Corte-a-Plasma REFERENCIAS

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1 Introdução
Solido, liquido e gasoso, são os três estados da matéria. Quando adiciona calor na água em seu estado solido, por exemplo, ela se transforma em liquido, e se adicionar mais calor, de liquido passa para o estado gasoso. Quando uma quantidade significativa de calor é adicionada ao gás, este se transforma em plasma. Podemos assim dizer que plasma é um gás eletricamente condutor. É um processo de ionização e geração de elétrons livres e de íons positivos junto com os átomos de gás, com isso o gás se torna um condutor elétrico, transportando corrente (DBC, 2014).
Figura 1 – Transformação de Estado da Matéria
Fonte – DBC, 2014
Este processo vem ganhando espaço na indústria desde os anos 50, com intuito de cortar metais como aço e alumínio, sendo uma das ferramentas de maior eficiência para corte de metais, pois tem uma excelente agilidade e precisão em seu corte, além de sua substituição ao processo de oxi-corte em chapas grossas, e ao laser em chapas finas ou de metais não ferroso. Com isso o processo de inovação traz tecnologias cada vez melhor da técnica, tanto em corte mecanizados como em cortes manuais. Nos cortes mecanizados, são utilizados sistemas em XYZ comandados por controle numérico, são sistemas com maior vida útil dos componentes e maiores controles de gases. Já os sistemas manuais são utilizados sistema de jato coaxial de ar, onde permiti maior rapidez no corte em menor ângulo, além disso, o projeto de escuto frontal permite mesmo em correntes elevadas apoiar a tocha na peça (LIMA, s. d). A figura abaixo demonstra o processo de corte a plasma.
Figura 2 – Processo Plasma
Fonte – DBC, 2014
A energia usada para aquecer o ar em plasma é a energia elétrica, onde é direcionada ao metal permitindo seu corte a plasma. Um equipamento de Corte por Plasma, é necessário um compressor de ar comprimido e uma fonte de energia continua para funcionar. Esse processo é muito importante para indústrias metalúrgicas, caldeiras e serralherias, pois tem um baixo custo de produção e funciona em qualquer metal condutor (ENGEL, 2014). A figura baixo demonstra um equipamento comum de corte a plasma.
Figura 3 – Equipamento de Corte por Plasma
Fonte - ENGEL, 2014
2 Referencial Teórico
2.1 Processo de Corte a Plasma
As principais peças que descreve o processo são: Bico com orifício otimizado – usado para constringir o gás ionizado em temperatura elevada, para que possa derreter seções de metais; A tocha - serve de suporte para os consumíveis e fornece um fluído refrigerante para estas peças; O eletrodo - conduz a corrente até um inserto de háfnio, para emitir os elétrons para geração do plasma; O difusor de gás - para dar sentido rotacional ao gás; O bico de corte - guia para o corte do metal, através da compressão do plasma; A tampa de retenção – isolar e manter os consumíveis alinhados; O bico estendido - direciona o fluxo de jato de ar coaxial (LIMA, s. d). 
O mecanismo ocorre quando uma energia é enviada ao plasma, logo, simultaneamente a tensão de arco aberta e os gases são conduzidos à tocha. Para ativar a alta frequência é necessária que a vazão seja estabilizada, esta aparece entre o eletrodo, o bico dentro da tocha e o gás se ioniza ao passar pelo arco. O gás ionizado conduz a corrente entre o eletrodo e o bico, resulta a formação do arco piloto., este quando em contato com a obra, é transferido para própria. O arco plasma funde o metal e o gás em alta velocidade remove o metal derretido (LIMA, s. d).
