzir diferentes tipos de padrão de película, com diferentes tipos de materiais ou diferentes formas de peças de trabalho. A integração das três forças principais, que incluem a força gerada pela velocidade rotacional do bocal rotativo, a força eletrostática gerada e a força produzida pela injeção do escoamento de ar de conformação, afeta a trajetória das partículas de tinta devido ao seu posicionamento e valores de carga.

A tecnologia introduzida na presente invenção como uma nova categoria de pulverizadores eletrostáticos, apresenta mecanismos inovadores de geração e controlo do campo elétrico por intermédio de pás retráteis de alta tensão ou de um anel de controlo ajustável de alta tensão, constituindo uma ferramenta versátil de revestimento capaz de suprir as principais exigências das industrias de acabamentos e permitindo criar revestimentos com uma distribuição de película uniforme com elevados valores de eficiência de transferência. Ambas as modalidades de funcionamento divulgadas consistindo na utilização de pás retráteis de alta tensão ou anel de controlo ajustável de alta tensão, permitem obter um controlo mais eficiente sobre o padrão do escoamento pulverizado, maior eficiência de transferência juntamente com um menor consumo de tinta liquida, reduzidos fenómenos de excesso de pulverização o que permite manter um ambiente vizinho mais limpo, a capacidade de fornecer um padrão de escoamento estreito reduzindo a dimensão dos ombros da pluma do escoamento formados pela pulverização, principalmente na área da superfície alvo que se pretende revestir, e ainda a redução da necessidade de proceder a limpezas manuais o que também resulta numa diminuição do tempo de produção dos produtos.

Descrição das figuras

Para uma melhor compreensão da presente invenção, são aqui apresentadas figuras representativas das diferentes modalidades que, contudo, não têm o intuito de limitar a técnica aqui divulgada.

Figura 1: a) Representa esquematicamente o sistema de revestimento, aplicado a um atomizador eletrostático rotativo, com uma combinação de pás retráteis de alta tensão onde:

1- Bocal rotativo,

2- Bico injetor de líquido,

3-Bicos injetores de ar,

4- Corpo da pistola em aço inoxidável,

5- Corpo da pistola em alumínio,

6- Pás retráteis em aço inoxidável,

7- Cobertura isolante,

8- Suporte base de pás retráteis.

b) Ilustra esquematicamente o sistema de revestimento, aplicado a um pulverizador eletrostático de alta velocidade de bocal rotativo com a combinação de um anel de controlo ajustável de alta tensão, onde:

9- Anel de controlo ajustável,

10- Abraçadeira,

11- Níveis de ajuste do anel de controlo,

12- Suporte base do anel de controlo,

13- Suportes de conetores do anel de controlo,

Figura 2: Representa a vista em perspetiva, frontal, de certos detalhes do equipamento ilustrado na Figura 1;

Figura 3: a) Ilustra a vista em perspetiva, frontal, em modo semi-aproximado do equipamento ilustrado na Figura 1 b); b) Ilustra a vista em perspetiva frontal, em modo mais aproximado do equipamento ilustrado na Figura 1 b);

Figura 4: Representação da distribuição das linhas equipotenciais em torno do pulverizador eletrostático perante diferentes montagens: (a) padrão do campo elétrico com pás retráteis de alta tensão montadas na cabeça do pulverizador; (b) padrão do campo elétrico com anel de controlo ajustável de alta tensão montado na cabeça do pulverizador; (c) padrão do campo elétrico apenas a cabeça do pulverizador de alta tensão. Nos quais (14) representa a superfície alvo e (15) representa a distribuição de linhas equipotenciais.

Figura 5: Esquema representativo do novo pulverizador eletrostático aplicado numa cabine convencional de pintura automotiva, na qual:

14- Superfície alvo,

15- Distribuição de linhas equipotenciais,

16- Padrão da pluma de escoamento pulverizado,

17- Chão gradeado,

18- Exaustor de ar,

19- Reservatório de água,

20- Tinta alagada,

21- Eclusa de retorno,

22- Potencial terra,

23- Suporte base do equipamento robótico,

24- Fornecedor de ar de entrada,

25- Calhas de deslizamento,

26- Sistema de controlo da cabine de pintura,

27- Sistema de monitorização da cabine de pintura,

28- Entrada manual do operador,

29- Unidade de alta tensão,

30- Conversor de tensão,

31- Compressor de ar,

32- Reservatório de tinta,

33- Conduta de fornecimento de tinta,

34- Conduta de ar de alta pressão,

35- Cabo de alta tensão.

