Hielscher tecnologia de ultra-som

Desaeração altamente eficiente de líquidos usando ultrassônicos

Embora a desgaseização ou o desgaseamento seja muitas vezes um passo de processo extremamente demorado, a ultrassonização pode acelerar a coalescência das bolhas de gás e seu aumento significativamente. O outgassing ultrassônico pode ser usado em configurações em lote e inline e também pode ser combinado com técnicas convencionais de desgassing, como escoriação com gases inertes, degassers impeller, aquecimento ou vácuo, a fim de aumentar a eficiência e a velocidade de remoção do gás.

Remoção de gás de líquidos

Os termos dessaeração, desgaseamento e gases de efeito estufa referem-se à remoção de gases livres e dissolvidos, particularmente gases reativos como oxigênio ou CO2, de um fluido. A eliminação do oxigênio é importante para evitar alterações prejudiciais no produto final e melhorar o processamento a jusante. O desgassing é uma etapa de processamento necessária para muitas aplicações e indústrias. Na fabricação industrial, a desgassagem é uma etapa comum do processo para garantir a estabilidade do produto, a qualidade e os padrões contínuos do produto. O oxigênio é um fator que influencia a qualidade e estabilidade do produto em vários níveis.
Portanto, a deaeração é uma etapa de processo estabelecida na alimentação & indústria de bebidas, químicos, farmacêuticos e cosméticos. Mas também em laboratórios, as amostras requerem muitas vezes desgaseamento antes da análise (por exemplo, antes do HPLC, ensaios, medidas de partículas etc.).
Muitas vezes, a mistura de processos usando, por exemplo, lâmina de alta tesoura ou misturadores de propulsores rotativos muitas vezes tornam necessário a desgaseamento subsequente do produto, uma vez que essas técnicas de mistura geralmente introduzem altas quantidades de gases no produto. Tais inclusões de gás e ar geralmente têm efeitos negativos sobre o produto, pois podem fazer gorduras e óleos rançosos, deteriorar produtos por oxidação, descoloração e alterações indesejadas de olfato e paladar. Como os produtos desgasesados são quimicamente mais estáveis e têm uma vida útil mais longa, a desgasificação é uma etapa essencial de processamento que requer uma técnica confiável.

UP400St - a 400W powerful ultrasonic degasser

UP400St – sistema de desgasagem ultrassônica digital

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Ultrasonic degassing is an efficient technique for rapid and effective removal of gases from liquids such as oils, water, solvents etc.

Desgassagem ultrassônica: Bolhas de gás aprisionadas são removidas do óleo usando o ultrassônico UP400St

Degasificação ultrassônica e Desaeração

A desgasificação e desgaseração ultrassônicas é uma alternativa altamente potente aos métodos tradicionais de desgaseificação de líquidos que incluem ebulição, redução da pressão ao vácuo ou esparging com gases inertes. Esses métodos tradicionais de desgassing muitas vezes vêm com desvantagens como degradação térmica (devido ao aquecimento), processamento de consumo de tempo e energia e/ou remoção insuficiente de gás. A desgaseamento ultrassônica baseia-se no princípio de trabalho da cavitação acústica. Quando ondas de ultrassom de alta potência são acopladas a um líquido, o líquido é comprimido e expandido durante ciclos de alta pressão e baixa pressão, respectivamente. Durante ciclos de baixa pressão, são criadas bolhas de vácuo minúsculas (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 transforme em bolhas de gás em crescimento. Além disso, micro-turbulências e jatos líquidos causam intensa agitação e transferência de massa. Essas condições ultrasonicamente geradas causam coalescência de bolhas de gás, que é a unificação de pequenas bolhas de gás dissolvido para bolhas de gás maiores, que rapidamente sobem à superfície do líquido, onde lá deixam o líquido.
As mudanças de temperatura causadas pela vibração ultrassônica e pela cavitação estão restritas a espaços locais muito pequenos e o aumento da temperatura no volume total pode ser negligenciado, pois não interfere na qualidade do produto.
Dependendo do volume, viscosidade e inclusões de gás do líquido ou chorume, a deserção ultrassônica pode ser executada como lote ou processo inline. Uma sonda ultrassônica de alta potência emite cavitação acústica no líquido, de modo que o líquido seja eficientemente desgaseado.
A desgaseificação ultrassônica também pode ser implementada para melhorar sistemas de desgaseificação já existentes, como aquecimento, vácuo ou sparging.
A desgaseza ultrassônica e a desfoaming são usadas em escala industrial para remover gases dissolvidos de água, óleos, alimentos e bebidas, soluções químicas, fluidos hidráulicos, refrigerantes, fluidos de perfuração, petróleo bruto, emulsões, tintas, tintas, adesivos, vernizes, revestimentos, epóxis, shampoos, detergentes e muitos outros produtos.

