BR102012032322B1 - Process for obtaining microchane plates for chemical microreators to plates so obtained - Google Patents

Abstract

processo para obtenção de placas de microcanais para microreatores químicos e placas assim obtidas refere-se o presente pedido de invenção a um processo de obtenção de placas de microcanais e de um monobloco de microcanais para construção de microreatores químicos por intermédio da sinterização direta em metal a laser (dmls) para a produção de hidrogênio a partir da reforma a vapor de etanol.

Description

PROCESSO PARA OBTENÇÃO DE PLACAS DE MICROCANAIS PARA MICROREATORES QUÍMICOS E PLACAS ASSIM OBTIDAS

Campo da invenção Refere-se o presente pedido de patente de invenção a um processo de obtenção de placas de microcanais para microreatores químicos por intermédio da Sinterização Direta em Metal a Laser (DMLS). Refere-se também às placas de microcanais assim obtidas.

Possui aplicabilidade industrial voltada para empresas produtoras de equipamentos da área de engenharia química e farmacêutica.

Fundamentos da invenção Os microreatores são reatores miniaturizados capazes de produzir uma grande variedade de compostos. O objeto proposto aqui é o processo pelo qual os microcanais são produzidos.

Os microreatores são dispositivos em que as reações químicas ocorrem em um espaço confinado, de modo a controlar suas condições, com dimensões inferiores a 1mm, onde o mais típico desses espaços são em microcanais. Embora os microreatores sintetizem produtos químicos apenas em pequenas quantidades, eles podem ser utilizados em escala industrial multiplicando-se a quantidade dos microreatores e/ou também dos microcanais - quando se multiplica os microreatores a mesma estrura é multiplicada, contudo quando se multiplica o numero de microcanais são necessários adaptações nas dimensões estruturais. A Sinterização Direta em Metal a Laser constrói os objetos de forma similar a SLS. Segundo EOS (2009), para a construção de qualquer peça, o equipamento deve seguir uma lógica: A plataforma de distribuição e construção é carregada com a espessura de uma camada. Então, a lâmina de recobrimento aguarda na posição a direita da plataforma de distribuição, o qual sobe a uma altura suficiente para fornecer a quantidade necessária de material para a próxima camada. Assim, a lâmina se move espalhando o pó sobre a área de construção e o excedente de material é recolhido em um coletor. Na próxima etapa o feixe de laser é direcionado sobre o material e guiado através de uma secção bidimensional do objeto. A sinterização do material da camada atual e a agregação com as abaixo dela ocorre por meio da exposição do pó metálico ao laser.

Assim o processo de construção tridimensional da peça é completado em algumas horas quando todas as camadas forem sinterizadas. Além disso, as peças podem atingir mais ou menos suas propriedades finais, contudo dependendo da aplicação podem ser necessários um pós-tratamento, como tratamento térmico para alivio de tensões residuais, tempera, ou tratamentos de superfície como jateamento ou polimento.

Houve já a divulgação tanto do microreator como da placa de microcanais desenvolvida, no entanto, não houve divulgação do processo de obtenção da placa de microcanais que será utilizada na construção dos em microreatores. A titulo de exemplo podemos citar as publicações “BINELI, A. R. R., PERES, A. P. G., JARDINI, A. L, MACIEL FILHO, R. Direct Metal Laser Sintering (DMLS): Tecnology for Design and Construction of Microreactors In: 6Q Congresso Brasileiro de Engenharia de Fabricação, 2011, Caxias do Sul. Anais do 6- Congresso Brasileiro de Engenharia de Fabricação. ABCM Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas, 2011” e “BINELI, A. R. R., BARBOSA, Μ. I. R., PERES, A. P. G., JARDINI, A. L„ MACIEL FILHO, R. Surface Morphology of a Catalytic Wall Microreactor Constructed by Direct Metal Laser Sintering Process In: ICheaP-10, 10th International Conference on Chemical and Process Engineering, 2011, Florence. The tenth International Conference on Chemical & Process Engineering. Italy: AIDIC Servizi S.r.l., 2011. v.24. p.223 -228”. Em ambos não houve a descrição do processo de obtenção das ditas placas de microcanais, apenas a descrição física do dispositivo propriamente dito o que não desqualifica o requisito de novidade do processo.

