Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Desaireación altamente eficiente de líquidos usando ultrasonido

Mientras que la desgasificación o desgasificación es a menudo un paso del proceso que requiere mucho tiempo, la ecografía puede acelerar la coalescencia de las burbujas de gas y su aumento de manera significativa. La desgasificación por ultrasonidos puede utilizarse en configuraciones por lotes o en línea y también puede combinarse con técnicas de desgasificación convencionales, como el esparcimiento con gases inertes, desgasificadores de impulsor, calentamiento o vacío, a fin de mejorar la eficiencia y la velocidad de eliminación de gases.

Eliminar el gas de los líquidos

Los términos desgasificación, desgasificación y desgasificación se refieren a la eliminación de los gases libres y disueltos, en particular los gases reactivos como el oxígeno o el CO2...de un fluido. Eliminar el oxígeno es importante para prevenir cambios perjudiciales en el producto final y mejorar el procesamiento posterior. La desgasificación es un paso de procesamiento necesario para muchas aplicaciones e industrias. En la fabricación industrial, la desgasificación es un paso de proceso común para asegurar la estabilidad del producto, la calidad y los estándares continuos del producto. El oxígeno es un factor que influye en la calidad y estabilidad del producto en varios niveles.
Por lo tanto, la desgasificación es un proceso establecido en el alimento & la industria de las bebidas, química, farmacéutica y cosmética. Pero también en los laboratorios, las muestras requieren a menudo una desgasificación antes del análisis (por ejemplo, antes de la HPLC, ensayos, mediciones de partículas, etc.).
A menudo los procesos de mezcla que utilizan, por ejemplo, mezcladores de palas de alto cizallamiento o de impulsores rotativos, hacen necesaria la desgasificación posterior del producto, ya que estas técnicas de mezcla suelen introducir grandes cantidades de gases en el producto. Esas inclusiones de gas y aire suelen tener efectos negativos en el producto, ya que pueden hacer que las grasas y los aceites se vuelvan rancios, deteriorar los productos por oxidación, decoloración y alteraciones no deseadas del olor y el sabor. Como los productos desgasificados son químicamente más estables y tienen una vida útil más larga, la desgasificación es una etapa de procesamiento esencial que requiere una técnica fiable.

UP400St - a 400W powerful ultrasonic degasser

UP400St – sistema digital de desgasificación por ultrasonidos

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Ultrasonic degassing is an efficient technique for rapid and effective removal of gases from liquids such as oils, water, solvents etc.

Desgasificación ultrasónica: Las burbujas de gas atrapadas se eliminan del petróleo usando el ultrasonido UP400St

Desgasificación y desaireación ultrasónica

La desgasificación y desaireación ultrasónica es una alternativa muy potente a los métodos tradicionales de desgasificación de líquidos que incluyen la ebullición, la reducción de la presión al vacío o el esparcimiento de gases inertes. Estos métodos tradicionales de desgasificación suelen tener desventajas como la degradación térmica (debido al calentamiento), el procesamiento que consume tiempo y energía y/o la insuficiente eliminación de gases. La desgasificación ultrasónica se basa en el principio de funcionamiento de la cavitación acústica. Cuando se acoplan ondas ultrasónicas de alta potencia en un líquido, éste se comprime y expande durante ciclos de alta y baja presión, respectivamente. Durante los ciclos de baja presión se crean diminutas burbujas de vacío (las llamadas burbujas de cavitación), que crecen a lo largo de varios ciclos de presión. Durante esos ciclos de crecimiento de las burbujas, los gases disueltos en el líquido entran en la burbuja de vacío, de modo que la burbuja de vacío se transforma en burbujas de gas en crecimiento. Además, las microturbulencias y los chorros de líquido causan una intensa agitación y transferencia de masa. Estas condiciones generadas por ultrasonido causan la coalescencia de las burbujas de gas, que es la unificación de las pequeñas burbujas de gas disuelto en burbujas de gas más grandes, que rápidamente suben a la superficie del líquido, donde dejan el líquido.
Los cambios de temperatura causados por la vibración ultrasónica y la cavitación se limitan a espacios locales muy pequeños y el aumento de la temperatura en el volumen total puede ser descuidado ya que no interfiere con la calidad del producto.
Dependiendo del volumen, la viscosidad y las inclusiones de gas del líquido o del purín, la desaireación ultrasónica puede realizarse por lotes o en línea. Una sonda ultrasónica de alta potencia emite cavitación acústica en el líquido, de modo que el líquido es desgasificado eficientemente.
La desgasificación ultrasónica también puede aplicarse para mejorar los sistemas de desgasificación ya existentes, como el calentamiento, el vacío o el esparcimiento.
La desgasificación y desespumación ultrasónica se utiliza a escala industrial para eliminar los gases disueltos del agua, los aceites, los alimentos y las bebidas, las soluciones químicas, los fluidos hidráulicos, los refrigerantes, los fluidos de perforación, el petróleo crudo, las emulsiones, las pinturas, las tintas, los adhesivos, los barnices, los revestimientos, los epóxidos, los champús, los detergentes y muchos otros productos.

