Viscosidade da pasta de pigmento em revestimentos: mantendo o cisalhamento sob controle com bombas de lóbulo rotativo de cerâmica
Em uma fábrica de revestimentos, mover a pasta de pigmento de um tanque para outro parece ser a parte menos interessante do dia. Também pode ser o motivo pelo qual um lote sai com brilho fraco, má cobertura ou uma cor que não combina com a última tiragem. A viscosidade da pasta de pigmento muda com o cisalhamento e a bomba geralmente inicia essa mudança. O equipamento de transferência, por outras palavras, faz parte da formulação, quer alguém o trate dessa forma ou não. Ele molda lote-a-cor de lote, estabilidade de finura e tixotropia.
As partículas de pigmento devem ser desaglomeradas, dispersas e orientadas. Os dispersantes envolvem as partículas e fornecem repulsão eletrostática ou obstáculo estérico. Essa camada mantém a pasta estável. Não é indestrutível. Taxas de cisalhamento altas o suficiente-30.000 s⁻¹ é uma linha comum na indústria - e as partículas que já foram separadas podem se aglomerar novamente ou a camada dispersante pode ser removida. A qualidade da dispersão cai. Nada parece errado na bomba. O revestimento mostra isso mais tarde: menos brilho, ocultação mais fraca, uma cor que mudou.
As bombas centrífugas geralmente são onde o problema começa. Um impulsor-de rotação rápida tem alta velocidade de ponta e isso exerce forte cisalhamento na pasta. Na mesma vazão, uma bomba centrífuga geralmente produz taxas de cisalhamento acima de 45.000 s⁻¹. Uma bomba de lóbulo rotativo pode atingir perto de 12.000 s⁻¹. Com pasta acima de 5.000 mPa·s, uma bomba centrífuga não é apenas ineficiente; continua adicionando energia de cisalhamento que a pasta não consegue suportar. As bombas de engrenagem também não são uma resposta clara. A folga da malha cria cisalhamento localizado que pode exceder o limite da pasta.
Uma bomba de lóbulo rotativo de cerâmica funciona com um princípio diferente. É um deslocamento positivo. Dois lóbulos giram em sincronia e criam uma mudança de volume móvel na câmara. O produto é empurrado, não arremessado. Os lóbulos nunca se tocam nem na parede da câmara. As folgas geralmente variam de 0,1 a 0,5 mm. O fluxo através da câmara é suave, sem nenhuma turbulência na ponta do impulsor. A velocidade do lóbulo é normalmente de 200 a 500 rpm; uma bomba centrífuga pode funcionar em torno de 2.900 rpm. O produto permanece próximo do laminar e as taxas de cisalhamento podem ser mantidas em torno de 10 a 50 s⁻¹. As bombas centrífugas normalmente funcionam de 1.000 a 10.000 s⁻¹.
A taxa de cisalhamento e a força de cisalhamento não são iguais. A taxa de cisalhamento é a rapidez com que o gradiente de velocidade muda no fluido. A força de cisalhamento é o que realmente atua nos aglomerados de pigmentos. A baixa velocidade reduz a taxa de cisalhamento, mas a verdadeira proteção vem do perfil do lóbulo. As formas envolventes ou cicloidais comprimem o produto gradualmente em vez de atingi-lo. Os aglomerados deformam-se lentamente em vez de fraturarem repentinamente. Para pasta que já foi dispersa, essa distinção é importante.
A cerâmica ajuda de outra forma. Pasta de pigmento com dióxido de titânio ou óxido de ferro é abrasiva. As bombas de metal se desgastam, os lóbulos e as paredes da câmara perdem material, as folgas se abrem e o comportamento de cisalhamento muda. Um revestimento cerâmico pode atingir dureza Vickers acima de 1.600 HV. Ela resiste ao desgaste de três a cinco vezes melhor que o ferro fundido com alto-cromo e, em serviços abrasivos, pode durar de quatro a seis vezes mais que uma bomba de metal convencional. Os parâmetros de cisalhamento permanecem estáveis à medida que a bomba envelhece. A cerâmica também não lixivia íons metálicos, o que é importante em revestimentos de alta-pureza, onde a contaminação por ferro pode alterar a tonalidade do pigmento ou desestabilizar o sistema.
As configurações de inicialização e operação são importantes mesmo com uma bomba de baixo-cisalhamento. A pasta de pigmento geralmente apresenta maior viscosidade aparente quando parada. Ir direto para a velocidade máxima pode causar flutuações de pressão na câmara e um breve pico de cisalhamento local. Um inversor de frequência variável com rampa linear aumenta a velocidade lentamente. Para pasta colorida acima de 5.000 mPa·s, mantenha a velocidade máxima próxima a 200 rpm. A pressão de descarga também precisa ser monitorada. Muita contrapressão força mais fluxo através do lóbulo-para-a folga da câmara, e o cisalhamento local piora.
A tubulação é esquecida. Cole a tesoura apenas fluindo pelo tubo. Cotovelos, redutores e válvulas criam zonas de alto-cisalhamento alterando a velocidade. Uma linha de descarga complicada pode adicionar cisalhamento mesmo quando a bomba é suave. Corridas retas e menos acessórios reduzem o risco.
Mover a pasta de pigmento não é uma questão de “se ela se move, funciona”. A viscosidade reage ao cisalhamento, portanto o equipamento de transferência torna-se parte do desempenho do produto final. Uma bomba de lóbulo rotativo de cerâmica não elimina o cisalhamento. Ele mantém o cisalhamento dentro do que a pasta pode suportar, e os materiais e a geometria mantêm esse controle ao longo do tempo.