Até a presente data as placas de microcanais são produzidas pela tecnologia de manufatura rápida diretamente no material desejado. Não necessariamente como placas, mas como um módulo inteiro (placas fundidas), como mostra a Figura 1. O material aplicado na construção pode ser uma liga que depois de tratada apresenta atividade catalítica. Não há na literatura uma descrição da utilização do processo DMLS para a obtenção de placas de microcanais. Portanto, os documentos que mais se aproximam do presente pedido de patente são efetivamente as próprias publicações dos Inventores. Contudo, a fim de fundamentar a invenção segue abaixo uma lista de pedidos: US2007141375: refere-se a um método para obter uma agulha de combustível utilizando a Sinterização Direta em Metal a Laser. O objetivo do presente pedido é utilizar desse mesmo sistema para se obter um outro dispositivo. Tanto as condições processuais quanto as etapas propriamente ditas serão totalmente distintas e impossível de se chegar ao mesmo resultado sem inúmeras pesquisas sobre o tema. US2007053808: descreve um microreator para a realização de reações catalíticas heterogêneas, no entanto seu processo de construção não é descrito e tampouco objeto de proteção. CN102068950: descreve um micro-reactor de leito fixo para a produção de etileno pela desidratação do bioetanol. Neste processo o fluxo do gás reagente é injetado nos microcanais, os quais são preenchidos (recheados) com partículas de catalisadores. As placas de microcanais são intercaladas para que a câmara de combustão do etanol esteja ligada em série e em paralelo com a câmara de hidrogenação onde a energia térmica liberada pela reação de combustão seja transferida para a câmara de hidrogenação. Breve descrição da invenção Refere-se o presente pedido de invenção a um processo de obtenção de placas de microcanais e de um monobloco de microcanais para construção de microreatores químicos por intermédio da Sinterização Direta em Metal a Laser (DMLS) para a produção de hidrogênio a partir da reforma a vapor de etanol.

Os materiais para confeccionar as placas e/ou monobloco serão escolhidos de acordo com os objetivos do microreator, podendo ser Alumínio, Cromo-cobalto, Níquel, Ligas de níquel, aço inox, ligas de aço inox,Titânio ou outro metal com propriedades catalíticas para reações.

Selecionado o material desejado, adiciona-se a um DMLS contendo um laser YB (Ytterbium) com uma faixa de potência de 20 a 200 W, uma velocidade de varredura de preenchimento e contorno de 60 a 7000 mm/s e comprimento de onda de 1060 - 1100 nm; promove-se a elaboração de camadas com 20-40 pm de espessura.

As características da superfície podem ser: Polida, Rugosa, rugosa com características porosas. Alguns deles podem depender de pós-tratamentos. Polido necessitam de jateamento para remoção de materiais não sinterizados. Rugosas não necessitam de pós-tratamentos de limpeza.

Posteriormente promove-se a etapa de pós tratamento: • Tratamento térmico para alivio de tensões Temperatura - 200- 1200?C

Tempo -2-24h • Tratamento químico Uso de soluções ácidas para corrosão da superfície e melhoramento da aderência de posteriores deposições de materiais de suporte catalítico e/ou catalisador. • Tratamento eletroquímico Uso de soluções ácidas em banho eletrolítico para anodizar/oxidar superfície. Este tratamento permite a criação de uma camada de oxido sobre a superfície o qual pode apresentar elevada área superficial. • Tratamento limpeza Jateamento para remoção de materiais não sinterizados perfeitamente na superfície.

Posteriormente adicionam-se os materiais de suporte. Os materiais depositados como suporte catalítico podem ser qualquer tipo de oxido ou mistura de óxidos em qualquer proporção. (Ex.: Al203, Ce02, ZnO, La203, Fe203, MgO, CaO, SiO).

