Como a dispersão ultrassónica melhora o desempenho da parte húmida e reduz os custos

Os fabricantes de papel sabem que a parte húmida é onde as boas intenções entram em confronto com a física.
Pode comprar os melhores auxiliares de retenção, fixadores, agentes de colagem, corantes, cargas e resinas de resistência que o dinheiro permite comprar – mas, se não se dispersarem rápida e uniformemente na suspensão fibrosa, paga o preço a jusante com uma formação deficiente, maior necessidade de produtos químicos, problemas com substâncias resinosas e contaminantes adesivos, drenagem instável e ruturas desnecessárias.
Agora, um número crescente de fábricas de papel está a considerar uma melhoria que parece quase demasiado simples: a dispersão ultrassónica dos produtos químicos da parte húmida. Em vez de depender exclusivamente do cisalhamento mecânico ou de tempos de mistura prolongados, os ultrassons de alta potência criam uma micromistura intensa que desfaz os aglomerados e distribui os ingredientes ativos de forma mais uniforme – com menos energia do que os misturadores convencionais.
Descubra por que razão funciona e por que é especialmente atrativa para as máquinas de papel modernas.

O que é a dispersão ultrassónica dos produtos químicos da parte húmida?

A dispersão ultrassónica utiliza vibrações mecânicas de alta frequência (ultrassons) transmitidas a um líquido através de um sonotrodo (sonda). Nos sistemas industriais, o mecanismo principal é a cavitação acústica – a formação e o colapso rápidos de bolhas microscópicas. Esse colapso gera forças de cisalhamento localizadas e microjatos que podem:

• Desaglomerar pós e suspensões minerais
• Homogeneizar emulsões e soluções de polímeros
• Melhorar a molhagem e reduzir os «olhos de peixe» em produtos químicos difíceis de misturar
• Distribuir os aditivos de forma mais uniforme com elevados teores de sólidos

Na parte húmida, isto significa que os aditivos podem cumprir a função para a qual está a pagar – sem ficarem presos em grumos, mal molhados ou distribuídos de forma desigual.

Os dispersores ultrassónicos industriais, como o Hielscher UIP6000hdT, asseguram uma dispersão uniforme dos produtos químicos da parte húmida no fabrico de papel, melhorando a eficiência do processo e reduzindo o consumo de produtos químicos, água e energia.

Por que razão a parte húmida beneficia da sonicação

Se há uma zona onde a qualidade da dispersão se traduz diretamente em dinheiro, é a parte húmida. O fabrico de papel é uma corrida entre a química e a hidrodinâmica:

• As reações de retenção e drenagem ocorrem rapidamente
• As condições de cisalhamento variam enormemente consoante o ponto de adição
• Os aditivos podem interagir ou neutralizar-se mutuamente se a dosagem não for controlada
• Pequenos problemas de mistura tornam-se grandes problemas na máquina

Os ultrassons podem ser utilizados como uma etapa de dispersão controlada em linha – tratando uma corrente de aditivos, uma corrente de diluição ou um circuito de recirculação antes do ponto de adição. O objetivo não é «mais mistura em todo o lado», mas uma melhor mistura exatamente onde é importante.

 
 
As vantagens práticas que interessam às fábricas:

1. Uma melhor dispersão significa maior eficiência dos produtos químicos
   Quando os polímeros, as suspensões minerais ou as emulsões estão mais bem dispersos, observa-se frequentemente:
   • Menor consumo de produtos químicos para atingir o mesmo desempenho
   • Comportamento de retenção/drenagem mais estável
   • Melhor formação e menor variabilidade
   • Menos depósitos associados a contaminantes adesivos mal dispersos, látex ou programas de controlo de substâncias resinosas

   Em muitos casos, as fábricas não estão a dosear produtos químicos em quantidade insuficiente – estão a sobredosá-los para compensar uma dispersão inconsistente.

2. Molhagem mais rápida, menos «surpresas na mistura»
   Alguns aditivos da parte húmida são conhecidos por formarem bolas de gel, olhos de peixe ou microgrumos (especialmente em concentrações mais elevadas). O microcisalhamento gerado pela cavitação dos ultrassons pode reduzir drasticamente o tempo necessário para atingir um estado estável e uniforme – útil para:
   • Preparação de soluções de polímeros
   • Dispersão de cargas e pigmentos
   • Estabilização de emulsões e de sistemas relacionados com ceras/ASA (dependendo do processo)
   • Melhoria da consistência da distribuição de corantes e aditivos óticos
3. Redução das causas de paragem (depósitos, ruturas, variabilidade)
   Uma dispersão uniforme ajuda a reduzir a sobredosagem localizada e as «zonas de elevada concentração» que contribuem para depósitos, colmatação dos feltros e oscilações da qualidade. Mesmo melhorias modestas na estabilidade podem traduzir-se em menos ruturas e menos produção fora das especificações.

