Filtros Sinterizados
Peças Porosas

O início do conhecimento na área de peças porosas surgiu no final da década de 20 com os filtros de bronze. Feitos com pós esféricos e baixa temperatura de sinterização foi possível a confecção do primeiro elemento filtrante. Para o entendimento do princípio de passagem de fluido entre poros foi necessário aplicar o princípio básico de permeabilidade, na época, o estado da arte.

O precursor desse estudo da passagem de fluidos por materiais particulados foi D`Arcy, em 1856, que analisou nas fontes de Dijon, na França, o fluxo de água através de camadas de areia de diversas espessuras, formulando assim o princípio básico da permeabilidade, mostrando que o fluxo é proporcional ao gradiente de pressão e inversamente proporcional à espessura.

Sua teoria foi discutida por muito tempo até que em 1927, J. Kozeny publicou a sua primeira derivação mostrando as correlações entre a porosidade, permeabilidade e a superfície específica. Porém, eram tantas variáveis relacionadas numa equação, que se tornou extremamente difícil resolvê-las. Vendo essa dificuldade o próprio Kozeny tratou de simplificá-la assumindo que o fluxo caminhava por seções cilíndricas, estabelecendo uma relação com diâmetros equivalentes.

Em 1938 Carman e Dallavalle propuseram a determinação de superfícies por métodos de permeabilidade. Em 1941 eles publicaram no Simpósio da ASTM uma técnica de determinação da superfície de pós grosseiros levando em consideração 4 fatores:

  • Dependência da permeabilidade com o número de poros permeáveis;
  • Volume de poros;
  • Resistência à passagem do fluido;
  • Absorção de filmes de líquidos nas paredes, reduzindo diâmetro, portanto a capilaridade causando menor permeabilidade.

Unindo a prática ao conhecimento da teoria da permeabilidade, postulado por D´Arcy e seus sucessores foi possível criar um novo grupo de materiais que só poderiam ser produzidos pela metalurgia do pó: os materiais porosos.

No caso dos filtros, material com porosidade controlada, procura-se uma combinação adequada (compromisso) entre o volume total e a distribuição de tamanho de poros presente. Tais características definem a permeabilidade e por consequência a aplicação do produto.

O controle da porosidade é a chave de um produto de qualidade onde são desejadas as propriedades de engenharia. Esse controle torna-se crítico quando se trabalha com morfologia de partícula irregular e diversas frações granulométricas.

Quanto às frações, é comum e desejável se trabalhar com faixas estreitas para se obter uma estrutura de poros mais uniforme. Com relação à morfologia vincula-se uma relação de compromisso, como vantagens e desvantagens tanto para morfologia esférica quanto irregular.

Basicamente, a confecção de peças porosas com propriedades desejadas, depende do conjunto de características da morfologia, do tamanho e distribuição das partículas.

As peças porosas podem ser divididas em grupos, sendo os seguintes os mais representativos:

  • Filtros;
  • Dispositivos abafadores;
  • Dispositivo de medições;
  • Mancais auto-lubrificantes;
  • Outros menos representativos;

Os materiais que podem ser utilizados para a confecção de filtros são: vidros, cerâmicas, polímeros e materiais metálicos.

O grupo dos materiais metálicos é o mais versátil em sua obtenção, apresentando-se de várias formas: pós metálicos, tela de arame trançado ou prensado, fibras metálicas e cavacos.

Os pós metálicos são mais eficientes por possuírem melhores desempenhos quanto à resistência mecânica, ao calor, à corrosão e ao impacto. Possuem ainda, durabilidade, porosidade controlada e permeabilidade.

Os pós são escolhidos de acordo com a aplicação e podem ser de bronze, aço inoxidável, níquel e suas ligas, titânio e alumínio. Com usos menos freqüentes têm-se tungstênio, tântalo, molibdênio, ouro, prata e platina.

Tabela 2: As aplicações típicas para os filtros metálicos, incluem:
 
 
 

Aplicação

Função

Exemplo de Aplicação

Atomizadores

Dispersão em forma de névoa de líquidos e subtâncias químicas.

Atomizadores, umidificadores e vaporizadores.

Equalização de Pressão

Alívio e equalização de pressão

Alívio de tanques pressurizados (pneumáticos), proteção de abertura de tanques, etc.

Espargeadores

Distribuição de gases e líquidos, Injeção fina e dispersa de gás dentro do líquido

Aeração, hidrogenação, carbonatação, oxigenação. Carbonatação de cerveja e outras bebidas gasosas, purga desoxidante em tanques de vinho.

Silenciadores

Redutor de som

Atenuadores de som em equipamentos pneumáticos, atenuador de ruído em equipamentos de telefonia.




Outras aplicações incluem: Cromatografia, Difusão, Fermentação, Filtração de Gás e líquido, Hidrogenação, Oxigenação, Restritor de fluxo / controle, etc.

As vantagens dos filtros metálicos porosos, quando da seleção adequada do material base, são: elevada resistência mecânica, ductilidade, durabilidade associada à estabilidade térmica (resistência ao calor) e elevada resistência à corrosão.

Como é de se esperar, os valores de resistência mecânica são inferiores aos produtos obtidos por conformação mecânica, visto a diferença nas condições de fabricação desses materiais. Contudo, tais filtros de aço inoxidável são resistentes à corrosão e são utilizados em ambientes agressivos uma vez que, a temperatura de sinterização é acima de 1100ºC, em vácuo ou atmosfera inerte / redutora.

Segundo alguns autores, para a maioria das aplicações existentes, a porosidade varia entre 20 e 50% do volume total do compacto.

O método padronizado (ISO 4003), para obter uma estimativa da retenção de partículas pelo filtro é a determinação do tamanho de poro pelo teste de bolha (bubble point). Esta medida é importante porque caracteriza a capacidade de retenção do filtro, em relação ao efetivo obstáculo para as partículas a serem filtradas.

Outro parâmetro relevante é a medida de permeabilidade de fluídos no filtro. É realizada através da medida da diferença de pressão e da taxa volumétrica de fluxo, quando o fluido em teste tem densidade e viscosidade conhecidas , atravessa o filtro em teste e é aplicada a Lei de D´arcy.

Na produção de filtros, podemos citar algumas características do pó extremamente importantes, São fundamentais para controle das etapas de processo subseqüentes de compactação e sinterização, dentre elas:

  • Pureza e composição química;
  • Morfologia e distribuição de tamanho das partículas;
  • Porosidade da partícula;
  • Aditivos e lubrificantes;
  • Densidade aparente e batida;
  • Escoabilidade;
  • Área superfície específica;
  • Compressibilidade