O gás ou os gases tem duas funções distintas: Insumo para geração do plasma e refrigeração dos consumíveis. O Nitrogênio e a mistura de Argônio e Hidrogênio são os mais comuns nesse sistema de corte a plasma manual, porém o nitrogênio é menos usado, pois há formação de óxidos. Há também o sistema de plasma de ar, o eletrodo é feito de hafnio ou zircônio, materiais no qual têm um ponto de fusão mais baixo do que o tungstênio, tornando o resfriamento adequado para o modelo do eletrodo, o processo tem um alto o consumo de eletrodos. O ar pode ser alimentado por um cilindro ou um compressor. Com o oxigênio como gás de plasma, não há problemas de porosidade, cortes livres de escória em aços carbono ou de baixa liga, a velocidade mais alta de corte, desvio angular menor. No plasma de nitrogênio com injeção de água, há uma maior energia que resulta em maior velocidade de corte, neste tipo de corte é necessário escolher a direção do corte, pois há um desvio angulas que deve ficar na sucata, enquanto que a outra parte da peça fica quase perpendicular. Portanto, a qualidade e eficiência do processo estão diretamente relacionadas com a qualidade do gás, logo, a vazão do gás torna-se um fator de extrema importância para o desempenho do processo. Se a vazão for grande, o sistema de refrigeração será excelente, já o plasma não terá boa qualidade e a vida útil do consumível será muito inferior que o normal. A vazão nos sistemas de gás único e sempre mais elevado que nos sistemas de múltiplos gases. Nos sistema com correntes maior geralmente é utilizado sistema de múltiplo gás, onde há uma vantagem de poder selecionar o gás a plasma de acordo com o material que será cortado, tornando o corte de melhor qualidade (ENGEL, 2014).
A tabela 1 refere-se as vantagens e suas limitações deste processo.
Tabela 1 – Vantagens e Limitações
Fonte - LIMA
	Vantagens
	Limitações
	Corta todos os metais condutivos de eletricidade
	Não cortar materiais não condutivos de eletricidade
	Corta com boa velocidade, proporcionando ótima produtividade
	Para materiais muito espessos, ainda perde para processos de corte “oxigênio + combustível”, apesar disto estar sendo rapidamente invertido
	Cortes de pequena espessura
	Além do equipamento de corte, a necessidade de um compressor para a produção do ar comprimido
	Cortes com grande precisão
	Não é tão portátil, principalmente pela necessidade de um compressor para o ar comprimido.
	Pequena zona afetada pelo calor
	
	Custo do equipamento, atualmente bastante razoável 
	
	Consumíveis e acessórios facilmente encontrados no mercado
	
	Processo de fácil entendimento, proporcionando um treinamento muito efetivo e rápido para o operador
	
	Opções de equipamentos de Corte Automatizados (CNC), proporcionando altíssima precisão nos cortes e grande produção.
	
2.2 Segurança do Trabalho
No processo de corte a plasma é produzido uma luz que emite raios ultravioletas e infravermelhos, onde exposta durante muito tempo pode provocar queimaduras nas córneas. Nesse processo gera também fumos metálicos, ou seja, vapores associados ao material cortado. O tipo de fumo varia de acordo com material do processo, sendo extremamente nocivo a saúde do operador. Com isso e necessário um grande cuidado, o que torna equipamentos de exaustão necessários durante o processo. Além disso, são necessários a utilização de EPI’s para proteção como por exemplo, Botas com solado isolante, Perneiras em couro, Avental em couro, Mangotes, Luvas de raspa, Máscaras tipo escudo ou capacete, Óculos de proteção, Protetor auricular (DBC, 2014). 
Figura 4 - Exemplo de uma proteção tipo cortina que pode ser utilizada em uma seção de corte de metais por plasma.
Fonte -DBC, 2014
É muito importante a proteção adequada de rosto, mãos, braços e pernas, pois além da luz e dos fumos, em equipamentos manuais há o risco de respingos de metal ou faíscas, onde pode causar queimaduras no operador. Esses respingos ou faíscas podem provocar incêndio, o que faz necessário avaliar o local de produção, eliminar o máximo possível de serragem, papel ou qualquer material inflamável que possa provocar incêndio. 
