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, incluindo cerca de um milhão de barris de biocombustíveis. Os produtos de petróleo e gás são partes integrantes da infraestrutura das sociedades. O grafite de carbono possui uma combinação de propriedades, permitindo que seja usado em equipamentos rotativos e seus componentes, como selos mecânicos/secos a gás, mancais de bombas, sedes de válvulas, geradores e compressores para produzir, distribuir e movimentar óleo e gás.

A primeira propriedade do uso do 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, significando o tamanho e a forma do material não mudam drasticamente com uma mudança de temperatura.

Uma propriedade distintiva do carbono é 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 do carbono. Os átomos de carbono são ligados em um padrão hexagonal por ligações covalentes e formam camadas de grafeno. Essas ligações são fortes, dificultando os ataques de outros produtos químicos. O grafite é considerado mais inerte do 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 atrativas fracas entre os átomos. Ao contrário das ligações iônicas ou covalentes, essas atrações não resultam de uma ligação química eletrônica; eles são comparativamente fracos e, portanto, mais suscetíveis a distúrbios.

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

Uma propriedade final do grafite de carbono é a porosidade disponível no material do processo de cozimento. Depois de misturar e moldar os constituintes de carbono bruto que consistem em pós de carbono e aglutinantes, o material verde é enviado por um processo de cozimento controlado e sem oxigênio para carbonizar o aglutinante 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 no piche são expelidos devido ao calor extremo, deixando uma estrutura de carbono amorfo. Durante a desgaseificação, 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, que podem melhorar ou adicionar propriedades mecânicas/químicas adicionais ao grafite de carbono. A próxima parte deste artigo detalhará os grafites de carbono impregnados usados ​​para produtos e aplicações em equipamentos rotativos.

Uma válvula de esfera é uma válvula de fechamento que controla o fluxo de um líquido ou gás. Ele faz isso usando uma bola com um orifício cilíndrico no meio. Quando a válvula esférica está aberta, o orifício na válvula esférica é alinhado com o tubo para permitir a passagem do fluido.

Na posição fechada, a válvula é girada 90 graus. Um componente que pode ser feito de grafite de carbono são as sedes das válvulas. Eles se 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 resta depois que o carvão betuminoso é aquecido a uma temperatura elevada. O resíduo é principalmente carbono, tem poucas impurezas e tem uma estrutura grafítica desenvolvida.