Independentemente de como o metal bruto é transformado em um tubo ou cano, o processo de fabricação deixa uma quantidade significativa de material residual na superfície.A conformação e soldagem em um laminador, o desenho em uma mesa de estiragem ou o uso de uma empilhadeira ou extrusora seguida de um processo de corte no comprimento pode fazer com que o tubo ou a superfície do tubo fique revestido com graxa e obstruído com detritos.Contaminantes comuns que precisam ser removidos de superfícies internas e externas incluem lubrificantes à base de óleo e água provenientes de trefilação e corte, detritos metálicos de operações de corte e poeira e detritos de fábrica.
Os métodos típicos de limpeza de encanamentos internos e dutos de ar, seja com soluções aquosas ou solventes, são semelhantes aos usados para limpeza de superfícies externas.Isso inclui lavagem, obstrução e cavitação ultrassônica.Todos esses métodos são eficazes e têm sido usados há décadas.
É claro que todo processo tem limitações e esses métodos de limpeza não são exceção.A lavagem normalmente requer um coletor manual e perde sua eficácia à medida que a velocidade do fluido de lavagem diminui à medida que o fluido se aproxima da superfície do tubo (efeito de camada limite) (ver Figura 1).A embalagem funciona bem, mas é muito trabalhosa e pouco prática para diâmetros muito pequenos, como os utilizados em aplicações médicas (tubos subcutâneos ou luminais).A energia ultrassônica é eficaz na limpeza de superfícies externas, mas não consegue penetrar em superfícies duras e tem dificuldade de chegar ao interior do tubo, principalmente quando o produto está empacotado.Outra desvantagem é que a energia ultrassônica pode causar danos à superfície.As bolhas sonoras são eliminadas por cavitação, liberando uma grande quantidade de energia perto da superfície.
Uma alternativa a esses processos é a nucleação cíclica a vácuo (VCN), que faz com que bolhas de gás cresçam e colapsem para mover o líquido.Fundamentalmente, ao contrário do processo ultrassônico, não há risco de danificar superfícies metálicas.
A VCN usa bolhas de ar para agitar e remover o líquido do interior do tubo.Este é um processo de imersão que opera no vácuo e pode ser usado tanto com fluidos à base de água quanto à base de solvente.
Funciona com o mesmo princípio que as bolhas se formam quando a água começa a ferver em uma panela.As primeiras bolhas se formam em determinados locais, principalmente em potes bem utilizados.A inspeção cuidadosa dessas áreas geralmente revela rugosidade ou outras imperfeições superficiais nessas áreas.É nessas áreas que a superfície da panela fica mais em contato com um determinado volume de líquido.Além disso, como essas áreas não estão sujeitas ao resfriamento convectivo natural, podem formar-se facilmente bolhas de ar.
Na transferência de calor em ebulição, o calor é transferido para um líquido para aumentar sua temperatura até o ponto de ebulição.Quando o ponto de ebulição é atingido, a temperatura para de subir;adicionar mais calor resulta em vapor, inicialmente na forma de bolhas de vapor.Quando aquecido rapidamente, todo o líquido na superfície se transforma em vapor, o que é conhecido como ebulição do filme.
Aqui está o que acontece quando você ferve uma panela com água: primeiro, bolhas de ar se formam em certos pontos da superfície da panela e, então, à medida que a água é agitada e mexida, a água evapora rapidamente da superfície.Perto da superfície existe um vapor invisível;quando o vapor esfria em contato com o ar circundante, ele se condensa em vapor d'água, que é claramente visível à medida que se forma sobre a panela.
Todo mundo sabe que isso acontecerá a 100 graus Celsius (212 graus Fahrenheit), mas não é tudo.Isso acontece nesta temperatura e pressão atmosférica padrão, que é de 14,7 libras por polegada quadrada (PSI [1 bar]).Por outras palavras, num dia em que a pressão do ar ao nível do mar é de 14,7 psi, o ponto de ebulição da água ao nível do mar é de 212 graus Fahrenheit;no mesmo dia, nas montanhas a 5.000 pés de altitude nesta região, a pressão atmosférica é de 12,2 libras por polegada quadrada, onde a água teria um ponto de ebulição de 203 graus Fahrenheit.
Em vez de aumentar a temperatura do líquido até ao ponto de ebulição, o processo VCN reduz a pressão na câmara até ao ponto de ebulição do líquido à temperatura ambiente.Semelhante à transferência de calor por ebulição, quando a pressão atinge o ponto de ebulição, a temperatura e a pressão permanecem constantes.Essa pressão é chamada de pressão de vapor.Quando a superfície interna do tubo ou cano está cheia de vapor, a superfície externa reabastece o vapor necessário para manter a pressão de vapor na câmara.
Embora a transferência de calor por ebulição exemplifique o princípio do VCN, o processo VCN funciona inversamente com a ebulição.