Figura 6: Ilustra esquematicamente o complicado padrão de trajetórias de gotículas de tinta que se podem dividir em quatro comportamentos diferentes:

36- Vórtice toroidal de gotículas de tinta,

37- Trajetória de gotículas de tamanho grande,

38- Trajetória de goticulas de pequeno tamanho,

39- Goticulas ressaltadas do alvo com padrão circular,

40- Partículas em excesso de pulverização junto ao ombro da pluma pulverizada,

41- Motor.

Figura 7: Indica o complicado padrão de escoamento de ar (visualizado com o método de linhas de convolução integral (LIC)) que pode ser dividido em quatro comportamentos principais:

42- Vórtices toroidais de ar interiores,

43- Vórtices toroidais de ar exteriores junto ao ombro da pluma pulverizada,

44- Escoamento de ar de conformação,

45- Vórtices toroidais de ar exteriores junto à peça de trabalho alvo.

Correspondência de números:

(1): Bocal rotativo.

(2): Bico injetor de líquido.

(3): Bicos injetores de ar.

(4) : Corpo da pistola em aço inoxidável.

(5) : Corpo da pistola em alumínio.

(6): Pás retrácteis em aço inoxidável.

(7): Cobertura isolante.

(8): Suporte base de pás retrateis.

(9): Anel de controlo ajustável.

(10): Abraçadeira.

(11) : Níveis de ajuste.

(12): Suporte base.

(13) : conetores de suporte.

(14): Superfície alvo.

(15) : Distribuição de linhas equipotenciais.

(16) : Padrão da pluma de escoamento pulverizado.

(17) : Chão gradeado.

(18) : Exaustor de ar.

(19) : Reservatório de água.

(20 ): Tinta alagada.

(21) : Eclusa de retorno.

(22) : Potencial terra.

(23) : Suporte base do equipamento robótico.

(24) : Fornecedor de ar de entrada.

(25) : Calhas de deslizamento.

(26) : Sistema de controlo da cabine de pintura.

(27) : Sistema de monitorização da cabine de pintura.

(28) : Entrada manual do operador.

(29) : Unidade de alta tensão.

(30) : Conversor de tensão.

(31) : Compressor de ar.

(32) : Reservatório de tinta.

(33) : Conduta de fornecimento de tinta.

(34) : Conduta de ar de alta pressão.

(35) : Cabo de alta tensão.

(36) : Vórtice toroidal de gotículas de tinta.

(37) : Trajetória de gotículas de tamanho grande.

(38) : Trajetória de goticulas de pequeno tamanho.

(39) : Goticulas ressaltadas do alvo com padrão circular.

(40) : Partículas em excesso de pulverização junto ao ombro da pluma pulverizado.

(41) : Motor.

(42) : Vórtices toroidais de ar interiores.

(43) : Vórtices toroidais de ar exteriores junto ao ombro da pluma pulverizada.

(44) : Escoamento de ar de conformação.

(45) : Vórtices toroidais de ar exteriores junto à peça de trabalho alvo.

