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 por plasma y gasificación por plasma para eliminación de residuos. [4]
Los plasmas térmicos se generan en antorchas de plasma mediante corriente continua (DC), corriente alterna (AC), 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 parpadeo 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]
Hay dos tipos de antorchas de CC: no transferidas y transferidas. En las antorchas de CC no transferidas, los electrodos están dentro del cuerpo/carcasa de la antorcha (creando el arco allí). Mientras que en una antorcha transferida un electrodo está afuera (y generalmente es el material conductor a tratar), lo que permite que el arco se forme fuera de la antorcha en una distancia mayor.
Una ventaja 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-térmica puede ser tan baja como el 50%. pero el agua caliente se puede utilizar por sí misma. [6] Además, los sopletes de CC transferidos se pueden usar en una configuración de soplete doble, donde un soplete es catódico y el otro anódico , lo que tiene el beneficio anterior de un sistema de soplete simple transferido normal, pero permite su uso con antorchas no conductoras. materiales, ya que no es necesario que forme el otro electrodo. [5] Sin embargo, este tipo de configuraciones son raras 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 de mayor tamaño, debido a que sufren mayor desgaste por el arco de plasma.
La calidad del plasma producido es función de la densidad (presión), la temperatura y la potencia de la antorcha (cuanto mayor, mejor). Con respecto a la eficiencia del soplete en sí, esto puede variar según los fabricantes y la tecnología del soplete; aunque, por ejemplo, Leal-Quirós informa que para las antorchas de Westinghouse Plasma Corp. “es fácilmente posible una eficiencia térmica del 90%; la eficiencia representa el porcentaje de potencia del arco que sale de la antorcha y entra al proceso”. [7]
En una antorcha de CC, el arco eléctrico se forma entre los electrodos (que pueden ser 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 de plasma/llama (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 denomina así, no tiene que ser un gas (por lo tanto, mejor denominado 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 H 2 O (así como una pequeña adición de argón para encender el arco) y produce una alta temperatura/ llama de plasma de alta velocidad. [6] De hecho, los primeros estudios de estabilización de arco emplearon un vórtice de agua. [8] En general, los materiales de los electrodos y los fluidos portadores deben combinarse específicamente para evitar la corrosión u oxidación excesiva de los electrodos (y la contaminación de los materiales a tratar), manteniendo al mismo tiempo una potencia y función amplias.
Además, el caudal del gas portador se puede aumentar para promover un chorro de plasma más grande y más saliente, siempre que la corriente del arco aumente lo suficiente; y viceversa.
La llama de plasma de una antorcha de plasma real tiene una longitud máxima de unos pocos centímetros; debe distinguirse de las armas de plasma ficticias de largo alcance .
{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: DOI inactivo a partir de enero de 2024 ( enlace )