Por fim, adiciona-se a fase ativa dos catalisadores, que pode compreender qualquer metal reduzido na superfície e/ou mesmo na fase de óxidos. Podendo também ser mistos (ex.: Ni, Pt, Rh, Co, Cu, Cr, Na, Fe, Mg, Zn, Nb, Mo, Ru, Ag, Pd, Ir, Au, Ti, V, Si, Ga). O invento favorece a produção dos módulos dos microcanais, os quais podem ser fabricados diretamente no material desejado.

As placas e/ ou monobloco de microcanais desenvolvidos possui a finalidade de produzir hidrogênio a partir da reforma a vapor de etanol. O hidrogênio pode ser utilizado para fins energéticos ao alimentar células combustíveis ou mesmo para processos os quais é utilizado como matéria prima para produção de outros produtos químicos. Outra vantagem é que o microreator pode ser aplicado como tecnologia embarcada em veículos para converter combustíveis (álcool ou hidrocarbonetos) em hidrogênio para alimentar células combustíveis e consequente motores elétricos. O presente pedido de patente de invenção possui inúmeras vantagens em relação aos processos convencionais de produção de placas de microcanais. Dentre elas podemos citar a agilidade e precisão no processo de preparação, o controle das dimensões (da ordem de 5 mm) e forma dos microcanais e escolha da qualidade da superfície.

Breve descrição das figuras A Figura 1 refere-se a placa de microcanais “A” obtida pelo processo de produção objeto do presente pedido de patente, sendo que 1 refere-se a parte superior da placa e 2 a parte inferior do dispositivo. A Figura 2 demonstra a morfologia das placas sinterizadas sem a aplicação de nenhum tipo de pós-tratamento. A Figura 3 demonstra a morfologia das placas sinterizadas com tratamento com jato de areia. A Figura 4 demonstra uma vista explodida de um microreator convencional contendo as placas de microcanais desenvolvida, sendo que 1 refere-se aos cartuchos de aquecimento; 2 a estrutura de compartimento; 3 aponta para as placas de microcanais desenvolvidos; 4 refere-se a uma junta de vedação; 5 refere-se a secção de saída; 6 a secção de reação; 7 secção de entrada; 8 estrutura do compartimento; e 9 cartuchos de aquecimento. Descrição detalhada da invenção Por meio da DMLS, ou sinterização direta em metal a laser, pode-se construir os microcanais em diferentes formas e materiais (metálicos ou cerâmicos) na forma de placas ou mesmo como um bloco inteiro fundido. Depois da produção dos módulos com os microcanais, estes são tratados quimicamente/eletroquimicamente para melhoramento da área superficial, seguido da deposição da fase ativa de catalisadores. Contudo observa-se que a etapa de deposição da fase ativa do catalisador, pode não ser necessária, a fase ativa do catalisador pode ser reduzida diretamente depois do processo eletroquímico de oxidação para aumento da área superficial, mas isto depende exclusivamente do tipo de material empregado no processo de produção dos microcanais, se cerâmico, metálico, liga ou compósito de matriz metálica ou cerâmica. O processo de obtenção das placas de microcanais para serem utilizados em microreatores químicos será descrito nos tópicos abaixo: • Projeto de produção de microreator pela integração de engenharia reversa e DMLS O objetivo desta etapa é apresentar a tecnologia de Prototipagem Rápida como forma de se fabricar microreatores diretamente em metal a partir de modelos CAD e avaliar os desvios das peças produzidas por meio de técnicas de engenharia reversa.

Devido a grande flexibilidade na fabricação de peças diretamente a partir de dados CAD, foram fabricados dois componentes de um microrreator (compartimento e placas de microcanais). As condições do processo assim como as características microestuturais foram elaboradas no intuito de se obter as melhores condições para a produção de hidrogênio in situ.

