Degassificazione e schiumatura dei liquidi con ultrasuoni
Il degassamento e la defoamazione dei liquidi mediante ultrasuoni è un processo molto efficace. Gli ultrasuoni rimuovono le piccole bolle di gas in sospensione dal liquido e riducono il livello di gas disciolto al di sotto del livello di equilibrio naturale.
Il degasaggio e la defoamazione dei liquidi sono necessari per molti scopi, come ad esempio i seguenti processi:
- preparazione del campione prima della misurazione delle dimensioni delle particelle per evitare errori di misurazione
- degassificazione dell'olio e del lubrificante prima del pompaggio per ridurre l'usura della pompa dovuta alla cavitazione
- degassificazione di alimenti liquidi, ad esempio succhi, salse o vini, per ridurre la crescita microbica e aumentare la durata di conservazione
- degassificazione di polimeri e vernici prima dell'applicazione, della polimerizzazione o dell'infusione sotto vuoto
Durante la sonicazione dei liquidi, le onde sonore che si propagano dalla superficie radiante nel mezzo liquido danno luogo a cicli alternati di alta e bassa pressione, con velocità che dipendono dalla frequenza. Durante il ciclo di bassa pressione, le onde ultrasoniche possono creare piccole bolle o vuoti nel liquido. Il gran numero di piccole bolle genera un'elevata superficie totale delle bolle. Le bolle sono anche ben distribuite nel liquido. Il gas disciolto migra in queste bolle di vuoto attraverso l'ampia superficie e aumenta le dimensioni delle bolle.
Le onde acustiche favoriscono il contatto e la coalescenza delle bolle adiacenti, accelerandone la crescita. Le onde di sonicazione contribuiscono inoltre a scuotere le bolle dalle superfici del recipiente e a costringere le bolle più piccole, che si trovano sotto la superficie del liquido, a risalire e a rilasciare il gas intrappolato nell'ambiente.
Mettetelo alla prova
Il processo di degassificazione e defoamazione dei liquidi può essere reso visibile facilmente. In un bicchiere di vetro con acqua di rubinetto appena versata, gli ultrasuoni costringono le piccole bolle in sospensione a coalizzarsi e a risalire rapidamente. Questo effetto è visibile nell'immagine di avanzamento qui sotto.
L'olio agitato contiene un numero elevato di bolle in sospensione o schiuma. In particolare nei refrigeranti, questo è un problema. In questi casi, le bolle di gas favoriscono l'usura indotta dalla cavitazione nelle pompe o negli ugelli. L'immagine di progresso qui sotto mostra l'effetto antischiuma degli ultrasuoni.

Degassificazione a ultrasuoni: Le bolle di gas intrappolate vengono rimosse dall'olio utilizzando l'ultrasuonatore UP400St.
La sonicazione genera piccole bolle di vuoto nell'acqua limpida e stantia. Queste bolle si riempiono di gas disciolto, che migra all'interno delle bolle. Di conseguenza, le bolle crescono e si spostano verso l'alto. L'effetto di degassificazione è ben visibile in qualsiasi liquido traslucido.
Poiché gli ultrasuoni migliorano la risalita delle piccole bolle in sospensione verso la superficie del liquido, riducono anche il tempo di contatto tra la bolla e il liquido. Per questo motivo, limita anche la ridispersione del gas dalla bolla al liquido. Questo aspetto è particolarmente interessante per i liquidi ad alta viscosità, come gli oli o le resine. Poiché le bolle devono spostarsi verso la superficie del liquido, il degasaggio a ultrasuoni funziona meglio se il contenitore è poco profondo, in modo da ridurre il tempo di risalita in superficie.
Oltre gli effetti visibili
La misurazione degli effetti di degassificazione mediante ispezione visiva ha un'accuratezza limitata. La misurazione del contenuto di gas è un modo più accurato per valutare l'efficienza del degasaggio a ultrasuoni.
I fluidi contengono una certa quantità di gas disciolti. La concentrazione di gas dipende da fattori quali la temperatura, la pressione ambiente o l'agitazione del liquido. In condizioni costanti, la concentrazione di gas si avvicina a un equilibrio. Il degasaggio a ultrasuoni cambia le condizioni, perché il liquido è esposto a bolle a bassa pressione e all'agitazione. Pertanto, gli ultrasuoni abbasseranno la concentrazione di gas nel liquido al di sotto del livello di equilibrio.
Quando la sonicazione cessa e vengono ristabilite le condizioni iniziali, la concentrazione di gas si avvicina lentamente al livello di equilibrio iniziale, a meno che il liquido non sia esposto ad alcun gas, ad esempio in una bottiglia chiusa. Poiché la ridispersione del gas nel liquido è piuttosto lenta, è possibile lavorare con il liquido a basso contenuto di gas dopo la sonicazione. Il grafico seguente illustra questo effetto.
Degassificazione prima di emulsionare e disperdere
Il degasaggio a ultrasuoni può migliorare la qualità di dispersioni ed emulsioni.
Il problema
Spesso le emulsioni e le dispersioni contengono tensioattivi per aumentarne la stabilità. I tensioattivi inibiscono il contatto e la coalescenza o l'agglomerazione del materiale disperso nella fase liquida. A tal fine, i tensioattivi formano uno strato intorno a ciascuna particella. Gli stessi tensioattivi possono anche incapsulare le bolle di gas sospese nella fase liquida. Tali bolle stabilizzate possono rivelarsi molto robuste. Le bolle stabilizzate consumano tensioattivo, riducono la qualità dell'emulsione o della dispersione e possono generare letture errate durante la misurazione delle dimensioni delle particelle.
La soluzione: Degassificazione a ultrasuoni
Per ridurre il problema delle bolle di gas stabilizzate, i liquidi devono essere degassati mediante sonicazione. Prima di aggiungere la fase dispersa, come olio o polvere, sonicare il liquido fino a ridurre il numero di bolle generate. Quando si mescolano altri materiali, evitare di generare nuove bolle o un vortice durante l'agitazione. Ciò aumenterebbe rapidamente il contenuto di gas.
Forzare l'uscita del biossido di carbonio
L'effetto del degassamento viene utilizzato per i test di tenuta di lattine e bottiglie contenenti bevande gassate, come cola, soda o birra. Fare clic qui per ottenere maggiori informazioni sui test di tenuta delle bottiglie.
Il degasaggio a ultrasuoni in breve
Il degasaggio a ultrasuoni dei liquidi funziona meglio se si utilizza la seguente configurazione.
- Applicare ampiezze di ultrasuoni da basse a moderate!
- Utilizzare sonotrodi con un'ampia superficie, ad esempio sonotrodi ad emissione radiale!
- Durante la sonicazione, mantenere una bassa pressione o il vuoto sopra la superficie del liquido!
- Riscaldare il liquido per ridurne la viscosità!
- Utilizzare un contenitore poco profondo per la separazione dei gas durante o dopo la sonicazione!
- Evitare l'agitazione turbolenta per consentire alle bolle di gas di risalire!
Il degasaggio a ultrasuoni può essere utilizzato in modalità batch o in linea. Nel caso di un'operazione in linea, è necessario installare un tubo di supporto per lo scarico del gas e applicare una pompa per il gas.