Descrição detalhada

A presente invenção diz respeito a um sistema de pulverização eletrostática com pás retráteis de alta tensão ou anel de controlo ajustável (9) de alta tensão. As ilustrações das diferentes modalidades são apresentadas na Figura 1 e são baseadas no conceito de um carregamento elétrico externo eficiente que é produzido por pás retrácteis em aço inoxidável (6), com potencial de alta tensão, ou anel de controlo ajustável (9), também com potencial de alta tensão, montados num corpo de pistola em alumínio (5) a potencial terra. Em ambas as modalidades o pulverizador eletrostático compreende um bocal rotativo (1) que funciona com elevada velocidade angular e um bico injetor de líquido (2) ou mistura a partir do qual as partículas de tinta ou outro tipo de partículas (tais como químicos ou pesticidas) são injetadas. Podem ser usados bocais rotativos (1) com diâmetros de 35 mm, 50 mm e 65 mm dependendo das condições de funcionamento. Em adição, ambas as modalidades compreendem uma pluralidade de bicos injetores de ar (3) que formam um escoamento de ar de conformação, de modo a produzir o escoamento de ar de conformação, e um corpo da pistola em aço inoxidável (4) com potencial de alta tensão acoplado ao corpo da pistola em alumínio (5) a potencial terra. Numa modalidade, representada na Figura l(a), o sistema é constituído por pás retráteis que são constituídas por uma parte frontal de pás retrácteis em aço inoxidável (6), alimentadas por alta tensão, e por uma parte traseira de cobertura isolante (7) das pás retrácteis e são montadas no sistema por intermédio de um suporte base de pás retráteis (8) não-condutor. Esta montagem com pás retráteis é introduzida com o intuito de criar um campo eletrostático que contribui para a geração de correntes de descarga. A utilização de alta tensão em pás circulares retráteis e removíveis, que se encontram conectadas ao atomizador eletrostático, permitem a alteração do campo eletrostático e podem ser adaptadas para diferentes propósitos, por exemplo, para uso em ambiente exterior. Numa modalidade, dez pás retráteis com iguais espaçamentos entre elas (36°) são montadas no suporte base de pás retráteis (8) espaçadas radialmente para fora e apresentando um ângulo de cerca de 6° em relação ao eixo perpendicular do eixo do pulverizador. Os lados frontais das pás retráteis de alta tensão são fabricados em material condutivo como aço inoxidável e os lados traseiros são cobertos por material isolante elétrico. Os limites máximos de comprimento e largura das pás retráteis em secção transversal são 130 mm e 80 mm, respetivamente, igualmente espaçadas a nível circunferencial em intervalos de 36° em torno do eixo do bocal rotativo (1) do corpo da pistola. Noutra modalidade, representada na Figura 1 (b), o sistema compreende um anel de controlo ajustável (9) que contém uma abraçadeira (10), em aço inoxidável, com uma rosca de aperto que permite apertar e ajustar o anel de controlo de alta tensão nos diferentes níveis de ajuste (11) do anel de controlo ajustável (9). Este sistema permite o funcionamento do sistema de pulverização eletrostático para uma ampla gama de diâmetros do anel de controlo ajustável (9) de alta tensão. 0 sistema contém ainda um suporte base (12) do anel de controlo ajustável (9) instalado no corpo da pistola, uma pluralidade de conetores de suporte (13) do anel de controlo ajustável (9) que permitem fixar e estabelecer o anel de controlo ajustável (9) na posição desejada. 0 conjunto com anel de controlo ajustável (9) de alta tensão é utilizado de modo a criar um campo eletrostático que contribui para a geração correntes que fluem sobre uma superfície base. Pela alteração dos níveis de ajuste disponíveis no corpo do anel de controlo ajustável (9), ao qual é aplicado um potencial de alta tensão, é possível obter um campo elétrico alterável para diferentes condições de funcionamento do atomizador, por exemplo, pode ser aberto de modo a atingir um maior raio de campo elétrico numa condição de velocidade de rotação superior ou pintura externa, ou recorrendo a uso de ar comprimido.

A Figura 2 mostra em detalhe a geometria do pulverizador eletrostático que inclui um bocal rotativo (1) de alta tensão, um bico injetor de líquido (2), uma pluralidade de bicos injetores de ar (3), um corpo de pistola em aço inoxidável (4) de alta tensão e um corpo da pistola em alumínio (5) a potencial terra.

A Figura 3 mostra o novo sistema de pulverização eletrostática com as pás retráteis nas quais (1) representa o bocal rotativo, (2) representa o bico injetor de líquido ou mistura, (3) representa a pluralidade de bicos injetores de ar que irá formar um escoamento de ar de conformação, (4) representa o corpo da pistola em aço inoxidável com potencial de alta tensão e (5) representa o corpo da pistola em alumínio a potencial terra. Tal como exemplificado na Figura 3, as pás retráteis são constituídas por um lado frontal de pás retráteis em aço inoxidável (6) e potencial de alta tensão, e um lado traseiro constituído por uma cobertura isolante (7) de pás retráteis, as quais são montadas num suporte base de pás retráteis (8) não condutivo e, dependendo das condições de funcionamento, as pás podem ser retraídas e a sua influência no campo elétrico pode ser anulada.

