Fabricação de Cilindros de Oxigênio: Da Matéria-Prima à Garantia de Qualidade

Histórico

Oxigênio (número atômico 8, peso atômico 16) é essencial para todos os organismos vivos e reage com quase todos os outros elementos. Quando uma substância se liga ao oxigênio, diz-se que é oxidada. É o elemento mais abundante no universo, compreendendo aproximadamente 90% da água e 46% da crosta terrestre (silício 28%, alumínio 8%, ferro 5%). Em seu estado puro, o oxigênio é incolor, inodoro e insípido. A temperaturas abaixo de –183 °C (–297 °F), liquefaz-se em um líquido azul-pálido.

Cerca de dois terços do corpo humano é oxigênio. É inalado nos pulmões, transportado pela corrente sanguínea às células, onde reage com outras moléculas para gerar energia. Os produtos residuais da respiração são água e dióxido de carbono, que são expelidos pelos pulmões.

Terapia médica com oxigênio, usada para condições como enfisema, asma e pneumonia, fornece oxigênio pressurizado de cilindros de alumínio com reguladores de pressão ou de grandes tanques de aço isolados classificados a 141 kg/cm² (2.000 lb/in²).

História

A descoberta do oxigênio é creditada a vários cientistas. Em 1774, Joseph Priestley observou um gás que suportava combustão, que chamou de "ar desflogisticado". Antoine-Laurent Lavoisier posteriormente renomeou-o oxigênio (do grego oxy "ácido" e gene "formador") e demonstrou seu papel na combustão e formação de ácidos. Carl Wilhelm Scheele, químico sueco, havia isolado o gás anteriormente em 1771, mas não publicou suas descobertas até mais tarde.

Matérias-Primas

Cilindros de oxigênio são fabricados de alumínio grau 6061 e ar líquido. O lingote de alumínio é fundido como um longo tronco e então cortado em slugs próximos às dimensões do produto final. Ar líquido é condensado e aquecido até que nitrogênio e outras impurezas fervam, deixando oxigênio quase puro (97–100%) antes de ser distribuído nos cilindros.

Design

Cilindros médicos de oxigênio tipicamente apresentam corpo de aço escovado e topo verde. O design equilibra resistência, peso e resistência à corrosão para atender rigorosos padrões de segurança.

Processo de Fabricação

Formação do Cilindro

• 1. Um único lingote de alumínio 6061 é cortado em uma esteira em slugs.
• 2. Cada slug é colocado em uma matriz e submetido a extrusão reversa, criando uma grande carcaça oca em forma de copo.
• 3. A carcaça passa por inspeção visual e medição dimensional.
• 4. Estampagem fecha a extremidade aberta do copo, formando um cilindro sem costura.

Tratamento Térmico

• 5. O cilindro é tratado em solução em forno a ~538 °C (1.000 °F), alcançando o têmpera T-4.
• 6. É então envelhecido artificialmente em forno a ~177 °C (350 °F) para precipitar elementos de liga, produzindo a têmpera T-6 mais forte.

Configuração do Gargalo

• 7. Usinagem assistida por computador fura um furo central no gargalo.
• 8. Uma ferramenta de forma fresa a superfície superior, ranhura do anel O e roscas em sequência, criando uma vedação confiável.

Acabamento

• 9. Teste hidrostático pressiona o tanque a cinco terços de sua pressão de serviço; qualquer expansão excessiva resulta em rejeição.
• 10. Marcas de identificação (especificações, número de série, fabricante, data) são estampadas com estampador pneumático.
• 11. Cilindros médicos recebem acabamento escovado, são rotacionados em esteira e lixados automaticamente.
• 12. Tinta verde é aplicada manualmente, seguida por revestimento em pó transparente que é curado em forno.
• 13. O tanque finalizado é tampado ou equipado com válvula conforme requisitos do cliente.

Enchimento dos Tanques

1. 1. Oxigênio pressurizado comercial é destilado de ar líquido, que liquefaz a –183 °C.
2. 2. O ar é comprimido e expandido através de motores a pistão, resfriando-o e reduzindo pressão.
3. 3. Múltiplos estágios de expansão liquefazem o ar, que é então armazenado em tanques isolados.
4. 4. Fervura remove nitrogênio (ponto de ebulição –196 °C / –320 °F), rendendo oxigênio 97–100% puro para enchimento dos cilindros.

Controle de Qualidade

Durante a produção, cilindros passam por inspeções e limpezas repetidas. Pós-venda, cada tanque deve passar por reteste hidrostático e visual a cada cinco anos, conforme diretrizes da Associação de Gases Comprimidos. Cilindros com desgaste mínimo podem ter vida útil ilimitada.

Marcação DOT-3AL indica conformidade com regulamentos do Departamento de Transporte para transporte de gás comprimido.

Subprodutos e Resíduos

Quase 93% do lingote fundido é recuperado no produto final, deixando menos de 7% de sucata. Cilindros condenados são despressurizados, válvula removida, e serrados ao meio para reciclagem, garantindo desperdício mínimo.

O Futuro

Avanços na terapia médica com oxigênio produziram tanques menores e mais manobráveis. O tanque padrão E contém 680 L e pode fornecer até 11,3 horas a 1 L/min, pesando apenas 3,6 kg (7,9 lb) vazio. O tanque M9, com 240 L, oferece quatro horas a 1 L/min ou duas horas de fluxo contínuo. Acessórios como carrinhos ou bolsas permitem transporte fácil.

Onde Saber Mais

Outros Recursos

Catalina Cylinders Web Page. 8 novembro 2001. https://www.catalinacylinders.com.

Tri-Med, Inc. Web Page. 8 novembro 2001. https://www.trimed.freeservers.com.

Deirdre S. Blanchfield