Desarejamento altamente eficiente de líquidos utilizando ultra-sons

Embora a desgaseificação ou a desgaseificação seja frequentemente uma etapa do processo extremamente morosa, a ultra-sons pode acelerar significativamente a coalescência das bolhas de gás e a sua ascensão. A desgaseificação ultra-sónica pode ser utilizada em configurações em lote e em linha e pode também ser combinada com técnicas de desgaseificação convencionais, tais como a aspersão com gases inertes, desgaseificadores de impulsor, aquecimento ou vácuo, a fim de aumentar a eficiência e a velocidade da remoção de gás.

Remoção de gás de líquidos

Os termos desaeração, desgaseificação e desgaseificação referem-se à remoção de gases livres e dissolvidos, particularmente gases reactivos como o oxigénio ou o CO2, de um fluido. A eliminação do oxigénio é importante para evitar alterações prejudiciais no produto final e melhorar o processamento a jusante. A desgaseificação é uma etapa de processamento necessária para muitas aplicações e indústrias. No fabrico industrial, a desgaseificação é uma etapa comum do processo para garantir a estabilidade, a qualidade e os padrões contínuos do produto. O oxigénio é um fator que influencia a qualidade e a estabilidade do produto a vários níveis.
Por conseguinte, a desaeração é uma etapa do processo estabelecida na indústria alimentar. & A desgaseificação de amostras é um processo que pode ser utilizado nas indústrias de bebidas, química, farmacêutica e cosmética. Mas também nos laboratórios, as amostras requerem frequentemente desgaseificação antes da análise (por exemplo, antes de HPLC, ensaios, medições de partículas, etc.).
Frequentemente, os processos de mistura que utilizam, por exemplo, misturadores com pás de alto cisalhamento ou com impulsor rotativo tornam necessária a desgaseificação subsequente do produto, uma vez que estas técnicas de mistura introduzem normalmente grandes quantidades de gases no produto. Estas inclusões de gás e ar têm normalmente efeitos negativos no produto, uma vez que podem tornar as gorduras e os óleos rançosos, deteriorar os produtos por oxidação, descoloração e alterações indesejadas do cheiro e do sabor. Uma vez que os produtos desgaseificados são quimicamente mais estáveis e têm um prazo de validade mais longo, a desgaseificação é uma etapa essencial do processamento que requer uma técnica fiável.
 

Desgaseificação por ultra-sons: As bolhas de gás aprisionadas são removidas do óleo utilizando o ultrassonicador UP400St

Desgasificação e desarejamento por ultra-sons

A desgaseificação e a desaeração por ultra-sons são uma alternativa altamente potente aos métodos tradicionais de desgaseificação de líquidos que incluem a ebulição, a redução da pressão para vácuo ou a aspersão com gases inertes. Estes métodos tradicionais de desgaseificação apresentam frequentemente desvantagens como a degradação térmica (devido ao aquecimento), o processamento que consome tempo e energia e/ou a remoção insuficiente de gás. A desgaseificação por ultra-sons baseia-se no princípio de funcionamento da cavitação acústica. Quando ondas de ultra-sons de alta potência são acopladas a um líquido, este é comprimido e expandido durante ciclos de alta e baixa pressão, respetivamente. Durante os ciclos de baixa pressão, são criadas minúsculas bolhas de vácuo (as chamadas bolhas de cavitação), que crescem ao longo de vários ciclos de pressão. Durante esses ciclos de crescimento de bolhas, os gases dissolvidos no líquido entram na bolha de vácuo, de modo que a bolha de vácuo se transforma em bolhas de gás em crescimento. Além disso, as micro-turbulências e os jactos de líquido provocam uma intensa agitação e transferência de massa. Estas condições geradas por ultra-sons causam a coalescência das bolhas de gás, que é a unificação de pequenas bolhas de gás dissolvidas em bolhas de gás maiores, que sobem rapidamente à superfície do líquido, onde deixam o líquido.
As alterações de temperatura causadas pela vibração ultra-sónica e pela cavitação estão confinadas a espaços locais muito pequenos e o aumento de temperatura no volume total pode ser negligenciado, uma vez que não interfere com a qualidade do produto.
 

Diminuição do oxigénio dissolvido com o tempo para uma frequência ultra-sónica de 24 kHz utilizando o sonicador UP400ST a amplitudes de 100 %, 80 %, 60 %, 40 % e 20 %.
Estudo: ©Rognerud et al., 2020.