Ultrasonic degassing removes dissolved gases rapidly from liquids.

Desgasificación ultrasónica usando una configuración de células de flujo. Este experimento fue un prototipo de bucle de agua a pequeña escala con un volumen de 0,8 galones, un flujo de gas inerte de 0,2 sfcm/min, y una intensidad de 275 W/cm2. Esto muestra una reducción en el tiempo de eliminación de oxígeno de alrededor del 70%.
Estudio e imagen: Rubio et al. 2016

La desgasificación y desaireación ultrasónica es adecuada para..:

  • Por lotes y en línea
  • Viscosidades bajas y altas
  • Pequeños y grandes volúmenes
  • Temperaturas frías y calientes
  • Instalaciones versátiles
  • Operación 24/7 a plena carga
Ultrasonic degassing setup in continuous flow

La desgasificación ultrasónica en una configuración en línea usando el ultrasonido UIP1000hdT con la célula de flujo.

The flow chart shows the setup of an ultrasonic inline de-aeration system

Configuración de desgasificación ultrasónica para la eliminación continua de gas en línea

El reabastecimiento mejorado con ultrasonido

El rociado de líquidos con gas inerte (también conocido como purga de gas inerte) es un tratamiento común para eliminar gases no deseados como el oxígeno y el dióxido de carbono del líquido. Para las aplicaciones de sparging, se utilizan comúnmente nitrógeno, argón, helio y otros gases inertes. El burbujeo de una solución con un gas de alta pureza (típicamente inerte) puede extraer gases disueltos no deseados, típicamente reactivos, como el oxígeno y el dióxido de carbono. El proceso de burbujeo se basa en la transferencia de masa y es en sí mismo un procedimiento bastante lento. Para intensificar el sparging con gases inertes, la solución líquido-gas suele agitarse vigorosamente y burbujear durante mucho tiempo. La ultrasonificación es una técnica de desgasificación-intensificación, que mejora la transferencia de masa y por lo tanto el sparging de manera significativa. Cuando se acoplan ondas de ultrasonido de alta potencia en líquidos o lodos, se generan burbujas de cavitación. Estas burbujas de cavitación rompen las burbujas de gas de purga más grandes en burbujas pequeñas y dispersan las burbujas de manera uniforme, lo que da lugar a efectos de desgasificación más rápidos y más limpios. La intensa agitación y las turbulencias creadas por la ecografía promueven la transferencia de masa gas-líquido y, por lo tanto, la rápida eliminación de los gases no deseados.
Para acelerar y hacer más eficiente el procedimiento de sparging, se utiliza la ultrasonido de alto rendimiento para mejorar sonomecánicamente el rendimiento de la transferencia de masa entre el gas y el líquido. Los efectos sonomecánicos generados por la cavitación acústica incluyen diferenciales locales de presión y temperatura, microturbulencias y agitación. Estas fuerzas mejoran el rendimiento de la desgasificación contribuyendo a un aumento de la transferencia de masa difusiva debido a la ruptura de las burbujas, la dispersión y el subsiguiente aumento del área interfacial, lo que finalmente da lugar a una rápida eliminación de los gases atrapados en el líquido.
Para lograr los efectos deseados de desgasificación, se requiere una ecografía de alta potencia. Cuando un líquido se ahorra con un gas inerte en un flujo de dos fases, se desea una difusión rectificada para aumentar la transferencia de masa y la tasa de eliminación de los gases disueltos. La aplicación de la difusión rectificada puede ser difícil porque las burbujas de gas atrapadas y disueltas tienden a evitar entrar en el campo de cavitación ultrasónica a intensidades más bajas. Sin embargo, a intensidades elevadas (superiores a 300 W/cm2 a unos 20 kHz) las burbujas de gas ya no evitan la zona de cavitación y se rompen por las fuerzas sonomecánicas. (cf. Jagannathan et al. 2011)

La eliminación de líquidos es una poderosa aplicación de los dispositivos ultrasónicos de Hielscher. El video muestra al Hielscher UP200S durante la desgasificación del agua.

