Regulação de plasma com robustez e precisão inigualáveis
A empresa estadunidense Linde Advanced Material Technologies Inc. (Linde AMT) é uma das principais fornecedoras de sistemas de revestimento de superfícies. Portanto, a segurança incondicional dos sistemas está em primeiro plano. Com o apoio da Bürkert, a Linde AMT desenvolveu um dos sistemas de pulverização por plasma mais compactos e confiáveis do mercado.
A pulverização por plasma é um processo de pulverização térmica usado para revestimento de superfícies. Durante esse processo, os materiais como cerâmica, metais, Cermets ou polímeros são derretidos e pulverizados em alta velocidade sobre superfícies, geralmente substratos metálicos. As áreas de aplicação são, principalmente, indústria aeroespacial, automobilística, eletrônica ou fabricação de turbinas. O revestimento geralmente melhora a resistência ao desgaste, a resistência à corrosão ou a proteção térmica de uma superfície.
Durante a pulverização por plasma, os gases como argônio, nitrogênio, hélio ou hidrogênio são dissociados e ionizados por meio de um arco elétrico em um queimador. Os componentes atômicos se recombinam atrás do bico e emitem um calor enorme no processo. As temperaturas do núcleo de plasma alcançam 20.000 K. O material de revestimento pulverizado é injetado neste jato de plasma, derretido em altas temperaturas e jogado na peça trabalhada por meio de fluxo de plasma.
A pulverização por plasma requer processos estáveis que podem ser reproduzidos
Os sistemas de revestimento geralmente operam 24 horas por dia e em ambientes industriais adversos. Consequentemente, o que importa não é só a robustez dos componentes, mas também a repetibilidade do processo: as espessuras e densidades do revestimento são determinadas exclusivamente pela definição e manutenção dos parâmetros de pulverização.
A regulagem de gás combustível da unidade de controle do sistema de pulverização por plasma TAFA® 6600XL da Linde AMT é compacta.
Por exemplo, é possível controlar os fluxos de gás fornecidos ao queimador por meio de uma Unidade de controle da vazão mássica (Mass Flow Controller, MFC). Para determinar a vazão, a pressão diferencial ou a temperatura é medida acima e abaixo da válvula. Trata-se de um processo elegante, mas muito sensível à contaminação e com alta necessidade de manutenção. Além disso, as MFC são relativamente caras.
Sistema de pulverização por plasma com baixo desgaste
Por outro lado, a unidade de controle do sistema de pulverização por plasma TAFA® da Linde AMT utiliza um sistema mecânico para medição de gases. Cada gás é direcionado por meio de um distribuidor com quatro válvulas através de saídas de diferentes diâmetros, altamente precisas e feitas de rubi. Esse processo aproveita um fenômeno físico: se for criada uma pressão acima da abertura que é aproximadamente duas vezes maior que a pressão abaixo da abertura, o fluxo de gás atingirá a velocidade do som. Devido a vários motivos físicos, a velocidade através da abertura não pode aumentar mais que isso. No entanto, como os parâmetros pressão, velocidade de vazão e área percorrida estão relacionados por uma lei da física, quando a velocidade é mantida constante e a pressão é aumentada, apenas a densidade do gás muda. Assim, fica muito fácil ajustar a vazão mássica do gás no queimador.
As saídas que podem ser selecionadas individualmente e trocadas facilmente são feitas de rubi e, portanto, têm longa vida útil.
"Nosso sistema não contém peças móveis, portanto, não contém componentes de desgaste que sofrem tensão mecânica", explica Andrew J. Bolduc, gerente de produtos de plasma na Linde AMT. "O rubi é a única peça que se desgasta, mas ele pode ser usado facilmente por uma década antes de precisar ser substituído."
Regulação precisa da vazão volumétrica
Uma vantagem adicional da solução da Linde AMT é a regulação precisa da vazão volumétrica. Ao usar uma MFC, a tolerância é baseada em sua vazão volumétrica máxima especificada (Full Scale). Isso é muito importante em aplicações sensíveis de hidrogênio, quando o regulador precisa definir vazões volumétricas grandes e muito pequenas. A tolerância absoluta da vazão pode resultar em desvios que são acima dos limites de tolerância e que impossibilitam a regulação precisa.
O sistema de controle TAFA® da Linde AMT é diferente: as saídas das quatro válvulas montadas no suporte podem ter quatro diâmetros diferentes. Dependendo da vazão volumétrica desejada, é possível abrir uma ou mais saídas e obter assim 15 combinações diferentes otimizadas para a vazão desejada. Além disso, as placas de orifício podem ser facilmente substituídas por placas de outros diâmetros. "Não há outro dispositivo hoje que possa fazer algo desse tipo. Por meio do mesmo distribuidor, podemos controlar fluxos de massa de mais de 1.000 SCFH (Standard Cubic Feet per Hour) até 5 SCFH com a precisão de mais de 1 SCFH", afirma o gerente de produto com muito entusiasmo.