A Figura 4 demonstra o potencial elétrico e a distribuição das linhas equipotenciais para diferentes modalidades na qual (1) representa o bocal rotativo, (3) representa uma pluralidade de bicos injetores de ar, (4) representa o corpo da pistola em aço inoxidável ao qual é aplicado um potencial de alta tensão, (5) representa o corpo da pistola em alumínio a potencial terra, (9) representa o anel de controlo ajustável de alta tensão, (6) representa as pás retrácteis em aço inoxidável, (7) representa a cobertura isolante de pás retrácteis, (14) representa a superfície alvo a potencial terra e (15) representa a distribuição de linhas equipotenciais. Esta Figura ilustra a distribuição das linhas equipotenciais geradas desde o suporte base de pás retráteis (8) ou anel de controlo ajustável (9) de alta tensão, que são geradas com um longo alcance de modo a atingir a superfície alvo (14). Uma relação apropriada deve ser mantida entre a descarga das gotículas de tinta desde a borda do bocal rotativo e a banda de distribuição das linhas equipotenciais. No caso da distribuição do campo eletrostático se encontrar muito próxima do bocal rotativo (1) (Figura 4c)) as linhas equipotenciais com elevado valor absoluto de tensão negativa apresentam um efeito limitado sobre as gotículas dispensadas por pulverização. No caso em que o sistema funciona com pás retráteis em aço inoxidável (6), com potencial de alta tensão, ou anel de controlo ajustável (9), também com potencial de alta tensão, a pluma do escoamento pulverizado pode ser mais estreita ou mais ampla sendo que este controlo pode ser determinado pela utilização de maiores ou menores valores absolutos de tensão negativa aplicada pela unidade de alta tensão (29), o que permite também manipular o formato como são geradas as linhas equipotenciais.

A partir do uso de pás retráteis de alta tensão (de acordo com a comparação entre as imagens a) e b) da Figura 4), não há formação de lacunas ou espaçamentos na distribuição das linhas de potencial elétrico que são formadas desde as pás retráteis em aço inoxidável (6) e a superfície do bocal rotativo (1), devido à distribuição e espaçamentos entre as pás adjacentes. Tendo por base a montagem portátil com pás retráteis de alta tensão em um corpo atomizador eletrostático, a primeira e segunda áreas de campo elétrico produzidas pelas pás retráteis e pelo bocal rotativo (1) expandem totalmente e cobrem por completo toda a região na qual se desenvolve o padrão da pluma de escoamento pulverizado (16) . Tendo por base o conjunto de anel de controlo ajustável (9) de alta tensão montado no corpo do atomizador eletrostático, a primeira e segunda regiões de potencial elétrico produzidas pelo anel de controlo ajustável (9) de alta tensão com um diâmetro fixo e pelo bocal rotativo (1) não cobrem na sua totalidade o padrão da pluma de escoamento pulverizado (16) . Nesse sentido os níveis de ajuste (11) do anel de controlo permitem estabelecer o diâmetro do anel de controlo ajustável (9) de modo a que este apresente uma influência efetiva sobre a distribuição de linhas equipotenciais (15) permitindo assim a sua utilização para diversas condições de funcionamento e diferentes tipos de revestimentos.

A área da superfície e o comprimento das pás retráteis de alta tensão (6, bem como a distância destas em relação ao bocal rotativo (1) e o ângulo de inclinação que também terá influência da proximidade destas em relação ao bocal rotativo (1), são parâmetros que afetam significativamente a distribuição de linhas equipotenciais (15) e, como tal, afetam também a distribuição das partículas pulverizadas. 0 padrão de potencial elétrico anular gerado por pás retráteis em aço inoxidável (6) ou anel de controlo ajustável (9) irá evitar que as gotículas carregadas pulverizadas se estendam em demasia para fora do eixo do bocal rotativo (1) de modo a que atinjam de maneira mais eficaz a superfície alvo (14).