• Principio de funcionamento da DMLS A Sinterização Direta em Metal a Laser constrói os objetos de forma similar a SLS. Segundo EOS (2009), para construção de qualquer peça o equipamento segue os seguintes passos de funcionamento: A plataforma de distribuição e construção é carregada com a espessura de uma camada. Então, a lâmina de recobrimento aguarda na posição a direita da plataforma de distribuição, o qual sobe a uma altura suficiente para fornecer a quantidade necessária de material para a próxima camada. Assim, a lâmina se move espalhando o pó sobre a área de construção e o excedente de material é recolhido em um coletor. Na próxima etapa o feixe de laser é direcionado sobre o material e guiado através de uma secção bidimensional do objeto. A sinterização do material da camada atual e a agregação com as abaixo dela ocorre por meio da exposição do pó metálico ao laser.

Assim o processo de construção tridimensional da peça é completado em algumas horas quando todas as camadas forem sinterizadas. Além disso, as peças podem atingir mais ou menos suas propriedades finais, contudo dependendo da aplicação podem ser necessários um pós tratamento, como tratamento térmico para alivio de tensões residuais, tempera, ou tratamentos de superfície como jateamento ou polimento. • Estratégias de exposição Para se atingir uma boa qualidade na produção da peça é necessário o entendimento sobre alguns parâmetros do processo. Devido a exposição à alta energia térmica em um curto período de tempo, necessário para densificação e rearranjo atômico, alguns problemas inerentes podem ocorrer como fraturas e empenamento (Simchi, Petzoldt et ai, 2001). Esta deformação é resultado do aquecimento induzido pelo laser e o consequente resfriamento do material o que provoca campos de temperatura não homogêneos. Além disso, durante o resfriamento a morfologia do material passa da fase amorfa para meio-cristalina. As regiões cristalinas tem uma densidade maior que as regiões amorfas, o que leva a uma perda de volume. Como o processo é baseado na sobreposição de camadas, elas podem sofrer com diferentes tensões resultando num efeito chamado ‘curt na industria de prototipagem rápida (Held e Pfligersdorffer, 2009).

Para se obter as camadas, promove-se a varredura do laser sobre uma fina superfície do pó metálico para formar uma secção bidimensional do objeto. Inicialmente, todo contorno é exposto ao laser com uma determinada potência (Lpw) e velocidade de varredura (Csp). Entretanto, como o diâmetro da região sintetizada é sempre maior que o diâmetro do feixe de laser o erro dimensional é corrigido por meio do parâmetro ‘Beam Offset’ (Senthilkumaran, Pandey et al., 2009) para uma boa correspondência às dimensões originais da peça. Na etapa de preenchimento 'hatching', o laser move varias vezes linha a linha para assegurar que o processo de sinterização se desenvolva por completo. A distância entre as linhas de preenchimento (Hs) ‘hatch spacing’ é normalmente configurado como 1/4 do diâmetro do feixe do laser. Neste ponto, o valor de ‘Beam Offset’ é novamente definido com relação ao contorno, pois se este for alto ou baixo as partículas da região irradiada serão sobre sinterizadas ou não sinterizadas corretamente. (EOS, 2009). O parâmetro ‘layer thickness' assegura a adesão entre as camadas, contudo se o valor for alto demais não haverá uma adesão boa suficiente, e, como visto, tensões mecânicas podem ser geradas causando um descolamento da camada abaixo. Se o valor for muito baixo, a estrutura pode ser removida da plataforma por meio da colisão com a lâmina de recobrimento (EOS, 2009). • Projeto do microreator. preparação e parâmetros de fabricação Como um típico processo de prototipagem rápida, para a fabricação do modelo físico 3D no processo DMLS, primeiro o modelo virtual é desenvolvido com o auxilio de um software CAD. Depois do modelo CAD são necessárias duas etapas para a fabricação da peça: (1) preparação dos dados, no qual o tratamento digital é efetuado, ou seja, a peça 3D é geralmente exportada para o formato (.STL) e, de acordo com os parâmetros de construção, o sistema gera o fatiamento do objeto em camadas 2D; (2) A construção da peça pela maquina.