Conceito modular permite até quatro queimadores
Para alcançar e manter a qualidade desejada do processo de revestimento, a combinação geral de controle de gás e queimador de plasma é validada. Portanto, a substituição do queimador resultaria na requalificação de todo o sistema. Por esse motivo, o sistema da Linde AMT possui até quatro pontos de conexão para que os quatro queimadores possam ser conectados em paralelo e ligados com um botão. Esse conceito global também permite que cada dispositivo seja montado pela Linde de acordo com a variabilidade desejada.
"Kick and Drop" fortes e econômicos
As válvulas Bürkert com a tecnologia "kick and drop" podem ser instaladas em ambientes com atmosfera explosiva e extremamente estanques. Eles também suportam altas pressões de comutação. No bloco de válvulas, há quatro dessas bobinas posicionadas bem próximas umas das outras.
Um desafio do projeto do sistema TAFA® é que a contrapressão a qual a válvula é sujeita do lado do queimador pode ser de até 0,7 MPa (100 psi). Devido à compacidade necessária do suporte da válvula, esse requisito só pode ser cumprido com a tecnologia "Kick and Drop" da Bürkert: um impulso de fluxo curto gera a alta força inicial necessária para abrir a válvula e, apenas meio segundo depois, a potência necessária é reduzida em até 80%. Isso permitiu à Linde AMT utilizar para fechamento das válvulas molas extremamente fortes que podem suportar uma contrapressão significativamente mais elevada, em comparação com as válvulas comuns. "Para o processo, é de suma importância que a quantidade de gás que flui seja exatamente a quantidade definida. Se uma das válvulas falhasse e causasse um fluxo de fuga, isso alteraria completamente a dinâmica do queimador e, portanto, teria um impacto negativo nas propriedades do revestimento", diz Andrew J. Bolduc, frisando esse aspecto importante.
Mais segurança graças à menor carga térmica
A potência reduzida das bobinas "Kick and Drop" no modo de espera também reduz a carga térmica. "No bloco de válvulas, há quatro dessas bobinas posicionadas bem próximas umas das outras. No caso de sobrecarga térmica, uma válvula pode se desligar sem que isso seja percebido, o que deve ser evitado a todo custo", diz o especialista, descrevendo uma exigência fundamental. "Carregamos as bobinas com grandes pesos em regime contínuo e tentamos causar uma sobrecarga. Mas não conseguimos. As bobinas Bürkert não falharam nem uma única vez", afirma Andrew J. Bolduc. Mais uma vantagem para todo o sistema são as baixas correntes de irrupção de bobinas. Elas permitem que o sistema de controle da Linde AMT atue maior número de válvulas simultaneamente, sem sobrecarregar a fonte de alimentação.
"Segurança, confiabilidade e facilidade de manutenção são nossas prioridades. E a Bürkert foi a única parceira que nos ajudou a cumprir esses três critérios."
Cumprindo as altas exigências para proteção contra explosão
O uso do hidrogênio como gás combustível aumenta muito as exigências da estrutura do sistema. O hidrogênio é o elemento com menor densidade; ele é incolor, inodoro e muito volátil. Em combinação com o ar, ele forma facilmente uma mistura muito explosiva. Por esse motivo, a Linde AMT investiu esforços consideráveis no seu próprio design de assento da válvula que possibilitou, por um lado, um suporte da válvula com formato estreito e, por outro lado, uma vedação perfeita da membrana. "Nesse quesito, o apoio da Bürkert foi incrível. Eles nos mostraram como podemos produzir superfícies de vedação sem defeitos", agradece Bolduc. Além disso, para que a qualificação do sistema TAFA® da Linde AMT fosse bem-sucedida, eram necessários os componentes certificados, que podem ser usados em ambientes potencialmente explosivos e essa é uma das exigências que os produtos Bürkert cumprem.
A colaboração possibilita uma solução única
"Ninguém tem uma solução tão sofisticada quanto a Bürkert. Nada nem chega perto dessas bobinas", elogia o gerente de produtos da Linde AMT. "Com nossos sistemas, tentamos colocar em foco a segurança, a confiabilidade e a facilidade de manutenção. E a Bürkert foi a única parceira que nos ajudou a cumprir esses três critérios. Isso torna nosso sistema incomparável no mercado."
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