Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Electro-Sonicación – Electrodos ultrasónicos

La electrosonicación es la combinación de los efectos de la electricidad con los efectos de la sonicación. Hielscher Ultrasonics desarrolló un nuevo y elegante método para usar cualquier sonotrodo como electrodo. Esto pone el poder del ultrasonido directamente en la interfaz entre el electrodo ultrasónico y el líquido. Allí puede promover la electrólisis, mejorar la transferencia de masa y romper las capas límite o depósitos. Hielscher suministra equipos de grado de producción para procesos de electro-sonicación en lotes y procesos en línea a cualquier escala. Puede combinar la electro-sonicación con la mano-sonicación (presión) y la termo-sonicación (temperatura).

Aplicaciones de los electrodos ultrasónicos

La aplicación de los ultrasonidos a los electrodos es una tecnología novedosa que beneficia a muchos procesos diferentes en la electrólisis, la galvanización, la electrodepuración, la generación de hidrógeno y la electrocoagulación, la síntesis de partículas u otras reacciones electroquímicas. Hielscher Ultrasonics tiene electrodos ultrasónicos disponibles para la investigación y el desarrollo a escala de laboratorio o para la electrolisis a escala piloto. Después de haber probado y optimizado su proceso electrolítico, puede utilizar el equipo de ultrasonido de tamaño de producción de Hielscher Ultrasonics para escalar los resultados de su proceso a niveles de producción industrial. A continuación, encontrará sugerencias y recomendaciones para el uso de los electrodos de ultrasonido.

Ultrasonic generator and transducer with electrically isolated ultrasonic probe as sono-electrode

Electrodo ultrasónico (cátodo) para aplicación en la electroquímica de ultrasonidos

Sono-Electrolisis (Electrólisis ultrasónica)

La electrólisis es el intercambio de átomos e iones por la eliminación o adición de electrones resultantes de la aplicación de una corriente eléctrica. Los productos de la electrólisis pueden tener un estado físico diferente al del electrolito. La electrólisis puede producir sólidos, como precipitados o capas sólidas en cualquiera de los electrodos. Alternativamente, la electrólisis puede producir gases, como el hidrógeno, el cloro o el oxígeno. La agitación ultrasónica de un electrodo puede romper los depósitos sólidos de la superficie del electrodo. La desgasificación ultrasónica produce rápidamente burbujas de gas más grandes a partir de los gases disueltos de las microburbujas. Esto lleva a una separación más rápida de los productos gaseosos del electrolito.

ultrasonic electrodes for sono-electrolytic applications

UIP2000hdT ultrasónico (2000 vatios, 20kHz) como cátodo y/o ánodo en una célula electrolítica

Transferencia de masa mejorada por ultrasonidos en la superficie de los electrodos

Durante el proceso de electrólisis, los productos se acumulan cerca de los electrodos o en la superficie de los mismos. La agitación ultrasónica es una herramienta muy eficaz para aumentar la transferencia de masa en las capas límite. Este efecto pone en contacto al electrolito fresco con la superficie del electrodo. La corriente cavitatoria transporta los productos de la electrólisis, como gases o sólidos, lejos de la superficie del electrodo. De esta forma se evita la formación inhibitoria de capas aislantes.

Efectos de la Ultrasonido en el potencial de descomposición

La agitación ultrasónica del ánodo, del cátodo o de ambos electrodos puede afectar al potencial o al voltaje de descomposición. Se sabe que la cavitación por sí sola rompe las moléculas, produce radicales libres u ozono. La combinación de cavitación con electrólisis en una electrólisis mejorada por ultrasonidos puede afectar al voltaje mínimo requerido entre el ánodo y el cátodo de una célula electrolítica para que se produzca la electrólisis. Los efectos mecánicos y sonoquímicos de la cavitación también pueden mejorar la eficiencia energética de la electrólisis.

El ultrasonido en la electrorefinición y la electrodepositación

En el proceso de electrorrefinación, los depósitos sólidos de metales, como el cobre, pueden convertirse en una suspensión de partículas sólidas en el electrolito. En la electrodeposición, también llamada electroextracción, la electrodeposición de los metales de sus minerales puede convertirse en un precipitado sólido. Los metales comunes de la electrodeposición son el plomo, el cobre, el oro, la plata, el zinc, el aluminio, el cromo, el cobalto, el manganeso y los metales de tierras raras y alcalinos. La ecografía es un medio eficaz para la lixiviación de los minerales, también.

