La sonicazione fa risparmiare energia e riduce i costi

Il passaggio dagli omogeneizzatori convenzionali, dai miscelatori idrodinamici e dai mulini ad agitazione al trattamento mediante cavitazione ultrasonica consente di ridurre i costi e rende il trattamento rispettoso dell’ambiente.

A causa del recente e continuo aumento dei prezzi dell’energia, il consumo energetico ha un effetto diretto e sostanziale sui costi di trattamento di materiali quali inchiostri, rivestimenti e biodiesel.

I dispositivi a ultrasuoni Hielscher consumano meno energia rispetto ai sistemi meccanici tradizionali e consentono di ottenere risultati di trattamento superiori. Pertanto, il passaggio dai miscelatori rotore-statore e dagli omogeneizzatori ad alta pressione alla sonicazione permette di risparmiare una quantità significativa di energia elettrica. Questo può tradursi in una sostanziale riduzione dei costi nel corso degli anni.

Il calore da attrito è energia inutilizzata

I sistemi convenzionali perdono energia sotto forma di calore da attrito. Le pompe ad alta pressione per gli omogeneizzatori ad alta pressione, così come i miscelatori a pale ad alto taglio e i mulini a sfere ad agitazione, generano un’elevata turbolenza nel liquido durante il trattamento. Queste turbolenze causano attrito tra le particelle del liquido e tra il liquido e le parti dell’apparecchiatura che lo agitano. L’attrito converte l’energia immessa in riscaldamento per attrito. Questa parte dell’energia immessa va persa, poiché non produce alcun effetto di dispersione, omogeneizzazione o macinazione.

Analogamente a quanto avviene nel confronto tra una lampadina convenzionale e una lampadina fluorescente, quella convenzionale converte gran parte dell’energia in calore. Richiede quindi più energia per fornire lo stesso livello di illuminazione.

Nel caso dei sistemi di miscelazione convenzionali, il riscaldamento per attrito rende necessaria ulteriore energia per raffreddare il liquido durante il trattamento.

I dispositivi a ultrasuoni Hielscher presentano un’efficienza energetica molto elevata nella conversione dell’energia elettrica in cavitazione all’interno del liquido.

All’interno del liquido. L’efficienza energetica complessiva dei dispositivi industriali a ultrasuoni è di circa l’80–90%, dalla presa elettrica al liquido

(fare clic sull’immagine qui sopra per ingrandire il grafico).

Ancora più importante, le forze di cavitazione sottopongono le particelle a forti sollecitazioni. Per questo motivo, in genere è necessaria meno energia per ottenere una buona dispersione, un’emulsione o una riduzione delle dimensioni delle particelle. La sonicazione con Hielscher genera effettivamente riscaldamento per attrito, ma in misura molto inferiore rispetto alla miscelazione meccanica standard. Questa minore incidenza si traduce in ulteriori miglioramenti dell’efficienza, poiché richiede meno energia per ottenere lo stesso livello di dispersione o omogeneizzazione e, a sua volta, riduce l’energia necessaria per raffreddare il liquido trattato.

Esempio: trattamento del biodiesel

In particolare nel trattamento di combustibili alternativi e sostenibili, come il biodiesel, il consumo energetico e il risparmio di energia sono estremamente importanti. L’energia elettrica utilizzata per produrre il combustibile “verde” ha un impatto diretto sul bilancio energetico complessivo e sul bilancio di CO₂ del combustibile.

Il grafico a destra (fare clic per ingrandire) mostra un confronto tra cavitazione ultrasonica, miscelazione ad alto taglio e cavitazione idrodinamica. L’impiego dei dispositivi a ultrasuoni Hielscher per il trattamento del biodiesel richiede circa 1,4kWh/m³. Per ottenere un risultato simile mediante cavitazione idrodinamica a impulsi magnetici, sono necessari circa 32,0kWh/m³. La miscelazione ad alto taglio richiede circa 4,4kWh/m³. Ciò significa che la cavitazione idrodinamica a impulsi richiede circa 23 volte più energia e la miscelazione ad alto taglio circa 3 volte più energia rispetto ai dispositivi a ultrasuoni Hielscher per fornire la stessa capacità di trattamento.

Questo comporta costi annui dell’energia elettrica significativamente più elevati. Si tratta di un fattore importante del costo di possesso, che deve essere valutato quando si investe in una tecnologia di trattamento.
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Un passaggio semplice

L’efficienza di processo dei dispositivi a ultrasuoni Hielscher può essere facilmente verificata su scala ridotta. In genere, il UIP1000hd (1kW) viene utilizzato per lo sviluppo del processo con portate da 0,5L a 1000L all’ora. Su questa scala, l’efficienza del trattamento può essere ottimizzata variando l’ampiezza, la pressione e la portata. In questo modo si determina il fabbisogno energetico specifico del processo. I dispositivi a ultrasuoni Hielscher consentono un aumento di scala lineare, così che il fabbisogno energetico specifico rimanga costante a qualsiasi scala. È quindi possibile conoscere la potenza dell’apparecchiatura necessaria per qualsiasi capacità di trattamento, nonché il consumo annuo di energia elettrica.