Para fins de avaliação do processo de fabricação, o microreator projetado foi simplificado. As dimensões de cada uma das partes são apresentadas na Tabela 1. Além disso, para avaliar a precisão e capacidade do equipamento, também foi produzida uma 'placa de verificação’, variando a espessura da parede de 0.25 a 1 mm.

Tabela 1. Dimensões da estrutura do compartimento e placas de microcanais. O material aplicado foi um pó metálico de Aluminio (AISilOMg) com partículas entre 25 e 45 pm. Este material foi escolhido devido as suas propriedades de condutividade térmica, peso e resistência. A potência máxima oferecida pelo laser de ítérbio na DMLS é 200 W e para o material mencionado apenas 58.5% (117W) e 29.25% (58.5W) do máximo foi utilizado. A velocidades de varredura, o diâmetro do feixe e densidade de energia utilizados foram de 225 a 400 mm/s, 40 pm e 2.328x1010 W/m2 respectivamente. Os parâmetros são dados na Ttabela 2.

Tabela 2: Parâmetros do processo DMLS para a construção das placas • Metodologia de inspeção 3D e Engenharia reversa O recente campo relacionado com a manufatura e engenharia de produtos, baseado em computação, como o uso da digitalização tridimensional estão sendo explorados visando uma integração no processo produtivo industrial para aplicações como: Engenharia reversa; Controle de qualidade; Inspeção 3D; Detecção de desvios e imperfeições de superfície; e Redesign de peças (Ferreira, Leal et al., 2007; Jardini, Costa et a!., 2008). A engenharia reversa atualmente é um ramo importante na área de projeto e manufatura sendo reconhecida como uma importante ferramenta no ciclo de desenvolvimento de produtos. Esta tecnologia permite a reprodução tridimensional de um objeto existente em um modelo CAD, o qual pode ser modificado e/ou melhorado (Várady, Martin et al., 1997; Bagci, 2009). A engenharia reversa e inspeção tridimensional do modelo construído pelo processo DMLS foi feita pela técnica de scaneamento 3D em um equipamento destinado a esta finalidade. Esta técnica e equipamento permite a digitalização de peças por meio da projeção de padrões de luz sobre o objeto. Duas câmeras CCD de alta resolução capturam os perfis de imagem e por meio de algoritmos de triangularização; os dados (XYZ) da superfície são gerados, aproximadamente um milhão de pontos por aquisição. (Jardini, Costa et al., 2008). A interface entre o Scanner 3D e o modelo digital se deu por intermédio de um software comercial. Depois da digitalização na interface, a nuvem de pontos gerada foi importada em outro software comercial para comparação entre o modelo CAD original e o modelo produzido pela DMLS. Esta comparação permite observar o desvio na peça construída.

Como resultado da construção pelo processo DMLS, pôde-se notar um empenamento na estrutura do compartimento, o qual foi medido utilizando as técnicas avançadas de engenharia reversa, que podem rapidamente mostrar as condições fora de tolerância. Para o compartimento o desvio nominal entre o modelo CAD original e o produzido foram de aproximadamente 0,5mm.

Geralmente quando se remove a peça da plataforma de construção e do material suporte as bordas tendem a se levantarem, o centro permanece em sua posição original e o desvio ocorre em um formato tipo ‘sino’. Pelos testes realizados, pôde se notar que o desvio foi o mesmo tanto na direção longitudinal quanto na transversal. A razão para o empenamento está relacionada com as tensões térmicas e correspondem a tensões residuais desenvolvidas durante a densificação da estrutura durante o processo de sinterização. De forma a se reduzir estes efeitos são necessárias melhores condições e parâmetros de produção como potência do laser, velocidade de varredura, espaçamento de preenchimento, padrão de varredura e espessura e número de camadas. (Pohl, Simchi et al., 2001) identificou estes desvios para diferentes padrões e velocidades de varredura. Enquanto altas velocidades de varredura levam a redução das tensões elas também diminuem a energia depositada pelo laser e consequentemente a densificação. Os menores desvios foram observados com padrões de varredura do tipo quadrados e listras, com pequenos comprimentos dos vetores, enquanto que os maiores desvios foram observados quando longos vetores foram utilizados na construção.