Ultrasonic degassing removes dissolved gases rapidly from liquids.

Desgaseamento ultrassônico usando uma configuração de célula de fluxo. Este experimento foi um protótipo de alça de água em pequena escala com um volume de 0,8 galões, fluxo de gás inerte de 0,2 sfcm/min, e intensidade de 275 W/cm2. Isso mostra uma redução do tempo de remoção de oxigênio em cerca de 70%.
Estudo e imagem: Rubio et al. 2016

A desgasificação ultrassônica e a desaeração são adequadas para:

  • Lote e Inline
  • Baixas e Altas Viscosidades
  • Volumes pequenos e grandes
  • Temperaturas frias e quentes
  • Instalações versáteis
  • Operação 24/7 sob carga completa
Ultrasonic degassing setup in continuous flow

Desgaseamento ultrassônico em uma configuração inline usando o ultrassonicador UIP1000hdT com célula de fluxo.

The flow chart shows the setup of an ultrasonic inline de-aeration system

Configuração de desgaseamento ultrassônico para remoção contínua de gás inline

Sparging ultrasonicamente aprimorado

A fusão de líquidos com gás inerte (também conhecido como purificação de gás inerte) é um tratamento comum para remover gases indesejados, como oxigênio e dióxido de carbono do líquido. Para aplicações de sparging, nitrogênio, argônio, hélio e outros gases inertes são comumente usados. Borbulhar uma solução com um gás de alta pureza (tipicamente inerte) pode extrair gases indesejáveis, tipicamente reativos, como oxigênio e dióxido de carbono. O processo de sparging depende da transferência em massa e é em si um procedimento bastante lento. Ordeno intensificar a mistura com gases inertes, a solução de gás líquido é muitas vezes agitada vigorosamente e borbulhada por um longo tempo. A ultrassônica é uma técnica de intensificação da desgaseificação, que melhora a transferência de massa e, assim, a ressarificação significativamente. Quando ondas de ultrassom de alta potência são acoplado em líquidos ou chorume, bolhas de cavitação são geradas. Essas bolhas de cavitação quebram bolhas de gás de purga maiores em pequenas bolhas e dispersam as bolhas uniformemente, o que resulta em efeitos de desgaseamento mais rápidos e limpos. A intensa agitação e turbulências criadas pela ultrassônica promove a transferência de massa gás-líquido e, assim, a rápida remoção de gases indesejados.
A fim de acelerar e tornar o procedimento de sparging mais eficiente, ultrassônicos de alto desempenho são usados para melhorar sonomecanicamente o desempenho de transferência de massa entre gás e líquido. Os efeitos sonomecânicos gerados pela cavitação acústica incluem diferenciais locais de pressão e temperatura, microturbulências e agitação. Essas forças melhoram o desempenho de desgaseza contribuindo para o aumento da transferência de massa difusa devido ao rompimento da bolha, dispersão e ao subsequente aumento da área interfacial, que finalmente resultam em uma rápida remoção de gases aprisionados do líquido.
Para alcançar os efeitos de supergassagem desejados, é necessária ultrassônica de alta potência. Quando um líquido é poupado com um gás inerte em um fluxo de duas fases, deseja-se difusão retificada para aumentar a taxa de transferência de massa e remoção de gases dissolvidos. A aplicação da difusão retificada pode ser difícil porque bolhas de gás presas e dissolvidas tendem a evitar entrar no campo de cavitação ultrassônica em intensidades mais baixas. No entanto, em intensidades elevadas (acima de 300 W/cm2 a aproximadamente 20 kHz) bolhas de gás não evitam mais a zona de cavitação e são quebradas por forças sonomecânicas. (cf. Jagannathan et al. 2011)

A desoneração de líquidos é uma aplicação poderosa de dispositivos ultrassônicos Hielscher. O vídeo mostra o Hielscher UP200S durante a degaseificação da água.