Purificación sono-electrolítica de líquidos

Purificar un líquido, por ejemplo una solución acuosa como aguas residuales, lodo o similar, conduciendo la solución a través del campo eléctrico de dos electrodos! La electrólisis puede desinfectar o purificar soluciones acuosas. Alimentar una solución de NaCI junto con agua a través de los electrodos o a través de los electrodos, genera Cl2 o CIO2, que puede oxidar las impurezas y desinfectar el agua o las soluciones acuosas. Si el agua contiene suficientes cloruros naturales, no es necesario añadirlos.
Las vibraciones ultrasónicas del electrodo pueden hacer que la capa límite entre el electrodo y el agua sea lo más fina posible. Esto puede mejorar la transferencia de masa en muchos órdenes de magnitud. La vibración ultrasónica y la cavitación reducen la formación de burbujas microscópicas debido a la polarización, significativamente. El uso de electrodos ultrasónicos para la electrólisis mejora considerablemente el proceso de purificación electrolítica.

Electrocoagulación por ultrasonidos

La electrocoagulación es un método de tratamiento de aguas residuales para la eliminación de contaminantes, como el aceite emulsionado, los hidrocarburos totales de petróleo, los orgánicos refractarios, los sólidos en suspensión y los metales pesados. También se pueden eliminar los iones radioactivos para la purificación del agua. La adición de la electrocoagulación por ultrasonido, también conocida como sonoelectrocoagulación, tiene un efecto positivo en la demanda química de oxígeno o en la eficiencia de la eliminación de la turbidez. Los procesos de tratamiento combinado de electrocoagulación han demostrado un gran rendimiento en la eliminación de contaminantes de las aguas residuales industriales. La integración de una etapa de producción de radicales libres, como la cavitación ultrasónica, con la electrocoagulación muestra la sinergia y las mejoras en el proceso de limpieza general. El propósito de emplear estos sistemas híbridos ultrasónico-electrolíticos es aumentar la eficiencia global del tratamiento y eliminar las desventajas de los procesos de tratamiento convencionales. Se ha demostrado que los reactores híbridos de electrocoagulación ultrasónica inactivan la Escherichia coli en el agua.

Ultrasonic UIP2000hdT (2000 watts, 20kHz) as Cathode and/or Anode in a sonoelectrochemical tank

UIP2000hdT ultrasónico (2000 vatios, 20kHz) como Sono-Cátodo y/o Sono-Anodo en un tanque

Generación sono-electrolítica in situ de reactivos o reactivos

Muchos procesos químicos, como las reacciones heterogéneas o la catálisis, se benefician de la agitación ultrasónica y la cavitación ultrasónica. La influencia sonoquímica puede aumentar la velocidad de reacción o mejorar los rendimientos de conversión.
Los electrodos agitados por ultrasonido añaden una nueva y poderosa herramienta a las reacciones químicas. Ahora puedes combinar los beneficios de la sonoquímica con la electrólisis. Produce hidrógeno, iones de hidróxido, hipoclorito y muchos otros iones o materiales neutros justo en el campo de la cavitación ultrasónica. Los productos de la electrólisis pueden actuar como reactivos o como reactantes de la reacción química.

Se añaden reactivos para causar una reacción química o una prueba si se produce una. Los reactivos no son necesariamente consumidos por una reacción química.
Los reactivos son materiales de entrada que participan en una reacción química. Los reactivos se consumen para hacer productos de la reacción química

La combinación de ultrasonido con un campo eléctrico pulsado

La combinación del campo eléctrico pulsado (PEF) y el ultrasonido (US) tiene efectos positivos para la extracción de compuestos físico-químicos, bioactivos y la estructura química de los extractos. En la extracción de almendras, el tratamiento combinado (PEF-US) ha producido los niveles más altos de fenólicos totales, flavonoides totales, taninos condensados, contenido de antocianinas y actividad antioxidante. Redujo el poder y la actividad quelante de los metales.
El ultrasonido (US) y el campo eléctrico pulsado (PEF) pueden emplearse para mejorar la eficiencia de los procesos y las tasas de producción en los procesos de fermentación al mejorar la transferencia de masa y la permeabilidad de las células.
La combinación del campo eléctrico pulsado y el tratamiento de ultrasonido tiene un impacto en la cinética de secado al aire y en la calidad de las verduras secas, como las zanahorias. El tiempo de secado puede reducirse entre un 20 y un 40%, manteniendo las propiedades de rehidratación.

