Aplicação da tecnologia de fresamento a jato para melhorar a eficiência do processo

Kyle Shanley, engenheiro de processo, NETZSCH Premier Technologies LLC | 31 de março de 2023

No mundo da redução do tamanho de partículas, a moagem a jato sempre foi um meio ideal de obter partículas finas. Os moinhos a jato são nomeados devido à sua fonte de energia de moagem: gás comprimido expandido através de um ou mais bicos para criar um jato de gás de alta velocidade. Embora tenha havido muitas variações de projetos de equipamentos usando esta tecnologia básica, os modernos moinhos a jato de leito fluidizado com classificação interna apresentam muitos benefícios em relação a outros tipos de moinhos a jato.

Eles usam jatos opostos dentro de um leito de material e um classificador de ar dinâmico integrado para controle do corte superior PSD (distribuição de tamanho de partícula). Esta configuração proporciona colisões entre partículas em alta velocidade dentro do leito fluidizado, ao mesmo tempo que limita o contato em alta velocidade com as superfícies internas do moinho. Isso torna esses moinhos ideais para manusear materiais de uma ampla variedade de dureza e abrasividade sem desgaste excessivo da máquina e contaminação do material, ideal para materiais que exigem alta pureza ou cor limpa. As velocidades nos jatos também podem ser as mais altas observadas em qualquer tecnologia de fresamento, permitindo a retificação de materiais nos melhores PSDs. Além disso, como eles usam um gás como meio de moagem, é muito fácil controlar a temperatura e pode ser alcançado um aumento de temperatura essencialmente zero dentro do moinho.

Os moinhos a jato são facilmente os mais flexíveis e versáteis de todas as tecnologias de fresamento, mas muitas vezes ficam bloqueados em determinadas aplicações e indústrias. Um processo tradicional de moagem a jato geralmente opera com pressão do bocal de moagem de cerca de 7 barg a 250˚C. Um compressor de ar deve usar quantidades notáveis ​​de energia para obter ar comprimido nesta pressão e temperatura. Ainda mais energia é utilizada se o ar precisar ser isento de óleo e seco, o que é comum em processos de moagem a jato. Isto deixa a forma mais versátil e benéfica de redução do tamanho das partículas fora de muitos processos devido aos elevados custos de investimento de capital ou aos elevados custos de energia. Isso levou a muitos preconceitos de que o fresamento a jato é reservado apenas para materiais de alto valor, materiais que exigem os melhores PSDs ou materiais que exigem alta energia para serem fresados. A verdade, porém, é que um moinho a jato pode ser operado de diferentes maneiras e pode ser ideal para muitas aplicações que historicamente se afastaram da tecnologia. Aqui examinaremos as possibilidades de criação de um processo eficiente de moagem a jato, adequado a uma ampla gama de aplicações, com foco no moinho a jato de leito fluidizado.

Se quisermos encontrar formas de melhorar a eficiência energética e o custo de um processo de moagem a jato, devemos olhar para a principal fonte de consumo de energia: o compressor de ar. É bem conhecido na indústria que a compressão de ar não é inerentemente um processo eficiente, com muitos compressores de alta pressão na faixa de eficiência de 40–60%. Para resolver isso, recorremos a um compressor de ar padrão de dois estágios, isento de óleo (Figura 1). Para atingir a pressão e temperatura desejadas, o ar ambiente é primeiro comprimido até cerca de 4 barg, onde aquece até cerca de 2.000˚C. Este ar é então resfriado e comprimido novamente, onde atinge até 8,0 barg e é novamente aquecido a cerca de 1.600˚C (os valores exatos podem variar). Se for necessário ar de retificação à temperatura ambiente, esse ar deverá agora ser resfriado novamente, deixando-nos quatro etapas para atingir ar comprimido de alta pressão e temperatura ambiente. Então, e se começarmos a remover algumas dessas etapas do compressor de ar?

Figura 1: Estágios do compressor de ar isento de óleo

Podemos considerar dois cenários principais: remoção do estágio final de resfriamento, proporcionando até 8 barg e 1.600˚C de ar, ou remoção de ambos os estágios de resfriamento e do segundo estágio de compressão, deixando-nos até 4 barg e 2.000˚C. Mas devemos entender como isso afetará a operação de nossas fábricas de jatos? Abaixo você pode ver alguns valores que poderiam ser alcançados em um moinho a jato de leito fluidizado de projeto comum.

Figura 2: Cenários de moinho a jato no moinho a jato de leito fluidizado NETZSCH CGS 50