As temperaturas da chama do maçarico e os pontos de fusão de diferentes materiais

A mudança do estado físico de compostos está presente em vários processos do cotidiano, como no preparo do café, na obtenção do gelo, entre outros. Assim, nas áreas da metalurgia e ourivesaria não é diferente, uma vez que os metais – a matéria prima desses setores – são frequentemente trabalhados e retrabalhados, liquefeitos e solidificados, para a obtenção de uma série de produtos com diferentes finalidades. Nesse sentido, tais alterações na estrutura dos materiais é feita a partir do fornecimento de energia no sistema e, nesse caso, a principal fonte é o calor. Assim, dentre as diversas formas de se fornecer calor, destaca-se uma das principais ferramentas utilizadas nesses setores: o maçarico.

Figura 1. Maçarico.

O maçarico é um equipamento cuja função é gerar uma chama regulável a partir da mistura de diferentes tipos de gases, como o GLP (gás de cozinha), acetileno e propano. Em sua estrutura é possível observar duas mangueiras, as quais são responsáveis pela condução do oxigênio e do gás a ser misturado, e é essa mistura de gases que permite a ocorrência de uma reação de combustão, responsável pelo surgimento da chama e, consequentemente, do calor, uma vez que essa reação é exotérmica.

Além disso, é válido ressaltar que a temperatura da chama está intrinsecamente ligada com a mistura de gases envolvida: uma reação entre o acetileno e o oxigênio possui temperatura mais elevada, em cerca de 3.087 ºC, enquanto uma mistura entre gás de rua (formado por metano, monóxido de carbono e hidrogênio) e ar gera temperaturas mais brandas, em torno de 1.100 ºC. Isso porque há uma relação entre o tamanho da cadeia carbônica oxidada e a energia liberada na reação. Abaixo, na Figura 2, é possível observar as temperaturas máximas de cada chama para certos tipos de misturas gasosas.

Figura 2. Misturas de gases e suas respectivas temperaturas máximas alcançadas. Fonte: Metalurgia básica para ourives e designers.

As chamas do maçarico podem ser divididas em três tipos: neutra, redutora ou oxidante, e cada um desses tipos possui uma característica diferente, seja em relação à temperatura alcançada ou ao tipo de processo em que é usado. Contudo, para entender o que diferencia cada tipo, é necessário entender, primeiramente, a estrutura geral de uma chama.

Estrutura da chama

De maneira geral, uma chama é formada a partir da liberação de energia feita por uma reação química exotérmica entre um comburente (como o oxigênio) e o combustível (o material que é queimado, como compostos orgânicos). Tal processo químico é denominado combustão, a qual pode ser completa (quando o comburente presente é suficiente para queimar todo o combustível) ou incompleta (quando há algum fator em menor quantidade na reação). Destacamos, na Figura 3, as reações químicas envolvidas em ambos os tipos de combustão.

Figura 3. Reações de combustão completa e incompleta do propano.

Visivelmente, é possível diferenciar esses dois tipos de combustão: enquanto o primeiro gera uma chama azulada uniforme, o segundo possui coloração amarela típica e irregular, frequentemente acompanhada da presença de fumaça escura e/ou fuligem (Figura 4).

Figura 4. Aspecto das chamas provenientes de uma combustão incompleta (à esquerda) e de uma combustão completa (à direita).

Além disso, todas as chamas possuem zonas específicas, a saber: a zona de mistura de gases, de combustão primária e a zona de combustão secundária. Cada uma dessas porções possui composições e temperaturas diferentes.

• Zona de mistura: é onde os gases envolvidos no processo de combustão são misturados.

• Zona de combustão primária: é onde ocorre a primeira etapa da reação de combustão. Nela, o gás combustível reage com o oxigênio na proporção de 1:1, gerando monóxido de carbono. É a região de temperatura máxima da chama, e gera a região do cone primário, que possui coloração azulada devido à presença de CO.

• Zona de combustão secundária: é onde ocorre a segunda etapa da reação de combustão. Nela, o monóxido de carbono é transformado em gás carbônico, que é incolor na chama. Por isso, a zona de combustão secundária forma um cone externo geralmente incolor e de difícil visualização.

Figura 5. Estrutura de uma chama.

Tipos de chama do maçarico

Por possuir mangueiras que regulam a quantidade de gás liberada, o maçarico pode gerar três tipos principais de chamas: a redutora, a neutra e a oxidante. Tais diferenças são essenciais para a realização de processos diferentes, como a fundição de metais ou a soldagem de peças, que exigem chamas com características específicas.

• Chama redutora: é gerada a partir da mistura de gases com excesso de combustível em relação ao comburente. Possui em seu comprimento uma coloração esverdeada/avermelhada, e a fusão de metais como prata e cobre, se realizada na zona de combustão primária desse tipo de chama, evita a oxidação.

• Chama neutra: muito usada no processo de soldagem oxiacetilênica, a chama neutra é obtida a partir da mistura em igual proporção dos gases combustível e comburente. O aspecto da chama neutra conta com um penacho longo, brilhante e arredondado.

• Chama oxidante: é obtida quando há excesso de comburente na mistura de gases. A chama gerada possui temperatura elevada, fazendo com que seja comumente usada em processos de fusão. Tem um cone interno afunilado e transparente, com penacho azulado e turbulento. Além disso, gera um ruído característico.

Figura 6. Aspectos dos três tipos de chama de um maçarico.

As chamas e a fusão de diferentes materiais

Conhecer os tipos de chamas, suas funcionalidades e características se torna imprescindível para realizar de forma correta e eficiente o processo de fusão de materiais. Para realizar soldagens ou fundições, conhecer o metal que está sendo utilizado, bem como suas temperaturas de fusão e ebulição, é essencial para evitar perdas de massa por evaporação, ou ainda para evitar a realização do processo mais de uma vez devido à utilização de uma temperatura insuficiente.

Dessa forma, aliando os conhecimentos acerca das chamas de um maçarico e os pontos de fusão dos diferentes materiais, é possível realizar o processo desejado com maior conforto e assertividade.

Mostramos, na Figura 7, uma série de metais comuns de serem trabalhos nos setores metalúrgico e joalheiro com seus respectivos pontos de fusão e ebulição. A partir deles, é possível determinar, por exemplo, qual mistura de gases seria mais eficiente em questão de temperatura para realizar a soldagem de uma peça de cobre com metal de adição feito de prata: gás oxigênio + GLP com uma chama neutra.

Figura 7. Tabela de pontos de fusão e ebulição para diferentes metais.

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