Figura 5 – EPI’S Básicos
Fonte – DBC, 2014
Além das proteções descritas, é necessário extintor de CO2 ao lado do local de produção (ENGEL, 2014).
Figura 6 – Extintores de Incêndio
Fonte – DBC, 2014
Recomenda-se usar uma cortina de água em volta da tocha, para redução da concentração de fumos, ou então o corte pode também ser realizado sob água, onde a quantidade de óxidos de nitrogênio não é afetada, pois eles não se dissolvemem água. Portanto, é necessário cortar em locais bem ventilados ou com exaustão local. Outras vantagens do corte sob a água é uma redução no nível de ruído e na intensidade da radiação, menor distorção da chapa e melhor tolerância dimensional (LIED, 2011). 
2.3 Dispositivos de Captação
As mesas de corte aspiradas são construídas por uma estrutura de suporte da chapa a ser cortada e um sistema de compartilhamentos (setores) e válvulas (dampers) que possibilitam a captação dos poluentes via sistema de exaustão e filtragem. São as mais utilizadas em mercados tecnologicamente avançados, possui um sistema de dampers indicado por (A), acoplada a um sistema de exaustão e filtragem apontado em (B), faz a coleta dos poluentes e os conduz, via tubulação, até o filtro (NEDERMAN, 2014).
Utilizando a mesa de corte aspirada não tem a necessidade da utilização de água para redução dos fumos, todo fumo produzido é captado e conduzido até o filtro. Um processo vantajoso quando comparado com uso de tanques d’água, pois os tanques necessitam de um grande tempo para sua limpeza. Desvantajoso em relação ao custo, para pequenas empresas o custo de implantação é inviável (ENGEL, 2014).
Na captação dos fumos, geralmente é utilizado o ventilador centrífugo com pás retas voltadas para trás, tendo sua destinação para movimentação de ar numa ampla faixa de vazões e pressões (ENGEL,2014), representado na Figura 7.
Figura 7 – Ventilador Centrífugo
Fonte – Sistema – Equipamentos & Serviços
Ventiladores centrífugos de pás para trás, são ventiladores de alta eficiência chegando a atingir eficiências maiores que 80% e seu funcionamento é silencioso. Uma importante característica desse ventilador é a autolimitação de potência, pois quando a perda de carga do sistema é variável, evita assim a sobrecarga do motor. As pás planas podem ser utilizadas para transportar ar sujo já que apresentam a característica de serem auto-limpantes (LISBOA 2007).
Figura 8 – Ventiladores centrífugos de pás para trás 
Fonte – HARP Industria e Comércio de Ventiladores e Exaustores
Para a exaustão, o bocal utilizado para captação dos fumos é de forma cilíndrica, pois, para Silva (1967), tem maior eficiência para captura dos poluentes e menor perda de carga, comparado com outros apresentados.
3 Objetivo
O principal objetivo deste trabalho é desenvolver um equipamento capaz de captar os fumos produzidos pelo processo de corte plasma, diminuindo a presença da fumaça e gases tóxicos na respiração do operador, assim como reduzir os níveis de ruídos e radiação que também afetam os trabalhadores.
4 Projeto
Uma mesa com água é um dispositivo relativamente simples. Até um sistema de controle de nível de água automático é simplesmente uma câmara de aço com orifícios ao redor da parte inferior, embutido dentro de um tanque retangular. Conforme o ar comprimido é inserido na câmara, ele desloca a água que está lá dentro, fazendo com que o nível da água na mesa aumente ao redor do tanque. Para diminuir o nível da água no tanque, o ar sai da câmara interna, permitindo que a água corra de volta. Todo o sistema geralmente necessita de somente um par de válvulas solenoide e interruptores de nível, mas sem bombas, motores, inversores de frequência, ou controladores. As entradas incluem o ar da oficina, potência de 120 VAC, e o fornecimento de água. (ESAB, s.d)
O projeto consiste em desenvolver uma caixa d’água que quando necessária à sua utilização para o corte de chapas de materiais condutores, como por exemplo o aço carbono, esta possa ser acionada por meio da aplicação de ar comprimido elevando o nível da água, evitando que escórias se soltem, reduzindo os vapores e a radiação. Quando em ambientes fechados são adicionados ventiladores como complemento para dispersão total dos gases provenientes do corte (SEMEPI, 2016).
