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Uma atmosfera exotérmica é um tipo de atmosfera controlada criada pela combustão de um combustível (como o gás natural ou o propano) com um fornecimento limitado de ar.Este processo gera calor (reação exotérmica) e produz uma mistura de gases, principalmente azoto (N₂), dióxido de carbono (CO₂) e pequenas quantidades de monóxido de carbono (CO) e hidrogénio (H₂).Esta atmosfera é normalmente utilizada em processos de tratamento térmico, tais como recozimento, endurecimento e brasagem, para evitar a oxidação e descarbonetação de metais.A composição da atmosfera exotérmica pode ser ajustada variando a relação ar/combustível, tornando-a versátil para diferentes aplicações industriais.

Pontos-chave explicados:

1. Definição e Formação de Atmosfera Exotérmica:

   • Uma atmosfera exotérmica é formada através da combustão parcial de um combustível de hidrocarboneto (por exemplo, gás natural ou propano) com uma quantidade restrita de ar.
   • A reação química é exotérmica, o que significa que liberta calor, e a mistura gasosa resultante é rica em azoto (N₂) e dióxido de carbono (CO₂), com vestígios de monóxido de carbono (CO) e hidrogénio (H₂).

2. Composição da Atmosfera Exotérmica:

   • Os componentes primários de uma atmosfera exotérmica são:
     • Nitrogénio (N₂):70-90%
     • Dióxido de carbono (CO₂):5-15%
     • Monóxido de carbono (CO):1-5%
     • Hidrogénio (H₂):1-5%
   • A composição exacta depende da relação ar/combustível utilizada durante a combustão.Uma mistura mais pobre (mais ar) produz mais CO₂ e menos CO, enquanto uma mistura mais rica (menos ar) aumenta a concentração de CO e H₂.

3. Aplicações no tratamento térmico:

   • As atmosferas exotérmicas são amplamente utilizadas nos processos de tratamento térmico para proteger os metais da oxidação e da descarbonetação.
   • As aplicações comuns incluem:
     • Recozimento:Amolecimento de metais para melhorar a maquinabilidade.
     • Endurecimento:Aumento da dureza e da resistência dos metais.
     • Brasagem:Junção de metais utilizando um material de enchimento.
   • A atmosfera controlada garante uma superfície limpa e livre de óxido, o que é crítico para alcançar as propriedades desejadas do material.

4. Vantagens das atmosferas exotérmicas:

   • Económico:O processo utiliza combustíveis e ar facilmente disponíveis, o que o torna económico.
   • Versátil: A composição pode ser ajustada para se adequar a diferentes metais e processos.
   • Protetor:Evita a oxidação e a descarbonetação, garantindo resultados de elevada qualidade.
   • Seguro:A baixa concentração de gases inflamáveis (CO e H₂) reduz o risco de explosões.

5. Limitações e considerações:

   • Controlo do carbono:A presença de CO e CO₂ pode afetar o teor de carbono do metal, o que pode não ser adequado para todas as aplicações.
   • Requisitos de equipamento:São necessários geradores e sistemas de controlo para produzir e manter a atmosfera.
   • Impacto ambiental:A combustão produz CO₂, contribuindo para as emissões de gases com efeito de estufa.

6. Comparação com outras atmosferas controladas:

   • As atmosferas exotérmicas são frequentemente comparadas com as atmosferas endotérmicas e as atmosferas à base de azoto.
     • As atmosferas endotérmicas são mais ricas em CO e H₂, tornando-as mais adequadas para processos que requerem enriquecimento de carbono.
     • As atmosferas à base de azoto são inertes e utilizadas quando a prevenção da oxidação é crítica sem interação com o carbono.
   • A escolha da atmosfera depende dos requisitos específicos do processo de tratamento térmico.

Ao compreender os princípios e as aplicações das atmosferas exotérmicas, os fabricantes podem otimizar os seus processos de tratamento térmico para obter as propriedades desejadas do material, minimizando os custos e o impacto ambiental.

Tabela de resumo:

Aspeto	Detalhes
Definição	Formado pela combustão parcial de combustíveis de hidrocarbonetos com fornecimento limitado de ar.
Componentes primários	- Nitrogénio (N₂):70-90% - Dióxido de carbono (CO₂):5-15% - Monóxido de carbono (CO):1-5% - Hidrogénio (H₂):1-5%
Aplicações	Recozimento, endurecimento, brasagem para evitar a oxidação e a descarbonetação.
Vantagens	Económica, versátil, protetora e segura.
Limitações	Desafios do controlo do carbono, requisitos de equipamento, impacto ambiental.
Comparação	Mais rica em N₂ e CO₂ em comparação com atmosferas endotérmicas e à base de azoto.

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