Como a água corta o aço?

O waterjet é uma máquina usada para cortar peças de metal usando um jato de água a uma pressão extremamente alta. Se a água atingir um fluxo contínuo a uma velocidade suficiente ela realmente pode cortar o metal.

Pense no waterjet como um jato de água com pressão 30 vezes maior que a máquina de pressão usada em lava rápidos. Os jatos d'água utilizados em lava-rápidos são um exemplo corriqueiro de uma película de sujeira sendo "cortada" da carroceria, das rodas e dos pneus de um veículo.

O segredo para cortar metal utilizando água é manter o jato coeso. O jatos d'água (waterjets) são capazes de cortar porque o fluxo de água passa através de um bico estreito de diamante a uma pressão muito alta que mantém o jato coeso. Ao contrário de outras máquinas de cortar metal, os cortadores com jato d'água não perdem o corte e nunca esquentam.

Jatos d'água com baixa pressão foram usados primeiramente na mineração de ouro na Califórnia em 1852. Jatos de vapor e água quente foram usados no início do século 20 para a limpeza. Jatos d'água de alta pressão foram utilizados para a mineração nos anos 60, e cerca de 10 anos atrás a indústria começou a utilizar jatos d'água para corte. Os jatos abrasivos (abrasivejets) foram usados pela primeira vez na indústria por volta dos anos 80.  

Cortesia de OMAX Corporation
Jato de água genérico

No passado, apenas uma peça de metal poderia ser cortada por vez com uma serra ou outro processo mecânico utilizando-se uma peça de metal como lâmina. Era um trabalho intenso e caro. Jatos d'água e jatos abrasivos controlados por computador são utilizados hoje para cortar diversos tipos de materiais. A mistura água-abrasivo sai do bico a mais de 1400 km/h. As máquinas mais modernas podem cortar medidas a partir de dois milésimos de polegada e seu jato pode chegar a velocidades próximas a Mach 3.  

Cortesia de OMAX Corporation
Jato abrasivo genérico

Os jatos d'água podem cortar:

  • mármore
  • granito
  • pedra
  • metal
  • plástico
  • madeira
  • aço inox

O jato d'água pode cortar um "sanduíche" feito de diferentes materiais e com espessura maior que 10 cm. Esse processo sem cheiro, sem poeira e relativamente sem aquecimento pode cortar materiais tão finos quanto cinco milésimos de uma polegada. O fino e preciso jato permite que o primeiro corte seja o acabamento final na superfície. Um processo de corte único economiza gastos com materiais e com máquinas. Por exemplo, um engenheiro envia o desenho de uma peça para uma empresa de corte via disquete ou e-mail e recebe a peça de volta já cortada.

Os jatos d'água (waterjets) cortam materiais mais maleáveis, enquanto os jatos abrasivos (abrasivejets) cortam materiais mais resistentes. Os cortes feitos atualmente são normalmente efetuados debaixo d'água para evitar respingos de água e barulho. Altas velocidades de corte são usadas para prevenir que o jato corte inclusive a máquina.  

Cortesia de OMAX Corporation
Máquina de jato abrasivo (abrasivejet) com área de corte de 66 cm quadrados. Veja o reservatório de pó abrasivo vermelho.

A pressão da água fica normalmente entre 20 mil e 55 mil libras por polegada quadrada (PSI). A água é empurrada a um orifício de 0.010" a 0.015" de diâmetro em um cristal.

Um jato d'água pode remover a casca de uma árvore a uma distância de 12 m se adicionarmos à água comum o "SUPER-WATER", disponível pela Berkeley Chemical Research (em inglês). O "SUPER-WATER" é um químico polimérico solúvel que age como uma série de colunas espinhais moleculares ou barras de reforço de concreto que ligam as moléculas individuais de água de uma forma mais estruturada a fim de formar um jato coeso. Imagine o potencial para cortar a vegetação de beira de estradas.

Qual a velocidade de corte?

Um jato abrasivo pode cortar uma placa de titânio de 1,3 cm a uma velocidade de 18 cm por minuto quando uma bomba de 30 hp é usada. Os jatos abrasivos se movem da mesma maneira que uma máquina de corte a caneta (plotter).

Os jatos abrasivos já foram usados para:

  • remover resíduos dentro de túneis de trem;
  • ajudaram no resgate da pequena Jessica em um poço em Midlanda, Texas;
  • cortar quase todo tipo de vidro à prova de balas;
  • cortar peças para o F-22 e para o bombardeiro Stealth, e outras aeronaves e espaçonaves;
  • cortar a superfície do submarino Kursk, usando abrasivo de pó de diamante, para recuperar os corpos da tripulação russa;
  • remover as faixas de sinalização em rodovias;
  • entalhar em madeira;
  • criar esculturas;
  • cortar toras em serrarias.  

Cortesia de OMAX Corporation
Partes cortadas com jato abrasivo

Veja abaixo, algumas Indústrias que podem fazer uso de jatos d'água (waterjets) e jatos abrasivos (abrasivejets).

  • Construção: desenhos podem ser cortados em materiais rochosos para aplicações em pisos. Fazer partes de um letreiro, com pedra e metal cortados. Formas especiais para metal e telhas podem ser cortados.
  • Manufatura: engrenagens precisas e outras partes complexas como peças feitas de espuma e borracha podem ser cortadas sem usar qualquer aquecimento, como ocorreria com o corte a laser.
  • Designers: formas complexas podem ser cortadas para joalheria, esculturas e espelhos.
  • Outros: há uma broca especial para exploração de petróleo que possui jatos d'água na ponta para acelerar o processo de perfuração. Quando usado com jatos direcionados, um jato d'água pode perfurar debaixo de rodovias para criar dutos para a passagem de fibra-ótica.

Clique no medidor de pressão para ver e ouvir um vídeo de 5 segundos da Flow Corporation (em inglês). Uma bomba de 50 HP gera uma pressão de 52.400 PSI para um jato d'água e uma mistura de abrasivo vermelho para cortar aço de 1/16 polegadas. Esse jato abrasivo possui um orifício interno de .013" de rubi para produzir um jato d'água de .040" de diâmetro.  

Cortesia de ADR Hydro-Cut, Morrisville/N.C.
Clique na figura para assistir um vídeo de 5 segundos de um jato abrasivo

Agradecimentos a ADR Hydro-Cut, Morrisville, N.C., Carl Olsen da WaterJets.org (em inglês) e W. Glenn Howells da Berkeley Chemical Research, Inc. (em inglês) pelo auxílio técnico deste artigo.

Veja mais links interessantes: