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Processo Oxicorte

Definição do Oxicorte

Pode-se definir o oxicorte como “um processo de seccionamento de metais pela combustão localizada e contínua devido à ação de um jato de O2 de elevada pureza, agindo sobre um ponto previamente aquecido por uma chama oxi-combustível”.

Princípio de operação

Na temperatura ambiente e na presença de O2, o ferro se oxida lentamente. À medida que a temperatura se eleva, esta oxidação se acelera, tornando-se praticamente instantânea a 1350°C. Nesta temperatura, chamada de temperatura de oxidação viva, o calor fornecido pela reação é suficiente para liquefazer o óxido formado e realimentar a reação. O óxido no estado líquido se escoa, expulso pelo jato de O2, permitindo o contato do ferro devidamente aquecido com O2 puro, o que garante a continuidade ao processo.

O processo baseia-se no aquecimento localizado feito com um maçarico especial de corte. Ao atingir a temperatura de oxidação viva segue-se a injeção de O2 através do orifício central do bico de corte fixado no maçarico.

As condições básicas para a ocorrência do oxicorte são as seguintes:

• A temperatura de início de oxidação viva deve ser inferior à temperatura de fusão do metal.
• A reação deve ser suficientemente exotérmica para manter a peça na temperatura de início de oxidação viva.
• Os óxidos formados devem ser líquidos na temperatura de oxicorte facilitando seu escoamento para possibilitar a continuidade do processo.
• O material a ser cortado deve ter baixa condutividade térmica.
• Os óxidos formados devem ter alta fluidez.

O ferro em seu estado metálico é instável, tendendo a se reduzir para o estado de óxido.

No processo de corte esta reação é acelerada, havendo um considerável ganho exotérmico. As reações do ferro puro com o O2 são as seguintes:

Fe + ½ O2 Û FeO + D (64 kcal)

2Fe + 3/2 O2 Û Fe2O3 + D (109,7 kcal)

3Fe + 2O2 Û Fe3O4 + D (266 kcal)

No processo, a chama oxi-combustível tem a função de aquecimento do metal. Regula-se a chama no maçarico, inicia-se o aquecimento da região a ser cortada por uma borda ou faz-se uma perfuração na chapa. Quando o material em volta deste ponto inicial estiver na temperatura adequada, abre-se a válvula do O2 de corte e inicia-se o deslocamento do maçarico, o que inicia o processo.

Gases utilizados no processo

Para a obtenção da chama oxi-combustível, são necessários pelo menos 2 gases, sendo um deles o oxidante (O2) e o outro o combustível, podendo este ser puro ou mistura com mais de um gás combustível.

Oxigênio (O2)

É o gás mais importante para os seres vivos, existindo na atmosfera em c erca de 21% em volume ou 23% em massa. É inodoro, incolor, não tóxico e mais pesado que o ar (peso atômico: 31,9988 g/mol), tem uma pequena solubilidade na água e álcool. O O2 por si só não é inflamável porém sustenta a combustão, reagindo violentamente com materiais combustíveis, podendo causar fogo ou explosões. No processo oxicorte o O2 faz as funções de oxidação e expulsão dos óxidos fundidos.

Gases combustíveis para a chama de pré-aquecimento

São vários os gases combustíveis que podem ser utilizados para ignição e manutenção da chama de aquecimento. Entre estes podemos citar: acetileno, propano, propileno, hidrogênio, GLP e até mesmo mistura destes.

A natureza do gás combustível influi na temperatura da chama, no consumo de O2 e conseqüentemente no custo final do processo. Na figura 1 é mostrada a combustão de diferentes gases combustíveis, podendo se ver na abscissa o volume de O2 consumido para a combustão completa e na linha das ordenadas a temperatura máxima atingida.

Figura 1 – Curvas estequiométricas de diversos combustíveis.

No Brasil é mais usual a utilização dos gases acetileno ou GLP.

Figura 1 – Curvas estequiométricas de diversos combustíveis.

Acetileno (C2H2)

Entre os diversos combustíveis gasosos, o acetileno é o de maior interesse industrial por possuir a maior temperatura de chama (3.160 °C) devido, entre outros fatores, a este hidrocarboneto possuir maior percentual em peso de carbono comparativamente aos demais gases combustíveis. É um gás estável a temperatura e pressão ambiente, porém não se recomenda seu uso com pressões superiores a 1,5 kg/cm2, onde o gás pode decompor-se explosivamente. É inodoro e por esta razão leva um aditivo que possibilita sua detecção olfativa em caso de vazamento.

