Una antorcha de plasma (también conocida como arco de plasma , pistola de plasma , cortador de plasma o plasmatrón ) es un dispositivo para generar un flujo dirigido de plasma . [1] [2] [3]
El chorro de plasma se puede utilizar para aplicaciones que incluyen corte por plasma , soldadura por arco de plasma , pulverización de plasma y gasificación de plasma para eliminación de residuos. [4]
Los plasmas térmicos se generan en antorchas de plasma mediante corriente continua (CC), corriente alterna (CA), radiofrecuencia (RF) y otras descargas. Las antorchas de CC son las más utilizadas e investigadas, porque en comparación con las de CA: "hay menos generación de parpadeos y ruido, un funcionamiento más estable, mejor control, un mínimo de dos electrodos, menor consumo de electrodos, desgaste refractario [calor] ligeramente menor y menor consumo de energía". [5]
Existen dos tipos de antorchas de corriente continua: no transferidas y transferidas. En las antorchas de corriente continua no transferidas, los electrodos se encuentran dentro del cuerpo/carcasa de la propia antorcha (creando el arco allí), mientras que en una antorcha transferida, un electrodo se encuentra fuera (y suele ser el material conductor que se va a tratar), lo que permite que el arco se forme fuera de la antorcha a lo largo de una distancia mayor.
Un beneficio de las antorchas de CC transferidas es que el arco de plasma se forma fuera del cuerpo enfriado por agua, lo que evita la pérdida de calor, como es el caso de las antorchas no transferidas, donde su eficiencia eléctrica a térmica puede ser tan baja como 50%, pero el agua caliente puede utilizarse. [6] Además, las antorchas de CC transferidas se pueden utilizar en una configuración de antorcha doble, donde una antorcha es catódica y la otra anódica , que tiene el beneficio anterior de un sistema de antorcha única transferida regular, pero permite su uso con materiales no conductores , ya que no hay necesidad de que forme el otro electrodo. [5] Sin embargo, estos tipos de configuraciones son poco frecuentes ya que la mayoría de los materiales no conductores comunes no requieren la capacidad de corte precisa de una antorcha de plasma. Además, la descarga generada por esta configuración particular de fuente de plasma se caracteriza por una forma compleja y una dinámica de fluidos que requiere una descripción 3D para poder predecirse, lo que hace que el rendimiento sea inestable. Los electrodos de las antorchas no transferidas son más grandes, porque sufren más desgaste por el arco de plasma.
La calidad del plasma producido es una función de la densidad (presión), la temperatura y la potencia del soplete (cuanto mayor, mejor). En cuanto a la eficiencia del propio soplete, esta puede variar entre fabricantes y tecnologías de soplete; aunque, por ejemplo, Leal-Quirós informa que para los sopletes de Westinghouse Plasma Corp. “es fácilmente posible una eficiencia térmica del 90%; la eficiencia representa el porcentaje de potencia del arco que sale del soplete y entra en el proceso”. [7]
En una antorcha de CC, el arco eléctrico se forma entre los electrodos (que pueden estar hechos de cobre, tungsteno , grafito , plata, etc.) y el plasma térmico se forma a partir de la entrada continua de gas portador/de trabajo, que se proyecta hacia afuera como un chorro/llama de plasma (como se puede ver en la imagen adyacente). En las antorchas de CC, el gas portador puede ser, por ejemplo, oxígeno, nitrógeno, argón, helio, aire o hidrógeno; [5] y, aunque se le denomina así, no tiene por qué ser un gas (por lo que es mejor denominarlo fluido portador).
Por ejemplo, una antorcha de plasma de investigación en el Instituto de Física del Plasma (IPP) en Praga, República Checa, funciona con un vórtice de H2O (así como una pequeña adición de argón para encender el arco) y produce una llama de plasma de alta temperatura/velocidad. [6] De hecho, los primeros estudios de estabilización del arco emplearon un vórtice de agua. [8] En general, los materiales del electrodo y los fluidos portadores deben coincidir específicamente para evitar la corrosión u oxidación excesiva del electrodo (y la contaminación de los materiales a tratar), al tiempo que se mantiene una amplia potencia y función.
Además, se puede aumentar el caudal del gas portador para promover un chorro de plasma más grande y con mayor proyección, siempre que se aumente suficientemente la corriente del arco; y viceversa.
La llama de plasma de una antorcha de plasma real mide unos pocos centímetros de largo como máximo; debe distinguirse de las armas de plasma ficticias de largo alcance .
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI inactivo a partir de enero de 2024 ( enlace )