Sono-Electroquímica / Electroquímica ultrasónica

Añadir electrólisis mejorada ultrasónicamente para producir reactivos o consumir productos de reacciones químicas para mover el equilibrio final de la reacción química o para alterar la vía de la reacción química.

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Sugerencia de configuración de los electrodos ultrasónicos

El innovador diseño del aislante para los ultrasonidos de tipo sonda convierte un sonotrodo ultrasónico estándar en un electrodo que vibra ultrasónicamente. Esto hace que los ultrasonidos para los electrodos sean más accesibles, más fáciles de integrar y fácilmente escalables a los niveles de producción. Otros diseños agitaban el electrolito entre dos electrodos no agitados, solamente. Los patrones de sombra y de propagación de las ondas de ultrasonido producen resultados inferiores cuando se comparan con la agitación directa de los electrodos. Se puede añadir la vibración de ultrasonidos a los ánodos o a los cátodos, respectivamente. Por supuesto, puedes cambiar el voltaje y la polaridad de los electrodos en cualquier momento. Los electrodos de ultrasonido de Hielscher son fáciles de adaptar a las configuraciones existentes.

Célula electrolítica sellada y reactores electroquímicos

Hay un sello hermético a la presión entre el sonotrodo ultrasónico (electrodo) y el recipiente del reactor. Por lo tanto, se puede operar la célula electrolítica a una presión diferente a la del ambiente. La combinación de ultrasonido con presión se llama mano-sonicación. Esto puede ser de interés si la electrólisis produce gases, cuando se trabaja a temperaturas más altas, o cuando se trabaja con componentes líquidos volátiles. Un reactor electroquímico herméticamente cerrado puede funcionar a presiones superiores o inferiores a la presión ambiente. El sellado entre el electrodo ultrasónico y el reactor puede hacerse conductor o aislante de la electricidad. Este último permite operar las paredes del reactor como un segundo electrodo. Por supuesto, el reactor puede tener puertos de entrada y salida para actuar como un reactor de celda de flujo para procesos continuos. Hielscher Ultrasonics ofrece una variedad de reactores estandarizados y celdas de flujo enchaquetadas. Alternativamente, puede elegir entre una gama de adaptadores para ajustar los sonotrodos de Hielscher a su reactor electroquímico.

Disposición concéntrica en el reactor de tubos

Si el electrodo agitado ultrasónicamente está cerca de un segundo electrodo no agitado o cerca de la pared de un reactor, las ondas ultrasónicas se propagan a través del líquido y las ondas ultrasónicas trabajarán también en las otras superficies. Un electrodo agitado por ultrasonidos que se orienta concéntricamente en una tubería o en un reactor puede mantener las paredes interiores libres de incrustaciones o de sólidos acumulados.

temperatura

Cuando se usan los sonotrodos estándar de Hielscher como electrodos, la temperatura del electrolito puede estar entre 0 y 80 grados centígrados. Los sonotrodos para otras temperaturas de electrolitos en el rango de -273 grados centígrados a 500 grados centígrados están disponibles a pedido. La combinación de ultrasonido con temperatura se llama termosonicación.

viscosidad

Si la viscosidad del electrolito inhibe la transferencia de masa, la mezcla de agitación ultrasónica durante la electrólisis podría ser beneficiosa ya que mejora la transferencia del material hacia y desde los electrodos.

