Filtros cerâmicos: espuma, prensados ou extrudados?

Roberto Castro

Raphael Vazami

A aplicação dos diferentes tipos de filtros cerâmico iniciou-se nos anos 80 e teve grande aumento de importância nos últimos 30 anos, o que proporcionou uma melhoria na qualidade e nos custos dos fundidos. Desde então, as fundições passaram a reconhecer a importância da aplicação de filtros, seus principais benefícios e geraram novas necessidades ao longo do tempo.

A indústria de fundição dos anos 1980 necessitava evoluir e aumentar a produção, pois naquela época não se atentava para o rendimento metalúrgico e avaliação mais acurada de custos de produção, da mesma forma como se observa nos dias atuais. Eram fundidas grandes quantidades de metal para se conseguir produzir poucas peças com qualidade.

Na busca da melhoria da qualidade das peças fundidas em cobre, alumínio, aço ou ferro eram utilizados diversos tipos de materiais com a finalidade de filtrar, desde telas, palha de aço, filtros cerâmicos prensados e extrudados. Os cerâmicos de espuma apareceram em 1982 e, quando comparados aos outros filtros disponíveis à época, se obtinha peças fundidas de qualidade muito superior.

Para a comprovação da diferença entre os tipos de filtro utilizados no mercado, a primeira análise que se faz é na geometria do perfil dos filtros. Pela imagem 1 nota-se que filtros extrudados e prensados têm uma estrutura unidirecional de fluxo do metal, isto é, são geometrias que se assemelham a uma “tela”, ou a um bloco cerâmico com múltiplas aberturas simétricas e unidirecionais.

Os filtros espuma, por outro lado, devido sua estrutura em octaedro, fazem que o metal filtrado tenha um contato com toda estrutura, tornando o fluxo multidirecional, o que, além de reter as inclusões, permite a diminuição significativa da turbulência após a passagem pelo filtro.

Para comprovar esta teoria, um estudo da Univesidade de São Paulo usou água como fluído e comparou os três filtros. Nota-se que a água que sai da torneira no estudo está “aerada” e estas bolhas de ar representam escórias exógenas e endógenas de um metal líquido.

Pela figura 2 é possível notar que a filtragem realizada com filtros prensados e extrudados não retém as “inclusões” representadas pelas bolhas de ar e que o fluxo da água se mantém elevado. Em uma fundição, estas condições podem favorecer problemas com a oxidação metálica e presença de inclusões.

Por outro lado, fica evidente que os filtros espuma proporcionam um sistema multidirecional, eliminando a turbulência e as bolhas de ar, uma vez que sua estrutura faz com que o fluído filtrado tenha um contato com toda sua estrutura, tornando o fluxo uniforme e sem turbulência.

Outro ponto importante ao comparar os três tipos de filtros é a capacidade de retenção de escórias, uma vez que os filtros unidirecionais não retêm escórias de tamanho inferior ao tamanho do furo de passagem, o que já não ocorre com os multidirecionais, como ilustrado na figura 3.

Com auxílio da técnica de simulação outro estudo interessante foi realizado para comparar filtros unidirecionais com os multidirecionais. Nota-se na figura 4 que nos casos de prensados e extrudados a coloração das imagens que indicam velocidade de fluido são idênticas antes e depois do filtro, indicando pouca ou nenhuma influência destes filtros no fluxo do metal líquido, isto é, o fluxo matém-se veloz e turbulento.

Figura 4: simulação Magma Soft de vazão de metal e filtros unidirecionais

A simulação realizada nas mesmas condições e com a utilização de filtro espuma mostrada na figura 5 mostra velocidade menor de fluxo após a passagem pelo filtro, sugerindo que o sistema multidirecional ajuda a reduzir a turbulência do fluido.

Figura 5: simulação Magma Soft de vazão de metal e filtros multidirecionais

Todos estes estudos mostram que os filtros cerâmicos fabricados em espuma possuem uma maior capacidade de diminuir o nível de inclusões não-metálicas, reduzir a turbulência durante enchimento do molde e melhorar assim a usinabilidade. Desta forma, verifica-se que a utilização de filtros espuma traz grandes vantagens para o fundidor, permitindo, por exemplo, a produção de peças com paredes mais finas, atendendo aos mais altos níveis de exigência das peças dos mais diversos segmentos de mercado.

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