Cavitação Acústica vs Hidrodinâmica para Aplicações de Mistura
Cavitação para Mistura e Mistura: Existe diferença entre cavitação acústica e hidrodinâmica? E por que uma tecnologia de cavitação pode ser melhor para o seu processo?
cavitação acústica – também conhecida como cavitação ultra-sônica – e cavitação hidrodinâmica são ambas as formas de cavitação, que é o processo de crescimento e colapso de cavidades de vácuo em um líquido. A cavitação acústica ocorre quando um líquido é submetido a ondas de ultrassom de alta intensidade, enquanto a cavitação hidrodinâmica ocorre quando um líquido flui através de uma constrição ou em torno de um obstáculo (por exemplo, bico de Venturi), fazendo com que a pressão caia e as cavidades de vapor se formem.
As forças de cisalhamento cavitacional são usadas para homogeneizar, misturar, dispersar, emulsificação, ruptura celular, bem como para iniciar e intensificar reações químicas.
Cavitação ultrassônica na sonda cascata do ultrassônico UIP1000hdT (1000 watts, 20kHz) em um reator de vidro.
Saiba aqui quais diferenças existem entre cavitação acústica e hidrodinâmica e por que você pode querer escolher um ultrasonicator do tipo sonda para o seu processo orientado por cavitação:
Vantagens da Cavitação Acústica sobre a Cavitação Hidrodinâmica
- Mais eficiente: A cavitação acústica é geralmente mais eficiente na produção de cavidades de vácuo, pois a energia necessária para produzir cavitação é tipicamente menor do que na cavitação hidrodinâmica. Portanto, cavitadores e reatores de cavitação baseados em ultrassom são mais eficientes em termos de energia e econômicos. O ultrassom é o método mais eficiente em termos energéticos para produzir cavitação. A cavitação acústica / ultra-sônica gerada por sonda-ultra-sonicators impede a criação de atrito desnecessário. A sonda ultra-sônica oscila perpendicularmente impedindo a geração de atrito desnecessário e desperdiçador de energia. Em contraste com a cavitação acústica, a cavitação hidrodinâmica usa sistemas de rotor-estator ou bico para gerar cavitação. Ambas as técnicas – rotores-estatores e bicos – causar atrito, pois o motor tem que acionar grandes peças mecânicas. Se os estudos afirmam eficiência energética das cavitações hidrodinâmicas, eles apenas levam em consideração a potência nominal da respectiva tecnologia e negligenciam o consumo real de energia. Esses estudos normalmente não consideram a perda de energia de atrito, que é um efeito bem conhecido e indesejado das tecnologias de cavitação hidrodinâmica.
- Maior controle: A cavitação acústica pode ser mais facilmente controlada e regulada, pois a intensidade das ondas de ultrassom pode ser ajustada com precisão para produzir o nível desejado de cavitação. Em contraste, a cavitação hidrodinâmica é mais difícil de controlar, pois depende das características de fluxo do líquido e da geometria da constrição ou obstáculo. Além disso, os bicos são propensos a entupir, o que resulta em interrupções do processo e limpeza intensa e trabalhosa.
- Pode lidar com quase todos os materiais: Enquanto um bocal Venturi e outros reatores de fluxo hidrodinâmico têm dificuldades para lidar com sólidos e especialmente materiais abrasivos, os cavitadores ultrassônicos podem processar de forma confiável quase qualquer tipo de material. Os reatores de cavitação ultrassônica podem homogeneizar até mesmo altas cargas sólidas, partículas abrasivas e materiais fibrosos sem entupir.
- Maior estabilidade: A cavitação acústica é geralmente mais estável do que a cavitação hidrodinâmica, pois as cavidades de vapor produzidas pela cavitação acústica tendem a ser distribuídas de forma mais uniforme por todo o líquido. Em contraste, a cavitação hidrodinâmica pode produzir cavidades de vapor que são altamente localizadas e podem levar a padrões de fluxo irregulares ou instáveis.
- Maior versatilidade: A cavitação acústica / ultra-sônica pode ser usada em uma ampla gama de aplicações, incluindo homogeneização, mistura, dispersão, emulsificação, extração, lise e desintegração celular, bem como para sonoquímica. Em contraste, a cavitação hidrodinâmica é projetada principalmente para controle de fluxo e aplicações de mecânica dos fluidos.
No geral, a cavitação acústica oferece maior controle, eficiência, estabilidade e versatilidade em comparação com a cavitação hidrodinâmica, tornando-se uma técnica muito útil para inúmeras aplicações industriais.
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A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators:
| Volume batch | Quociente de vazão | Dispositivos Recomendados |
|---|---|---|
| 1 a 500mL | 10 a 200 mL / min | UP100H |
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 a 20L | 00,2 a 4 L / min | UIP2000hdT |
| 10 a 100L | 2 de 10L / min | UIP4000hdT |
| 15 a 150L | 3 a 15L/min | UIP6000hdT |
| n / D. | 10 a 100L / min | UIP16000 |
| n / D. | maior | aglomerado de UIP16000 |
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Literatura / Referências
- Suslick, K.S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, 517-541.
- Braeutigam, Patrick (2015): Degradation of Organic Micropollutants by Hydrodynamic and/or Acoustic Cavitation. In: Handbook of Ultrasonics and Sonochemistry. Springer 2015.
- Abhinav Priyadarshi, Mohammad Khavari, Tungky Subroto, Marcello Conte, Paul Prentice, Koulis Pericleous, Dmitry Eskin, John Durodola, Iakovos Tzanakis (2021): On the governing fragmentation mechanism of primary intermetallics by induced cavitation. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 70, 2021.
- Mottyll, S.; Skoda, R. (2015): Numerical 3D flow simulation of attached cavitation structures at ultrasonic horn tips and statistical evaluation of flow aggressiveness via load collectives. Journal of Physics: Conference Series, Volume 656, 9th International Symposium on Cavitation (CAV2015) 6–10 December 2015, Lausanne, Switzerland.
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