Desgasificación del agua usando el UP200S con el sonotrodo S40

Desgasificación ultrasónica de aleaciones de aluminio fundido

La generación de cavitación en metales líquidos es una aplicación muy exigente y sólo hay muy pocas técnicas para producir una cavitación suficiente y fiable en las fundiciones de metales. Sin embargo, la velocidad y la intensidad de la cavitación son factores cruciales que determinan los resultados de la desgasificación. Una desgasificación eficaz requiere una cavitación fiable para obtener el máximo refinamiento estructural del metal fundido. Una cavitación intensa mediante ultrasonidos de alto rendimiento puede mejorar la desgasificación entre un 30 y un 60%.
Ultrasonic probe for the degassing of liquid aluminium alloy.Los desgasificadores de tipo sonda ultrasónica se consideran uno de los métodos de desgasificación más fiables, que han demostrado ser científicamente viables a pequeña y gran escala. La generación de una cavitación acústica intensa depende de varios factores, entre ellos los parámetros del proceso ultrasónico, la composición del metal, la tensión superficial, la temperatura de fusión, la viscosidad, así como el volumen y el nivel de disolución de las inclusiones de gas en el metal fundido. Los parámetros del proceso ultrasónico pueden ajustarse con precisión a la composición del metal fundido y a los factores que influyen en él, de modo que se obtenga la intensidad adecuada de la cavitación. El ajuste exacto de los parámetros ultrasónicos es fundamental para las ventajas de la desgasificación por ultrasonidos de los metales fundidos. Las principales ventajas de la desgasificación por ultrasonidos son las altas tasas de desgasificación y la reducción del impacto ambiental del proceso. Como la desgasificación ultrasónica sólo produce muy poca escoria, la desgasificación ultrasónica de la fundición de metal es una técnica ecológica y respetuosa con el medio ambiente.
La desgasificación del aluminio se funde: La desgasificación ultrasónica es un método probado para aumentar la densidad de las aleaciones de aluminio y disminuir el contenido de hidrógeno en las aleaciones de aluminio. En comparación con los procedimientos de desgasificación alternativos, como la desgasificación por medio de un impulsor rotativo, la desgasificación ultrasónica sobresale por su velocidad y eficiencia. Los estudios han demostrado que un sistema de desgasificación con sonda ultrasónica era aproximadamente 3 veces más rápido que la eliminación de gas mediante impulsor.
Como la desgasificación ultrasónica no implica la agitación convencional del metal, el óxido de aluminio protector en la superficie del fundido no se interrumpe. Manteniendo intacta la capa de óxido de aluminio se evita la introducción de óxido de aluminio en la masa fundida de aluminio, de modo que se mantiene su efecto protector contra los contaminantes atmosféricos. La desgasificación ultrasónica mejora el refinamiento del grano y la estructura de las aleaciones de aluminio. Esto, además de la eliminación promovida por ultrasonido de las inclusiones de gas no metálico del aluminio líquido, hace que los tratamientos de fundición de metal impulsados por ultrasonido sean una técnica superior para la producción de fundiciones de metal de alta calidad.
The degasification of metal melts such as aluminium alloys requires high-performance, high-power ultrasonic equipment. The ultrasonic probe must be specified for use with high temperatures and high viscosities. The ultrasonicator must be able to deliver and maintain constant amplitudes over long time periods. Hielscher Ultrasonics is specialised in the development, manufacturing and distribution of high-power ultrasound equipment for demanding applications such as the degasification of metal melts. Supplying high-performance ultrasonicators at any scale and ultrasonic probes developed specifically for the treatment of liquid metals, Hielscher Ultrasonics is your partner for reliable and efficient metal melt applications.

