Mistura de asfalto a frio – Produzir melhor qualidade utilizando a sonicação

As emulsões asfálticas de mistura a frio dependem criticamente do controlo da distribuição do tamanho das gotículas, da viscosidade e da estabilidade, minimizando o consumo de energia necessário para o processamento. Os sonicadores Hielscher quebram as gotículas de forma eficiente, encurtam o tempo de processamento e permitem-lhe atingir especificações mais rigorosas com menos surfactante e a temperaturas mais baixas. Esta página detalha o mecanismo, o caminho de aumento de escala em três etapas e as escolhas de engenharia pesada que fazem com que os sonicadores Hielscher funcionem de forma fiável na produção de asfalto de mistura a frio.

Porquê utilizar sonicadores para emulsões de asfalto de mistura a frio

As principais alavancas económicas são a compressão do tempo de residência, a menor necessidade de emulsionante para o mesmo tamanho de gota pretendido, um intervalo mais estreito e, por conseguinte, uma melhor estabilidade de armazenamento e a possibilidade de funcionar a uma temperatura de processo mais baixa. Em comparação com os moinhos de rotor-estator ou coloidais, os ultra-sons fornecem energia através de microjactos de cavitação em vez de cisalhamento entre a ferramenta e o estator, o que se traduz numa quebra mais rápida das gotículas com um determinado consumo de energia específico.

• As reduções de viscosidade medidas são de cerca de 20 a 30 por cento na formulação inalterada após a sonicação, combinadas com uma mudança para gotículas de emulsão mais pequenas e mais monodispersas.
• Economia de surfactante de 10 a 30 por cento para uma determinada meta d90 e janela de estabilidade, porque o campo de cavitação pode gerar gotículas finas.
• Tempo de processamento mais curto e equipamento mais pequeno, uma vez que a sonicação pode atingir a viscosidade e o tamanho de gota especificados por sonicação em linha.
• Temperaturas de mistura mais baixas, o que reduz o consumo de energia e a exposição dos trabalhadores aos fumos, ao mesmo tempo que está em conformidade com as iniciativas da UE e dos EUA para descarbonizar os materiais de pavimentação.

Mecanismo: Redução e dispersão do tamanho das gotas por cavitação

Ao contrário do cisalhamento puramente mecânico, a cavitação acústica gera oscilações de pressão locais de centenas de bar e microjactos com velocidades da ordem das dezenas a centenas de metros por segundo. Nas emulsões asfálticas de mistura a frio, isto produz dois efeitos sinérgicos. Primeiro, a rápida redução do tamanho das gotículas para uma distribuição mais estreita, diminuindo a viscosidade com um teor constante de sólidos. Segundo, uma intensa micro-mistura à escala molecular que acelera a adsorção de emulsionantes na nova interface, estabilizando a emulsão sem a necessidade de sobredosagem de emulsionante. O resultado líquido é uma formulação que bombeia e assenta mais facilmente, com estabilidade melhorada a longo prazo.

Aumento de escala linear: Energia específica constante, amplitude constante, pressão constante

A regra prática para escalar os ultra-sons é simples. Se mantivermos a entrada de energia específica (kWh por tonelada), a amplitude acústica na face do sonotrodo e a pressão do reator constantes, a qualidade da emulsão será invariável em todas as escalas. Isto não é uma heurística. É a forma como a intensidade da cavitação e a dinâmica das bolhas se correlacionam com o campo acústico e a razão pela qual a sonicação industrial pode ser concebida de forma determinística. Por outras palavras, o protocolo que utiliza num sonicador UP400St com 40 por cento de amplitude e 0,6 kWh/t será reproduzido num sistema 4xUIP6000hdT, fornecendo a mesma energia por massa com a mesma amplitude através de uma célula de fluxo operada à mesma pressão.

O percurso em três etapas da ideia à produção

1) Teste de laboratório com UP400St Comece por analisar as formulações e os rácios num sonicador compacto UP400St (400 W). Funciona em lote ou em modo de recirculação com uma pequena célula de fluxo para captar a amplitude, a temperatura e a energia específica. No espaço de um dia, é possível definir a janela de energia específica que proporciona a distribuição do tamanho das gotículas e a viscosidade pretendidas sem inversão de fase ou aquecimento excessivo.

2) Otimização do processo com o UIP2000hdT
Passe para um UIP2000hdT (2 kW) para validar o processamento contínuo, medir os efeitos da pressão e otimizar a produção versus qualidade. Aqui, o ciclo de trabalho, o controlo de temperatura em linha e a pressão (tipicamente 2 a 5 bar para intensificar a cavitação) são fixados. É aqui que se comprova a poupança de surfactante, o objetivo d90 ou span, e o tempo de residência alcançável a taxas de fluxo realistas, enquanto se regista a energia para um balanço OPEX.

3) Aumento da escala para produção com 4xUIP6000hdT
As configurações de sonicadores à escala real utilizam frequentemente a paralelização para atingir várias toneladas por hora. Por exemplo, quatro UIP6000hdT (6 kW cada) em paralelo a 0,5 kWh/t de energia específica processam cerca de 10 a 12 t/h. Como os dispositivos são controlados em amplitude e equipados com reactores de célula de fluxo e cornetas de reforço, o campo acústico é reproduzível. Isso significa que o seu d50, span e viscosidade Brookfield correspondem aos dados piloto dentro da dispersão analítica.

Comparação entre ultra-sons e moinhos de rotor-estator e coloides

Os moinhos de rotor-estator e de colóides são robustos e familiares, mas trocam a intensidade energética pelo tempo de residência e por grandes dimensões. Também vinculam o tamanho das gotículas a janelas de processo muito estreitas e podem exigir temperaturas elevadas para evitar picos de viscosidade. O ultrassom separa a quebra de gotículas do cisalhamento entre as partes móveis e, em vez disso, usa a cavitação, de modo que você atinge o mesmo ou melhor tamanho de gotículas em tempos mais curtos com energia específica total semelhante ou menor. A manutenção também é diferente. Não existem tolerâncias apertadas a manter entre o estator e o rotor. Na prática, os operadores relatam ciclos mais rápidos de limpeza no local e uma mudança mais fácil entre as formulações.