Processo de limpeza seletivo.A geração de bolhas é um processo seletivo que visa limpar determinadas áreas.A remoção de todo o ar reduz a pressão atmosférica para 0 psi, que é a pressão de vapor, causando a formação de vapor na superfície.Bolhas de ar crescentes deslocam o líquido da superfície do tubo ou bico.Quando o vácuo é liberado, a câmara retorna à pressão atmosférica e é purgada, com líquido fresco enchendo o tubo para o próximo ciclo de vácuo.Os ciclos de vácuo/pressão são normalmente definidos para 1 a 3 segundos e podem ser definidos para qualquer número de ciclos, dependendo do tamanho e da contaminação da peça de trabalho.
A vantagem deste processo é que ele limpa a superfície do tubo a partir da área contaminada.À medida que o vapor cresce, o líquido é empurrado para a superfície do tubo e acelera, criando uma forte ondulação nas paredes do tubo.A maior excitação ocorre nas paredes, onde cresce o vapor.Essencialmente, este processo quebra a camada limite, mantendo o líquido próximo à superfície de alto potencial químico.Na fig.2 mostra duas etapas do processo usando uma solução aquosa de surfactante a 0,1%.
Para que o vapor se forme, devem formar-se bolhas numa superfície sólida.Isso significa que o processo de limpeza vai da superfície ao líquido.Igualmente importante, a nucleação das bolhas começa com pequenas bolhas que se aglutinam na superfície, formando eventualmente bolhas estáveis.Portanto, a nucleação favorece regiões com alta área superficial em relação ao volume de líquido, como tubos e diâmetros internos de tubos.
Devido à curvatura côncava do tubo, é mais provável que se forme vapor dentro do tubo.Como as bolhas de ar se formam facilmente no diâmetro interno, o vapor é formado ali primeiro e com rapidez suficiente para deslocar normalmente 70% a 80% do líquido.O líquido na superfície no pico da fase de vácuo é quase 100% vapor, o que imita a ebulição do filme na transferência de calor em ebulição.
O processo de nucleação é aplicável a produtos retos, curvos ou torcidos de praticamente qualquer comprimento ou configuração.
Encontre economias ocultas.Os sistemas de água que usam VCNs podem reduzir custos significativamente.Como o processo mantém altas concentrações de produtos químicos devido à mistura mais forte perto da superfície do tubo (ver Figura 1), não são necessárias altas concentrações de produtos químicos para facilitar a difusão química.Processamento e limpeza mais rápidos também resultam em maior produtividade para uma determinada máquina, aumentando assim o custo do equipamento.
Finalmente, os processos VCN à base de água e à base de solvente podem aumentar a produtividade através da secagem a vácuo.Isto não requer nenhum equipamento adicional, é apenas parte do processo.
Devido ao design da câmara fechada e à flexibilidade térmica, o sistema VCN pode ser configurado de diversas maneiras.
O processo de nucleação por ciclo de vácuo é usado para limpar componentes tubulares de vários tamanhos e aplicações, como dispositivos médicos de pequeno diâmetro (esquerda) e guias de ondas de rádio de grande diâmetro (direita).
Para sistemas à base de solvente, outros métodos de limpeza, como vapor e spray, podem ser usados além do VCN.Em algumas aplicações exclusivas, um sistema de ultrassom pode ser adicionado para melhorar o VCN.Ao usar solventes, o processo VCN é apoiado por um processo vácuo-a-vácuo (ou sem ar), patenteado pela primeira vez em 1991. O processo limita as emissões e o uso de solventes a 97% ou mais.O processo foi reconhecido pela Agência de Proteção Ambiental e pelo Gerenciamento da Qualidade do Ar do Distrito da Costa Sul da Califórnia por sua eficácia na limitação da exposição e do uso.
Os sistemas solventes que usam VCNs são econômicos porque cada sistema é capaz de destilação a vácuo, maximizando a recuperação do solvente.Isso reduz a compra de solventes e o descarte de resíduos.Este próprio processo prolonga a vida útil do solvente;a taxa de decomposição do solvente diminui à medida que a temperatura operacional diminui.
Esses sistemas são adequados para pós-tratamento, como passivação com soluções ácidas ou esterilização com peróxido de hidrogênio ou outros produtos químicos, se necessário.A atividade superficial do processo VCN torna esses tratamentos rápidos e econômicos, podendo ser combinados no mesmo projeto de equipamento.
Até o momento, as máquinas VCN têm processado tubos de até 0,25 mm de diâmetro e tubos com proporções de diâmetro/espessura de parede superiores a 1.000:1 em campo.Em estudos de laboratório, o VCN foi eficaz na remoção de bobinas contaminantes internas de até 1 metro de comprimento e 0,08 mm de diâmetro;na prática, foi capaz de limpar furos de até 0,15 mm de diâmetro.
Dr. Donald Gray is President of Vacuum Processing Systems and JP Schuttert oversees sales, PO Box 822, East Greenwich, RI 02818, 401-397-8578, contact@vacuumprocessingsystems.com.
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Horário da postagem: 13 de janeiro de 2023