Escalabilidade linear: por que os ultrassons não se destinam apenas ao laboratório

Uma preocupação comum com as novas tecnologias de mistura é o aumento de escala: «Funciona num copo de precipitação… mas pode funcionar numa máquina de papel?»
Os sistemas ultrassónicos industriais podem ser concebidos para uma escalabilidade linear, porque a capacidade é ampliada através da adição modular de potência e de volume do reator de fluxo contínuo. Na prática, isto significa:
Pode começar com uma única unidade ultrassónica em linha numa corrente de aditivos
Aumentar a capacidade adicionando mais sonotrodos/células de fluxo e potência de gerador
Manter uma intensidade de processo comparável, concebendo o sistema para um fornecimento de energia por volume e um tempo de residência consistentes
Isto é particularmente atrativo para fábricas que pretendem uma abordagem de baixo risco: realizar ensaios-piloto num circuito de produtos químicos, validar os indicadores-chave de desempenho e, depois, ampliar o sistema.

Eficiência energética e efeitos intensos

A dispersão ultrassónica é frequentemente mais eficiente em termos energéticos do que se supõe, porque não se está a tentar agitar mais intensamente todo o conteúdo da tina – está-se a aplicar energia precisamente onde ocorre a dispersão.
Em vez de aumentar a carga do agitador num tanque grande (e esperar que o cisalhamento chegue a todos os microgrumos), os ultrassons fornecem microcisalhamento de alta intensidade no sonotrodo e na zona de cavitação, tipicamente numa etapa compacta do processo em linha.
Para as fábricas preocupadas com o consumo energético, a lógica é simples:

• Atuar sobre o problema de dispersão na corrente de aditivos
• Reduzir a recirculação, o tempo de mistura e o reprocessamento
• Melhorar a eficácia dos produtos químicos (o que pode reduzir a energia incorporada total e o custo dos produtos químicos)

Opções de nível industrial da Hielscher Ultrasonics

Nos ambientes de fabrico de papel, a seleção do equipamento não se resume a «consegue dispersar?», mas sim a «consegue funcionar de forma fiável com ciclos de serviço industriais, em linha e numa instalação de processo?»
A Hielscher Ultrasonics oferece plataformas de sonicadores industriais concebidas para funcionamento contínuo e aumento de escala, incluindo:

• Sistemas de bancada e piloto para testes de viabilidade e desenvolvimento de parâmetros
• Processadores industriais adequados à dispersão em linha com caudais de produção
• Configurações de reatores de fluxo contínuo para integração em módulos de preparação e dosagem de produtos químicos da parte húmida
• Aumento modular da potência para ampliar a capacidade sem reinventar o processo

Por outras palavras: pode avaliar a dispersão ultrassónica em pequena escala e, depois, aumentar a escala até à produção plena, utilizando equipamento industrial concebido para as condições da fábrica – não equipamento de laboratório adaptado.

Onde as fábricas de papel aplicam habitualmente a dispersão ultrassónica

A parte húmida de cada fábrica é única, mas a dispersão ultrassónica é frequentemente avaliada para:

• Dispersões de cargas e pigmentos (por exemplo, para melhorar a desaglomeração e a distribuição)
• Preparação e ativação de soluções de polímeros (reduzindo os géis e melhorando a consistência)
• Circuitos de preparação de produtos químicos para revestimento ou tratamento de superfície (quando a qualidade da dispersão limita o desempenho)
• Emulsões difíceis ou suspensões com elevado teor de sólidos em que a mistura convencional enfrenta dificuldades

Os melhores candidatos são geralmente correntes em que a qualidade da dispersão limita o desempenho e onde se pode instalar uma unidade em linha sem perturbar o equilíbrio global da parte húmida.

Melhores resultados e poupanças significativas com a dispersão ultrassónica

Os sonicadores ultrassónicos Hielscher permitem às fábricas de papel reduzir significativamente – ou até eliminar – a necessidade de água fresca ou de filtrado claro na pós-diluição dos aditivos da parte húmida, proporcionando poupanças de água de aproximadamente 10–18% do consumo total da fábrica. Ao conseguirem uma dispersão altamente eficiente e uniforme, estes sistemas ultrassónicos de nível industrial asseguram que os produtos químicos e os aditivos são utilizados de forma muito mais eficaz, conduzindo a um processo mais limpo na parte húmida, a uma melhor qualidade do papel e a uma necessidade substancialmente menor de produtos químicos – tipicamente reduzida em 20–60% ou mais.
No fabrico de papel, pequenas alterações na qualidade da dispersão podem gerar melhorias desproporcionadamente grandes na operacionalidade da máquina, na eficiência dos produtos químicos e na estabilidade da qualidade. A dispersão ultrassónica dos produtos químicos da parte húmida está a despertar interesse porque é:

• Escalável de forma linear e modular
• Eficiente no uso da energia, direcionando o microcisalhamento para onde a dispersão realmente ocorre
• Pronta para utilização industrial, com sistemas de sonicadores concebidos para processamento contínuo

Para as fábricas cansadas de compensar uma mistura inconsistente com mais produtos químicos, os ultrassons oferecem uma filosofia diferente: fazer com que os produtos químicos funcionem melhor antes de chegarem à suspensão fibrosa.