Embora nesta avaliação tenha sido aplicado o padrão tipo listras, o desvio observado pode ser explicado pelos longos vetores gerados na fase de preparação da construção. Os longos vetores foram gerados devido a forma de orientação da peça durante a construção, desta forma, é recomendado que a construção proceda tanto quando possível com a menor área exposta a varredura.

Entretanto a prototipagem rápida, com os diferentes processos, é uma tecnologia comercial, e na maioria das vezes a peça é orientada para que tenha o menor tempo de construção possível, que neste caso seria com a menor altura. No entanto na DMLS, dependendo da peça, isto pode levar a uma maior distorção e conseqüentemente a um pós-tratamento mais caro. A estrutura de compartimento produzido pela DMLS mostrou imprecisão devido ao empenamento observado, contudo fazendo a analise da placa de verificação e medindo a espessura das paredes com auxilio de paquímetro, as medidas se mostram precisas. De 0.25 a 1 mm não houve diferenças nas medidas entre o modelo proposto em CAD e o produzido.

Devido às reduzidas dimensões dos microcanais na placa construída e também a limitação da técnica de engenharia reversa para regiões tão pequenas, a nuvem de pontos não foi clara o suficiente para a realização da inspeção tridimensional. Contudo, como a placa é o coração do microreator, a mesma foi submetida à análise da morfologia da superfície por meio de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV).

Os resultados desta analise MEV, Figura 2, mostra a morfologia das placas sinterizadas sem a aplicação de nenhum tipo de pós-tratamento. A superfície pode ser considerada porosa e rugosa devido a não completa sinterização das partículas, os quais podem ser observados pelos aglomerados do pó metálico.

Em comparação ao trabalho de (Gu e Shen, 2008) também observaram a formação de estrutura porosa na preparação de componentes utilizando aço inox 316L. Uma superfície densa foi obtida utilizando alta potência do laser e baixa velocidade de varredura, contudo a velocidades de varredura mais altas produziu trilhas descontínuas consistindo de aglomerados dispersos em formato esférico. A melhor estrutura porosa foi obtida com baixa potência do laser e velocidade de varredura, o qual resultou em poros abertos formados na superfície.

Neste trabalho, foi aplicada uma baixa potência para sinterizar os contornos e também as estruturas de superfície e alta potência para as linhas de preenchimento, ou seja, o interior da estrutura. Por essa razão, uma estrutura porosa foi observada na superfície das paredes dos microcanais. Para reações em fase gasosa esta estrutura torna-se especialmente interessante devido ao aumento da área superficial e consequentemente a massa de catalisador depositada. De fato a área superficial é uma importante questão a ser considerada em processos catalíticos. A utilização de diferentes parâmetros do equipamento sinterizam o material a estruturas densas ou porosas e com a escolha correta dos parâmetros o processo DMLS pode não somente facilitar o desenvolvimento rápido dos microreatores catalíticos, mas também permitirem o controle da estrutura formada durante a sinterização, os quais são extremamente relevantes para alguns processos tanto para reações em fase líquida quanto gasosa. A Figura 3 mostra que o tratamento com jato de areia após a fabricação das peças foi capaz de remover a camada porosa, resultando em uma superfície mais lisa. Para os dois casos também é possível se observar que o equipamento oferece uma precisão bem interessante para a construção de paredes finas, neste caso, 0,5 e 0,25 mm respectivamente. Embora tenha sido aplicado removido, a camada porosa é de se notar que a superfície apresenta ondulações, não sendo completamente plana. Sob o ponto de vista fluidodinâmico, dependendo da aplicação do microreator, isto pode ser interessante ou não. Tendo em vista que o escoamento nos microcanais é laminar, para o escoamento onde seja necessário mistura estas ondulações podem auxiliar nesse processo, contudo a consideração destas ondulações nos softwares de CFD é algo bem difícil, sendo requerido um número muito grande de elementos e conseqüentemente um aumento exponencial do tempo computacional. • Deposição de material catalítico Para a deposição do material suporte e do catalisador na superfície dos microcanais três etapas foram desenvolvidas: primeiro o tratamento térmico nas placas; deposição da suspensão do material suporte; e deposição do catalisador.