Degassagem de água usando a UP200S com sonotrode S40

Desgaseamento ultrassônico de ligas de alumínio derretido

A geração de cavitação em metais líquidos é uma aplicação altamente exigente e há poucas técnicas para produzir cavitação suficiente e confiável em derretimentos metálicos. No entanto, a taxa e a intensidade da cavitação são fatores cruciais que moldam os resultados de desgaseificação. A desgasificação eficaz requer cavitação confiável para obter o máximo refinamento estrutural do derretimento metálico. A cavitação intensa por ultrassom de alta performance pode melhorar a desgaseamento em 30 a 60%.
Ultrasonic probe for the degassing of liquid aluminium alloy.Os desgassores ultrassônicos do tipo sonda são considerados um dos métodos de outgassing mais confiáveis, que foram comprovadamente cientificamente viáveis em pequena e grande escala. A geração de cavitação acústica intensa depende de vários fatores, incluindo parâmetros de processo ultrassônico, composição metálica, tensão superficial, temperatura de derretimento, viscosidade, bem como volume e nível de dissolução de inclusões de gás no derretimento do metal. Os parâmetros do processo ultrassônico podem ser precisamente sintonizados com a composição do derretimento do metal e os fatores influenciadores para que a intensidade certa da cavitação seja obtida. O ajuste exato dos parâmetros ultrassônicos são fundamentais para as vantagens da desgasificação ultrassônica dos derretimentos metálicos. As principais vantagens da desgassagem ultrassônica incluem altas taxas de desgaseza e o impacto ambiental reduzido do processo. Uma vez que a degaseificação ultrassônica resulta apenas em muito pouco dross, a desgassagem de derretimento de metal ultrassônico é uma técnica verde e ecológica.
Desgasesse de alumínio derrete: A desgasecimento ultrassônica é um método comprovado para aumentar a densidade de ligas de alumínio e diminuir o conteúdo de hidrogênio em ligas de alumínio. Em comparação com procedimentos alternativos de desgaseamento, como o outgassing usando um propulsor rotativo, a desgassagem ultrassônica se destaca pela velocidade e eficiência. Estudos mostraram que um sistema de desgassagem de sonda ultrassônica era cerca de 3 vezes mais rápido do que a remoção de gás impulsionada por impulsor.
Como a degaseificação ultrassônica não envolve agitação metálica convencional, o óxido de alumínio protetor na superfície do derretimento não é interrompido. Manter a camada de óxido de alumínio intacta impede a introdução de óxido de alumínio no derretimento do alumínio para mantê-lo efeito protetor contra contaminantes atmosféricos. A desgaseamento ultrassônica melhora o refinamento de grãos e a estrutura das ligas de alumínio. Isso, além da remoção ultrasonicamente promovida de inclusões de gás não metálico do alumínio líquido, faz dos tratamentos de derretimento metálico orientados por ultrassom uma técnica superior para a produção de fundições metálicas de alta qualidade.
The degasification of metal melts such as aluminium alloys requires high-performance, high-power ultrasonic equipment. The ultrasonic probe must be specified for use with high temperatures and high viscosities. The ultrasonicator must be able to deliver and maintain constant amplitudes over long time periods. Hielscher Ultrasonics is specialised in the development, manufacturing and distribution of high-power ultrasound equipment for demanding applications such as the degasification of metal melts. Supplying high-performance ultrasonicators at any scale and ultrasonic probes developed specifically for the treatment of liquid metals, Hielscher Ultrasonics is your partner for reliable and efficient metal melt applications.

