Misturadores de gás - benefícios, tecnologias, aplicações

Noções básicas de mistura de gases

As misturas gasosas são utilizadas em inúmeras aplicações industriais. Muitas misturas gasosas padrão já estão disponíveis pré-misturadas. No entanto, é frequentemente mais vantajoso preparar a mistura no local, especialmente em casos de elevado consumo, misturas invulgares ou alterações frequentes na composição dos gases. Para isso, utilizam-se misturadores de gases.

Os misturadores de gases são utilizados há décadas e têm comprovado a sua eficácia em inúmeras aplicações. A tecnologia está consolidada e fiável. Dependendo das necessidades, estão disponíveis diversas tecnologias e classes de dispositivos, desde válvulas de mistura mecânicas a controladores de caudal mássico, desde pequenos misturadores de gases móveis até complexos sistemas de mistura de gases em larga escala.

Este documento técnico resume os benefícios dos misturadores de gases, apresenta uma visão geral das diferentes tecnologias de mistura de gases e descreve algumas das aplicações mais comuns destes equipamentos.

Principais vantagens de escolher misturadores de gás

Qualidade / Homogeneidade

Os misturadores de gás oferecem a mais alta qualidade de mistura. O utilizador obtém sempre misturas absolutamente homogéneas. Esta uniformidade proporciona uma grande fiabilidade ao processo.

Flexibilidade

Os misturadores de gases oferecem a máxima flexibilidade possível em relação às proporções de mistura, volumes de gás e locais de aplicação necessários. Operar um sistema com composições de gás variáveis não é um problema com os misturadores de gases. As definições da mistura de gases podem ser alteradas a qualquer momento para obter a mistura ideal em questão de segundos. Com os misturadores de gases adequados, é possível até a utilização móvel.

Rentabilidade

Gerar as suas próprias misturas de gases significa aproveitar preços mais baixos para produtos standard. Principalmente com a troca frequente de misturas, elimina-se o armazenamento demorado das várias misturas necessárias. O manuseamento de cilindros de gás também se torna coisa do passado com a utilização de misturadores de gás.

Tecnologias de mistura de gases - como funcionam os misturadores de gases?

Existem basicamente quatro tipos de misturadores de gás:

• Misturadores de gás com válvula de mistura mecânica
• Misturadores de gás com válvula de mistura eletrónica
• Misturadores de gás com válvula de mistura pneumática
• Misturadores de gás com controladores de caudal mássico (MFC)

1. Misturadores de gás com válvula de mistura mecânica

Os misturadores mecânicos de gases com válvulas de mistura são a base da tecnologia de mistura de gases, tendo comprovado o seu valor em inúmeras instalações ao longo de muitas décadas. As misturas podem ser produzidas de forma fiável a partir de quase todos os gases utilizando este processo – com precisão e estabilidade a longo prazo. Uma válvula de mistura proporcional é geralmente utilizada para misturas de dois gases. A válvula possui duas entradas de gás e uma saída para o gás de mistura. Os caudais dos gases individuais são regulados proporcionalmente através da interação de orifícios e pistões, rodando a válvula para criar a mistura de gases desejada. Se forem necessárias misturas com três ou mais gases, utilizam-se válvulas de mistura individuais em vez de válvulas proporcionais. O caudal de cada gás é determinado separadamente com uma válvula de mistura mecânica. A mistura compreende, portanto, gases individuais dosados separadamente. Uma pressão de entrada uniforme para cada gás é crucial para o perfeito funcionamento dos misturadores de gases. Para evitar flutuações de pressão, os misturadores de gases de alta qualidade possuem uma regulação de pressão uniforme. Os misturadores de gases com válvula de mistura mecânica são adequados para a extração contínua ou descontínua (com um cilindro de gás), dependendo da aplicação. São extremamente robustos e requerem apenas um baixo nível de manutenção. Os sistemas podem ser opcionalmente ampliados, por exemplo, com módulos de análise de gases ou um monitor de pressão de entrada com funções de alarme.

2. Misturadores de gás com válvula de mistura elétrica

Os misturadores de gases com válvulas de mistura elétricas são adequados para praticamente todos os gases comuns e uma vasta gama de aplicações. As válvulas de mistura proporcionais ou individuais – dependendo se dois ou mais gases são misturados – formam o núcleo deste processo de mistura, semelhante ao processo de mistura mecânica. O funcionamento das válvulas de mistura é engenhosamente simples: um pistão móvel, em conjunto com diferentes orifícios, controla o caudal dos gases, produzindo assim a mistura desejada. A genialidade técnica reside nos materiais de alta qualidade e na produção precisa dos componentes individuais, aliada ao cálculo correto da combinação pistão-orifício adequada. Ao contrário dos misturadores com válvula de mistura mecânica, as válvulas de mistura elétricas não são operadas manualmente através de um botão rotativo, mas sim por pequenos motores elétricos. Os motores elétricos são controlados por um controlador eletrónico. Benefícios: Em primeiro lugar, os misturadores podem ser regulados eletricamente com maior precisão do que manualmente, resultando numa mistura de gases mais exata. O controlo eletrónico permite também a fácil reprodução das misturas de gases. Com operação remota, os sistemas de mistura podem ser integrados numa rede, onde podem ser controlados e monitorizados convenientemente a partir de um ponto central. E não se pode ignorar a regulação constante da pressão através de reguladores de pressão com cúpula integrados em misturadores de gás com válvulas de mistura elétricas. Os misturadores de gás são adequados para a extração contínua ou também para a extração descontínua (utilizando um cilindro de gás), dependendo da aplicação.

