¿Qué es el plasma?

¿Qué es el plasma? El cuarto estado de la materia

Una descripción común del plasma es como el cuarto estado de la materia. Normalmente pensamos en los tres estados de la materia como el sólido, el líquido y el gaseoso. Para un elemento común como el agua, estos tres estados son hielo, agua y vapor. La diferencia entre estos estados está relacionada con sus niveles de energía. Cuando aportamos energía en forma de calor al hielo, éste se derrite y se transforma en agua. Si aportamos más energía, el agua se evapora en hidrógeno y oxígeno, en forma de vapor. Al aportar aún más energía al vapor estos gases se ionizan. El proceso de ionización hace que el gas se convierta en un conductor de la electricidad. A este gas ionizado conductor se le llama plasma

Cómo el plasma corta el metal

El proceso de corte por plasma, como se usa en el corte de metales conductores, emplea este gas conductor para transferir la energía de una fuente eléctrica a través de una antorcha de corte por plasma al metal que se va a cortar.
El sistema básico de corte por arco de plasma consiste de una fuente de energía, un circuito iniciador del arco y una antorcha. Estos componentes del sistema suministran la energía eléctrica, la capacidad de ionización y el control de proceso necesarios para producir cortes muy productivos y de alta calidad en diferentes materiales.
La fuente de energía es una fuente de corriente continua (CC) constante. El voltaje en circuito abierto por lo general está en el rango de 240 a 400 VCD. La corriente de salida (amperaje) de la fuente de energía determina la velocidad y la capacidad del espesor de corte del sistema. La principal función de la fuente de energía es suministrar la energía correcta para mantener el arco de plasma después de la ionización.
El circuito de arranque del arco es un circuito generador de alta frecuencia que produce un voltaje de CA de 5000 a 10 000 voltios a 2 megahercios aproximadamente. Este voltaje se utiliza para crear un arco de alta intensidad dentro de la antorcha a fin de ionizar el gas, produciéndose de esta manera el plasma.
La antorcha sirve de soporte a la boquilla y al electrodo consumibles y para refrigerar (con agua o gas) estas piezas. La boquilla y el electrodo constriñen y mantienen el chorro de plasma.

Secuencia de operación de un sistema de corte por plasma

La fuente de energía y el circuito de arranque del arco están conectados a la antorcha por un conjunto de cables y mangueras. A través de este conjunto de cables y mangueras se suministran a la antorcha el flujo de gas correcto, la corriente eléctrica y la alta frecuencia para que arranque y mantenga el proceso.
1. Se envía una señal de arranque a la fuente de energía. Esto activa simultáneamente el voltaje en circuito abierto y el flujo de gas a la antorcha (ver Figura 2). El voltaje en circuito abierto se puede medir entre el electrodo (-) y la boquilla (+). Tenga en cuenta que la boquilla está conectada al positivo de la fuente de energía por una resistencia y un relé (relé del arco piloto), mientras que el metal a cortar (pieza a cortar) está conectada directamente al positivo. El gas fluye a través de la boquilla y sale por el orificio. En ese momento no hay arco, ya que no pasa la corriente del voltaje CC.
2. Después de que el flujo de gas se estabiliza, se activa el circuito de alta frecuencia. La alta frecuencia provoca una descarga disruptiva entre el electrodo y la boquilla dentro de la antorcha, de un modo que el gas debe pasar a través de este arco antes de salir de la boquilla. La energía transferida del arco de alta frecuencia al gas hace que el gas se ionice y se convierta en conductor. Este gas conductor crea un paso de corriente entre el electrodo y la boquilla, formando como resultado un arco de plasma. El flujo del gas fuerza a este arco a pasar a través del orificio de la boquilla, creando un arco piloto.
3. Como se supone que la boquilla esté muy cerca de la pieza a cortar, el arco piloto se conectará a la pieza a cortar, ya que el paso de la corriente al positivo (en la fuente de energía) no está limitado por una resistencia como lo está la conexión de la boquilla al positivo. El flujo de corriente a la pieza a cortar se sensa electrónicamente en la fuente de energía. Al sensarse el flujo de corriente, se inhabilita la alta frecuencia y se abre el relevador del arco piloto. La ionización del gas se mantiene con la energía del arco de CC principal.
4. La temperatura del arco de plasma funde el metal, perfora la pieza a cortar y el flujo de gas a alta velocidad quita el material fundido del fondo de la sangría del corte. En este momento se inicia el movimiento de la antorcha y comienza el proceso de corte.

Variantes del proceso de corte por plasma

Corte por plasma convencional Este proceso utiliza por lo general un solo gas (normalmente aire o nitrógeno) que enfría y produce el plasma. La mayoría de estos sistemas usan una corriente nominal menor de 100 A para cortar materiales de espesores inferiores de 5/8 pulg. Se utilizan principalmente en aplicaciones manuales




Corte por plasma de doble gas Este proceso utiliza dos gases, uno para el plasma y otro como gas de protección. El gas de protección se utiliza para proteger el área de corte de la atmósfera, produciendo así un borde de corte más limpio. Esta es probablemente la variante más popular, ya que se pueden utilizar diferentes combinaciones de gases para producir la mejor calidad de corte posible en un material dado.



Corte por plasma con protección de agua Esta es una variante del proceso de doble gas donde el gas de protección se sustituye por agua. Produce un mejor enfriamiento de la boquilla y la pieza a cortar, junto con una mejor calidad de corte en acero inoxidable. Este proceso es solamente para aplicaciones mecanizadas.




Corte por plasma con inyección de agua Este proceso usa un solo gas para el plasma y utiliza agua, la que se inyecta radialmente o en espiral directamente en el arco para mejorar sobremanera la constricción del arco, y aumentar de este modo la densidad y temperatura del arco. Este proceso utiliza de 260 a 750 A para cortes de alta calidad en muchos materiales y espesores. Este proceso es solo para aplicaciones mecanizadas.



Corte por plasma de precisión Este proceso produce una calidad de corte superior en materiales más delgados (inferior a 1/2 pulgada) a velocidades más lentas. Esta calidad mejorada es el resultado de utilizar la última tecnología para súper constreñir el arco y aumentar considerablemente la densidad de energía. Se requieren velocidades más lentas para permitir al dispositivo de avance trazar contornos con mayor precisión. Este proceso es solo para aplicaciones mecanizadas.