Cortador a plasma
Autor: Mr.Engineer | Publicado: 2011-02-16T02:21:00-08:00

Introdução

           
Foto cedida por 
Torchmate CNC Sistemas de Corte
Cortador&nbsp;a plasma em operação         
     A indústria moderna depende da manipulação de metais e ligas  pesados: precisamos dos metais para construir as ferramentas e os  transportes necessários para as tarefas diárias. Por exemplo,&nbsp;guindastes, carros, arranha-céus, robôs e pontes suspensas  são construídos com componentes de metal. O motivo é simples: os metais  são extremamente fortes e duráveis e, por isso, são a escolha lógica  para a maioria das coisas que precisam ser especialmente grandes,  robustas, ou ambos.      O mais&nbsp;interessante é que a força do metal também é uma fraqueza:  como o metal tem muita resistência a danos, ele é muito difícil de ser  manipulado e modelado em peças especializadas. Então, como é possível  cortar e manipular, com precisão, os metais necessários para construir  estruturas como&nbsp;uma asa de avião?  Na maioria dos casos, a resposta é o cortador&nbsp;a plasma. Pode parecer  que estamos falando em&nbsp;ficção científica, mas o cortador&nbsp;a plasma é&nbsp;uma  ferramenta&nbsp;que existe desde a Segunda Guerra Mundial. 
Conceitualmente, o cortador a plasma é extremamente simples. Ele  faz essa tarefa aproveitando um dos estados da matéria do Universo  visível. Neste artigo, desvendaremos o mistério que cerca o cortador&nbsp;a  plasma e veremos como essa&nbsp;ferramentas fascinante&nbsp;moldou o mundo à nossa  volta.
Onde a serra falhouNa Segunda Guerra Mundial, as fábricas americanas  fabricavam&nbsp;blindados,&nbsp;armamentos e aviões quase cinco vezes mais rápido  que as forças do Eixo. Isso aconteceu graças às inovações da indústria  privada na área de produção em massa.    Uma área de inovação surgiu da necessidade de cortar e juntar peças  de aviões de forma mais eficiente. Muitas fábricas que trabalhavam com  aviões militares adotaram um novo método de soldagem que envolvia o uso  de um gás inerte alimentado por meio de um arco elétrico. A descoberta  inovadora foi que carregando o gás com uma corrente elétrica, formava-se  uma barreira ao redor da solda protegendo-a da oxidação. Este novo  método contribuiu para linhas mais limpas nas junções e para construções  mais robustas. 
Nos anos 60, os engenheiros fizeram uma nova descoberta.  Descobriram que podiam elevar as temperaturas, acelerando o fluxo do gás  e encolhendo o furo de liberação. O novo sistema podia chegar a  temperaturas mais altas do que outros soldadores comerciais. Na verdade,  com essas temperaturas altas, a ferramenta não atuava mais como um  soldador. Em vez disso, ela funcionava como uma serra, cortando metais  duros como uma faca quente cortando manteiga. 
Esta introdução do arco de plasma revolucionou a  velocidade, precisão e tipos de cortes que os fabricantes podiam fazer  em todos os tipos de metais. Na próxima seção, examinaremos a ciência  por trás desse sistema. 


Foto cedida pela Torchmate CNC Sistemas de Corte
Como era o&nbsp;corte&nbsp;a plasma&nbsp;em 1980Estados da matériaO cortador&nbsp;a plasma pode passar através de metais com pouca ou nenhuma  resistência graças às propriedades únicas do plasma. Então, o que é o  plasma?    Existem quatro estados da matéria no mundo. A  maioria das coisas com as quais&nbsp;nos deparamos&nbsp;está na forma de sólidos,  líquidos ou gases. Esses estados estão divididos com base no modo como  as moléculas se comportam dentro deles. Vejamos a&nbsp;água como exemplo. 
Como um sólido, a água tem&nbsp;a forma do gelo. O gelo é feito de átomos  eletricamente neutros,&nbsp;dispostos em um padrão hexagonal que forma um  sólido. Como as moléculas permanecem imóveis em relação umas às outras,  elas formam um sólido (algo que mantém o formato).        

Como um líquido, a água fica na forma bebível.  As moléculas ainda estão ligadas entre si, mas se movem em relação uma  às outras&nbsp;em velocidades baixas. O líquido tem volume fixo, mas não tem  forma constante. Ele modifica a forma para se adaptar a qualquer  recipiente que irá recebê-lo.        

Como um gás, a água tem&nbsp;a forma do vapor. No  vapor, as moléculas se movimentam em altas velocidades,  independentemente umas das outras. Como as moléculas não estão ligadas  umas às outras, o gás não tem formato nem volume fixos.&nbsp;
A quantidade de calor (ou seja, a quantidade de energia) aplicada às  moléculas da água determina seu comportamento e, portanto, seu estado.  Simplificando: mais calor (mais energia) excita as moléculas até o ponto  em que se libertam das ligações que as mantêm juntas. Com aquecimento  mínimo, as moléculas ficam fortemente unidas e se&nbsp;tem um sólido. Com  mais calor, as moléculas escapam das uniões rígidas e se&nbsp;tem o líquido.  Com muito mais calor, as moléculas escapam das ligações livres e se&nbsp;tem o  gás. 
O que acontece se você tiver que aquecer o gás ainda mais? É aí que temos o quarto estado: o plasma.
O que é o plasma?Se você levar um gás a temperaturas extremamente altas, você obtém o  plasma. A energia começa a romper as moléculas de gás e os átomos  começam a quebrar. Átomos normais são feitos de prótons e nêutrons no  núcleo (consulte Como funcionam os átomos), cercados por uma nuvem de elétrons. No plasma, os elétrons se separam do núcleo.  Quando a energia do calor libera os elétrons do átomo, eles&nbsp;começam a  se mover freneticamente.&nbsp;Eles são carregados negativamente e deixam para  trás seus núcleos carregados positivamente. Estes núcleos carregados  positivamente são conhecidos como íons.    Quando os elétrons em alta velocidade colidem com outros elétrons e  íons,&nbsp;liberam grandes quantidades de energia. É ela que dá ao plasma  seu status único e seu inacreditável poder de corte. 