As placas foram submetidas ao tratamento térmico que podem variar de acordo com o material escolhido de 4 a 24 horas em uma faixa de temperatura que varia de 300 a 800QC na presença de oxigênio. Esta etapa visa criar uma camada de oxido sobre a superfície dos microcanais para melhorar a aderência do material suporte. O procedimento de recobrimento e impregnação em microcanais consistiu na preparação de uma suspensão contendo 20g de γ-alumina, 75g de água deionizada, 5g de aglutinante (PVA - polivinil álcool) e 1g de acido acético. O aglutiante foi dissolvido em água e a suspensão foi agitada a 60°C por 2h e deixada por 12 h para remoção de bolhas. A alumina e acido acético foram adicionados em seguida e agitados por 12 h (Zapf et al., 2003; Germani et al., 2007). O recobrimento feito neste trabalho foi baseado no método apresentado, contudo com algumas adaptações. Visando observar o comportamento da reação de reforma a vapor do etanol sob diferentes materiais, 3 tipos de suportes foram aplicados: nanopartículas de γ-ΑΙ203 (Nanum Nanotecnologia), Ce02 (Nanum Nanotecnologia) e ZnO (Umicore). As quantidades de materiais aplicadas em cada suspensão foram ajustadas para se obter uma boa espessura do recobrimento. A tabela 3 apresenta a composição das suspensões utiizadas para o recobrimento dos microcanais.

Material Soma (PVAI + % PVAI H20 d Sup H20+Sup) pvA| [g] [g] %Sup [g] w A'2°3 30 6,0% 1,80 27,00 4,0% 1,200 O) 7nO I 30 6,0% 1,80 26,10 7,0% 2,100 ^ Q Q 2 30 8,0% 2,40 24,60 10,0% 3,000 Tabela 3. Composição das suspensões de recobrimento das placas.

No método empregado para a realização dos recobrimentos, primeiramente as placas foram posicionadas sobre uma estrutura de deposição, confecionada com as mesmas dimensões das placas, em seguida os microcanais foram preenchidos com a suspensão desejada e o excesso removido com o uso de uma lâmina de raspagem. Após o recobrimento, as placas foram secas em temperatura ambiente 25eC por 2 h e calcinadas durante 4 h a 600QC em mufla. O modelo físico investigado é apresentado na Figura 4. Ele é composto por três secções principais, secção do coletor de entrada, seção de reação, e seção do coletor de saída. Toda estrutura de compartimento é aquecida por meio de cartuchos de aquecimento. A seção de reação ou ‘stack’ compreende um total de 78 microcanais (Erro! Fonte de referência não encontrada. 1), ela é posicionada dentro da estrutura de compartimento para realizar as reações químicas. A dimensão de cada microcanal é 50mm x 0,7mm x 0,6mm (comprimento, largura e altura). As placas de microcanais possuem 35mm de largura e 50mm de comprimento. O material utilizado para construção do microreator e placas foi aço Inox 304, podendo ser 316, 316L ou qualquer material que tenha resistência mecânica, térmica e a oxidação. O microreator pode ser utilizado para diversas finalidades os quais podem incluir: 1) Produção de hidrogênio in situ para usos em laboratórios ou qualquer lugar em que o hidrogênio seja necessário, inclusive em lugares remotos para alimentar células combustíveis como forma de produzir energia; 2) Produção de hidrogênio em carros - tecnologia embarcada para alimentar células combustíveis e fornecer energia a motores elétricos; 3) Produção de hidrogênio em carros - tecnologia embarcada para auxiliar sistemas de partida a frio; 4) Produção GTL (gas to liquids) - a) Produção de gás de síntese (syngas) a partir de alcoóis, hidrocarbonetos; b) Síntese de combustíveis, alcoóis e hidrocarbonetos leves o quais podem incluir precursores de polímeros como eteno para fabricação de plásticos; 5) Captura, controle e uso de gases de efeito estufa (C02, CO, CH4) a) Como dispositivo para controle/redução de poluentes atmosféricos.

