UIP4000hdt – Ultra-sons de alto desempenho de 4kW

Fatos, vale a pena conhecer

Noções básicas de homogeneização por ultra-sons

Os homogeneizadores ultra-sónicos são utilizados para dispersão, emulsificação, moagem húmida, nano- & micronização, extração (de plantas e tecidos celulares), síntese e catálise de produtos químicos (a chamada sonoquímica), bem como desgaseificação. A homogeneização por ultra-sons é frequentemente utilizada como um termo genérico que inclui todas estas aplicações acima mencionadas. A homogeneização assistida por ultra-sons baseia-se no princípio de funcionamento da caviação acústica, que ocorre quando ondas de ultra-sons intensas são acopladas a um meio líquido. Sob as intensas ondas de ultra-sons, são geradas minúsculas bolhas de vácuo no meio, que crescem ao longo dos ciclos de alta pressão/baixa pressão das ondas de ultra-sons. A certa altura, quando as micro-bolhas atingem um estado energético em que não conseguem absorver mais energia, entram em colapso violento. Este fenómeno de implosão das bolhas de vácuo é designado por cavitação. A implosão das bolhas de vácuo gera ondas de choque, jactos de líquido, alto cisalhamento, altas temperaturas e diferenciais de pressão com energia suficiente para quebrar ligações covalentes, flexionar moléculas e induzir reacções químicas.

Para obter os melhores resultados no processo de homogeneização, o processador de ultra-sons e a sua configuração podem ser optimizados alterando as seguintes variáveis:

• Amplitude (deslocação do sonotrodo) e intensidade
• Pressão
• temperatura
• Recipiente de sonicação (lote ou célula de fluxo: dimensão, geometria, caudal)

Os processadores ultra-sónicos de alto desempenho da Hielscher utilizam geradores piezoeléctricos feitos de cristais de titanato de zirconato de chumbo. As vibrações são transmitidas através de uma corneta de titânio sintonizada em ressonância a 19-26 kHz. A partir da corneta, a vibração ultra-sónica é acoplada através de um sonotrodo ultrassónico (ponta, sonda) no meio fluido. A Hielscher oferece processadores de ultra-sons com potências nominais de 50 a 16 000 watts por unidade de ultra-sons, cobrindo assim os requisitos de pequenos ultrasonicadores de laboratório e dispositivos de bancada até à fábrica-piloto e unidades de ultra-sons totalmente comerciais para um elevado volume de produção.

Controlo sofisticado do processo para resultados óptimos de sonicação

As condições de sonicação são cruciais para a produção, os resultados do processo e a reprodutibilidade dos processos ultra-sónicos. Para além do controlo preciso da potência de saída dos ultra-sons, ajustada pela amplitude e intensidade, a temperatura, a pressão e o tempo de sonicação são factores importantes. Os processadores ultra-sónicos digitais da Hielscher são fornecidos com um termoacoplador conectável. Opcionalmente, está disponível um sensor de pressão conectável. Ambos os sensores estão ligados ao gerador de ultra-sons, que está equipado com um cartão SD interno. O software do dispositivo ultrassónico escreve todos os dados do processo (data, hora, amplitude, energia ultra-sónica, energia líquida, temperatura, pressão) num ficheiro CSV no cartão SD. Isto faz com que a sonicação seja comparável e reproduzível.

Para amplitudes elevadas, é necessária uma potência de saída mais elevada. Sob carga acrescida, como a elevada viscosidade do meio ou a pressão elevada, é necessária uma maior potência de ultra-sons para acionar o sonotrodo a uma amplitude desejada. Quanto maior for a superfície frontal do sonotrodo (ponta), mais potência é necessária para o deixar ressoar. Com um sonotrodo maior, podem ser processados volumes maiores. Os sonotrodos industriais da Hielscher e cascatrodos pode fornecer amplitudes muito elevadas. Amplitudes de até 200µm podem ser facilmente executadas de forma contínua em operação 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultra-sónicos personalizados. A robustez dos ultrasonicators de Hielscher permite a operação 24/7 sob carga pesada e sob condições exigentes.

Para a maioria dos processos de ultra-sons, a temperatura do meio sonicado deve ser tão baixa quanto possível para uma baixa temperatura promove a geração de cavitação intensa. A Hielscher oferece células de fluxo ultra-sônico e reatores com jaquetas de resfriamento, que suportam a manutenção de temperaturas ideais de processo. As células de fluxo e reactores são pressurizáveis, também. Sob pressões elevadas, ocorre uma cavitação mais intensa. Por isso, a Hielscher oferece reactores que podem ser facilmente pressurizados até 300atm.

A Hielscher Ultrasonics fabrica sondas ultra-sónicas de diferentes tamanhos e formas (por exemplo cascatrodos), que permite aumentar a escala de todos os resultados do processo ultrassónico de forma completamente linear. Com homogeneizadores ultra-sônicos 16kW e tipos múltiplos de sonotrodes e reatores de células de fluxo, Hielscher é o seu parceiro experiente a longo prazo para processos ultra-sônicos em escala industrial. Além da variedade de ultrasonicators padrão, Hielscher projeta e fabrica sistemas personalizados, também.