Desgasificación y eliminación de espumas en líquidos mediante el uso de los ultrasonidos
La desgasificación y antiespumación de líquidos mediante ultrasonidos es un proceso muy eficaz. La ultrasonicación elimina las pequeñas burbujas de gas en suspensión del líquido y reduce el nivel de gas disuelto por debajo del nivel de equilibrio natural.
La desgasificación y antiespumación de líquidos es necesaria para muchos fines, como los siguientes procesos:
- preparación de la muestra antes de la medición granulométrica para evitar errores de medición
- desgasificación del aceite y del lubricante antes del bombeo para reducir el desgaste de la bomba debido a la cavitación
- desgasificación de alimentos líquidos, como zumos, salsas o vino, para reducir la proliferación microbiana y aumentar su vida útil
- desgasificación de polímeros y barnices antes de su aplicación, curado o infusión al vacío
Al sonicar líquidos, las ondas sonoras que se propagan desde la superficie radiante hasta el medio líquido dan lugar a ciclos alternos de alta y baja presión, con velocidades que dependen de la frecuencia. Durante el ciclo de baja presión, las ondas ultrasónicas pueden crear pequeñas burbujas de vacío o vacíos en el líquido. El gran número de pequeñas burbujas genera una elevada superficie total de burbujas. Además, las burbujas están bien distribuidas en el líquido. El gas disuelto migra a estas burbujas de vacío a través de la gran superficie y aumenta el tamaño de las burbujas.
Las ondas acústicas favorecen el contacto y la coalescencia de las burbujas adyacentes, lo que conduce a un crecimiento acelerado de las burbujas. Las ondas de sonicación también ayudarán a sacudir las burbujas de las superficies de los recipientes y forzarán a las burbujas más pequeñas que descansan bajo la superficie del líquido a ascender y liberar el gas atrapado al medio ambiente.
Desgasificación ultrasónica del aceite con un procesador ultrasónico Hielscher de 200 vatios.
Póngalo a prueba
El proceso de desgasificación y antiespumación de líquidos puede hacerse visible fácilmente. En un vaso de cristal con agua del grifo recién vertida, la ultrasonicación obligará a las pequeñas burbujas en suspensión a unirse y ascender rápidamente. Puedes ver este efecto en la siguiente imagen de progreso.
Desgasificación ultrasónica del agua (5 segundos)
El aceite agitado contiene un elevado número de burbujas en suspensión o espuma. Esto supone un problema, sobre todo en los refrigerantes. Allí, las burbujas de gas favorecen el desgaste inducido por la cavitación en bombas o boquillas. La siguiente imagen de progreso muestra el efecto antiespumante de los ultrasonidos.
Desgasificación por ultrasonidos: Las burbujas de gas atrapadas se eliminan del aceite mediante el ultrasonidos UP400St
La sonicación generará pequeñas burbujas de vacío en agua clara y rancia. Estas burbujas se llenan de gas disuelto, que migra hacia ellas. En consecuencia, las burbujas crecen y se desplazan hacia arriba. El efecto de desgasificación es bien visible en cualquier líquido translúcido.
Como el ultrasonido mejora el ascenso de las pequeñas burbujas en suspensión a la superficie del líquido, reduce también el tiempo de contacto entre la burbuja y el líquido. Por esta razón, también limita la redisolución del gas de la burbuja al líquido. Esto es especialmente interesante para los líquidos de mayor viscosidad, como los aceites o las resinas. Dado que las burbujas tienen que desplazarse hasta la superficie del líquido, la desgasificación por ultrasonidos funciona mejor si el recipiente es poco profundo para que el tiempo hasta la superficie sea menor.
Más allá de los efectos visibles
La medición de los efectos de la desgasificación mediante inspección visual tiene una precisión limitada. Las mediciones del contenido de gas son una forma más precisa de conocer la eficacia de la desgasificación por ultrasonidos.
Los líquidos contienen cierta cantidad de gas disuelto. La concentración de gas depende de factores como la temperatura, la presión ambiental o la agitación del líquido. En condiciones constantes, la concentración de gas se aproximará a un equilibrio. La desgasificación por ultrasonidos cambiará las condiciones, porque el líquido se expone a burbujas de baja presión y agitación. Por lo tanto, la desgasificación por ultrasonidos reducirá la concentración de gas en el líquido por debajo del nivel de equilibrio.
Cuando cesa la sonicación y se restablecen las condiciones iniciales, la concentración de gas vuelve a aproximarse lentamente al nivel de equilibrio inicial, a menos que el líquido no esté expuesto a ningún gas, por ejemplo, en una botella cerrada. Como la redisolución del gas en el líquido es bastante lenta, es posible trabajar con el líquido bajo en gas después de la sonicación. El gráfico siguiente ilustra este efecto.
Ilustración de la desgasificación ultrasónica del agua
Desgasificación antes de emulsionar y dispersar
La desgasificación ultrasónica puede mejorar la calidad de dispersiones y emulsiones.
El problema
A menudo, las emulsiones y dispersiones contienen tensioactivos para aumentar su estabilidad. Los tensioactivos inhibirán el contacto y la coalescencia o aglomeración del material disperso en la fase líquida. Para ello, los tensioactivos formarán una capa alrededor de cada partícula. Los mismos tensioactivos también pueden encapsular burbujas de gas suspendidas en la fase líquida. Estas burbujas estabilizadas pueden resultar muy robustas. Las burbujas estabilizadas consumen tensioactivo, reducen la calidad de la emulsión o dispersión y pueden generar lecturas erráticas al medir el tamaño de las partículas.
La solución: Desgasificación ultrasónica
Para reducir el problema de las burbujas de gas estabilizadas, los líquidos deben desgasificarse mediante sonicación. Antes de añadir la fase dispersa, como aceite o polvo, sonicar el líquido hasta que se reduzca el número de burbujas generadas. Al mezclar otros materiales, evite generar nuevas burbujas o un vórtice mientras agita. Esto aumentaría rápidamente el contenido de gas.
Forzar la expulsión del dióxido de carbono
El efecto de la desgasificación se está utilizando en las pruebas de estanqueidad de latas y botellas que contienen bebidas carbonatadas, como refrescos de cola, gaseosas o cerveza. Haga clic aquí para obtener más información sobre las pruebas de fugas en botellas.
La desgasificación ultrasónica en pocas palabras
La desgasificación de líquidos por ultrasonidos funciona mejor si se utiliza la siguiente configuración.
- Aplique amplitudes ultrasónicas de bajas a moderadas.
- Utilice sonotrodos con una gran superficie, por ejemplo, sonotrodos de emisión radial.
- Mantenga una presión baja o un vacío por encima de la superficie del líquido durante el sonicado.
- Calentar el líquido para reducir su viscosidad.
- Utilice un recipiente poco profundo para la separación de gases durante o después de la sonicación.
- Evite la agitación turbulenta para permitir que las burbujas de gas suban.
La desgasificación por ultrasonidos puede utilizarse por lotes o en línea. En el caso de una operación en línea, debe instalarse un tubo vertical para la descarga del gas y debe aplicarse una bomba de gas.