A mesa é composta por uma caixa de aço onde será depositada a água, com duas caixas menores invertidas que ficam posicionadas dentro da caixa maior. Em conjunto com as duas caixas existe um sistema de ar comprimido, que é gerado através de um compressor. Quando acionado, ele faz com que a água se eleve, sendo possível determinar 3 níveis de elevação: pouco abaixo da chapa, nível da chapa ou acima da chapa. Os níveis dependem do tipo de material, qualidade e velocidade do corte (SEMEPI, 2016).
Figura 9 – Sistema de água no nível da chapa
Fonte – SEMEPI, 2016
Quando o corte é realizado com o nível de água em aproximadamente 2,5 cm abaixo da parte inferior do material que será cortado, a maioria da fumaça e do pó será contida. Acrescentando uma “Cortina de Ar”, a placa pode ser totalmente coberta por água abaixo de 5 cm a 7,5 cm de água durante o corte, assim a água prende quase toda a fumaça (ESAB, s.d).
Figura 10 – Sistema de água abaixo do nível da chapa
Fonte – SEMEPI, 2016
Mantendo o nível da água acima da chapa de 5 cm a 7,5 cm, praticamente eliminará o risco de irradiação, e tudo o que o operador irá ver será o borbulhar de um brilho vermelho púrpuro. Os operadores devem ainda usar proteção visual, mas não serão mais necessários óculos escuros, tornando toda a área de trabalho mais segura e mais agradável. Assim como ao cortar a plasma sob a água, o nível do ruído pode ser reduzido de 30 até 40 dB, o que pode ficar abaixo do nível seguro de 85 dB que a OSHA permite para exposição contínua (8 horas) (ESAB, s.d).
Figura 11 – Sistema de água acima do nível da chapa
Fonte – SEMEPI, 2016
O aço carbono é o material de chapa mais comum para corte nas mesas de corte térmico. O corte do aço carbono em uma mesa com aspiração rende uma excelente qualidade de corte. O enferrujamento das partes dependerá totalmente da umidade do ambiente e do tempo que as peças são deixadas expostas antes da pintura final (ESAB, s.d). 
Nas mesas com água, a qualidade do corte pode ser levemente afetada pelo corte embaixo da água, ou pelos respingos de água embaixo da chapa. Dependendo da espessura e das configurações do plasma, a água pode causar mais escórias aderindo à extremidade inferior das peças, e também pode afetar a qualidade da extremidade do corte incluindo ondulações. No entanto, a maioria dos cortes embaixo da água obtém os mesmos resultados que os cortes a seco quando uma cortina de ar é usada e os parâmetros e procedimentos adequados são seguidos (ESAB, s.d).
5 Conclusão
Após o estudo e verificação do sistema de corte a plasma submerso conclui-se que as mesas d'água têm como principal vantagem seu baixo valor de investimento inicial e a manutenção de rotina e a conservação é relativamente simples, graças à natureza simples dos projetos. Outra vantagem é a redução do nível de gases, ruído e irradiação do processo. 
A vida útil da mesa é um ponto a ser discutido, pois depende principalmente em como ela é mantida, porém já existem algumas soluções para aumentar este tempo de utilização. A vida útil da barra de apoio de chapa depende do processo de corte, amperagem, e espessura do material, assim isto deveria ser tratado como substituição de rotina de consumível, e não está sendo considerado aqui. Mas a vida útil da estrutura da mesa pode ser diminuída ou aumentada com a manutenção adequada. A mesa com água também tem a preocupação com a ferrugem. Mesmo uma mesa pintada com aditivos inibidores de ferrugem haverá corrosão, e consequentemente enfraquecerá devido à ferrugem. Utilizar um inibidor de ferrugem retardará significantemente a corrosão na parte interna das superfícies da mesa. Mas a parte externa das superfícies também ficará molhada pelos respingos e derramamentos, o que pode causar o aceleramento da corrosão.