Plasma em todos os lugaresQuase  99 % de toda a matéria do universo é plasma. Ele não é comum na Terra  devido às suas temperaturas extremamente altas, mas em outros lugares  como o Sol, ele impera. Na Terra, você pode encontrá-lo&nbsp;nos raios&nbsp;entre outros lugares.                                     

                         
Foto cedida pela Administração Oceânica e Atmosférica Nacional/Departamento de Comércio                           Os cortadores&nbsp;a plasma não são os únicos dispositivos a aproveitar o poder do plasma.&nbsp;Letreiros ou sinalização&nbsp;de néon, lâmpadas fluorescentes e telas de plasma&nbsp;(somente  para citar alguns usos), todas dependem do plasma para concretizar suas  tarefas. Esses dispositivos usam o plasma "frio". 
Embora o plasma frio não possa ser usado para cortar metais, ele tem uma série de outras aplicações importantes.
O interior de um cortador a plasma
         
Foto cedida por 
Torchmate CNC Sistemas de Corte
O  interior de um cortador&nbsp;a plasma:&nbsp;o eletrodo está no centro e o bico  está logo abaixo. A peça de&nbsp;cor laranja é o anel de redemoinho, que faz  com que o plasma gire rapidamente à medida que passa.       
   Existem&nbsp;cortadores&nbsp;a plasma&nbsp;em todos os tamanhos e formatos. Há cortadores imensos&nbsp;que utilizam braços de robô  para fazer incisões precisas. Existem também unidades portáteis  compactas que podem ser encontradas em&nbsp;muitas lojas e no varejo.  Independentemente do tamanho, todos os cortadores&nbsp;a plasma funcionam com  o mesmo princípio e são construídos da mesma maneira.    Os cortadores&nbsp;a plasma funcionam com&nbsp;a movimentação de um gás pressurizado, do tipo nitrogênio, argônio ou oxigênio, por um pequeno canal. No centro deste canal,&nbsp;encontra-se&nbsp;um eletrodo carregado negativamente. Quando se&nbsp;aplica potência ao eletrodo negativo e se toca a ponta do bico no metal, a conexão cria um circuito. Uma poderosa faísca é gerada entre o eletrodo e o metal. À medida que o gás passa pelo canal, a faísca aquece o gás  até ele chegar ao quarto estado da matéria. Esta reação cria um&nbsp;fluxo  direcionado&nbsp;de plasma, aproximadamente a 16.649°C e movendo-se a 6.096  m/s, o que&nbsp;derrete o&nbsp;metal. 
O plasma&nbsp;conduz a corrente elétrica. O ciclo da criação do arco é  contínuo, desde que a potência seja suprida ao eletrodo e&nbsp;o plasma  permaneça em contato com o metal que está sendo cortado. Para garantir  este contato, proteger o corte&nbsp;contra oxidação e regular a natureza  imprevisível do plasma, o bico do cortador possui um segundo conjunto de  canais. Esses canais liberam um fluxo constante de gás de proteção em volta da área de corte. A pressão desse fluxo de gás controla&nbsp;eficientemente o raio do feixe de plasma.
O plasma em açãoOs cortadores&nbsp;a plasma são atualmente&nbsp;os itens mais importantes da  indústria. São muito usados em oficinas de carros personalizados e pelos  fabricantes de automóveis para personalizar e criar chassis e  estruturas. As construtoras usam&nbsp;os cortadores de plasma em projetos&nbsp;de  larga escala para cortar e fabricar vigas enormes ou produtos de chapas  de metal. Os chaveiros usam cortadores&nbsp;a plasma para perfurar cofres e  caixas-fortes quando os clientes ficam trancados.         

Foto cedida por Torchmate CNC Sistemas de Corte
No  corte com máquinas de controle numérico, pode-se&nbsp;adaptar os&nbsp;formatos de  peças&nbsp;na tela do computador e processar o corte automaticamente, sem  ter&nbsp;que tocar o material
  Arte com plasma 
  
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Cortador&nbsp;a plasma Powermax 600
No  passado, os cortadores&nbsp;a plasma eram extremamente caros e&nbsp;usados  principalmente para trabalhos de corte de metais gigantescos. Nos  últimos anos, o custo e o tamanho dos cortadores&nbsp;a plasma diminuíram  consideravelmente. Dessa forma, eles ficaram disponíveis para mais  projetos pessoais. Os artistas e as pessoas que trabalham com metais  usam cortadores portáteis para criar trabalhos de arte que nunca seriam  possíveis com as ferramentas convencionais. Esta única ferramenta dá ao  artista a capacidade de fazer cortes em ângulos diversos, fazer&nbsp;furos  precisos e cortes das mais variadas formas.   O cortador&nbsp;a plasma é  uma das mais interessantes e poderosas ferramentas desenvolvidas no  século 20. Usando princípios básicos da física para aproveitar o quarto  estado da matéria, ele&nbsp;executa o trabalho tendo resultados  impressionantes. Já podemos imaginar, à medida que compreendemos melhor o  plasma, quantas novas ferramentas e aplicações utilizarão esta  fascinante força da natureza.