A Figura 5 apresenta uma representação esquemática da aplicação do novo sistema de pulverização eletrostático aplicado numa cabine de pintura automotiva. Embora nesta figura esteja apenas representada a montagem com anel de controlo ajustável (9) de alta tensão, a montagem com pás retráteis de alta tensão também é aplicável a este tipo de cenário. Nesta figura (1) representa o bocal rotativo, (4) representa o corpo da pistola em aço inoxidável e (9) o anel de controlo ajustável de alta tensão do pulverizador eletrostático que irá atomizar as partículas de tinta e criar um padrão da pluma de escoamento pulverizado (16) projetado na direção da superfície alvo (14) conectada a um potencial terra, sendo que neste caso específico a superfície alvo será a carroçaria de um veículo. A estrutura automotiva é geralmente movida por calhas de deslizamento (25) montadas sobre um chão gradeado (17) que permite a drenagem das partículas de tinta excessivas para o reservatório de água (19), que se encontra equipado com uma eclusa de retorno (21), e que devido a esta drenagem de tinta excessiva forma neste reservatório uma mistura de tinta alagada (20). Durante o processo de pintura, há uma circulação de ar na cabine de pintura que é obtida a partir de um fornecedor de ar de entrada (24) sendo que posteriormente o ar abandona a cabine de pintura por intermédio de um exaustor de ar (18). Ainda nesta figura, (23) representa o suporte base do equipamento robótico que se encontra conectado ao sistema de monitorização da cabine de pintura (27) e à entrada manual do operador (28). A alta tensão necessária para o funcionamento do pulverizador eletrostático é fornecida por uma unidade de alta tensão (29) conectada a um conversor de tensão (30) o qual converte a tensão e entrega o nível de alta tensão necessário ao funcionamento do pulverizador eletrostático por intermédio de um cabo de alta tensão (35) de acordo com o estabelecido no sistema de controlo da cabine de pintura (26). O escoamento de ar de conformação é gerado a partir de ar comprimido que é recebido de um compressor de ar (31) através de uma conduta de ar de alta pressão (34) e as partículas de tinta são fornecidas a partir de um reservatório de tinta (32) que é conectado ao pulverizador através de uma conduta de fornecimento de tinta (33). 0 ar comprimido a alta pressão é então injetado a partir de noventa bicos injetores de ar (3) (com um ângulo de intervalo angular de 4^o), com iguais intervalos, de modo a gerar e direcionar um escoamento de ar de conformação, na parte posterior à borda do bocal rotativo (1). A superfície alvo (14), a unidade de alta tensão (29), o conversor de tensão (30) e o reservatório de tinta encontram-se conectados a um potencial terra (22).

A Figura 6 esquematiza o complexo padrão das diferentes trajetórias de partículas pulverizadas. As gotículas ou partículas quando pulverizadas, após serem projetadas pelo bocal rotativo (1) do pulverizador podem apresentar quatro comportamentos principais distintos: trajetória em vórtice toroidal de gotículas de tinta (36), trajetória de gotículas de tamanho grande (37), trajetória de gotículas de pequeno tamanho (38), gotículas ressaltadas do alvo com padrão circular (39), partículas em excesso de pulverização junto ao ombro da pluma pulverizada (40). Através da colocação apropriada das pás retráteis em aço inoxidável (6) ou do anel de controlo ajustável (9), ambos a funcionar a um potencial de alta tensão, em torno do bocal do atomizador, estes permitem aumentar ou diminuir a influência que a força eletrostática exerce sobre o escoamento das partículas de revestimento que são distribuídas pelo bocal rotativo (1). Quanto mais tempo as gotículas pulverizadas permanecerem na zona em que o campo eletrostático é mais forte, mais afetada será a trajetória (29, 40, 41, 42 e 43) destas partículas e maior será o efeito de prevenção destas se desviarem na direção radial (39, 43), de modo a mantê-las numa trajetória mais linear e mais desejável na direção da superfície alvo (40, 41) .

A Figura 7 ilustra o padrão do escoamento de ar em modo de funcionamento o qual inclui quatro padrões de escoamento principais: vórtices toroidais de ar interiores (42), vórtices toroidais de ar exteriores junto ao ombro da pluma pulverizada (43), jato de escoamento de ar de conformação (44) e vórtices toroidais de ar exteriores junto à peça de trabalho alvo (45) . O escoamento de ar de conformação (44) que é libertado no bocal rotativo (1) e intensificado pelo ar de alta pressão que é libertado pelos bicos injetores de ar (3) .

Exemplos de aplicações

A presente invenção pode ser utilizada em variadas aplicações industriais tais como revestimentos automotivos, desinfeção de variados tipos de espaços ou aplicação de pesticidas em agricultura.