La sono-electrolisis con corriente pulsante

La corriente pulsante en los electrodos agitados ultrasónicamente da como resultado productos diferentes a la corriente directa (DC). Por ejemplo, la corriente pulsante puede aumentar la proporción de ozono y oxígeno producida en el ánodo en la electrólisis de una solución ácida acuosa, por ejemplo, el ácido sulfúrico diluido. La electrólisis de corriente pulsante de etanol produce un aldehído en lugar de un ácido principalmente.

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Equipo de electro-sonido

Hielscher Ultrasonics desarrolló un aislante eléctrico especial. Este aislante une las vibraciones mecánicas de un transductor UIP estándar a casi todos los tipos de sonotrodos de Hielscher.

Electrodos ultrasónicos (Sonotrodos)

Los sonotrodos están aislados eléctricamente del generador ultrasónico y del transductor. Por lo tanto, se puede conectar el sonotrodo ultrasónico a un voltaje eléctrico, para que el sonotrodo pueda actuar como un electrodo. La brecha de aislamiento eléctrico estándar entre los sonotrodos y la bocina del transductor es de 2,5 mm. Por lo tanto, se podría aplicar hasta 2500 voltios al sonotrodo. Los sonotrodos estándar son sólidos y están hechos de Titanio. Por lo tanto, no hay casi ninguna restricción a la corriente del electrodo. El Titanio muestra una buena resistencia a la corrosión de muchos electrolitos alcalinos o ácidos. Son posibles materiales alternativos para los sonotrodos, como el aluminio (Al), el acero (Fe), el acero inoxidable, el níquel-cromo-molibdeno o el niobio. Hielscher ofrece sonotrodos de ánodo de sacrificio económicos, por ejemplo, de aluminio o acero.

Generador ultrasónico, fuente de alimentación

El generador ultrasónico no necesita ninguna modificación y utiliza una toma de corriente estándar con tierra. La bocina del transductor y todas las superficies exteriores del transductor y del generador están conectadas a la tierra de la toma de corriente, por supuesto. El sonotrodo y un elemento de refuerzo son las únicas partes conectadas al voltaje del electrodo. Esto facilita el diseño de la configuración. Puede conectar el sonotrodo a corriente continua (DC), corriente continua pulsante o corriente alterna (AC). Los electrodos ultrasónicos pueden funcionar como ánodos o cátodos, respectivamente.

Equipo de producción para procesos de electrosonido

Puedes usar cualquier dispositivo ultrasónico de Hielscher, como el UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP1500hdT, UIP2000hdT o UIP4000hdT para acoplar hasta 4000 vatios de potencia ultrasónica a cualquier sonotrodo o cascatrodo estándar. La intensidad de la superficie ultrasónica en la superficie del sonotrodo puede estar entre 1 y 100 vatios por centímetro cuadrado. Se dispone de diferentes geometrías de sonotrodos con amplitudes de 1 micrón a 150 micrones (pico). La frecuencia ultrasónica de 20kHz es muy efectiva en la generación de cavitación y flujo acústico en el electrolito. Los dispositivos ultrasónicos de Hielscher pueden funcionar 24 horas al día, siete días a la semana. Pueden funcionar continuamente a plena potencia o en pulsaciones, por ejemplo para la limpieza periódica de los electrodos. Hielscher Ultrasonics puede suministrar electrodos ultrasónicos con hasta 16 kilovatios de potencia ultrasónica (agitación mecánica) por cada electrodo. Casi no hay límite para la potencia eléctrica que se puede conectar a los electrodos.

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Por favor, utilice el siguiente formulario si desea solicitar información adicional sobre el uso de los electrodos ultrasónicos. Estaremos encantados de ofrecerle un sistema de ultrasonidos que se ajuste a sus necesidades.









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Una cosa más: La pulverización sono-electrostática

Hielscher Ultrasonics fabrica equipos para la pulverización, nebulización, atomización o aerosolización de líquidos. El sonotrodo de pulverización ultrasónica puede dar a la niebla líquida o a los aerosoles una carga positiva. Esto combina la pulverización ultrasónica con la tecnología de pulverización electrostática, por ejemplo, para procesos de recubrimiento.

Ultrasonic Cathode and/or Anode in Batch Setup

Cátodo ultrasónico de alta potencia de 2000 vatios y/o ánodo en la configuración de lotes