3. Misturadores de gás com controlador de caudal pneumático

Além das válvulas de mistura convencionais, existe um processo inovador de mistura de gases. Com este design, a mistura contínua ocorre de forma puramente pneumática através de um corpo poroso. Dependendo da proporção de mistura necessária, é disponibilizada uma superfície de tamanho diferente do corpo sinterizado para cada gás individual. O processo é essencialmente imune às flutuações da pressão do gás e do volume de extração. Também não há necessidade de fonte de alimentação ou recipiente pressurizado para o gás de mistura. Como resultado, os utilizadores obtêm um processo de mistura estável e de alta qualidade, além de beneficiarem de um fornecimento de gás muito económico. Este design inovador proporciona sistemas de mistura robustos, compactos e de baixa manutenção para 2 ou 3 gases definidos. Estes misturadores de gás são também escaláveis em tamanho e podem ser utilizados para uma vasta gama de volumes e aplicações de mistura de gases.

4. Misturadores de gás com controladores de caudal (Controlador de Fluxo de Massa = MFC)

Os misturadores MFC produzem misturas gasosas regulando o caudal mássico de cada gás individual envolvido. É utilizado um controlador de caudal mássico para cada gás. O caudal volumétrico dos gases é registado no controlador de fluxo de massa correspondente através da condutividade térmica e depois regulado. Os caudais volumétricos dos gases individuais são então combinados para formar a mistura. O controlo totalmente eletrónico otimiza o caudal mássico dos gases, compensa perturbações como flutuações de pressão ou efeitos da temperatura e mantém os parâmetros estáveis durante todo o período de produção. Não são necessários diversos dispositivos adicionais de controlo de pressão ou medições de temperatura. O armazenamento e a fácil reprodução dos parâmetros de caudal específicos do produto resultam em tempos de resposta mínimos na conversão do produto. O registo preciso dos caudais dos gases individuais permite um controlo eficaz da qualidade e dos custos. Os misturadores de gás MFC podem ser operados remotamente através de unidades de controlo digital e integrados perfeitamente em sistemas de controlo de instalações mais amplos, através de interfaces de barramento. A tecnologia MFC garante a mistura e a dosagem exatas dos gases. Os misturadores de gases com tecnologia MFC são adequados para misturas constituídas por dois ou mais gases. Dependendo da aplicação, vários MFC podem ser ligados de forma rápida e fácil para formar unidades compactas e combinados com todos os componentes necessários para as direções de mistura prontas a funcionar.

Aplicações típicas para misturadores de gás

Metalurgia

Na indústria de processamento de metais, seja no setor automóvel, ferroviário, naval ou siderúrgico, a qualidade do fornecimento de gás é crucial para processos precisos de soldadura, corte e fundição. Os misturadores de gás destacam-se pela facilidade de operação, pelos ajustes contínuos da mistura e pelas elevadas taxas de fluxo. A tecnologia de controlo precisa e o controlo uniforme da pressão, que compensa as flutuações de pressão, garantem proporções de mistura exatas e constantes.

Aplicações médicas

Os misturadores de gases para "ar sintético", uma mistura de oxigénio puro e azoto, são utilizados há anos em diversas aplicações médicas em todo o mundo. Destacam-se pela elevada fiabilidade no fornecimento, baixos custos de investimento e manutenção, fácil integração e baixo consumo energético.

Teste de fugas de hélio

Os testes de fugas com hélio consolidaram-se para testar produtos sensíveis que precisam de ser absolutamente estanques. Os sistemas que permitem a mistura deste valioso gás inerte (por exemplo, com o azoto) tornam viável a utilização do hélio. Após o teste, a mistura gasosa utilizada é recolhida, analisada e, se necessário, corrigida – tudo de forma totalmente automática.

Indústria alimentar

Os misturadores de gás MAP garantem o controlo constante da qualidade e segurança do gás no seu processo de embalagem em atmosfera modificada (MAP). Os sistemas de mistura e dosagem de gás estão disponíveis para qualquer tipo de máquina de embalagem na indústria alimentar, seja ela a vácuo, de estampagem profunda, de sacos selados ou de câmara manual.

Trabalho em vidro

Os sistemas de controlo de última geração para a composição exata das misturas de gás combustível/oxigénio permitem a precisão necessária e um fornecimento constante aos sistemas de queimadores no processamento de vidro. A mistura e dosagem exatas do gás são garantidas pela tecnologia MFC (MFC = Mass Flow Controller). O controlo totalmente eletrónico otimiza o caudal mássico dos gases combustíveis, compensa perturbações como flutuações de pressão ou efeitos de temperatura e mantém os parâmetros estáveis durante todo o período de produção, reduzindo assim as taxas de rejeição.

Tecnologia de mergulho

Misturas gasosas compostas por oxigénio e hélio (Heliox) ou oxigénio, azoto e hélio (Trimix) são necessárias em aplicações de mergulho profissional. Existem misturadores de gases especiais com análise de O2 integrada para embarcações submersíveis, enchimento de botijas de mergulho ou abastecimento de sinos de mergulho. Estes podem ser utilizados para produzir diversas misturas com segurança e flexibilidade, dependendo das necessidades.

Tecnologia laser

O desempenho e a qualidade dos sistemas laser para soldadura e corte de metais são criticamente influenciados pela composição dos gases utilizados. Os misturadores de gases não só garantem o fornecimento fiável de gases no volume necessário e na proporção exata de mistura, como também são especialmente otimizados para a maior pureza possível.

Candidaturas individuais

Para além das aplicações convencionais, os sistemas de mistura de gases são hoje em dia normalmente utilizados em tecnologia de conformação, para a odorização de gases, no fabrico de vidros duplos, na produção de airbags ou em câmaras de maturação de bananas.

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