REIVINDICAÇÕES

Claims (5)

1, Processo de obtenção de placas de microcanais caracterizado por adicionar o material metálico a um equipamento DMLS contendo um laser YB (Ytterbium) com uma faixa de potência de 20 a 200 W, uma velocidade de varredura de preenchimento e contorno de 60 a 7000 mm/s e comprimento de onde de 1060 - 1100 nm; promove-se a elaboração de camadas com 20-40 pm de espessura:; posteriormente promove-se a etapa de pós tratamento: • Tratamento térmico para alivio de tensões Temperatura - 200- 1200°C Tempo - 2-24h; • Tratamento químico Uso de soluções ácidas para corrosão da superfície e melhoramento da aderência de posteriores deposições de materiais de suporte catalítico e/ou catalisador: • Tratamento eletroquímico Uso de soluções ácidas em banho eletrolítico para anodizar/oxidar superfície. Este tratamento permite a criação de uma camada de óxido sobre a superfície o qual pode apresentar elevada área superficial; • Tratamento limpeza Jateamento para remoção de materiais não sinterizados perfeita mente na superfície; posteriormente submete-se o material a três etapas: tratamento térmico nas placas, que varia de 4 a 24 horas sob uma faixa de temperatura ' variável de 300 a 800°C, na presença de oxigênio; deposição da suspensão do material de suporte, que pode ser de três tipos: y-AbO^Nanum Nanotecnologia), CeOs (Nanum Nanotecnologia) e ZnO (Umicore); e deposição da fase ativa dos catalisadores, sendo o material utilizado para construção do mícroreator e placas o aço Inox 304, podendo ser, o pci ona Imente, 316, 316L ou materiais que apresentem resistência mecânica, térmica e oxidativa.

2, Processo de obtenção de placas de microcanais, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado poro material metálico poder ser Alumínio, Cromo-cobalto, Níquel, Ligas de níquel, aço inox, ligas de aço inox e Titânio.

3, Processo de obtenção de placas de microcanais, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os materiais de suporte podem ser qualquer tipo de óxido ou mistura de óxidos em qualquer proporção, como por exemplo AhOa, CeOs, ZnO, LasOj FesOa, MgO, CaO, SiO,

4, Processo de obtenção de placas de microcanais, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a fase ativa dos catalizadores pode compreender qualquer metal reduzido na superfície e/ou mesmo na fase de óxidos, como por exemplo Ni, Pt, Rh, Co, Cu, Cr, Na, Fe, Mg, Zn, Nb, Mo, Ru, Ag, Pd, Ir, Au, Τι, V, Si, Ga ou mistura deles.

5, Uso das placas de microcanais obtidas pelo processo descrito nas reivindicações de 1 a 4, caracterizado por ser na preparação de um microreator para: a) Produção de hidrogênio m situ para usos em laboratórios ou qualquer lugar em que o hidrogênio seja necessário, inclusive em lugares remotos para alimentar células combustíveis como forma de produzir energia; b) Produção de hidrogênio em carros - tecnologia embarcada para alimentar células combustíveis e fornecer energia a motores elétricos; c) P rod uçáo de h id rog ên io em ca rros - tecno log i a em ba rcad a pa ra auxiliar sistemas de partida a frio; d) Produção GTL (gas to liquids);e) Captura, controle e uso de gases de efeito estufa {CCb, CO, CFU).