 
Dependendo do volume, da viscosidade e das inclusões de gás do líquido ou da pasta, a desaeração por ultra-sons pode ser executada como um processo em lote ou em linha. Uma sonda ultra-sónica de alta potência emite cavitação acústica para o líquido, de modo a que este seja eficazmente desgaseificado.
A desgaseificação por ultra-sons pode também ser implementada para melhorar os sistemas de desgaseificação já existentes, como o aquecimento, o vácuo ou a aspersão.
A desgaseificação e a antiespuma por ultra-sons são utilizadas à escala industrial para remover gases dissolvidos da água, óleos, alimentos e bebidas, soluções químicas, fluidos hidráulicos, refrigerantes, fluidos de perfuração, petróleo bruto, emulsões, tintas, tintas de impressão, adesivos, vernizes, revestimentos, epóxis, champôs, detergentes e muitos outros produtos.
 

Desgaseificação ultra-sónica utilizando uma configuração de célula de fluxo. Esta experiência consistiu num protótipo de circuito de água em pequena escala com um volume de 0,8 galões, um fluxo de gás inerte de 0,2 sfcm/min e uma intensidade de 275 W/cm2. Isto mostra uma redução do tempo de remoção de oxigénio em cerca de 70%.
Estudo e imagem: Rubio et al. 2016

Desgaseificação por ultra-sons numa instalação em linha utilizando o ultrassom UIP1000hdt com célula de fluxo.

Aspersão melhorada por ultra-sons

A aspersão de líquidos com gás inerte (também conhecida como purga com gás inerte) é um tratamento comum para remover do líquido gases indesejados, como o oxigénio e o dióxido de carbono. Para aplicações de aspersão, são normalmente utilizados azoto, árgon, hélio e outros gases inertes. A borbulhagem de uma solução com um gás de elevada pureza (tipicamente inerte) pode retirar gases dissolvidos indesejáveis, tipicamente reactivos, como o oxigénio e o dióxido de carbono. O processo de aspersão depende da transferência de massa e é, por si só, um procedimento bastante lento. Para intensificar a aspersão com gases inertes, a solução líquido-gás é frequentemente agitada vigorosamente e borbulhada durante muito tempo. A ultrassonografia é uma técnica de intensificação da desgaseificação, que melhora significativamente a transferência de massa e, por conseguinte, a aspersão. Quando ondas de ultra-sons de alta potência são acopladas a líquidos ou lamas, são geradas bolhas de cavitação. Estas bolhas de cavitação quebram as bolhas maiores de gás de purga em pequenas bolhas e dispersam as bolhas uniformemente, o que resulta em efeitos de desgaseificação mais rápidos e limpos. A agitação intensa e as turbulências criadas pela ultrassonografia promovem a transferência de massa gás-líquido e, assim, a rápida remoção de gases indesejados.
A fim de acelerar e tornar o procedimento de aspersão mais eficiente, os ultra-sons de alto desempenho são utilizados para melhorar sonomecanicamente o desempenho da transferência de massa entre o gás e o líquido. Os efeitos sonomecânicos gerados pela cavitação acústica incluem diferenciais locais de pressão e temperatura, microturbulências e agitação. Estas forças melhoram o desempenho da desgaseificação ao contribuírem para um aumento da transferência de massa difusiva devido à rutura das bolhas, à dispersão e ao subsequente aumento da área interfacial, o que finalmente resulta numa rápida remoção dos gases aprisionados do líquido.
Para alcançar os efeitos de desgaseificação desejados, é necessária uma ultrassonografia de alta potência. Quando um líquido é poupado com um gás inerte num fluxo de duas fases, a difusão rectificada é desejada para aumentar a transferência de massa e a taxa de remoção de gases dissolvidos. A aplicação da difusão rectificada pode ser difícil porque as bolhas de gás aprisionadas e dissolvidas tendem a evitar entrar no campo de cavitação ultra-sónica em intensidades mais baixas. No entanto, a intensidades elevadas (superiores a 300 W/cm² a cerca de 20 kHz) as bolhas de gás já não evitam a zona de cavitação e são quebradas por forças sonomecânicas. (cf. Jagannathan et al. 2011)