Referências

[1] Seitz, D. M., Shaping air and bell cup combination, WO 2009/012025 A2, 2009

[2] Wang, S., Method and apparatus for electrostatic spray, WO 2004/041443 A2, 2004

[3] Sumiyoshi, T., Electrostatic spray device, WO 03/072263 Al, 2003

[4] Hans-Jurgen Noite, B., Andreas Fischer, L., Peter Marquardt, S., Jurgen Berkowitsch, N., Joachim Schneider, T., Electrode assembly for an electrostatic atomizer, US10464084 B2, 2019

[5] Steven C. Cooper, A., Electrostatic fluid sprayer with active fluid cloud dispersai feature and method of electrostatic spraying, US 10894262 Bl, 2021

[6] Gunnar van der Steur, C., Apparatus and method for electrostatic spraying of conductive coating materiais, US 7056387 B2, 2006

[7] Allen, J., An electrostatic atomiser, WO 2004/071670 Al, 2004

[8] Shawpittman, M. D. B., Electrostatic sprayer, US 2001/0032897 Al, 2001

[9] Dau, V. T., Terebessy, T., Electrostatic atomizer and method for electrostatically atomizing by use of the same, WO 2013/018477 Al, 2013

[10] Martinez, L., Automotive Rotary-Bell Spray Painting, Master Dissertation, Univeristy of Gothernburg, 2019

[11] Sato, K. , Kakizaki, S., Electrostatic Spray Device, EP3375529A1, 2018

[12] Pendar, M., Páscoa, J.C., Numerical analysis of charged droplets size distribution in the electrostatic coating process: Effect of different operational conditions, Physics of Fluids, vol. 33, 2021

Covilhã, 24 de março de 2022.

Claims (11)

1. Pulverizador eletrostático que compreende pelo menos um bocal rotativo (1), um bico injetor de líquido (2) ou mistura para fornecer os materiais de revestimento, uma pluralidade de bicos injetores de ar (3), que injetam ar comprimido e geram um escoamento de ar de conformação, um corpo de pistola em aço inoxidável (4), um corpo da pistola em alumínio (5), uma pluralidade de pás retráteis em aço inoxidável (6) com potencial de alta tensão e com uma cobertura isolante (7) que isola eletricamente a parte traseira das pás retráteis em aço inoxidável (6), montadas num suporte base de pás retráteis (8), no qual as pás retráteis criam um campo elétrico, manipulam a distribuição de linhas equipotenciais (15) e controlam a força eletrostática que atua sobre as partículas pulverizadas.

2. Pulverizador eletrostático de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as pás retráteis poderem ser substituídas por um anel de controlo ajustável (9) de alta tensão, equipado com uma abraçadeira (10), em aço inoxidável, uma pluralidade de níveis de ajuste (12) dispostos ao longo do perímetro do anel de controlo ajustável (9), um suporte base (12) e uma pluralidade de conetores de suporte (13) que fixam o anel de controlo ajustável (9), no qual o anel de controlo ajustável (9) ao funcionar com alta tensão cria um campo elétrico, manipula a distribuição de linhas equipotenciais (15) e controla a força eletrostática que atua sobre as partículas pulverizadas.

3. Sistema de pulverização eletrostática que compreende o dispositivo descrito nas reivindicações anteriores, caracterizado por as pás retráteis em aço inoxidável (6) serem alimentadas com uma tensão DC negativa compreendida entre -lOkV e -90kV.

4. Sistema de pulverização eletrostática de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o anel de controlo ajustável (9) funcionar com um diâmetro compreendido entre 250mm e 325mm.

5. Sistema de pulverização eletrostática de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o anel de controlo ajustável (9) ser alimentado com uma tensão DC negativa compreendida entre -lOkV e -90kV.

6. Sistema de pulverização eletrostática de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o máximo comprimento e máxima largura das pás retráteis em aço inoxidável (6) ser de 130mm e 80mm, respetivamente.

7. Sistema de pulverização eletrostática de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por as pás retráteis em aço inoxidável (6) se encontrarem igualmente espaçadas em circunferência com intervalos de 36° em torno do eixo de rotação do bocal rotativo.

8. Sistema de pulverização eletrostática de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por as pás retráteis em aço inoxidável (6) se encontrarem radialmente espaçadas para fora com um ângulo de 6°.

9. Sistema de pulverização eletrostática de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por o diâmetro do bocal rotativo (1) ser compreendido entre 35mm e 65mm.

10. Sistema de pulverização eletrostática de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por o bocal rotativo (1) funcionar com velocidades angulares até 70krpm.

11. Sistema de pulverização eletrostática de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por o escoamento de ar de conformação ser produzido por noventa bicos injetores de ar (3) de conformação com um intervalo de 4^o gerando e direcionando um escoamento de ar artificial na borda do bocal rotativo.