Plasmatrones

El plasma termal es producido por unos equipos especiales que se llaman plasmatrones.

En función de la fuente energética primaria que puede ser la corriente continua (Direct Current), la corriente alterna (Alternating Current) o la frecuencia de radio (Radio Frequency) diferenciamos plasmatrones DC, AC, RF, ICP (Inductively Coupled Plasma).

Según el efecto que surten, los plasmatrones se dividen en dos tipos con efecto directo (transferred). El primer tipo: arco eléctrico se produce entre uno de los electrodos y el material procesado, sale de la zona de la cámara de descarga de plasmatron. El segundo tipo: el efecto indirecto (non transferred), o sea que el arco eléctrico se produce entre dos electrodos sin salir de la zona de la cámara de descarga del plasmatron.

El plasmatron estándar DC está formado por el cátodo de hafnio, zirconio, grafito (por ejemplo wolframio) y el ánodo de cobre enfriado con agua, en forma de soplete. Estos dos electrodos están separados uno del otro por un aislador que también incluye una toma para el gas portátil.

El gas portátil atraviesa el espacio entre los electrodos, a través de la descarga en arco que se forma entre los electrodos. Gracias a la temperatura alta de la descarga, el gas es ionizado y se transforma en plasma térmico. El cuerpo del plasmatron es la cámara refrigerante para el cátodo y el ánodo.

El gas para formar el plasma, el agua refrigerante, la energía eléctrica de la respectiva fuente energética entran en el plasmatron.

Las diferencias entre los distintos tipos de plasmatrones consisten en el modo de estabilización de la descarga en arco, en la forma de los electrodos, en el tipo de gas portante, modo de enfriamiento de electrodos, modo del flujo del gas portante.

Prioridades de los plasmatrones:

• Funcionalidad estable, no obstante a diferentes valores del perfomance
• Control fácil del perfomance, con posibilidad de automatizar fácilmente el proceso completo
• Posibilidad de trabajar con varios gases portantes (aire, gases inertes, vapor de agua, CO y CO2, gases de hidrógeno de carbono, vapores de diversos líquidos, nitrógeno y diversas mezclas de estos gases)
• Alcance de una temperatura alta (3000 – 20000°C)
• Densidad alta de la energía (> 100 MW/м3)
• Período largo de vida útil de los eléctrodos
• Estructura comprobada en condiciones industriales (fundición de metales)

Equipos auxiliares necesarios para el funcionamiento de los plasmatrones

• El grupo refrigerante asegura la refrigeración de los electrodos del plasmatron con el agua desmineralizada y en algunos casos también en enfriamiento de la fuente de energía eléctrica.
• Fuente del gas de trabajo – Este sistema suministra el gas comprimido seleccionado al plasmatron (usualmente 1 MPa) que es necesario para crear el plasma (en función de las necesidades del proceso tecnológico), en la cantidad necesaria, permitiendo así regular esta cantidad. Este sistema es suministrado usualmente junto con el plasmatron puesto que la coordinación de la selección del gas de trabajo y de su flujo es muy importante para un funcionamiento estable del plasmatron.
• La fuente de la corriente eléctrica representa el elemento básico en el sistema de control del perfomance del plasmatron. El esquema eléctrico especial asegura una descarga en arco muy estable, bajo carga diferente. La descarga en arco estabilizada significa un control más exacto del proceso como tal. El perfomance de la fuente de energía eléctrica depende de las necesidades de cada determinado proceso, de unos kW a varios MW.
• Bloque de inicialización (encendido) – El bloque de inicialización del arco asegura el arranque del proceso y el rearme automático, en el caso de su interrupción. El oscilador de alta tensión es el elemento principal de este bloque.
• Sistema de control – El sistema de control se utiliza para el control de la fuente de corriente eléctrica y de los demás equipos tecnológicos y para vigilar el proceso por medio de PLC (Programmable Logic Controller).