Depois da descoberta de Iwama e Morimoto sobre as benesses das gotículas pequenas no leque pulverizado do lubrificante de matrizes e do estudo universitário sobre a forma de medir as gotas que apresentei na coluna anterior, vamos agora analisar o hardware para realizar esta teoria. O desenho abaixo compara os dois sistemas.
Desconsiderando a parte de acionamento dos atomizadores vemos que a principal diferença entre os dois sistemas é o ponto onde o líquido é acrescentado ao fluxo de ar. Enquanto no sistema anterior o ponto de atomização é interno a um sistema de dutos onde a pressão efetiva é a pressão estática de ar menos a pressão dinâmica presente no sistema de dutos que no limite acaba não debitando nenhuma quantidade de pulverizado ou produzindo gotas grandes que vão deformar a qualidade do pulverizado. Pode ocorrer que a pressão dinâmica é tão grande que a pressão efetiva é zero e não haverá mais fluxo de ar, o que faz com que as gotas de líquido se condensem nas paredes internas dos dutos, nucleiem poças de líquido na base interna dos dutos que serão expelidos em primeiro lugar no próximo ciclo de pulverização. Tudo fica pior quanto mais longe fica o ponto de saída do ponto de atomização. Bicos inadequados de airless ou amassamentos dos tubos de saída diminuindo a seção de saída prejudicam ainda mais o desempenho.
Já no caso da atomização externa, como se pode ver na Fig. 1 na parte inferior, com o líquido praticamente explodindo dentro do leque de ar que está se expandindo dentro da pressão atmosférica, a pressão efetiva é a pressão inicial do líquido sem nenhuma interferência de outras pressões.
A outra conclusão importante da Fig. 1 é o leque de pulverizado. Quando na atomização interna o leque apresenta gotas grandes e heterogêneas, na atomização externa as gotículas são pequenas e homogêneas.
A primeira conclusão de gotículas pequenas e homogêneas é a capacidade de refrigeração da aplicação. Gotas pequenas têm uma superfície maior, evaporam mais rapidamente e conseguem trocar mais calor com a superfície quente, refrigerando-a. Desta forma se consegue uma rápida ancoragem do lubrificante sólido à superfície quente. Isso vem de encontro com as condições reinantes em prensas automáticas de alta produção. Ali, o aporte de calor causado por acima de 20 golpes por minuto necessita ser totalmente retirado em tempos menores do que 1 segundo!
Por outro lado, a rápida evaporação da água e as altas temperaturas da superfície da matriz colaboram com a ótima aderência do lubrificante sólido.
O resultado prático está na Fig. 2.
Partindo do princípio de que forma camada lubrificante na matriz tão somente o lubrificante sólido que teve a “sua” água evaporada, podemos dizer que com atomização interna, com gotas grandes e irregulares, cerca de 20% do volume aplicado evapora a água e forma camada e 80% escorre. Com atomização externa, gotas pequenas e homogêneas, 90% do aplicado evapora e forma camada e somente 10% escorre. Com o tempo e o aperfeiçoamento do sistema até esta quantidade poderá ser minimizada.
Apesar de o Toyota Paper ter atestado um aumento de vida de punção atribuível às gotas pequenas do pulverizado e a demonstração acima ter atribuído uma evaporação maior da água do lubrificante, vamos tentar mostrar o porquê disso.
De forma resumida, a fórmula e a Fig. 3 nos dizem que uma quantidade de calor 7 vezes maior é necessária para evaporar água a 100ºC do que para aquecer a mesma quantidade até 100ºC. Isso significa que gotículas pequenas se aquecem mais rapidamente devido a uma superfície maior, evaporam rapidamente, retirando mais calor da matriz.
A Fig. 4 mostra que com gotas menores se cobre uma área maior que troca mais calor!
Desta forma, cumpre-se o objetivo da aplicação de lubrificante em matrizes de forjaria:
Rápida formação de filme seco e bem aderido de lubrificante sólido garantindo a proteção da gravura das matrizes, melhorar o enchimento das gravuras devido ao menor coeficiente de atrito. Como todo lubrificante aplicado será revertido em filme seco e bem aderido de lubrificante sólido teremos um aproveitamento otimizado com toda água aplicada sendo evaporada e a camada de grafite se transformando durante o processo de forjamento em CO2 e vapor d’água sem deixar resíduos. Com esta aplicação, além do excelente aproveitamento do grafite, a evaporação da água se encarrega do gerenciamento térmico das matrizes, evitando superaquecimentos de determinadas áreas e, devido à ausência de grandes flutuações de temperatura, o perigo da ocorrência da fadiga térmica e perda de dureza do aço das matrizes.