Ultrasonic degassing of drilling mud performed with the probe-type ultrasonicator UIP1000hd

Lama de perfuração à base de água antes e depois de desgaseamento ultrassônico com UIP1000hd
Estudo e imagem por Amani et al. 2016

Sistemas de desgaseamento ultrassônico de alta potência

Hielscher Ultrasonics é fabricante de experiências de longo prazo fabricante de equipamentos ultrassônicos de alto desempenho que é usado em todo o mundo em laboratórios e produção industrial. A desgasificação de líquidos e pastas é uma aplicação exigente que requer sondas ultrassônicas de alta potência que podem acoplar amplitudes estabelecidas em líquidos para remover bolhas de gás e bolsas de ar. Todos os dispositivos ultrassônicos Hielscher são projetados e fabricados para br operados para 24 horas por dia, 7/07, com carga total. Os processadores ultrassônicos estão disponíveis de ultrassonicadores compactos de laboratório de 50 watts a sistemas ultrassônicos potentes de 16.000watts. Uma grande variedade de chifres de reforço, sonotrodes e células de fluxo permitem a configuração individual de um sistema de desgassing ultrassônico em correspondência com as inclusões líquidas, viscosidade e gás.
For the deaeration and outgassing of liquid metals, precisely set and maintained amplitudes are required. Hielscher Ultrasonics manufactures high-performance ultrasonic probes that are specified for very process-optimized amplitudes and temperatures. If your degassing application requires unusual specifications, customized ultrasonic sonotrodes are available. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.

Lote e Inline

Sondas ultrassônicas hielscher para desgasificação podem ser usadas para desgasificação e desgasação inline contínua. Dependendo do volume, viscosidade e gases presos, recomendaremos a configuração de outgassing ultrassônica mais adequada.

Sondas ultrassônicas para desgasear qualquer volume

A linha de produtos Hielscher Ultrasonics cobre todo o espectro de processadores ultrassônicos, desde ultrassonicadores compactos de laboratório sobre sistemas de bancada e piloto até processadores ultrassônicos totalmente industriais com a capacidade de processar cargas de caminhões por hora. Toda a gama de produtos nos permite oferecer o equipamento de desgassagem ultrassônico mais adequado para suas metas de liquidez, capacidade de processo e produção.

Amplitudes controláveis precisas para resultados ótimos

Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Todos os sistemas de desgassagem ultrassônica hielscher são precisamente controláveis e, portanto, cavalos de trabalho confiáveis. A amplitude é um dos parâmetros de processo cruciais que influenciam a eficiência e a eficácia da desgaseificação sonoramente induzida. Todos os Ultrassônicos Hielscher’ os processadores permitem a configuração precisa da amplitude. Sonotrodes e chifres de reforço são acessórios que permitem modificar a amplitude em uma gama ainda maior. Os processadores ultrassônicos industriais da Hielscher podem fornecer amplitudes muito altas e fornecer a intensidade ultrassônica necessária para aplicações exigentes. Amplitudes de até 200μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24/7.
Precise amplitude settings and the permanent monitoring of the ultrasonic process parameters via smart software give you the possibility to adjust the ultrasonic process parameters for most effective ultrasonic degasification. Optimal sonication for highly efficient gas removal!
A robustez dos equipamentos ultrassônicos da Hielscher permite a operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes pesados e em ambientes exigentes. Isso faz do equipamento ultrassônico da Hielscher uma ferramenta de trabalho confiável que preenche os requisitos do processo de deaeração.

Alta Qualidade – Projetado e fabricado na Alemanha

Como um negócio familiar e familiar, a Hielscher prioriza os mais altos padrões de qualidade para seus processadores ultrassônicos. Todos os ultrassonicadores são projetados, fabricados e completamente testados em nossa sede em Teltow, perto de Berlim, Alemanha. Robustez e confiabilidade do equipamento ultrassônico de Hielscher fazem dele um cavalo de trabalho em sua produção. A operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes exigentes, é uma característica natural dos degassores de alta performance da Hielscher.

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A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho para dispersão, emulsificação e extração celular.

Homogeneizadores ultrassônicos de alta potência de Laboratório para piloto e Industrial escala.

Literatura / Referências