Propriedades e usos do grafite de carbono

Os produtos petrolíferos impulsionam veículos, aquecem edifícios e produzem eletricidade. Em 2021, o consumo médio de petróleo nos Estados Unidos foi de cerca de 19,78 milhões de barris por dia, o que incluiu cerca de um milhão de barris de biocombustíveis. Os produtos petrolíferos e de gás são partes integrantes da infra-estrutura das sociedades. O grafite de carbono possui uma combinação de propriedades, permitindo sua utilização em equipamentos rotativos e seus componentes, como vedações mecânicas/secas a gás, rolamentos de bombas, sedes de válvulas, geradores e compressores para produzir, distribuir e movimentar petróleo e gás.

A primeira propriedade do uso de grafite de carbono é sua resistência à temperatura. Quer sejam altas temperaturas, como 350 F a 1.100 F em ambientes oxidantes e até 6.000 F em ambientes não oxidantes, ou temperaturas criogênicas variando de -30 F a -450 F, esses materiais têm um baixo coeficiente de expansão térmica, o que significa que o tamanho e a forma do material não mudam drasticamente com a mudança de temperatura.

Uma propriedade distintiva do carbono é a sua resistência à corrosão a centenas de produtos químicos. Estes incluem, mas não estão limitados a, benzeno, dióxido de enxofre, petróleo, formaldeído, hidrocarbonetos e mercúrio. O grafite de carbono é uma forma alotrópica de carbono. Os átomos de carbono estão ligados entre si em um padrão hexagonal por ligações covalentes e formam camadas de grafeno. Essas ligações são fortes, dificultando o ataque de outros produtos químicos. A grafite é considerada mais inerte que outros elementos e formas de carbono.

O grafite de carbono também possui características autolubrificantes. As camadas de grafeno são unidas por forças de Van der Waals. Estas são forças de atração fracas entre átomos. Ao contrário das ligações iónicas ou covalentes, estas atrações não resultam de uma ligação química eletrónica; eles são comparativamente fracos e, portanto, mais suscetíveis a perturbações.

Permitir que as camadas de grafeno de grafite de carbono se esfreguem contra o material correspondente, preenchendo a rugosidade da superfície e criando um filme hidrodinâmico permite essencialmente que o grafite escorra contra si mesmo. Essa capacidade autolubrificante dá ao material a capacidade de não emperrar ou esfolar em condições de operação a seco. Por ser autolubrificante e possuir propriedades térmicas e elétricas, o material de grafite de carbono também não produz faíscas. A faísca é referida aqui como faísca mecânica ou de fricção.

Uma propriedade final do grafite de carbono é a porosidade disponível no material proveniente do processo de cozimento. Depois de misturar e moldar os constituintes de carbono bruto que consistem em pós e ligantes de carbono, o material verde é enviado através de um processo de cozimento controlado e livre de oxigênio para carbonizar o ligante de piche, endurecendo-o e transformando-o em carbono amorfo.

Durante o processo de cozimento, ocorre a liberação de gases, o que significa que os hidrocarbonetos do piche são eliminados devido ao calor extremo, deixando uma estrutura amorfa de carbono. Durante a liberação de gases, esses gases saem do material, deixando para trás uma rede de porosidade interconectada. Essa porosidade dá aos fabricantes de carbono a capacidade de impregnar o material com vários tipos de metais, resinas e sais, o que pode melhorar ou adicionar propriedades mecânicas/químicas adicionais ao grafite de carbono. A próxima parte deste artigo detalhará o grafite de carbono impregnado usado em produtos e aplicações em equipamentos rotativos.

Uma válvula de esfera é uma válvula de corte que controla o fluxo de um líquido ou gás. Isso é feito usando uma bola com um orifício cilíndrico no meio. Quando a válvula esférica está aberta, o orifício na válvula esférica fica alinhado com o tubo para permitir a passagem do meio.

Na posição fechada, a válvula gira 90 graus. Um componente que pode ser feito de carbono grafite são as sedes das válvulas. Eles sentam segurando a bola. A vedação ocorre quando a pressão a montante aumenta, empurrando a esfera e a sede a montante na direção do fluxo em direção à sede a jusante.

A impregnação comumente usada para grafite de carbono nesta aplicação é o coque. O coque é o resíduo sólido que permanece após o carvão betuminoso ser aquecido a alta temperatura. O resíduo é principalmente carbono, possui poucas impurezas e possui uma estrutura grafítica desenvolvida.