Ultrasonic degassing of drilling mud performed with the probe-type ultrasonicator UIP1000hd

Lodo de perforación a base de agua antes y después de la desgasificación ultrasónica con UIP1000hd
Estudio y fotografía de Amani et al. 2016

Sistemas de desgasificación ultrasónica de alta potencia

Hielscher Ultrasonics es un fabricante con una larga experiencia en la fabricación de equipos de ultrasonidos de alto rendimiento que se utilizan en todo el mundo en laboratorios y en la producción industrial. La desgasificación de líquidos y lodos es una aplicación exigente que requiere sondas de ultrasonidos de alta potencia que puedan acoplar las amplitudes establecidas en los líquidos para eliminar las burbujas de gas y las bolsas de aire atrapadas. Todos los dispositivos ultrasónicos de Hielscher están diseñados y fabricados para funcionar las 24 horas del día, los 7 días de la semana, a plena carga. Los procesadores ultrasónicos están disponibles desde los compactos ultrasonidos de laboratorio de 50 vatios hasta los potentes sistemas ultrasónicos en línea de 16.000 vatios. Una amplia variedad de bocinas de refuerzo, sonotrodos y células de flujo permiten la configuración individual de un sistema de desgasificación por ultrasonidos en correspondencia con las inclusiones de líquido, viscosidad y gas.
For the deaeration and outgassing of liquid metals, precisely set and maintained amplitudes are required. Hielscher Ultrasonics manufactures high-performance ultrasonic probes that are specified for very process-optimized amplitudes and temperatures. If your degassing application requires unusual specifications, customized ultrasonic sonotrodes are available. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.

Por lotes y en línea

Las sondas ultrasónicas de Hielscher para la desgasificación pueden utilizarse para la desgasificación y desaireación en línea continua y por lotes. Dependiendo del volumen, la viscosidad y los gases atrapados, le recomendaremos la configuración de desgasificación ultrasónica más adecuada.

Sondas ultrasónicas para desgasificar cualquier volumen

La gama de productos de Hielscher Ultrasonics abarca todo el espectro de procesadores ultrasónicos, desde los ultrasonidos compactos de laboratorio, pasando por los sistemas de mesa y los sistemas piloto, hasta los procesadores ultrasónicos totalmente industriales con capacidad para procesar cargas de camiones por hora. La gama completa de productos nos permite ofrecerle el equipo de desgasificación por ultrasonidos más adecuado para su líquido, capacidad de proceso y objetivos de producción.

Amplitudes controlables con precisión para resultados óptimos

Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Todos los sistemas de desgasificación ultrasónica de Hielscher son controlables con precisión y por lo tanto son caballos de trabajo fiables. La amplitud es uno de los parámetros de proceso cruciales que influyen en la eficiencia y la eficacia de la desgasificación inducida por sonomecánica. Todos los sistemas de ultrasonidos de Hielscher’ Los procesadores permiten el ajuste preciso de la amplitud. Los sonotrodos y las bocinas de refuerzo son accesorios que permiten modificar la amplitud en un rango aún más amplio. Los procesadores industriales de ultrasonidos de Hielscher pueden proporcionar amplitudes muy altas y ofrecer la intensidad ultrasónica necesaria para aplicaciones exigentes. Amplitudes de hasta 200µm pueden ser fácilmente operadas continuamente en operación 24/7.
Precise amplitude settings and the permanent monitoring of the ultrasonic process parameters via smart software give you the possibility to adjust the ultrasonic process parameters for most effective ultrasonic degasification. Optimal sonication for highly efficient gas removal!
La robustez del equipo de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento 24 horas al día, 7 días a la semana, en entornos exigentes. Esto hace del equipo de ultrasonidos de Hielscher una herramienta de trabajo fiable que cumple con los requisitos de su proceso de desgasificación.

La más alta calidad – Diseñado y fabricado en Alemania

Como empresa familiar, Hielscher da prioridad a los más altos estándares de calidad para sus procesadores de ultrasonidos. Todos los ultrasonidos se diseñan, fabrican y prueban a fondo en nuestra sede en Teltow, cerca de Berlín, Alemania. La robustez y fiabilidad de los equipos de ultrasonidos de Hielscher los convierten en un caballo de batalla en su producción. El funcionamiento 24/7 a plena carga y en entornos exigentes es una característica natural de los desgasificadores de alto rendimiento de Hielscher.

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Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para dispersión, emulsificación y extracción celular.

Homogeneizadores ultrasónicos de alta potencia de laboratorio a piloto y Uso industrial escala.

Literatura / Referencias