A maior preocupação com relação ao uso da mesa de corte submerso é o passivo ambiental potencial, que no caso de descarte da água contaminada com metais pesados (o que é totalmente irregular) a contaminação de mananciais, solos, lençol freático ou esgotos pode se constituir num passivo ambiental enorme. Nos casos em que a água é tratada há que se verificar se a estação de tratamento utilizada possui as características necessárias para o tratamentodestes poluentes. Nos casos em que a água de descarte é coletada por empresa de tratamento terceirizada, além dos custos elevados, há sempre o risco de que o tratamento não esteja sendo adequadamente realizado, recaindo sobre a empresa contratante a responsabilidade.
As mesas com água vêm se mostrando eficazes e vantajosas para muitas aplicações de corte térmico nos últimos 50 anos e mesmo com os pontos preocupantes citados assim são preferidas por uma grande porcentagem de usuários de máquina de corte térmico.
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Referências
ENGEL, E. G. Desenvolvimento de um dispositivo de exaustão de fumos do corte plasma. Trabalho final de curso (Obtenção do título de Bacharel em Engenharia Mecânica) – Faculdade Horizontina, 2014. Disponível em: <http://www.fahor.com.br/publicacoes/TFC/EngMec/2014/Eduardo_Guiomar_Engel.pdf>. Acesso em: 15 out. 2016.
DBC GUIA E TUTORIAL. Guias & Tutoriais e Apostilas para Download sobre os mais diversos assuntos. 2014. Disponível em: <http://guias.oxigenio.com/seguranca-na-utilizacao-de-equipamentos-de-corte-por-plasma>. Acesso em: 07 nov. 2016.
DBC GUIA E TUTORIAL. Guias & Tutoriais e Apostilas para Download sobre os mais diversos assuntos. 2014. Disponível em: < http://guias.oxigenio.com/historia-processo-de-corte-de-metais-por-plasma>. Acesso em: 07 nov. 2016.
LIED, E. B. Dimensionamento de sistema de ventilação local exaustora (VLE): estudo de caso de uma indústria de móveis. Estudos tecnológicos, Santa Terezinha de Itaipu, n. 1, v. 7, p. 1-11, abr. 2011. Disponível em: <https://www.google.com.br/webhp?sourceid=chrome-instant&ion=1&espv=2&ie=UTF-8#q=como%20projetar%20um%20sistema%20de%20ventila%C3%A7%C3%A3o%20local%20exaustora>. Acesso em: 07 nov. 2016.
LIMA, E. G. Corte a plasma. Revista da Soldagem, Caxias do Sul, n. 09, p. 18-26. Disponível em: < http://www.baw.com.br/media/1364/sup_3_Artigo_Corte_Plasma.pdf>. Acesso em: 30 out. 2016.
PORTAL METALICA CONSTRUÇÃO CIVIL. Conteúdo técnico, de informação e geração de negócios nas áreas de Construção Civil Industrializada, Engenharia e Arquitetura no Brasil. Disponível em: < http://wwwo.metalica.com.br/aplicacoes-do-processo-corte-plasma>. Acesso em: 01 nov. 2016.
SEMEPI. Serviços de fabricação e montagens mecânicas de serviços de caldeiras e estrutura metálica. Vespasiano, 2014. Disponível em: <http://www.semepi.com.br>. Acesso em: 28 out. 2016.
ESAB. Mesas de Corte com Água Vs. Mesas com Aspiração para Aplicações de Corte Térmico. Disponível em: < http://www.esab.com.br/br/pt/education/blog/loader.cfm?csModule=security/getfile&pageid=11598>. Acesso em: 28 out. 2016.