¿Qué sucede cuando este circuito integrador alcanza la saturación?

¿Cuál es la fórmula para calcular el tiempo que tarda V(R3) en caer a cero? ¿Es solo 5RC (que es 5 ms) y coincide con la simulación o debo tener en cuenta el hecho de que ya hay carga acumulada en las placas C1 debido al voltaje negativo en Vout?

Es una función de decaimiento exponencial, por lo que en realidad nunca llega a cero. Solo tienes que decidir qué tan cerca es "lo suficientemente cerca". 5×RC es el tiempo que tarda en estar dentro del 1% de su valor final. 3×RC te lleva dentro del 5%. La carga inicial no tiene un efecto apreciable sobre esto.

La fórmula general es esta: el tiempo que tarda la curva de caída exponencial en estar dentro de 1/N (estamos hablando de una fracción de la diferencia entre los valores inicial y final) del valor final es

$$t = \ln(N)\cdot\tau$$

donde tau ($\tau$) es la "constante de tiempo", igual a RC en este caso. Entonces, ln(20) = 3 y ln(100) = 4.6, que generalmente redondeamos a 5.

Además, qué sucede cuando Vin cambia a -5V (a 21 ms). ¿Cuál es la fórmula para calcular el tiempo que tarda V- en llegar a cero?

Esta es solo la primera parte de la caída exponencial, donde el valor alcanza el punto medio entre sus valores inicial y final. Como sabe cualquiera que haya usado un temporizador 555, esto es 0.693 × RC. (Porque ln(2) = 0.693147)