Sistemas de desgaseificação por ultra-sons de alta potência

A Hielscher Ultrasonics é um fabricante experiente de equipamento ultrassónico de alto desempenho, utilizado em todo o mundo em laboratórios e na produção industrial. A desgaseificação de líquidos e lamas é uma aplicação exigente que requer sondas ultra-sónicas de alta potência que podem acoplar amplitudes estabelecidas em líquidos para remover bolhas de gás e bolsas de ar aprisionadas. Todos os dispositivos ultra-sónicos da Hielscher são concebidos e fabricados para funcionarem 24 horas por dia, 7 dias por semana, em plena carga. Os processadores ultra-sónicos estão disponíveis desde os compactos ultrasonicadores de laboratório de 50 watts até aos potentes sistemas ultra-sónicos em linha de 16.000 watts. Uma grande variedade de cornetas de reforço, sonotrodos e células de fluxo permitem a configuração individual de um sistema de desgaseificação por ultra-sons em correspondência com o líquido, a viscosidade e as inclusões de gás.
Para a desaeração e desgaseificação de metais líquidos, são necessárias amplitudes definidas e mantidas com precisão. A Hielscher Ultrasonics fabrica sondas ultra-sónicas de alto desempenho que são especificadas para amplitudes e temperaturas muito optimizadas para o processo. Se a sua aplicação de desgaseificação requer especificações invulgares, estão disponíveis sonotrodos ultra-sónicos personalizados. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite o funcionamento 24 horas por dia, 7 dias por semana, em serviço pesado e em ambientes exigentes.

Em lote e em linha

As sondas ultra-sónicas Hielscher para desgaseificação podem ser utilizadas para desgaseificação e desaeração em linha, em lote ou contínua. Dependendo do volume, viscosidade e gases aprisionados, recomendaremos a configuração ultra-sónica de desgaseificação mais adequada.

Sondas ultra-sónicas para desgaseificação de qualquer volume

A gama de produtos da Hielscher Ultrasonics abrange todo o espetro de processadores ultrassónicos, desde ultrassónicos compactos de laboratório, passando por sistemas de bancada e sistemas-piloto, até processadores ultrassónicos totalmente industriais com capacidade para processar cargas de camiões por hora. A gama completa de produtos permite-nos oferecer-lhe o equipamento de desgaseificação por ultra-sons mais adequado para o seu líquido, capacidade de processamento e objectivos de produção.

Amplitudes controláveis com precisão para resultados óptimos

Todos os sistemas de desgaseificação por ultra-sons da Hielscher são controláveis com precisão e, por isso, cavalos de batalha fiáveis. A amplitude é um dos parâmetros cruciais do processo que influenciam a eficiência e a eficácia da desgaseificação induzida sonomecanicamente. Todos os ultra-sons da Hielscher’ Os processadores de ultra-sons permitem a regulação exacta da amplitude. Os sonotrodos e as buzinas de reforço são acessórios que permitem modificar a amplitude numa gama ainda mais ampla. Os processadores ultra-sónicos industriais da Hielscher podem fornecer amplitudes muito elevadas e fornecer a intensidade ultra-sónica necessária para aplicações exigentes. Amplitudes até 200 µm podem ser facilmente executadas de forma contínua em funcionamento 24/7.
As definições precisas da amplitude e a monitorização permanente dos parâmetros do processo ultrassónico através de um software inteligente dão-lhe a possibilidade de ajustar os parâmetros do processo ultrassónico para uma desgaseificação ultra-sónica mais eficaz. Sonicação ideal para a remoção de gás altamente eficiente!
A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite o funcionamento 24 horas por dia, 7 dias por semana, em serviço pesado e em ambientes exigentes. Isto faz com que o equipamento ultrassónico da Hielscher seja uma ferramenta de trabalho fiável que satisfaz os requisitos do seu processo de desaeração.

Qualidade mais elevada – Concebido e fabricado na Alemanha

Sendo uma empresa familiar, a Hielscher dá prioridade aos mais elevados padrões de qualidade para os seus processadores ultra-sónicos. Todos os ultrassons são concebidos, fabricados e exaustivamente testados na nossa sede em Teltow, perto de Berlim, na Alemanha. A robustez e a fiabilidade do equipamento ultrassónico da Hielscher fazem dele um cavalo de batalha na sua produção. A operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, sob carga total e em ambientes exigentes é uma caraterística natural dos desgaseificadores de alto desempenho da Hielscher.