 GLP (C3H8 + C4H10)

O Gás Liquefeito de Petróleo (GLP) no Brasil tem como composição quase que totalmente uma mistura de 2 gases: propano e butano que são hidrocarbonetos saturados. O GLP é incolor e inodoro quando em concentrações abaixo de 2% no ar.

Também leva aditivos que possibilitam detectar olfativamente sua presença na atmosfera.

É um gás 1.6 vezes mais pesado que o ar, sendo utilizado como combustível para queima em fornos industriais, aquecimento e oxicorte.

Como pode ser visto na figura 1, os diferentes gases apresentam diferentes temperaturas máximas de chama, e cada uma delas atingida com um dado volume consumido de O2 para a combustão completa do gás.

A seleção do gás combustível deve levar em conta diversos os seguintes fatores [1,2,3]:

• Espessura.
• Tempo requerido no pré-aquecimento para o inicio da operação.
• Quantidade de inícios de corte na borda ou perfurações no meio necessárias na operação.
• Custo e forma de fornecimento do gás combustível (cilindros, tanques ou
tubulação).
• Custo do O2 requerido para a combustão completa.
• Possibilidade de utilização do combustível em outras operações como soldagem, aquecimento ou brasagem entre outras.
• Segurança no transporte e utilização do produto.

Equipamentos

Em sua configuração mais simples, uma estação de trabalho deve ter no mínimo os seguintes equipamentos para execução do processo:

• Um cilindro ou instalação centralizada para gás combustível.
• Um cilindro ou instalação centralizada para o O2.
• Duas mangueiras de alta pressão para condução dos gases, podendo ser três se utilizar maçarico com entradas separadas para o O2 de corte e o de aquecimento.
• Um maçarico de corte.
• Um regulador de pressão para O2, podendo ser dois nos casos de maçarico com 2 entradas de O2.
• Um regulador de pressão para o gás combustível.
• Dispositivos de segurança (válvulas unidirecionais e anti-retrocesso de chama).

A figura 2 mostra esquematicamente a instalação de uma estação de trabalho para corte manual [4].

Figura 2 – Configuração mínima para o corte oxi-combustível manual

Maçarico de corte

O maçarico de oxicorte é o equipamento que mistura o gás combustível com o O2 de aquecimento para a peça na proporção correta para a chama, além de direcionar também o jato de O2 de alta velocidade para o bico de corte.

Este equipamento se consiste de uma série de tubos de gás e válvulas de controle de fluxo dos gases e suporte para a fixação do bico de corte. A figura 3 mostra o esquema um maçarico de corte automático.

Figura 3 – Maçarico de corte

Tipos de maçaricos

Os maçaricos de corte podem ter o bico de corte montado a 90º em relação à sua base para os processos manuais ou serem retos para acoplamento em máquinas de corte automáticas.

Existem também os maçaricos manuais combinados, que são utilizados em locais ou setores onde existe uma alternância entre operações de corte e soldagem tais como oficinas de manutenção. Neste caso acopla-se a um maçarico de soldagem um dispositivo de corte composto por uma câmara de mistura, sistema de separação e válvula para controle do O2 de corte. Exemplo de um maçarico combinado é mostrado na figura 4.

Uma outra variação, ainda em se tratando de maçaricos manuais, são os maçaricos para corte com circuitos separados para o O2 e para o combustível sendo a mistura feita apenas no bico de corte. Este maçarico, conhecido como maçarico de mistura no bico, é apresentado na figura 5.

E por ultimo há os maçaricos para corte automatizados que se destacam por separarem o O2 em todo o trajeto, tendo inclusive 2 entradas separadas para o O2, o que possibilita a regulagem das pressões do O2 da chama e do O2 de corte em reguladores separados, conferindo assim a possibilidade de regulagens específicas e não uma mesma pressão para duas utilizações distintas do O2. Este maçarico é o apresentado na figura 3.

Em relação à mistura dos gases em um maçarico ela pode ser feita também de diferentes formas. Estes podem ser misturados apenas no bico de corte como mostrado na figura 5, ou no maçarico propriamente dito e neste ainda podem ser por injeção de O2 ou câmara de mistura que propiciam as denominações de maçaricos injetores e maçaricos misturadores respectivamente. Os princípios dos maçaricos injetores e misturadores são apresentados na figura 6.

Figura 4 – Maçarico combinado para operações de soldagem e corte

Figura 5 – Maçarico com mistura no bico

Figura 6

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