Lingotes de tântalo em componentes de compressores de gás resistentes à corrosão

A seleção de materiais para os vários componentes dos compressores de gás é importante para garantir a durabilidade, a confiabilidade e a eficiência por um longo período. Em componentes sujeitos a ataques de meios agressivos, os lingotes de tântalo surgiram como uma das principais opções devido à sua excepcional resistência à corrosão, combinada com a estabilidade em altas temperaturas.

Fig. 1 Diagrama do compressor de gás [1]

Por que usar o tântalo em ambientes corrosivos?

1. Excepcional resistência à corrosão

O tântalo está entre os metais mais resistentes à corrosão, principalmente em meios fortemente ácidos e reagentes químicos agressivos. De fato, ele é resistente a gases e líquidos ácidos como nenhum outro elemento, o que o torna adequado para compressores de gás com possíveis frações corrosivas no ar ou no gás. Por exemplo, em refinarias petroquímicas, um gás com enxofre pode destruir rapidamente materiais menos resistentes em questão de horas. Ao criar uma camada de óxido estável e protetora em sua superfície, o tântalo evita mais corrosão; isso aumentará a vida útil das peças do compressor e reduzirá os períodos de inatividade.

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2. Excelente desempenho em altas temperaturas

A maioria dos compressores de gás é exposta a condições de alta temperatura, especialmente nos setores envolvidos com energia. O tântalo pode operar em temperaturas extremamente altas devido ao seu ponto de fusão incrivelmente alto de 3.017°C (5.463°F). Portanto, os lingotes de tântalo são considerados ideais para a fabricação de peças de compressores, como rotores e pistões, que operam em altas temperaturas, garantindo a máxima eficiência.

3. Durabilidade e resistência superiores

A resistência e a durabilidade inerentes do tântalo o tornam altamente adequado para componentes que são submetidos a estresse mecânico contínuo. Em compressores de gás, peças como rotores e válvulas são expostas a forças de cisalhamento e desgaste mecânico muito altos. A excelente resistência à tração e à fadiga do tântalo tende a minimizar o desgaste, fazendo com que os componentes durem mais, mesmo em condições operacionais extremas.

Aplicações comuns do tântalo em compressores de gás

1. Rotores e pás de compressores

Os rotores e as pás dos compressores de gás estão sujeitos a desgaste constante devido à rotação em alta velocidade com bombardeio constante de partículas abrasivas no fluxo de gás. O tântalo, por ser muito resistente à abrasão, é aplicado nos rotores e lâminas que precisam suportar simultaneamente a corrosão e as tensões mecânicas. O alto ponto de fusão do tântalo garante que esses componentes mantenham sua integridade estrutural, mesmo em compressores que operam em temperaturas elevadas.

2. Componentes de vedações e válvulas

As vedações e válvulas dos compressores de gás proporcionam a vedação estanque necessária para manter a pressão e evitar vazamento de gás. Muitos ambientes corrosivos causam a quebra desses componentes, geralmente devido aos gases para os quais os selos foram projetados. O tântalo é usado para fabricar vedações, sedes de válvulas e corpos de válvulas; sua resistência a gases corrosivos permite um desempenho duradouro e evita vazamentos ou falhas. Sua maleabilidade e formabilidade permitem a fabricação precisa de geometrias complexas exigidas nos sistemas de compressores atuais.

3. Componentes de alta pressão

Os compressores de gás operam sob pressões muito altas, o que coloca tensões muito altas em peças como câmaras de compressão, flanges e cabeçotes de cilindro. A resistência do tântalo à deformação, aliada à sua capacidade de suportar variações extremas de pressão, torna-o altamente adequado para essas peças críticas. As aplicações que normalmente apresentariam falhas devido ao estresse do material ou à corrosão podem manter a integridade estrutural e a longevidade com o uso do tântalo.

4. Componentes de um trocador de calor

Os compressores de gás são usados em conjunto com trocadores de calor em muitos setores em que podem ocorrer mudanças de temperatura durante ou após a compressão. Os tubos e defletores dos trocadores de calor que estão em contato com gases quentes corrosivos aproveitam a excepcional resistência à corrosão do tântalo combinada com sua boa resistência ao choque térmico. Isso garante a integridade estrutural e o desempenho confiável da transferência de calor sob ciclos térmicos agressivos, nos quais a corrosão degradaria outros materiais.

Resistência à corrosão: Tântalo e outros materiais

Embora o aço inoxidável, o titânio e as ligas à base de níquel encontrem amplas aplicações em compressores de gás, eles não se comparam ao tântalo em termos de resistência à corrosão e estabilidade em alta temperatura. Abaixo está uma breve comparação do tântalo com outros materiais. Para obter mais produtos de metal, consulte a Stanford Advanced Materials (SAM).

Conclusão

Os lingotes de tântalo oferecem o maior benefício em aplicações de compressores que exigem resistência superior à corrosão e estabilidade em altas temperaturas. Outros materiais, inclusive os feitos de aço inoxidável e titânio, têm seu lugar, mas o tântalo continua sendo o principal material para ambientes industriais muito severos, nos quais o alto desempenho, a confiabilidade e a longa vida útil são cruciais.

Referências:

[1] Eugene "Buddy" Broerman, Tim Manthey, Jürgen Wennemar, Justin Hollingsworth, Capítulo 6 - Screw Compressors, Editor(es): Klaus Brun, Rainer Kurz, Compression Machinery for Oil and Gas, Gulf Professional Publishing, 2019, Páginas 253-307, ISBN 9780128146835.